DE2437354A1

DE2437354A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2437354A1
Application number: DE2437354A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Fushimi; Izuhiko Nishimura
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1973-08-02
Filing date: 1974-08-02
Publication date: 1975-02-13
Also published as: JPS5751076B2; DE2437354B2; GB1456763A; HK53878A; US3950940A; CH638656B; CH638656GA3; MY7800400A; JPS5037468A

Description

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7V8723

Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha Tokyo / Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einer einen komplementären MOS-Transistor (Metalloxid-Halbleiter-Transistor) enthaltenden elektronischen Schaltung.

Der Leistungsverbrauch in der elektronischen Schaltung für eine elektronische Uhr konnte in letzter Zeit durch die Weiterentwicklung des komplementären Metalloxid-Halbleiter-Transistors (C-MOS-nTransistors) wesentlich verringert werden. Da der komplementäre C-MOS-Transistor jedoch in dem Teil, der mit hoher Frequenz betrieben wird, wie in einer Oszillatorschaltung und in einer Teilerschaltung einen relativ hohen Leistungsverbrauch aufweist, ist es erwünscht, dass diese Schaltungsteile mit einer möglichst kleinen Spannung betrieben werden. Für den Teil der Steuerschaltung zum Betreiben einer Zeitanzeigeeinrichtung wird jedoch noch eine relativ hohe Leistung bzw. eine hohe Spannung benötigt. Bekanntlich geht man bei der Zeitanzeige von dem

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analogen System, bei dem Zeiger und ein Zifferblatt verwendet werden, auf das digitale System unter Verwendung einer Lichtemissionsdiode oder eines Flüssigkristalls etc. über. Pur diese Elemente wird ein grosser Strom oder eine hohe Spannung benötigt. Für die einzelnen Schaltungsteile bestehen somit verschiedene Forderungen.

Die bekannten monolithisch aufgebauten elektronischen Schaltungen mit einer monolithischen Energiequelle weisen die folgenden Nachteile auf.

Wird mit der elektronischen Schaltung eine Zeitanzeigeeinrichtung gesteuert, bei der ein Flüssigkristall oder andere Elemente verwendet sind, die eine relativ hohe Spannung benötigen, beträgt also beispielsweise die Speisespannung für die elektronische Schaltung nahezu 3 bis 6 Volt, dann wird auch für die übrigen Schaltungsteile wie die Oszillatorschaltung und eine Teilerschaltung eine unnötig grosse Durchbruchspannung benötigt. Demzufolge nimmt die Chip-G-rösse zu und der Leistungsverbrauch wird in dem Schaltungsteil, in dem eine hohe Frequenz vorliegt, vergrössert.

Wird mit der elektronischen Schaltung eine Zeitanzeigeeinrichtung gesteuert, bei der eine Lichtemissionsdiode oder ein ähnliches Element verwendet ist, das mit niedriger Spannung betrieben werden kann, aber einen relativ hohen Strom benötigt, dann ist bei einer Speisespannung von etwa 1,5 Volt der Strom zu gross, es sei denn, dass das Element des für die Steuerung der Anzeige-

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einrichtung vorgesehenen Schaltungsteils entsprechend grosser ausgebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu eliminieren. Es soll ein rationeller monolithischer Schaltungsaufbau einer elektronischen Uhr geschaffen werden, bei dem der Chip, d.h. der Siliziummonolith im Vergleich zu den bekannten Lösungen verkleinert werden kann und die elektronische Schaltung für die Uhr in den Teilen, in denen eine verhältnismässig hohe Frequenz vorliegt, wie in der Oszillatorschaltung eines Zeitnormals und in der Teilerschaltung zur Umwandlung der Frequenz der Oszillatorschaltung in eine niedrigere Frequenz mit einer niedrigen Speisespannung und damit mit einem geringen Leistungsverbrauch betrieben werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die elektronische Schaltung einen mit verhältnismässig hoher Spannung und einen mit verhältnismässig niedriger Spannung betriebenen Schaltungsteil enthält, die durch eine Signal-Grenzschicht (Signal-Interface) verbunden sind, durch die die logischen Pegel der Schaltungsteile gegenseitig anpassbar sind und dass diese Schaltungsteile ferner monolithisch aufgebaut sind.

Bei dieser Lösung wird jedem Schaltungsteil, nämlich der Oszillatorschaltung, der Teilerschaltung, der Steuerschaltung für die Anzeigeeinrichtung etc. in der monolithisch aufgebauten elektro-

nischen Uhr die geeignete Speisespannung zugeführt.

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Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von drei Fig. näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Uhr gemäss dieser

Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines konkreten Aufbaus einer

erfindungsgemässen Schaltung und Fig. 3 die Kennlinien der Gate-Spannung und der Drain-Spannung des C-MOS-Inverters.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung lässt eine Oszillatorschaltung 1 und eine Teilerschaltung 2 erkennen, die aus einer Spannungsquelle von 1,5 Volt gespeist werden, ferner eine Steuerschaltung 4 für die Steuerung einer Zeitanzeigeeinrichtung, die aus einer Spannungsquelle von 3,0 Volt gespeist wird.

Wenn eine monolithisch integrierte Schaltung aus zwei Spannungsquellen unterschiedlicher Spannung gespeist wird, dann tritt der folgende Nachteil auf. Wird Jeweils das eine elektrische Potential der beiden Spannungsquellen zu einem gemeinsamen elektrischen Potential gemacht, dann müssen die Elemente, die jeweils mit dem zweiten elektrischen Potential der jeweiligen Spannungsquelle versorgt werden, gegenseitig isoliert werden. Verwendet man z.B. ein H-leitendes Substrat, dann können die Teile, die mit einem hohen elektrischen Potential versorgt werden, auf das gemeinsame elektrische Potential gebracht werden und die mit

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niedrigem elektrischen Potential versorgten P-leitenden Inseln werden getrennt. Bei. C-MOS-Elementen wird in einem N-leitenden Substrat ein P-Kanal-Transistor gebildet ,und in einer P-Insel ein N-Kanal-Transistor.

