DE2332237B2 - Schaltungsanordnung für eine quarzgesteuerte elektrische Uhr - Google Patents
Schaltungsanordnung für eine quarzgesteuerte elektrische UhrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Quarz-gesteuerte elektrische Uhr gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Schaltung enthält Ausgangsstufen, die auch vielfach als Ausgangsbuffer
bezeichnet werden. Hierbei handelt es sich um niederohmige elektronische Schalter, durch die nach
jeweils einer Sekunde z. B. die Drehrichtung des Uhrenantriebsmotors geändert wird.
Aus der DE-OS 21 05 706 ist eine Schaltung für die Stillegung und Rücksetzung der Frequenzteilerschaltung
mittels eines Schaltvorgangs bekannt. Dadurch wird eine Anlaufverzögerung des Ausgangsimpulses
nach dem Wiedereinschalten der Uhr vermieden. Dies wird jedoch nur mit einem sehr großen Schaltungsaufwand
erreicht, da rücksetzbare Flip-Flops in den Frequenzteilerstufen zur Verfügung gestellt werden
müssen. Hierfür werden für jede Stufe 4 Transistoren mehr benötigt.
Ferner ist aus der Zeitschrift »Funk-Technik« 1971, Nr. 24, S. 911—913, eine Schaltung für eine quarzgesteuerte
Uhr bekannt, die allerdings mit bipolaren Transistoren aufgebaut ist. Mit einem Schalter läßt sich
der Antriebsmotor der Uhr direkt von der Versorgungsspannung trennen. Der Oszillator wird dabei nicht
abgeschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Feldeffekttransistoren aufgebaute Schaltungsanordnung
anzugeben, durch die nach dem Stellen der Uhr das Weiterlaufen der Uhr in einem möglichst kurzen
Zeitraum bei möglichst kleinem Schaltungsaufwand gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es ist darauf hinzuweisen, daß man unter dem steuerbaren Strompfad eines Feldeffekttransistors den
Stromweg von der Quellelektrode über den Kanal zur Zugelektrode versteht.
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 Rändeloder Stellschraube in ihre Ausgangslage auch diese
Schaltungsteile wieder an die Versorgungsspannungsquellen angeschlossen werden.
Der wesentliche Vorteil der neuen Schaltungsanordnung
liegt darin, daß die Frequenzteilerstufen und die Impulsformerstufen während des Stellens der Uhr nicht
von der Versorgungsspannung getrennt werden. Die jeweilige Information in diesen Schaltungsteilen bleibt
also während der Stellzeit erhalten, so daß nach dem Stellen der Uhr höchstens eine Sekunde vergehen kann,
bis die Uhr weiterläuft. Wenn alle Schaltungsteile von der Versorgungsspannungsquelle abgetrennt würden,
würde die maximale Anlaufzeit 2 Sekunden betragen. Der Schaltungsaufwand ist relativ gering, da die
Frequenzteilerstufen nicht mit rücksetzbaren Flip-Flops bestückt sein müssen. Ein weiterer Vorteil der
erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß mit Hilfe eines einfachen Schalters sowohl durch das
Abschalten des Oszillators die Uhr stillgelegt wird als auch durch das Abschalten der Ausgangsstufen ein
übermäßiger Stromverbrauch verhindert wird.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren noch anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild der Uhrenelektronik
dargestellt. In der F i g. 2 ist die Oszillatorstufe und in der F i g. 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. S1O2)
besteht, spricht man von MOS-Transistoren. Die Transistoren arbeiten nach dem Anreicherungsprinzip,
d. h., daß bei der Steuerspannung Null kein Strom zwischen 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 Schaltungsstufen
nach den Fig.2 und 3 finden sogenannte CMOS-Transistoren Verwendung. Hierbei handelt es
sich jeweils um ein komplementäres Transistorpaar, das in einem gemeinsamen Halbleiterkörper, u. U. mit
anderen Bauelementen, untergebracht ist. Einer der Transistoren weist somit einen η-leitenden Kanal auf,
während der dazu komplementäre Feldeffekttransistor im leitenden Zustand einen p-Kanal besitzt. Das
Substrat dieser Transistoren ist mit je einem Pol der Versorgungsspannungsquelle in der dargestellten Weise
verbunden.
Im Blockschaltbild der Fig. 1 erkennt man zunächst den Oszillator, der von einem Quarzkristall in an sich
bekannter Weise angeregt wird. Hinter den Oszillator sind 16 Frequenzteilerstufen IFF bis 16FF 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
BX und B 2 alle Sekunden umgeschaltet werden und sich damit die Stromrichtung durch den Lastwiderstand
alle Sekunde ändert. Der Motor M ändert daher bei
einem alternierenden Schrittschaltungsmotor jeweils nach 1 Sekunde seine Drehrichtung und nimmt jeweils
eine seiner beiden Vorzugslagen ein. Bei einem Motor mit nur einer Drehrichtung wird dieser Motor nach
jeweils 1 see um i80° weitergedreht
Die Versorgungsspannung ist an die Oszillatorstufe und an die Ausgangsstufen zusätzlich über den Punkt 3
angeschlossen. Dieser Punkt 3 ist über einen Schalter K (F i g. 2) mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden.
