DE2427396C3 - Elektronische Uhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einem Kristalloszillator und mit einem Frequenzteiler, der aus einer logischen Schaltung mit komplementären MOS-Transistoren besteht, wobei ein Pufferteil mit komplementären MOS-Transistoren zwischen den Kristalloszillator und den Frequenzteiler geschaltet ist.

Bei einer solchen bekannten elektronischen Uhr (DE-OS 2105 706) ist der Pufferteil als Inverter aufgebaut und werden ein Paar komplementäre Transistoren vom Kristalloszillator angesteuert. Dabei werden diese beiden Transistoren zeitweise gleichzeitig leitend, womit die günstigen Eigenschaften der Technik der Komplementären MOS-Transistoren im Hinblick auf geringen Strombedarf bezüglich des Pufferteils in Frage gestellt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher der Verbrauch der elektrischen Leistung des Pufferteils verringert ist. Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs.

Die Erfindung wird beispielshaft an Hand der Zeichnung beschrieben, in der ist

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer bekannten elektronischen Uhr mit Kristalloszillator,

F i g. 2 ein Schaltbild des bekannten Pufferteils,

F i g. 3 eine Kurve der Form der Spannung, die an den in F i g. 2 dargestellten Pufferteil angelegt ist,

Fig.4 Spannungs-Strom-Kennlinien eines N-Kanal- und P-Kanal-MOS-Transiütors,

F i g. 5 ein Blockschaltbild des Prinzips des Pufferteils nach der Erfindung,

Fig. 6 (a), (b), (c) Kurven der Formen der Spannungen unter Bezugnahme auf den in F i g. 5 gezeigten Pufferteil,

F i g. 7 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Pufferteils nach der Erfindung,

F i g. 8 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform des Pufferteils nach der Erfindung,

F i g. 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Pufferteils nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt die elektronische Uhr mit Kristalloszillator, die eine integrierte Schaltung verwendet, die einen $ Kristall 1, einen Schwingungsteil 2, einen Pufferteil 3, einen Frequenzteiler 4 mit mehreren Stufen 4-1 bis 4-n mit jeweils einem Frequenzteilverhältnis 1/2, einen Anzeigeantriebsteil 5 und eine Zeitanzeigevorrichtung 6 enthält

ίο F i g. 2 zeigt ein Schaltbild des Aufbaus des Kristalloszillators mit dem Kristall t und dem Schwingungsteil 2 und des Pufferteils 3, um den Pufferteil im Hinblick auf die Aufgabe der Erfindung zu beschreiben.

In Fig.2 bezeichnet 101 eine CMOS-Inverter, der den Schwingungsteil 2 bildet, und 102 einen Puffer-CMOS-Inverter, der den Pufferteil 3 bildet Bisher ist es in der Praxis üblich, das Oszillatorausgangssignal 103 allein an den Puffer-CMOS-Inverter 102 abzugeben.

Die durch den Puffer-CMOS-Inverter 102, der den Pufferteil 3 bildet verbrauchte Leistung wird nun erläutert Die Spannungskurve des Oszillatorausgangssignals 103 des Schwingungsteils 2 ist nicht eine vollständig gesättigte Rechteckwellenform, vielmehr im wesentlichen eine Sinuswellenform, wie in Fig.3 gezeigt ist. In Fig.3 ist VDD die Spannung einer elektrischen Quelle, VTN eine Schwellwertspannung eines N-Kanal-MOS-Transistors und VTPeine Schwellwertspannung eines P-Kanal-MOS-Transistors.
In F i g. 4 zeigt die Kurve 104 eine Spannungs-Strom-Kennlinie des N-Kanal-Transistors und zeigt die Kurve 105 eine Spannungs-Strom-Kennlinie des P-Kanal-Transistors.

Wenn eine solche Spannung, wie sie in F i g.'3 gezeigt ist, dem Eingang des Puffer-CMOS-Inverters 102 zugeführt wird, werden der P-Kanal-Transistor und der N-Kanal-Transistor des CMOS-lnverters 102 gleichzeitig für eine bestimmte Zeitperiode leitfähig. Als Ergebnis fließt ein Strom durch die Transistoren und der Vorteil der logischen CMOS-Schaltung, daß nämlich die von der elektrischen Schaltung verbrauchte Leistung minimal ist, kann nicht ausgenutzt werden. Das bedeutet, daß der P-Kanal-Transistor und der N-Kanal-Transistor des CMOS-lnverters 102 gleichzeitig für Zeitperioden t\ und ti leitfähig werden, die in F i g. 3 gezeigt sind und die zwischen dem Schwellwertpegel V77V des N-Kanal-Transistors einerseits und der Differenzspannung zwischen der Spannung der elektrischen Quelle VDD und dem absoluten Wert der Schwellwertspannung des P-Kanal-Transistors | VTf] andererseits, d. h. zwischen VTN und VDD- \ VTF], liegen. Als Ergebnis ist, je kürzer diese Zeitperioden fi und ft sind, desto besser die logische CMOS-Schaltung in bezug auf den Leistungsverbrauch.

Wie oben beschrieben wurde, ist es unmöglich, die

5U durch den CMOS-Inverter 102 verbrauchte Leistung zu reduzieren, wenn der CMOS-Inverter 102 nur für den Pufferteil 3 verwendet wird, dessen Eingang die Spannung der langsam ansteigenden und langsam abfallenden Sinuswelle zugeführt wird, wie in Fig. 3

ho gezeigt ist.