Pig. 2 stellt in einer schematisehen Ansicht den konkreten Aufbau einer erfindungsgemassen Schaltung dar. In einem N-leitenden Substrat N-Sub sind P-leitende Inseln P-tub 1 und P-tub 2 enthalten. In jedem dieser Teile sind durch Eindiffundieren erhaltene N-leitende Bereiche N bzw. P-leitende Bereiche P gebildet,, die jeweils als Source- bzw. Drain-Anschlüsse von vier Transistoren Tr 1 bis Tr4- dienen. Die Drain-Anschlüsse D1 und D2 bzw. D3 und D4 sind jeweils miteinander verbunden. Die Transistorpaare Tr1/Tr2 und Tr3/Tr4 bilden jeweils einen komplementären Inverter. Mit M1 und M2 sind die Metallelektroden für den Gate-Anschluss bezeichnet. Jeder der Source-Anschlüsse SI bis S4 ist mit dem Substrat verbunden, auf dem der jeweilige Source-AnSchluss gebildet ist, d.h. dem N-leitenden Substrat N-Sub oder den P-leitenden Inseln P-tub 1 und P-tub 2. Das Substrat Ii-Sub ist ferner mit den Bereichen verbunden,, an denen das gemeinsame hohe Potential der beiden Spannungsquellen anliegt und die Inseln P-tub 1 und P-tub 2 sind mit den Bereichen verbunden, an denen das niedrige Potential anliegt. Da die Inseln P-tub 1 und-P-tub 2 gegenüber dem Substrat N-Sub umgekehrt vorgespannt sind, sind die Inseln elektrisch isoliert. Es ist deshalb möglich, voneinander verschiedene Potentiale anzulegen.

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Ein C-MOS-Inverter ist aus einem Paar P-Kanal und B-Kanal MOS-transistoren aufgebaut. Die Beziehung zwischen der Drain-Spannung und der Gate-Spannung des C-MOS-Inverters ist in Fig. 3 dargestellt. Venn die Schwellenspannungen Vq^ und Vnrp-p des N-£anal bzw. des P-Kanal-Transistors nahezu gleich sind, ist die G-ate-Schaltspannung V™ des Inverters nahezu gleich der Hälfte der Speisespannung Vp-p·

^VGC 2 ^VDD

Wird somit die C-MOS-Transistorschaltung aus zwei Spannungsquellen betrieben, dann tritt eine Differenz in den sogenannten logischen Pegeln auf, und es ist deshalb unmöglich, zwischen den beiden Schaltungen ein Signal zu übertragen. Deshalb ist es erforderlich, ein Interface zur Anpassung der logischen Pegel vorzusehen. Mit der Zahl 3 ist in Fig. 1 ein solches Interface bezeichnet, das die beschriebene Funktion erfüllt.

Bei der erfindungsgemässen Schaltung können die Oszillatorschaltung 1 und die Teilerschaltung 2 mit einer niedrigen Durchbruchspannung betrieben werden. Der Leistungsverbrauch ist gering. Andererseits liefert die Steuerschaltung 4 zum Steuern der Zeitanzeigeeinrichtung wirksame Ausgangssignale. Das Chip kann verkleinert werden.

Dadurch, dass bei der monolithisch aufgebauten elektronischen Schaltung den einzelnen Teilen verschiedene Speisespannungen zugeführt werden, kann eine billige elektronische Schaltung

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für eine elektronische Uhr erhalten x-rerden, die einen niedrigen Leistungsverbrauch hat und die insbesondere für eine elektronische Uhr mit einem Flüssigkristall als Anzeigeeinrichtung geeignet ist.

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Claims

74/8723 Patentansprüche

1. Elektronische Uhr mit einer einen komplementären MOS-Transistor (Metalloxid-Halbleiter-Transistor) enthaltenden elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung einen mit verhältnismässig hoher Spannung und einen mit verhältnismässig niedriger Spannung betriebenen Schaltungsteil (1/2 und 4) enthält, die durch eine Signalgrenzschicht (Signal-Interface, 3) verbunden sind, durch die die logischen Pegel der Schaltungsteile gegenseitig anpassbar sind und dass diese Schaltungsteile ferner monolithisch aufgebaut sind.

2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der mit verhältnismässig hoher Spannung betriebene Schaltungsteil (4) eine Zeitanzeigeeinrichtung steuert.

3« Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der mit verhältnismässig niedriger Spannung betriebene Schaltungsteil (1,2) wenigstens eine Oszillatorschaltung (1) mit einem Zeitnormal und einen Frequenzteiler (2) für die Umwandlung der Frequenz der Oszillatorschaltung in die für die Zeitanzeige benötigte niedrige Frequenz umfasst.

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4. Elektronische Uhr nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet , dass die Eingangsfrequenz des Frequenzteilers wenigstens 1 kHz beträgt.

5· Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der mit verhältnismässig hoher Spannung betriebene Schaltungsteil lediglich eine Steuerschaltung (4) für die Steuerung einer Zeitanzeigeeinrichtung und der mit verhältnismässig niedriger Spannung betriebene Schaltungsteil die übrigen Teile (1 und 2) umfasst.

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