Die Fig.2 zeigt die Oszillatorstufe. Sie besteht im
wesentlichen aus den beiden komplementären und zueinander in Reihe geschalteten CMOS-Transistoren
Tx und T2. Die Steuerelektroden sind miteinander
verbunden und Ober den Rückkopplungswiderstand Rrk
mit der Ausgangselektrode 2 verbunden. Die Dioden Oii und Ds 2 sind Schutzdioden und werden in
Sperrichtung beansprucht Auch der niederohmige Widerstand Rs dient als Schutzwiderstand. Zur Schwingungserzeugung
dient der Quarzkristal) Q und die Kondensatoren Q und C2. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform sind die Transistoren Γι und T2, die
Dioden Ds 1 und Ds2, der Widerstand Rs und der
Kondensator Q in einem einzigen Halbleiterkörper untergebracht Der Kondensator C2, der Schalter K und
der Kristall Q werden extern angeschaltet. Über den geschlossenen Schalter K sind die in Reihe geschalteten
Transistoren im Betriebszustand der Schaltung mil der positiven Versorgungsspannung Udd verbunden. Wenn
beim Stellen der Uhr der Schalter K geöffnet wird, ist der Transistor 7Ί gesperrt, sofern es sich bei ihm um
einen p-Kanal Feldeffekttransistor handelt. Das n-leitende
Substrat dieses Transistors liegt an der Spannung + Udd und ist über einen jeweils in Sperrichtung
beanspruchten pn-übergang mit der ρ+-leitenden Quell- bzw. Zugelektrode verbunden. Die Oszillatorschwingung
kommt zum Stillstand. Über den Transistor T2, der ein n-Kanal-Feldeffekttransistor ist, kann dann
nur noch der Sperrstrom des Transistors 71 fließen, so daß am Punkt 2 eine sehr kleine Spannung abfällt. Diese
Spannung wird von den nachgeschalteten Schaltungsstufen als logische »0« interpretiert. Da die Frequenzteilerstufen
und die Impulsformerstufen nicht von der Versorgungsspannung Udd abgetrennt werden, bleibt
die Information dieser Stufen erhalten.
In der Fig.3 sind die beiden Ausgangsstufen dargestellt, die aus jeweils zwei CMOS-Transistoren
bestehen. Die Transistoren Tz und T$ sind beispielsweise
p-Karial-Transistoren, während die Transistoren 7i und
T6 n-Kanal-Transistoren sind. Im Betriebszustand sind
die Quellelektroden der Transistoren T3 und Ti über den
geschlossenen Schalter K mit der Spannung + Udd verbunden. Es gibt dann zwei Schallzustände. Wenn an
der Eingangselektrode E\ ein positiver Impuls, d. h. eine logische »1« anliegt, kann sich im Kanalgebiet des
Transistors 7} keine Inversionsschicht bilden und dieser
Transistor bleibt gesperrt Im n-Kanal-Transistor Tt, wird dagegen der Oberflächenbereich im Kanalgebiet
zwischen beiden η+-leitenden Quell- und Zugelektroden zu einer η-leitenden Oberflächenschicht invertiert
und es; kann ein Strom fließen. Da an der Eingangselektrode E2 eine logische »0« anliegt, sind dort die
Verhältnisse umgekehrt Der Transistor F5 ist leitend,
der Transistor Tt gesperrt Über die Transistoren Γ5 und
Ta kann somit über den Widerstand Rl ein Strom von A2
und A\ fließen. Wenn an E\ eine logische »0« und an E2
eine logische »1« anliegt dies ist eine Sekunde nach dem vorbeschriebenen Zustand der Fall, werden die bisher
gesperrten Transistoren leitend und die bisher leitenden Transistoren gesperrt Dann fließt über die Transistoren
T3 und Tf, und über den Lastwiderstand Rl ein Strom von
A\ und A2. Die Stromrichtung ändert sich somit und
verursacht eine Änderung der Drehrichtung des Motors M(F ig. 1).
Wenn der Schalter K geöffnet wird, sind drei mögliche Ausgangszustände zu unterscheiden. Wenn
die Spannung an beiden Eingangselektroden E-, und E2
gerade »0« ist, sind nach dem Öffnen des Schalters K alle Transistoren gesperrt und über Rl kann kein Strom
fließen.
Wenn die Spannung an E\ »0« und an E2 »1« ist sind
ebenso wie bei den umgekehrten Spannungsverhältnissen die oberen beiden Transistoren Ti und T5 stets
gesperrt, so daß in keinem Fall, unabhängig vom Betriebszustand der beiden unteren Transistoren 7} und
Tf, über Rl ein merklicher Strom fließen kann. Die
Ausgangsstufen sind somit während der Stellzeit abgestellt. Nach dem Ende des Stellvorgangs erhält die
Ausgangsstufe spätestens nach 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 Minimum reduziert werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Schaltungsanordnung für eine quarzgesteuerte elektrische Uhr, bestehend aus einer Oszillatorstufe,
Frequenzteilerstufen, Impulsformerstufen und zwei Ausgangsstufen (Ausgangsbuffer) zur Steuerung des
Antriebs, wobei die Oszillator- und Ausgangsstufen mit komplementären MIS-Feldeffekttransistoren
aufgebaut sind, und einem Schalter, durch den der an die Ausgangsstufen angeschlossene Motor abschaltbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schalter so angeordnet ist, daß durch seine Betätigung nur in der Oszillatorstufe und in den
beiden Ausgangsstufen der steuerbare Strompfad zumindest eines Feldeffekttransistors je Stufe von
der Versorgungsspannungsquelle abgetrennt wird, während die Frequenzteilerstufen und die Impulsformerstufen
nicht von der Versorgungsspannungsquelle getrennt werden.
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.
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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Owner name: TELEFUNKEN ELECTRONIC GMBH, 7100 HEILBRONN, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |