DE2332237A1

DE2332237A1 - Schaltungsanordnung fuer eine quarz gesteuerte elektrische uhr

Info

Publication number: DE2332237A1
Application number: DE2332237A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Wolf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1973-06-25
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE2332237C3; US3939644A; DE2332237B2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH

6 Frankfurt/Main, Theodor-Steini-Kai 1

Heilbronn, den I¹I. 6. 1973 PT-Ma/sr - HN 73/23

"Schaltungsanordnung für eine Quarz-gesteuerte

elektrische Uhr" ___^__

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Qimrzgesteuerte elektrische Uhr, bestehend aus einer Oszillatorstufe, Frequenzteilerstufen, Impulsformerstufen und zwei Ausgangsstufen (Ausgangsbuffer) zur Steuerung des Antriebs, wobei die Stufen mit MIS-Feldeffekttransistoren aufgebaut sind. Die Ausgangsstufen werden auch vielfach als Ausgangsbuffer bezeichnet. Hierbei handelt es sich um niederohraige elektronische Schalter, durch die nach jeweils einer Sekunde z. B. die Drehrichtung Uhrenantriebsmotors geändert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, durch die nach dem Stellen der Uhr das Weiterlaufen dei' Uhr in einem möglichst kurzen Zeitraum gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schalter vorgesehen ist, durch den beim Stellen der Uhr nur in der Oszillatorstufe und in den beiden Ausgangsstufen der steuerbare

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Strompfad zumindest eines Feldeffekttransistors derart von der Versorgungsspannungsquelle abtrennbar ist, daß die Oszillatorstufe nicht mehr schwingt und der an die Ausgangsstufe angeschlossene Motor stehen bleibt. Unter dem steuerbaren Strompfad eines Feldeffekttransistors versteht man den Stromweg von der Quellelektrode über den Kanal zur Zugelektrode.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schalter mit dem Stellmechanismus derart gekoppelt, daß beim Stellen der Uhr automatisch die Oszillatorstufe und die beiden Ausgangsstufen in der beschriebenen Weise von der Versorgungsspannungsquelle abgetrennt werden. Dies bedeutet bei einer Armbanduhr, daß durch Herausziehen der Stellschraube die genannten Schaltungsteile von der Versorgungsspannungsquelle getrennt werden, und daß durch Zurückstellen der Rändel- oder Stellschraube in ihre Ausgangslage auch diese Schaltungsteile wieder an die Versorgungsspannungsquellen angeschlossen werden.

Der wesentlichen Vorteil der neuen Schaltungsanordnung liegtdarin, daß die Frequenzteilerstufen und die Irapulsforraerstufen während des Stellens der Uhr nicht von der Versorgüngsspannung getrennt werden. Die jeweilige Information in diesen

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Schaltungsteilen bleibt also Aführend der Stellzeit erhalten, so daß nach dem Stellen der Uhr höchstens eine Sekunde vergehen kann, bis die Uhr weiterläuft. Wenn alle Schaltungsteile von der Versorgungsspnnnungsquelle abgetrennt wurden, würde die maximale Anlaufzeit 2 Sekunden betragen.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestalung soll im weiteren noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In der Figur 1 ist das Blockschaltbild der Uhrenelektronik dargestellt. In der Figur 2 ist die O^zillatorstufe und in der Figur 3 sind die beiden Ausgangsstufen dargestellt. Die Schaltungsstufen sind mit MIS-Feldeffekttransistoren aufgebaut. Diese Transistoren weisen eine vom Kanalgebiet isolierte Steuerelektrode auf. Wenn die Isolierschicht aus einem Oxyd (z. B. SiO )

besteht, spricht man von MOS-Transistoren. Die Transistoren arbeiten nach dem Anreicherungsprinzip, d. h. daß bei der Steuerspannung Null kein Strom awischen der Quell- und der Zugelektrode fließen kann. Erst bei einer Steuerspannung geeigneter Größe und Polarität wird das Kanalgebiet in seinem Leitungstyp invertiert und zwischen der Quell- und der Zugelektrode kann ein Strom fließen. Beim Aufbau der Schnltungsstufen nach

