DE2541352A1 - Oszillator in c-mos-technologie - Google Patents

Oszillator in c-mos-technologie

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DE2541352A1 DE19752541352 DE2541352A DE2541352A1 DE 2541352 A1 DE2541352 A1 DE 2541352A1 DE 19752541352 DE19752541352 DE 19752541352 DE 2541352 A DE2541352 A DE 2541352A DE 2541352 A1 DE2541352 A1 DE 2541352A1
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Description

DR. RUDOLF BAUER - DIPL-ING. HELMUT HUBBUCH PATENTANWÄLTE
753 PFORZHEIM. (WEST-OERMANY) WESTLICHES) (AM LEOPOLDPLATZ) TEL. (O723D1O22BO
Centre Electronique Horloger S.A.
Neuchätel
(Schweiz)
Oszillator in C-MOS-Technologie
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oszillator in C-MOS-Technologie, wobei der Oszillatorkreis einen ersten MOS-Transistor aufweist, dessen Quelle mit einem ersten Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und der vom Strom eines zweiten MOS-Transistors vom entgegengesetzten Typ polarisiert wird, wobei letzterer zum gleichen integrierten Kreis gehört.
Aus der Literaturstelle "Electronics Letters" Band 9, Nr. 19 vom 20. Sept. 1973, Seiten 451-453 ist bereits ein Oszillator mit geringem Stromverbrauch bekannt, insbesondere ein Quarzoszillator in C-MOS-Technologie, d.h. eine mit komplementären MOS-Transistoren versehene integrierte Schaltung. Darin wird als Polarisationsstromquelle des ersten Transistors des Oszillatorkreises ein komplementärer Transistor verwendet, dessen Gate mit demselben Punkt der Versorgungsquelle verbunden ist, wie die Quelle des ersten Transistors und dessen Quelle mit dem anderen Pol der "Versorgungsquelle verbunden ist. In diesem Fall hängt aber der mittlere Senkenstrom des ersten Transistors
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ziemlich, stark von der Ansprechschwelle dieses zweiten Transistors ab, sowie von der Versorgungsspannung.
Des weiteren erhält man bei Verwendung eines C-MOS-Umschalters, dessen Eingang und Ausgang über einen Quarzresonator verbunden sind, immer eine Schwingung mit grosser Amplitude und einen Stromverbrauch., der weit über dem Minimalwert liegt, der zum Aufrechterhalten der Schwingung in einer sog. "Pierce-Schaltung" ausreicht.
Des weiteren wurde bereits in der veröffentlichen schweizerischen Patentanmeldung 15 126/68 vorgeschlagen, eine automatische Regelung des vom Oszillator verbrauchten Stromes dadurch zu ermöglichen, dass direkt die Amplitude des Oszillationssignals bestimmt wird. Diese bekannte Methode erfordert aber ebenfalls ein Arbeiten mit grosser Schwingungsamplitude. Dazu kommt, dass der zugehörige Schaltkreis, der für Transistoren eines Typs ausgelegt ist, einige Nachteile aufweist : Der Ausgangsleitwert des Transistors des Oszillatorkreises ist aufgrund des Phänomens der Substratmodulation gross, wodurch der erforderliche Polarxsationsstrom zunimmt; die Schaltung weist eine kapazitive Kopplung auf, die Schwierigkeiten bei der Ir_tegrierung hervorruft; die Masse der Schaltung ist mit einem der Pole des Quarzes verbunden, wodurch sich die parasitären Xa.pazitäten zwischen dem anderen Pol und der Masse zur unerwünschten parallel zum Quarz auftretenden Kapazität addieren, anstatt sich zu den Funktionskapazitäten zwischen Senke und Quelle sowie zwischen Gate und Quelle des Transistors des Oszillatorkreises zu addieren; dies bewirkt, dass der Oszillator dann kritisch wird, wenn der Qualitätsfaktor des Quarzes niedrig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integrierten Oszillator, insbesondere einen Quarzoszillator, mit minimalem Stromverbrauch anzugeben, der in seiner Arbeitsweise sowohl stabil als auch präzise ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Oszillator wenigstens einen dritten MOS-Transistor aufweist, der vom gleichen Leitungstyp ist wie der zweite und der zur gleichen integrierten Schaltung gehört, wobei die Quellen und Gates des zweiten und dritten Transistors jeweils untereinander und mit dem zweiten Pol der Versorgungsspannungsquelle bzw. mit einem Punkt verbunden sind, der ein derartiges Potential aufweist, dass der mittlere Senkenstrom des ersten Transistors auf einem Wert gehalten wird, der gerade oberhalb des Auslösewertes der Schwingung liegt.
Bei einem bevorzugten AusfUrungsbeispiel des erfindungsgemässen Oszillators wird eine Verstärkung des Schwingungssignals auf einfache Art und Weise ermöglicht, die vollständig mit einer nicht kritischen Technologie der integrierten C-MOS-Schaltkreise vereinbar ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Oszillator ein Paar zur gleichen integrierten Schaltung gehörende MOS-Transistoren von entgegengesetztem Typ auf, die so bemessen sind, dass die Quotienten aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals für alle beide und aus dem entsprechenden Dimensionsverhältnis des Kanals des Transistors vom gleichen Typ unter dem ersten und zweiten Transistor gleich sind, wobei die Elektroden der Gates und der Quellen der Transistoren dieses Paares mit den entsprechenden des ersten und zweiten Transistors bzw. mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Senkengebiete des Transistorenpaares, der den Oszillatorausgang darstellt, verbunden sind.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Oszillators wird eine sehr grosse Präzision und Stabilität in der Aufrechterhaltung des mittleren Senkenstromes des ersten Transistors erzielt. Zu diesem Zweck kann der mittlere Senkenstrom, insbesondere dem ersten Transistor über eine Rückkopplungsschaltung zugeführt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben;
es zeigen :
Figur 1 das Schaltschema einer "Pieree-Schaltung", wie sie im
Oszillator verwendet werden kann, Figur 2 eine grafische Darstellung der Schwingungsamplitude des
Kreises von Figur 1 als Funktion des verbrauchten Stromes, Figur 3 ein erstes AusfUrungsbeispiel des erfindungsgemässen
Oszillators mit Signalverstärkung, Figur 4 eine Perspektivische Ansicht zweier entgegengesetzter MOS-Transistoren, die zur selben integrierten Schaltung gehören,
Figur 5 eine Variante des in Figur 3 gezeigten Oszillators, Figur 6 ein Schaltschema eines anderen Ausführungsbeispiels des
Oszillators mit einem Rückkopplungskreis und einem • Steuerungstransistor,
Figur 7 eine Variante des in Figur 6 gezeigten Oszillators, Figur 8 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen
Oszillators,
Figur 9 eine grafische Darstellung der Schwingungsamplitude des
in Figur 8 gezeigten Oszillators als Funktion der verwendeten Transistorabmessungen und Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines Oszillatorkreises mit einem RC-Glied.
Das in Figur 1 dargestellte Schaltschema stellt einen unter dem Namen "Pierce-Schaltung" bekannten Quarzoszillator dar, der mittels eines einzigen MOS-Transistors T, verwirktlicht ist. Der Transistor T-, wird durch einen Widerstand Rq aktiv polarisiert, wobei letzterer zwischen Senke und Gate derart geschaltet ist, dass das mittlere Potential des Gates gleich demjenigen der Senke ist, während der Transistor mit einem mittleren Senkenstrom von einer Stromquelle I gespeist wird. Zwischen Senke und Gate des Transistors ist ein Quarzresonator Q geschaltet. Im
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Schema sind weiterhin zwei Kapazitäten C1 und Cp dargestellt, die zwischen Gate und Quelle bzw. zwischen Senke und Quelle des Transistors T, erscheinen. Diese zum Funktionieren des Oszillators erforderlichen Kapazitäten können zwischen den angegebenen Punkten geschaltete Bauteile sein, oder einfach von den parasitären Kapazitäten des Transistors T, gebildet werden.