Es soll nun die elektronische Uhr mit Kristalloszillator mit einem verbesserten Pufferteil versehen werden, der den vorstehenden Nachteil vermeiden kann.

Fig. 5 zeigt einen solchen Pufferteil 7; eine

1· Ausführungsform davon ist in F i g. 7 gezeigt. In F i g. 5 bezeichnet 8 eine Phasenschieberschaltung und 9 eine Gate-Schaltung. Es ist zu berücksichtigen, daß die in Fig.3 gezeigte Spannung der Pufferschaltung 7

zugeführt wird Die in Fig.5 gezeigte Phasenschieberschaltung 8 besteht aus einem Widerstand 109 und einer CMOS-Gatekapazität 110, wie in F i g. 7 gezeigt ist

In F i g. 6(b) ist die Kurve 106 einer Weüenform einer Spannung gezeigt, die über die Phasenschieberschal· s tung 8 der Gateschaltung 9 zugeführt wird. In F i g. 6(a) ist eine Kurve 107 einer Wellenform einer Spannung gezeigt, die direkt von dem Schwingungsteil 2 der Gateschaltung 9 zugeführt wird. In Fig. ö(c) ist aine Kurve 108 einer Wellenform einer Ausgangsspannung gezeigt, die von der Gateschaltung 9 abgeleitet wird. Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, macht die Spannung 106, die über die Phasenschieberschaltung 8 läuft und die zeitlich nacheilt, einen P-Kanal-Transistor 111 und N-Kanal-Transistor 112 gleichzeitig jeweils für Zeitperioden ö und /4 leitfähig, während die der Gateschaltung 9 direkt zugeführte Spannung 107 einen P-Kanal-Transistor 113 und N-Kanal-Transistor 114 gleichzeitig jeweils für die Zeitperioden ii und ß leitfähig macht Als Ergebnis ist der Pufferteil 7 in der Lage zu verhindern, daß die P-Kanal-Transistoren 111 bis 114 gleichzeitig auf Grund der Anwesenheit der Zeitverschiebung zwischen η und ο einerseits und zwischen /2 und U andererseits leitfähig werden, auch wenn diesen Transistoren eine Oszillatorausgangsspannung zügeführt wird, die keine Rechteckwellenform aufweist. Selbstverständlich ist die Ausgangsspannung 108, die an den Eingang des Frequenzteilers 4-1 abgegeben wird, ein vollständiges digitales Signal.

In Fig.8 und 9 sind weitere Ausführungsformen des Pufferteils 7 gezeigt. Der in Fi g. 8 gezeigte Pufferteil 7 enthält einen P-Kanal-Transistor 113 und zwei N-Ka nal-Transistoren 112 und 114. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Zeitperiode, während der alle Transistoren leitfähig werden, zur Zeit des Anstiegs der an die Pufferschaltung 7 angelegten Eingangsspannung nicht vorhanden. Als Ergebnis kann der in Fig.8 gezeigte Pufferteil 7 wirksam arbeiten, wenn die dem Pufferteil 7 zugeführte Eingangsspannung langsam angehoben und stark abgesenkt wird.

Der in Fig.9 gezeigte Pufferteil 7 entspricht im wesentlichen dem in Fig.7 gezeigten Pufferteil. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die in der Phase nacheilende Spannung über den Widerstand 109 an die beiden Zwischentransistoren 113 und 114 der Gateschaltung 9 angelegt, während bei der in F i g. 7 gezeigten Pufferschaltung 7 die in der Phase nacheilende Spannung über den Widerstand 109 an die beiden AuBentransistoren 111 und 112 der Gateschaltung 9 angelegt wird.

Die Phasenschieberschaltung 8 besteht aus einer Integralschaltung mit dem Widerstand 109 und der Gatekapazität 110 des CMOS-Inverters. Dieselbe Phasenschieberwirkung kann auch bei Verwendung einer anderen Phasenschieberschaltung erhalten werden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die elektronische Uhr mit Kristalloszillator unter Verwendung der logischen CMOS-Schaltung, die bei einigen μW betätigt werden muß und die den Pufferteil 7 gemäß der Erfindung enthält, in der Lage, das Schwingungsausgangssignal zu der Frequenzteilerschaltung zu übertragen, ohne Leistung in unnützer Weise zu verbrauchen. Diese Wirkung ist für die Praxis sehr wesentlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronische Uhr mit einem Kristalloszillator und mit einem Frequenzteiler, der aus einer logischen Schaltung mit komplementären MOS-Transistoren besteht, wobei ein Pufferteil mit komplementären MOS-Transistoren zwischen den Kristalloszillator und den Frequenzteiler geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferteil einerseits direkt durch das Ausgangssignal des Kristalloszillators und andererseits durch das zeitlich mit Hilfe einer Phasenschieberschaltung verzögerte Ausgangssignal des Kristalloszillators gespeist wird und daß der Pufferteil ein oder zwei zusätzliche MOS-Transistoren enthält, die in Serie zu den komplementären MOS-Transistoren zwischen diese Transistoren und die Betriebsspannungsquelle geschaltet sind, und daß eines der beiden zeitlich gegeneinander verschobenen Ausgangssignale des Kristalloszillators dem bzw. den zusätzlichen Transistoren und das andere Ausgangssignal den komplementären Transistoren derart zugeführt werden, daß zu keiner Zeit alle Transistoren gleichzeitig leitend sind.