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den Figuren ?, und 3 finden sog en aunt e f->iOS-Trans is tor en Verwendung. Hierbei handelt es sich jeweils um ein komplementäres Transistorpaar, das in einem gemeinsamen Halbleiterkörper, u. U. mit ruderen Bauelementen, unterjobi-ncht ist. Einer der Transistoren weist somit einen n-leitendcn Kanal auf, während der dazu komplementäre Feldeffekttransistor im leitenden Zustand einen p- Kanal besitzt. Dns Substrat dieser Transistoren ist mit je einem Pol der Versorgungsspannungsquelle in der dargestellten Weise verbunden.

Im Blockschaltbild der Figur 1 erkennt man zunächst den Oszillator, der von einem Quarzkristall in ansicht bekannter Yfeise angeregt wird. Hinter den Oszillator sind l6 Freqzenzteilerstufen l.FF bis j6FF geschaltet, auf die zwei Impulsformerstufen FFl und FF2 folgen. Diese Impulsformerstufen geben alle zwei Sekunden je einen Impuls ab, die innerhalb der Stufen so gegeneinander versetzt sind, daß die Ausgangsstufen Bl und B2 alle Sekunden umgeschaltet werden und sich damit die Stromrichtung durch den Lastwiderstand alle Sekunde ändert. Der Motor M ändert daher bei einem altend,erenden Schriftschaltungsmotor jeweils nach 1 Sekunde seine Drehrichtung und nimmt jeweils eine seine beiden Vorzugslagen ein. Bei einem Motor mit nur einer Drehrichtimj; wird dieser Motor nach jeweils 1 see um 1Ö0 weitergedreht.

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Die Versorgungsspannung ist an die Üszillatorstufe und an die Ausgangsstufen zusätzlich über den Punkt 3 angeschlossen. Dieser Punkt 3 ist über einen Schalter K (Figur ίί) mit der Versorgungsspannung squelle verbunden.

Die Figur 2 zeigt die Oszil.latorstuf e. Sie besteht im wesentlichen aus den beiden komplementären und zueinander in Reihe geschalteten CMOS-Transistoren T und T . Die Steuerelektroden sind miteinander verbunden und über den Rückkopplungswiderstand Ii,_)k- mit der Ausgangselektrode 2 verbunden. Die Dioden D„ und D^₀ sind Schutzdioden und werden in Sperrichtung beansprucht. Auch der niederohmige Widerstand R- dient als Schutzwiderstand. Zur Schwingungserzeugung dient der Quarzkristall Q und die Kondensatoren C - und C₀. Bei einer bevorzugten Ausführungsforni sind axe Transistor-en T₁ und T₀, die Dioden D_c und D_c , der

Widerstand R.~ und der Kondensator C in einem einzigen HaIbo 1

leiterkörper untergebracht. Der Kondensator C_n, der Schalter K und der Kristall Q werden extern angescholtet, Über den geschlossenen Schalter K sind die in Reihe geschalteten Transistoren im Betriebszustand der Schaltung mit der positiven Versorgungsspannung U verbunden. Wenn beim Stellen der Uhr der Schalter K geöffnet wird, ist der Transistor T gesperrt, sofern es sich bei ihm um einen p- Kanal Feldeffekttransistor

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handelt. Das η-leitende Substrat dieses Transistors liegt cn der Spannung +U^ und ist über einen jeweils in Sperrichtung beanspruchten pn-übergang mit der ρ -leitenden Quell- bzw. Zugelektrode verbunden. Die Üszillatorschwingurig kommt zum Stillstand. Über den Transistor T₀, der ein n-Kanal-Feldefχekttransistor ist, kann dann nur noch der Sperrstrom des Transistors T fließen, so daß am Punkt 2 eine sehr kleine Spannung abfällt. Diese Spannung wird von öen nachgeschalteten Schaltungsstufen als logische "o" interpretiert. Da die Frequeiiz teilerstuf en und die Impulsformerstufen nicht von der Versorgungsspannung Uj.„ abgetrennt werden, bleibt die Information dieser Stufen erhalten.

