DE2724739B2 - Cockcroft-Boosterschaltung für eine elektronische Uhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Cockcroft-Boosterschaitung für eine elektronische Uhr gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Cockcroft-Boosterschaitung, die aus der DE-OS 23 65 581 bekannt ist, kann beispielsweise dann verwandt werden, wenn im Uhrengehäuse ein elektronischer Rechner und eine elektronische Uhr kombiniert sind. Eine derartige Kombination aus einer Uhr und einem elektronischen Rechner zeichnet sich dann durch einen niedrigen Energieverbrauch aus, wenn von Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen Gebrauch gemacht wird. Das trifft insbesondere für den Zeitmeßteil der Uhr zu, der nur eine niedrige Spannung und eine geringe Leistung benötigt, was eine Lebensdauer der Energiequelle von annähernd zwei Jahren sicherstellt. Die Stabilität der Rechenschaltungen und die für die Rechenoperationen im Rechenteil notwendige Geschwindigkeit machen jedoch eine höhere Spannung und einen größeren Energieverbrauch als im Zeitmeßteil notwendig. Im Gegensatz zum Zeitmeßteil, der eine statische Betriebsweise der Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen verwendet, macht der elektronische Rechnerteil von einer dynamischen Betriebsweise unter Ausnutzung der dynamischen Streuung Gebrauch, um die Anzahl der Zuleitungen für die Anzeigeeinrichtungen so stark wie möglich herabzusetzen. Die dynamische Betriebsweise benötigt wenigstens zwei Energiequellen, die wegen des begrenzten Platzes im Uhrengehäuse nicht in Reihe geschaltet werden können.

Bei der eingangs genannten bekannten Cockcroft-Boosterschaitung tritt jedoch eine gewisse Unsymmetrie der Ausgangsspannungen auf, was zu einem Gleichstromanteil führt, der bei einer dynamischen Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, deren Elektroden in Matrixform geschaltet sind, unerwünscht ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, diese bekannte Cockcroft-Boosterschaltune so weiterzubilden, daß kein derartiger Gleich

stromanteil auftritt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die bei der erfindungsgemäSen Cockcroft-Boosterschaitung vorgesehene Spannungskompensationsemrichtung sorgt dafür, daß der durch die Boosterdioden fließende Strom, der von der Ausgangsspannung der Boosterschaltung abhängig ist, die bei der bekannten

ίο Boosterschaltung auftretende Unsymmetrie der Ausgang.sspannungen aufgrund des Spannungsabfalls über den Dioden kompensiert, so daß sich symmetrische Spannungsunterschiede in den Ausgangsspannungen ergeben und ein Gleichstromanteil nicht auftreten kann.

π Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Cockcroft-Boosterschaitung ist Gegenstand des Patentanspruches 2.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Kombination aus einem elektronischen Rechner und einer elektronischen Uhr in einem Uhrengehäuse mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Boosterschaltung.

Fig 2A zeigt im einzelnen das Schaltbild der in F i g. 1 dargestellten Boosterschaltung.

F i g. 2B zeigt ein Beispiel eines Matrixbeiriebssignales mit Spa^nungspotentialen, die durch die in Fig.2A dargestellte Boosterschaltung geliefert werden.

so Fig.3 zeigt das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Boosterschaltung.

Fig.4 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Boosterschaltung.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Kombination aus einem elektronischen Rechner und einer elektronischen Uhr mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Boosterschaltung dargestellt. Ein Zeitmeßteil 10 umfaßt einen Oszillator 12, der ein

4() hochfrequentes Signal liefert, einen Frequenzteiler 14, der mit dem Oszillator 12 verbunden ist, um das hochfrequente Signal zu teilen und ein niederfrequentes Signal zu liefern, einen Zähler 16, der auf das niederfrequente Signal anspricht, um Ausgangssignale der verschiedenen Zeitinformaticnen zu liefern, eine Treiberschaltung 18, die auf die Ausgangssignale anspricht und Betriebssignale liefert, eine Anzeigeeinrichtung 20, die auf die Betriebssignale anspricht, um die Zeit anzuzeigen, und eine Energiequelle 22, die aus einer einzigen Batterie besteht, die mit dem Zeitmeßteil 10 verbunden ist. Der elektronische Rechnerteil 24 enthält einen Oszillator 26, der Taktsignale für die Rechenoperationen liefert, eine Rechnerschaltung 28, die mit dem Oszillator 26 verbunden ist, eine Anzeigeeinrichtung 30, die in Matrixform angeordnet ist, um die Ausgabedaten von der Rechnerschaltung 28 anzuzeigen, eine Energiequelle 32 und eine äußere Bedienungseinrichtung oder Tastatur 34, die aus numerischen Tasten und Funktionstasten besteht. Die Energiequelle 32 wird von einer Batterie 36 aus zwei Einzelbatterien 36a, 36i>, gebildet und weist gleichfalls einen Oszillator 38 zur Spannungsverstärkung und eine Boosterschaltung 40 auf, die mit der Rechnerschaltung 28 und der Anzeigeeinrichtung 30 verbunden ist, um diesen Bauteilen erhöhte Spannungen zu liefern.

In Fig. 2A ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Boosterschaltung dargestellt, die in einer Energiequelle 32 verwandt wird, die den

Rechner im Uhrgehäuse mit Energie versorgt. Der Oszillator 38 enthält invertierende Verstärker 42,44,46, die in Reihe geschaltet sind, sowie einen veränderlichen Kondensator C₀ und einen veränderlichen Widerstand Äi, die parallel zu den invertierenden Verstärkern 44 und 46 geschaltet sind, um die abgegebene Schwingungsfrequenz zu regeln und dadurch die Ausgangsspannung der Boosterschaltung 40 einzustellen. Bei einem derartigen Aufbau legt der Oszillator 38 einen Wechselstrom an die Boosterschaltung 40. Ein Tekt- ι ο oder Eingangssignal mit einer Frequenz von annähernd 300 Hz, das vom Oszillator erzeugt wird, wird durch die Inverter 42. 44 verstärkt und geformt, durch den Inverter 46 umgekehrt und erscheint als rechteckwellenförmiges Ausgangssignal an der Ausgangsleitung 48, die das Signal an die Boosterschaltung 40 legt Die invertierenden Verstärker 42, 44, 46 sind CMOS-Bauelemente, d. h. aus komplementären Metalloxidhalbleitern aufgebaut, und verringern durch die Formung der Rechteckwelle die elektrische Leistung soweit wie möglich, die durch die Schaltung während des Schaltens des das Ausgangssignal invertierenden Verstärkers 46 fließt Wenn weiterhin die Schwellenspannung Vth des CMOS-Transistors des invertierenden Verstärkers 46 auf einen Wert nahe der Spannung der Energiequelle festgelegt ist, wird der während des Schaltens des CMOS-Transistors fließende Strom auf einen sehr niedrigen Pegel herabgesetzt, selbst wenn das Eir gangssignal für den Inverter einen sinuswellenförmigen Anteil hat. Daher wird nahezu kein unnötiger Energiever- jn brauch im invertierenden Verstärker 46 auftreten, wenn die Schwellenspannung des invertierenden Verstärkers auf wenigstens einen Wert zwischen 80% der Spannung der Energiequelle und der Spannung der Energiequelle selbst gewählt ist. Wenn der Oszillator 38 somit von r> einem unabhängigen CMOS-Plättchen Gebrauch macht, das unabhängig vom integrierten Schaltungsplättchen des Rechners vorgesehen ist, und wenn die Schwellenspannung Vth auf einen Wert nahe der Spannung der verwandten Energiequelle 36 festgelegt ist, kann der Energieverbrauch in der oben beschriebenen Weise herabgesetzt werden.

