DE2437354B2 - Elektronische Uhr K K Suwa Seikosha, Tokio - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Leistungsverbrauch in der elektronischen Schaltung für eine elektronische Uhr konnte in letzter Zeit durch die Weiterentwicklung komplementärer Metalloxid-Halbleiter-Transistoren (C-MOS-Transistoren) wesentlich verringert werden. Da komplementäre C-MOS-Transistoren jedoch in dem Teil, der mit hoher Frequenz betrieben wird, wie in einer Oszillatorschaltung und in einer Frequenzteilerschaltung, einen relativ hohen Leistungsverbrauch aufweisen, ist es erwünscht, daß diese Schaltungsteile mit einer möglichst niedrigen Spannung betrieben werden. Für den Steuerschaltungsteil zum Betreiben einer Zeitanzeigeeinrichtung wird jedoch noch eine relativ große Leistung bzw. eine hohe Spannung benötigt. Bekanntlich geht man von analogen Zeitanzeigevorrichtungen, bei denen Zeiger und ein Zifferblatt verwendet werden, auf digitale Anzeigevorrichtungen unter Verwendung von Lichtemissionsdioden oder Flüssigkristallen etc. über. Für diese Elemente wird ein großer Strom bzw. eine hohe Spannung benötigt. Für die einzelnen Schaltungsteile bestehen somit verschiedene Forderungen. Aus der DE-OS 22 06 102 ist eine elektronische Armbanduhr bekannt, die mit integrierten komplementären MOS-Transistoren aufgebaut ist und bei der zur digitalen Zeitanzeige eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet wird. Die Steuerschaltung zum Treiben der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung muß mit einer relativ hohen Spannung betrieben werden. Aus diesem Grund wird entweder die gesamte elektronische Schaltung für die Uhr mit dieser relativ hohen Spannung betrieben, oder es wird nur die Steuerschaltung mit der relativ hohen Spannung betrieben, während der restliche Teil der elektronischen Schaltung mit einer relativ niedrigen Spannung betrieben wird. Beide Möglichkeiten führen zu den folgenden Nachteilen.

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, und wird von der ersten Möglichkeit Gebrauch gemacht, dann wird auch für die übrigen Schaltungsteile, wie die Oszillatorschaltung und eine Frequenzteilerschaltung, eine unnötig große Durchbruchspannung benötigt. Demzufolge nimmt die Chip-Größe der integrierten Schaltung oder Schaltungen zu und der Leistungsverbrauch wird in Schaltungsteilen, in denen eine hohe Frequenz vorliegt, vergrößert
Macht man von der zweiten Möglichkeit Gebrauch, sind mehrere integrierte Schaltungen erforderlich, von denen ein Teil mit einer relativ niedrigen und ein anderer Teil mit einer relativ hohen Spannung betrieben wird. Damit kann zwar der Leistungsverbrauch, und damit die Chip-Größe der mit niedriger Spannung betriebenen integrierten Schaltung verringert werden, der Platzbedarf für die gesamte elektronische Schaltung der Uhr wird jedoch erheblich höher als bei einer einzigen integrierten Schaltung, die mit der relativ hohen Spannung betrieben wird, da für mehrere integrierte Schaltungen mehrere Schaltungsgehäuse mit Anschlußstiften erforderlich sind, die in der Regel einen wesentlich höheren Platzbedarf als die integrierte Schaltung selbst besitzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, bei einer elektronischen Uhr mit einer Schaltung, die in einem Teil mit relativ hoher und in einem anderen Teil mit relativ niedriger Spannung betrieben wird, den Platzbedarf für diese Schaltung zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Wie bei der bekannten Uhrenschaltung wird bei dieser Lösung jedem Schaltungsteil, nämlich der Oszillatorschaltung, der Teilerschaltung, der Steuerschaltung für die Anzeigeeinrichtung usw. die geeignete Speisespannung zugeführt. Dadurch wird vermieden, daß Schaltungsteile, die hohe Frequenzen zu verarbeiten haben, mit unnötig hoher Spannung betrieben werden müssen und ein nachteilig hoher Leistungsverbrauch entsteht. Aufgrund der Anpassungsschaltung können nun die mit niedriger Spannung betriebenen Schaltungsteile zusammen mit den mit hoher Spannung betriebenen Schaltungsteilen gemeinsam monolithisch integriert werden, so daß sich gegenüber bekannten Lösungen insgesamt ein kleinerer Leistungsbedarf und/oder ein geringerer Platzbedarf für die Uhrenschaltung ergeben. Beides sind Fortschritte, die sich insbesondere bei kleinen Armbanduhren mit dem geringen verfügbaren Platz vorteilhaft auswirken.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 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 eines C-MOS-Inverters.