Der hauptsächliche Vorteil dieser Schaltung mit einem einzigen Transistor liegt in dem sehr geringen Einfluss der nichtlinearen Effekte auf die Schwingungsfrequenz. Dieser Vorteil wird insbesondere bei relativ hohen Frequenzen deutlich, bei denen andere Schaltungen nicht mehr verwendbar sind, da ihre Schwingungsfrequenz eine zu starke Abhängigkeit von bestimmten Temperaturparametern und Versorgungsspannungsparametern aufweist.
In Figur 2 ist die Abhängigkeit der Schwingungsamplitude des in Figur 1 gezeigten Schaltkreises, beispielsweise der Amplitude U-, der an den Ausgängen von C-, anliegenden Spannung, als Funktion des Polarisationsstromes I dargestellt. Die qualitative Darstellung dieser Beziehung zeigt, da,ss keine Schwingung auftritt, so lange der Polarisationsstrom I unterhalb eines bestimmten Wertes I .. liegt. Sobald I diesen Wert I r·+ übersteigt, baut sich eine Schwingung auf, mit einer Amplitude in der Grb'ssenordnung von einigen Hundert mV. Oberhalb dieses Amplitudenwertes wirkt die Nichtlinearität der Charakteristik von G-atespannung/ Senkenstrom des Transistors dahingehend, dass die Schwingungsamplitude nur durch eine Erhöhung des Stromes I zunehmen kann.
Figur 3 zeigt das Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Oszillators, bei dem der Strom I auf einen Wert gebracht wird, der gerade oberhalb des Wertes I ., liegt und bei dem andererseits eine Verstärkerschaltung vorgesehen ist, die eine Steuerung der mit dem Oszillator verbundenen logischen Kreise ermöglicht.
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Der in Figur 3 gezeigte Oszillator weist den in Figur 1 gezeigten Oszillatorkreis auf, wobei die Polarisationsstromquelle einen komplementären MOS-Transistor Tp enthält, dessen Quellenelektrode mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, während ihr anderer Pol mit der Quelle des Transistors T1 verbunden ist. Das Gate des Transistors Tp ist mit dem Gate eines dritten Transistors T,- verbunden, der vom gleichen Leitungstyp wie der Transistor Tp ist, während die Quelle dieses Transistors T/- mit dem gleichen Pol der Versorgungsquelle verbunden ist wie der Transistor Tp und seine Senke einerseits mit den Gates von Tp und T,- (P) und anderseits über einen Widerstand IL mit dem anderen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Das Schaltschema nach Figur 3 weist weiterhin ein Paar komplementäre MOS-Transistoren T~, T. auf, die vom gleichen Leitungstyp wie die Transitoren T, bzw. Tp sind, wobei die Gates und Quellen der Transistoren Tp und T. einerseits und der Transistoren T-, und T^ andererseits direkt miteinander verbunden sind. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Senken der Transistoren T-, und T. bildet den Oszillatorausgang.
Die Abmessungen der Bauteile dieses Oszillators und das Funktionieren der in Figur 3 gezeigten Schaltung werden anhand der in Figur 4 dargestellten perspektivischen Ansicht näher erläutert.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht zweier entgegengesetzter MOS-Transistoren, die zur gleichen integrierten Schaltung in C-MOS-Technologie gehören. Die verschiedenen Transistoren vom gleichen Leitungstyp (p-Kanal oder n-Kanal), die zur gleichen integrierten Schaltung gehören, unterscheiden sich nur durch die Breite V und die Länge L ihrer in Figur 4 dargestellten Kanäle.
Der Senkenstrom I^ eines MOS-Transistors ist eine Funktion des folgenden Ausdrucks ™
1D = L f (V V
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wobei v„ die Spannung Gate/Quelle und ν~ die Spannung Senke/Quelle des Transistors darstellen. Die Funktion f hängt von der Polarisationsspannung des Transistors ab. Sie variiert beträchtlich. zwischen den einzelnen Fabrikationsposten, doch zeigt die Erfahrung, dass sie für alle Transistoren vom gleichen Leitungstyp derselben integrierten Schaltung sehr genau gleich ist. Des weiteren wird diese Funktion in erster Näherung unabhängig von v-p, wenn der Transistor im sogenannten Sättigungsgebiet arbeitet, das durch folgende Beziehung definiert ist
VD> VG * V
wobei mit V„ die Ansprechschwelle des Transistors bezeichnet ist.