In der Figur 3 sind die beiden Ausgangsstufen dargestellt, die aus jeweils zwei CMOS-Transistoren bestehen. Die Transistoren T und T sind beispielsweise p-Kanal-Transistoren, während die Transistoren T. und T,- n-Kanal-Transistoren sind. Im Betriebszustand sind die Quellelektroden der Transistoren T und T über den geschlossenen Schalter K mit der Spannung +U _ verbunden. Es gibt dann zwei Schaltzustände. Wenn an der Eingangselektrode E ein positiver Impuls , d. h. eine logische "1" anliegt, kann sich im Kanalgebiet des Transistors T keine Inversionsschicht bilden und dieser Transistor bleibt gesperrt. Im n-Kanal-Transistor T, wird dagegen der Oberflächenbereich im Kanalsebiet zwischen beiden n⁺-leitenden Quell- und Zug-

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elektroden πιι einer n-leitenden Oberflächenschicht invertiert, und es kann ein Strom fließen. Da an der Eingangselektrode E

eine logische "0" anliegt, sind dort die Verhältnisse umgekehrt. Der Transistor T ist leitend, der Transistor T^ gesperrt, über die Transistoren T und T^ kann somit über den Widerstand R ein Strom von Λ_ο und A fließen. Wenn an E eine logische "o" und nn E_n eine logische "1" anliegt, dies ist eine Sekunde na.ch dem vorgeschriebenen Zustand der Fall, 4-■werden die bisher gesperrten Transistoren leitend und die bisher leitenden Transistoren gesperrt. D. nn fließt über die Transistoren T und T, und über den Lastviderstand R₁ ein Str-om von A _j υ iv l

und A . Die Sti~ornrichtung ändert sich somit und verursacht eine Änderung der Drehrichtung des Motors M (Fig. l).

Wenn der Schalter K geöffnet wird, sind drei mögliche Ausgangszustände /λι unterscheiden. Wenn die Spannung an beiden Eingangselektroden E und Ii₀ gerade "0" ist, sind nach dem Öffnen des Schalters K alle Transistoren gesperrt und über R. kann kein Strom fließen.

Wenn die Spannung an E' "0-^llf und au E "1" ist sind-ebenso wie bei den umgekehrten Spannungsverhnltnissen-die oberen beiden Transistoren T„ und T_n. stets gesperrt, so daß in keinem

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Fall, unabhängig vom Betriebszustand der beiden unteren Transistoren T, und iy über R, ein merklicher Strom fließen kann. Die Ausgangsstufen sind somit während der Stellzeit abgestellt. Nach dem Ende des Stellvorgangs erhält die Ausgangsstufe spätestens mich 1 see. die für den Weiterlauf des Motors richtige Information, d. h. die Information, die bei der Unterbrechung des Motors als erste ausblieb. Auf diese Weise kann dann die Stellzeit auf ein Minium reduziert werden.

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Claims

Patentansprüche

1) Schaltungsanordnung für eine Quarz-gesteuerte elektrische Uhr, bestehend aus einer Oszillatorstufe, Frequenzteilerstufen, Impulsformerstiifen und zwei Ausgangsstufen (Ausgangsbuffer) zur Steuerung des Antriebs, wobei die Stufen mit MIS-Feldeffekttransistoren aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorgesehen ist, durch den beim Stellen der Uhr nur in der Oszillatorstufe und in den beiden Ausgangsstufen der steuerbare Strptnpfad zumindest eines Feldeffekttransistors derart von der Versorgungsspannungsquelle abtrennbar ist, daß die Oszillatorstufe nicht mehr schwingt und der an die Ausgangsstufe angeschlossene Motor stehen bleibt.

2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mit dem Stellmechanismus derart gekoppelt ist, daß beim Stellen der Uhr automatisch die Oszillatorstufe und die beiden Ausgangsstufen von der Versorgungsspannungsquelle abgetrennt werden.

3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillotorstufe und die Ausgangsstufen

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mit komplementäreti MOS-Feldeffekttransistoren (CMüS-Transistoren) aufgebaut.sind.

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