Das in F i g. 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 N-leitendes Substrat, dann können die Teile, die mit einem hohen elektrischen Potential versorgt werden, auf das gemeinsame elektrische Potential gebracht werden, und die mit niedrigem elektrischen Potential versorgten P-Ieitenden Inseln werden getrennt Bei C-MOS-EIementen wird in einem N-leitenden Substrat ein P-Kanal-Transistor gebildet und in einer P-Insel ein H-Kanal-Transistor.

F i g. 2 stellt in einer schematischen Ansicht den konkreten Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltung dar. In einem N-leitenden Substrat N-Sub sind P-Ieitende Inseln P-tubi und P-tubl 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 TrX bis Tr 4 dienen. Die Drain-Anschlüsse DX und D 2 bzw. D 3 und D 4 sind jeweils miteinander verbunden. Die Transistorpaare TrMTrI und TrZITrA bilden jeweils einen komplementären Inverter. Mit MX und Λ/2 sind die Metallelektroden für den Gate-Anschluß bezeichnet. Jeder der Source-Anschlüsse Sl bis S 4 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 N-Sub ist ferner mit den Bereichen verbunden, an denen das gemeinsame hohe Potential der beiden Spannungsquellen anliegt, und die Inseln P-tub X und P-tub 2 sind mit d^n Bereichen verbunden, an denen das niedrige Potential anliegt. Da die Inseln P-tub X und P-tub2 gegenüber dem Substrat N-Sub umgekehrt vorgespannt sind, sind die Inseln elektrisch isoliert. Es ist deshalb möglich, voneinander verschiedene Potentiale anzulegen.

Ein C-MOS-Inverter ist aus einem Paar P-Kanal und N-Kanal MOS-Transistoren aufgebaut. Die Beziehung zwischen der Drain-Spannung und der Gate-Spannung des C-MOS-Inverters ist in F i g. 3 dargestellt. Wenn die Schwellenspannungen Vcm und Vctp ^es N-Kanal- bzw. des P-Kanal-Transistors nahezu gleich sind, ist die Gate-Schaltspannung Vcc des Inverters nahezu gleich der Hälfte der Speisespannung

Wird somit die C-MOS-Transistorschaltung aus zwei Spannungsquellen betrieben, dann tritt eine Differenz in den sogenannten logischen iPegeln 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 F i g. 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 Duichbruchspannung betrieben werden. Der Leistungsverbrauch ist gering. Andererseits liefert die Steuerschaltung 4 zum Steuern der Zeitanzeigeeinrich-

jo tung wirksame Ausgangssignale. Der Chip kann verkleinert werden.

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

j5 billige elektronische Schaltung für eine elektronische Uhr erhalten werden, die einen niedrigen Leistungsverbrauch hat und die insbesondere für eine elektronische Uhr mit einem Flüssigkristall als Anzeigeeinrichtung geeignet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronische Uhr mit einer komplementäre MOS-Transistoren aufweisenden elektronischen Schaltung, die in einem Teil mit relativ hoher und in einem anderen Teil mit relativ niedriger Spannung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (1 und 2, 4) zusammen mit einem Anpaßschaltungsteil (3), der die unterschiedlichen Logikpegel der beiden Teile aneinander anpaßt, monolithisch integriert sind.

2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit relativ hoher Spannung betriebene Schaltungsteil eine Steuerschaltung (4) zur Steuerung einer Zeitanzeigevorrichtung und der mit relativ niedriger Spannung betriebene Schaltungsteil eine Oszillatorschaltung (1) mit einem Zeitnormal und eine Frequenzteilerschaltung (2), welche die Oszillatorfrequenz auf eine für die Zeitanzeige benötigte Frequenz herabteilt, umfaßt

3. Elektronische Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit relativ hoher Spannung betriebene Schaltungsteil lediglich die Steuerschaltung (4) und der mit relativ niedriger Spannung betriebene Schaltungsteil den über die Anpaßschaltung (3) hinausgehenden Rest (1, 2) der Schaltung umfaßt.