Unter diesen Bedingungen sind die Senkenströme mehrerer Transistoren T. vom selben Leitungstyp, die zur gleichen integrierten Schaltung gehören, proportional zu ihren Dimensionsverhältnissen
a. = __ . Auf diesem Prinzip basiert der Aufbau des erfindungsgel L1
massen Oszillators.
In Figur 5 unterscheiden sich die Transistoren mit dem n-Kanal,
Τη und T~, nur durch ihre Dimensionsverhältnisse a, und a^ und 15 15
die Transistoren mit dem p-Kanal, Tp, T. und Tg, nur durch die entsprechenden Verhältnisse a2, a. und ag. Entsprechend dem oben angegebenen Prinzip ist der Polarisationsstrom I von T,, der gleich dem Senkenstrom des Transistors T~ ist, durch die folgende Beziehung gegeben
a2
I=I..-6 a6
Der Senkenstrom von T,-, der mit I<- bezeichnet ist, ist durch folgende Beziehung gegeben
wobei mit V~g die Gate-Spannung von Tg bezeichnet ist. Da die Gate-Spannung in der Nähe der Ansprechschwelle der p-leitenden
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Transistoren liegt und diese weit unter der Versorgungsspannung TJ liegt, ist der Strom Ig im wesentlichen eine Funktion von U und von R,. Mit anderen Worten kann das am Gate des Transistors Tp anliegende Potential des Punktes P durch diese beiden Werte derart bestimmt werden, dass der Strom I einen Wert annimmt, der gerade oberhalb des in Figur 2 dargestellten Wertes
Andererseits sind die in Figur 5 gezeigten Transistoren T, , T- und T. derart dimensioniert, dass
Z = -* gilt. a
Da der Transistor T1 durch den Widerstand RQ aktiv polarisiert ist, ist ebenfalls der Transistor Tp aktiv polarisiert, und zwar mit einem Ruhestrom
a. τ - τ -Λ.
Die beiden Transistoren T- und T. bilden eine Verstärkungsstufe. Das am Gate von T, erscheinende Schwingungssignal wird direkt dem Gate des Verstärkungstransistors T^ zugeführt, an dessen Senke ein Ausgangssignal mit grosser Amplitude erscheint.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit verschiedenen voneinander unabhängigen Varianten für die in Figur 3 gezeigte Schaltung. So ist in Figur 5 der Widerstand R-, durch einen Transistor T1- ersetzt, dessen Gate/Quellen-Spannung gleich der Versorgungsspannung U ist. Des weiteren ist der Polarisationswiderstand R0 durch zwei Dioden D, und Dp ersetzt, die entgegengesetzt , aber in Serie geschaltet sind. Diese Dioden können beispielsweise als seitliche pn-Ubergänge im als Gate-Elektroden verwendeten polykristallinen Silizium ausgebildet sein. Durch diese beiden Modifikationen, können Widerstände vollständig vermieden werden, deren Herstellung in C-MOS-Technologie noch Probleme aufwirft.
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Andererseits ist bei der in Figur 5 gezeigten Schaltung das Gate des Transistors T„ nicht mehr mit dem Gate, sondern mit der Senke von T1 verbunden, deren mittleres Potential gleich demjenigen des Gates von T-. ist.
Figur 6 zeigt ein anderes bevorzugtes Ausführungspeispiel des erfindungsgemässen Oszillators. Der Basis-Oszillatorkreis mit T-. und die Schaltung der Transistoren T?, T- und T. ebenso wie ihre Abmessung sind identisch mit denjenigen der in Figur 3 gezeigten Schaltung.
Ein drittes komplementäres Transistorpaar T7, TQ ist auf gleiche Art und Weise wie das Paar T-, T. geschaltet, wobei der gemeinsame Yerbindungspunkt der Senken von T7 und T8, der den Ausgang dieser Stufe bildet, mit dem Gate eines p-leitenden Steuerungstransistors T1n verbunden ist. Die Quelle des Transistors T,Q ist mit dem positiven Pol der Versorgung verbunden und sein Senkenkreis weist einen Ladungswiderstand Rp auf mit einer Kapazität C, im Nebenschluss. Die Senkenelektrode des Transistors Tn, bildet den Ausgang dieser Stufe und stellt den Punkt P dar, der direkt mit den Gates von Tp, T. und TQ verbunden ist.
Das Transistorpaar T7, TR ist derart dimensioniert, dass die folgende Beziehung gilt
Daraus folgt, dass in Abwesenheit einer Schwingung aufgrund der Gleichheit der Senkenströme von T- und von Tp der Sättigungsstrom von Tq grosser ist als derjenige von T7. Das gemeinsame Potential der Senken von T7 und T„ liegt demnach in der Nähe von +U derart, dass der Ruhepunkt von TQ aus dem Sättigungsgebiet auswandert, so dass sein Senkenstrom vermindert wird. Der Transistor T10 ist also gesperrt und der Widerstand Rp bringt
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das Potential der Gates der Transistoren T0, T. und T0 auf das-
c. 4· O
jenige des negativen Versorgungspols. Die Ströme I, I. und I„ werden somit auf einen höheren Wert gebracht und die Schwingungen setzen ein.
Wenn die Schwingungsamplitude einen ausreichenden Wert erreicht hat, verursachen die positiven Spannungsspitzen am Gate von T17 eine Erhöhung des Senkenstromes von T7 bis dieser den Senkenstrom von Tq trotzt der ursprünglichen Asymmetrie übersteigt. Daraufhin erscheinen negative Impulse am Gate von T-, q· Der mittlere Senkenstrom dieses Transistors ist daraufhin grosser als Null, wodurch am Widerstand Rp eine Gleichspannung erscheint. Das Potential am Punkt P steigt und die Ströme I, I. und I„ nehmen ab, bis auf einen Wert, der gerade ausreicht, um ein periodisches Leiten des Steuerungstransistors T1n zu ermöglichen. Der Arbeitsstrom I wird somit durch den den Transistor T-.« aufweisenden Rttckkopplungskreis stabilisiert.
Figur 7 zeigt eine bestimmte Anzahl voneinander unabhängiger Varianten der in Figur 6 gezeigten Schaltung.
Zwischen Quelle und Gate von T-, ~ ist eine Diode D_ in Sperrichtung geschaltet. Diese weist eineagewissen Sperrstrom auf, der grosser als derjenige des p-n Übergangs Senke/Substrat des Transistors T7 ist, so dass das Potential am Gate von T-. ~ in der Nähe von +U liegt, selbst wenn kein Strom durch den Kanal des Transistors fliesst. Die Diode kann beispielsweise mittels eines seitlichen pn-Uberganges im polykristallinen Silizium verwirklicht werden. Sie lässt sich auch durch einen hochohmigen Widerstand ersetzen.
Das Ausgangssignal des Oszillators wird direkt an der Senke von T, abgenommen und parallel dem Gate des Transistors 7 zugeführt, wobei das Gleichstrompotential des Gates gleich dem der Senke von T, ist. Der Widerstand R? in Figur 6 ist durch einen
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Transistor Τ» mit langem Kanal η ersetzt, dessen Gate mit dem Punkt +U verbunden ist.
Die gestrichelt dargestellte Kapazität C, ist eine bei der beschriebenen Arbeitsweise auftretende parasitäre Kapazität, da sie den Verstärkungsgrad der Verstärkungsstufe T7, T„ begrenzt. Trotzdem funktioniert die Rückkopplung, selbst wenn der Wert dieser Kapazität sehr gross ist, und zwar auf folgende Art und Weise. Übersteigt die Schwingungsämplitude am Gate von T, einige Hundert mV, so wandert der Arbeitspunkt von T-. aus dem Sättigungsgebiet während der positiven Halbwellen der Gatespannung aus, wodurch der mittlere Wert des Senkenstromes an T1 sinkt. Da dieser Wert aber gleich demjenigen des durch T? gelieferten Gleichstromes bleiben muss, wird dieser Effekt durch eine Erhöhung des mittleren Potentials am Gate und an der Senke von T-. kompensiert, wobei dieses Potential gleich demjenigen am Gate von T7 ist. Der mittlere Senkenstrom von T7 steigt demnach und übertrifft schliesslich denjenigen von Tg, wodurch das mittlere Potential am Gate von T10 abnimmt. Der Transistor T,o beginnt also zu leiten und bewirkt eine Verringerung der von Tp und TQ gelieferten Ströme I und Ig bis auf einen Wert, der gerade ausreicht, um die Leitfähigkeit von T10 zu erhalten.
Figur 8 zeigt ein anderes Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemässen Oszillators, bei dem die Schwingungsamplitude auf einen sehr geringen Wert begrenzt ist, ohne Signalverstärkung. Der den Transistor T-, aufweisende Oszillator ist gleich aufgebaut wie in den vorhergehenden Beispielen und auch die Arbeitsweise des Transistors T2 ist die gleiche. Ein Paar komplementäre Transistoren Τ-,-,» T12 mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt an den Senken ist über die Quellen mit den entsprechenden Polen der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Das Gate des p-leitenden Transistors T12 ist mit seiner Senke verbunden, sowie mit dem Gate des Transistors T2 (Punkt P ). Das Gate des η-leitenden Tran-
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sistors T11 ist mit dem Gate des Transistors T-. über einen Widerstand R- verbunden, während eine Kapazität C1- parallel zwischen Gate und Quelle des Transistors T,, geschaltet ist. Der Widerstand R^ und die Kapazität C,- bilden ein Tiefpassfilter.
Die vier Transistoren des in Figur 8 dargestellten Schaltkreises sind derart bemessen, dass folgende Beziehung gilt
a2 al
In Abwesenheit einer Schwingung und wenn die vier Transistoren im Sättigungsgebiet arbeiten ist der durch einen gegebenen Strom i -, bestimmte Strom I gleich ki_, , wobei k durch folgende Beziehung definiert ist
Unter diesen Bedingungen gibt es also keinen entsprechenden Ruhepunkt. Die Ströme nehmen so lange zu, bis wenigstens einer der Transistoren T? bis T,, ausserhalb des Sättigungsbereiches arbeitet, so dass i^, = I ist.
In diesem Fall ist der Strom I mehr als ausreichend, um die Schwingung auszulösen. Wenn nun die Schwingungsamplitude TJ, am Gate von T-. zunimmt, nimmt die mittlere Spannung am Gate Yn aufgrund der. nichtlinearen Charakteristik von X7,, = f (v-,,)
X X)X (JX
ab, damit der Mittelwert von i_-, gleich I bleibt. Da die Gatespannung Vp,, von ΤΊ1 gleich V-. ist, wobei die Wechselkomponenten durch des Filter R~ C1- eliminiert werden, nimmt der Strom I,, ab, wodurch eine Abnahme des Stromes I hervorgerufen wird. Die Anordnung stabilisiert sich bei einem Wert I, der gerade erforderlich ist zum Aufrechterhalten einer Schwingung der Amplitude U, . Dieser Wert reicht aus um den Faktor k, der grosser als 1 ist, zu kompensieren, wobei die vier Transistoren um einen Ruhepunkt arbeiten, der im Sättigungsgebiet liegt.
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Die Werte a., bis a,, werden vorteilhafterweise so gross gewählt, dass die Transistoren T.. bis T,, mit schwachen Stromdichten arbeiten. In diesem Fall lässt sich zeigen, dass die stabilisierte Amplitude
V
c
nur von dem Verhältins k gemäss der aus Figur 9 ersichtlichen Beziehung abhängt. Mit V ist eine Konstante bezeichnet, die bei der benutzten Technologie im allgemeinen gut beherrschbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Oszillators wird also eine Stabilisierung der Stromaufnahme durch die Wahl der Abmessungsverhältnisse der vier verwendeten Transistoren erzielt.
Zwischen Quelle und Senke des Transistors T. kann eine Diode D. geschaltet sein, um den Verluststrom Senke/Substrat des Transistors T1 zu vermeiden und um dafür zu sorgen, dass der Ruhepunkt sich beim Einschalten der Versorgungsspannung einstellen kann. Die Diode kann auf die gleiche Art und Weise wie die Diode D_ in Figur 7 ausgebildet sein.
Des weiteren können die Widerstände RQ und R~ durch in Serie und gegeneinander geschaltete Diodenpaare ersetzt werden.
Der in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete "Pierce-Schaltung" kann beispielsweise durch einen Oszillatorkreis mit einer RC-Kette ersetzt werden.
Figur 10 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem ein derartiger Oszillatorkreis mit einer RC-Kette dargestellt ist und bei dem der Rückkopplungskreis und der Verstärkerkreis auf dieselbe Art und Weise arbeiten, wie derjenige von Figur 6. Die Anzahl der RC-Grlieder kann grosser als diejenige sein, die in Figur 10 dargestellt ist, und es lassen sich auch verteilte RC-Glieder
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oder andere !Formen von Gliedern verwenden, ohne das Prinzip
des vorgeschlagenen Oszillators zu verändern.
Bei allen vorgeschlagenen Ausfuhrungsbeispielen des erfindungsgemässen Oszillators wird eine Herabsetzung des Stromverbrauchs des Oszillators bis auf einen Minimalwert erzielt, wobei gleichzeitig die Amplitude des Schwingungssignals am Gate des ersten Transistors begrenzt wird, so dass der Einfluss der nichtlinearen Effekte, die eine starke Auswirkung auf die Schwingungsfrequenz haben, vermieden wird.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ./Oszillator in C-MOS-Technologie, wobei der Oszillatorkreis einen ersten MOS-Transistor aufweist, dessen Quelle mit einem ersten Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und der vom Strom eines zweiten MOS-Transistors vom entgegengesetzen Typ polarisiert wird, wobei letzterer zur gleichen integrierten Schaltung gehört, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens einen dritten MOS-Transistor (T,-, TR, -ηρ) aufweist, der vom gleichen Leitungstyp ist wie der zweite und der zur gleichen integrierten Schaltung gehört, wobei die Quellen und Gates des zweiten und dritten Transistors jeweils untereinander und mit dem zweiten Pol der Versorgungsspannungsquelle bzw. mit einem Punkt (p) verbunden sind, der ein derartiges Potential aufweist, dass der mittlere Senkenstrom des ersten Transistors auf einem Wert gehalten wird, der gerade oberhalb des Auslösewertes der Schwingung liegt.
    2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke des dritten Transistors (T,-) einerseits mit dem Gate dieses Transistors und andererseits über einen Widerstand (R-.) mit dem ersten Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
    4. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Paar komplementärer MOS-Transistoren aufweist, wobei der eine der dritte Transistor (T,-) ist und der andere ein vierter Transistor (Tp-), der vom gleichen Leitungstyp ist wie der erste, mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Senken, wobei das Gate des dritten Transistors (T,-) mit diesem gemeinsamen Verbindungspunkt der Senken verbunden ist und das Gate des vierten Transistors mit dem zweiten Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, während die Quelle des vierten Transistors mit dem ersten Pol der Spannungsquelle verbunden ist.
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    4. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Paar zur gleichen integrierten Schaltung gehörende MOS-Transistoren (T-, T-) von entgegengesetztem Typ aufweist, die so bemessen sind, dass die Quotienten aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals für alle beide und aus dem entsprechenden Dimensionsverhältnis des Kanals des Transistors vom gleichen Typ unter dem ersten und zweiten Transistor gleich sind, wobei die Gates und Quellen der Transistoren dieses Paares mit den entsprechenden Elektroden des ersten und zweiten Transistors bzw. mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Senken des Transistorenpaares, der den Oszillatorausgang darstellt, verbunden sind.
    5. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Paar zur gleichen integrierten Schaltung gehörende MOS-Transistoren (T-, T-) vom entgegengesetzten Typ aufweist, die so bemessen sind, dass die Quotienten aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals für alle beide und aus dem Dimensionsverhältnis des Kanals des Transistors vom gleichen Typ unter dem ersten und zweiten Transistor gleich sind, wobei die Quellen der Transietoren dieses Paares mit den entsprechenden des ersten und zweiten Transistors verbunden sind, während das Gate des Transistors (T.), der vom gleichen Leitungstyp ist wie der zweite, mit demjenigen des letzteren verbunden ist und das Gate des Transistors, der vom gleichen Leitungstyp ist wie der erste, mit der Senke des letzteren verbunden ist, während der gemeinsame Verbindungspunkt der Senken des Transistorpaares den Ausgang des Oszillators darstellt.
    6. Oszillator nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeic h η et, dass er ein Paar komplementärer MOS-Transistoren aufweist, von denen der eine der dritte Transistor (T0) ist und der andere ein vierter Transistor (T7), der vom gleichen Leitungstyp wie der erste ist, mit einer gemeinsamen Verbindung zwischen
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    den Senken, wobei beide Transistoren derart bemessen sind, dass der Quotient aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals des dritten Transistors und aus dem entsprechenden Verhältnis des zweiten Transistors grosser ist als der Quotient aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals des vierten Transistors und aus dem entsprechenden Verhältnis des ersten Transistors, wobei das Gate und die Quelle des vierten Transistors mit den entsprechenden Elektroden des ersten Transistors verbunden sind, und dass er einen Steuerungstransistor (T-iq) aufweist, der vom gleichen Leitungstyp ist wie der zweite Transistor, wobei die Quelle des Steuerungstransistors mit dem zweiten Pol der Versorgungsquelle verbunden ist, während das Gate dieses Transistors mit dem Gemeinsamen Verbindungspunkt der Senken des dritten und vierten Transistors verbunden ist und die Senke des Steuerungstransistors einerseits mit dem Gate des zweiten Transistors und andererseits über einen Widerstand (Rp) mit Nebenschlusskapazität (C-) mit dem ersten Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
    7. Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichne t, dass er anstelle des mit der Senke des Steuerungstransistors verbundenen Widerstandes (R2) einen Transistor (Tq) mit langem Kanal aufweist, der vom gleichen Leitungstyp wie derjenige des ersten Transistors ist und dessen Gate, Quelle und Senke mit dem ersten bzw. zweiten Pol der Versorgungsspannungsquelle b£w. mit der Senke des Steuerungstransistors verbunden sind.
    8. Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichnet, dass er eine Diode aufweist, die in Sperrichtung zwischen die Quelle und das Gate des Steuerungstransistors (T-. q) geschaltet ist.
    9. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Paar komplementärer MOS-Transistoren aufweist, von denen der eine der dritte Transistor (Tfl) ist und der andere ein vierter Transistor (T17) ist, der vom gleichen Leitungstyp wie der erste ist, mit einer gemeinsamen Verbindung zwischen den
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    Senken, wobei beide Transistoren derart.bemessen sind, dass der Quotient aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals des dritten Transistors und aus dem entsprechenden Verhältnis des zweiten Transistors kleiner ist, als der Quotient aus dem Verhältnis Breite/Länge des Kanals des vierten Transistors und aus dem entsprechenden Verhältnis des ersten Transistors, wobei das Gate des dritten Transistors mit der Senke dieses Transistors verbunden ist und die Gates und Quellen des ersten und vierten Transistors über ein Tiefpassfilter (R-, C1-) verbunden sind.
    10. Oszillator nach Anspruch 9» dadurch gekennze lehnet, dass das Tiefpassfilter von zwei Dioden gebildet wird, die in Reihe, aber gegeneinander zwischen den Gates des ersten und vierten Transistors geschaltet sind, sowie von einer Kapazität, die zwischen das Gate des vierten Transistors und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Quellen des ersten und vierten Transistors geschaltet ist.
    11. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillatorkreis einen Quarzresonator aufweist, der zwischen die Senke und das Gate des ersten Transistors parallel zu einem Polarisationswiderstand (R0) geschaltet ist, während Kapazitäten (C1 , C?) zwischen Senke und Quelle und zwischen Gate und Quelle dieses Transistors erscheinen oder geschaltet sind.
    12. Oszillator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Polarisationswiderstandes zwei gegeneinander in Reihe geschaltete Dioden vorhanden sind.
    15. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillatorkreis eine RC-Kette aufweist, die die Schwingungsfrequenz bestimmt.
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