Die Boosterschaltung 40 enthält eine Cockcroft-Schaltung, die mit der negativen Klemme der Energieversorgung 36 verbunden ist und aus einer Vielzahl von Boosterdiodenpaaren 50 bis 60, die in Reihe geschaltet sind, und Kondensatoren Cl bis C6 aufgebaut ist, die parallel zu den Dioden SO bis 60 jeweils geschaltet sind, um eine Vielzahl von Ausgangsspannungen Kl, V2, V 3 und V4 auf die Taktimpulse hin zu liefern. Unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung der Energiequelle 36 3 Volt beträgt, haben die Spannungen Vl, V2, V3, V4 Potentialpegel von -3 V, —4,6 V, —63 V und —8,3 V jeweils. Die Spannungen VO, Vl, V 2, V3 und V4 liegen an einer nicht dargestellten Anzeigetreiberschaltung der Anzeigeeinrichtung 30, die in einer dynamischen Matrixbetriebsweise betrieben wird. Ein typisches Beispiel eines Treibersignals, das bei der Matrixbetriebsweise verwandt ist, ist in F i g. 2B dargestellt Unter der Annahme, daß die Spannung V2 eine Bezugsspannung ist, können die Potentialunterschiede zwischen der Spannung V2 und jeder der Spannungen VC, Vl, V3 und V4 ausgedrückt werden als:

I V3 - V2 I = I 6,3 - 4,6 I = 1,7

j V4 - V2 I = j 8,3 - 4,6 j = 3,7

I Vl - V2| = j 4,6 -3 j = 1,6

I VC - V2 I = j 0 - 4,6 I = 4,6

Aus den obigen Gleichungen ist ersichtlich, daß ein beträchtlicher Unterschied im Potentialpegel zwischen dem absoluten Wert von V4— V2 und dem von VC- V2 auftritt. Dieser Potentialunterschied führt zu einem Gleichstromanteil beim Mairixbetrieb, was eine Verschlechterung der Flüssigkristalle bewirken wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind erfindungsgemäß Spannungskompensierelemente, wie beispielsweise Dioden 62 und 64, vorgesehen, die in Reihe zur positiven Klemme der Energiequelle 36 geschaltet sind. Die Dioden 62 und 64 dienen als Spannungsabfalldionen, können jedoch durch Widerstände oder andere Halbleiterbauelemente, wie Transistoren oder Thermistoren, ersetzt werden, die dazu dienen, Änderungen in der Umgebungstemperatur zu kompensieren. Ein Kondensator C 7 ist oarallel zu den Dioden 62 und 64 geschaltet. Die Spannung über dem Kondensator Cl ist mit VO bezeichnet. Der über jeder der Dioden 62 und 64 aufgrund des hindurchfließenden Stromes auftretende Spannungsabfall gleicht die jeweiligen Potentiale an jeder Boosterstufe aus. Die Spannungen VO, Vl, V2, V3 und V4 haben Potentialpegel von 0, -2,0, -3,6, -5,3 und -7,3 Volt jeweils. In diesem Falle betragen die Potentialunterschiede zwischen der Spannung V'2 und den Spannungen VO, Vl, V3 und V4 jeweils 3,6, 1,6, 1,7 und 3,7 Volt. Da in diesem Fall die Spannungsunterschiede zwischen der Spannung V2 und jeder der Spannungen VO, Vl, V3und V4 symmetrisch sind, tritt nahezu kein Gleichspannungsanteil auf, so daß ein unnötiger Energieverbrauch und eine Verschlechterung der Flüssigkristalle vermieden werden können. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Flüssigkristallanzeigevorrichtung matrixartig betrieben wird.

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Kombination aus einem Rechner und einer Uhr. Bei diesem Ausführungsbeispiel fehlt der Oszillator 38 des Rechnerteils 24 und liegt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von 300 Hz direkt vom Frequenzteiler 14 des Zeitmeßteils 10 an der Boosterschaltung 40.

Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der in F i g. 1 dargestellten Kombination. Bei diesem Ausführungsbeispiel fehlt der Oszillator 26 und schwingt der Oszillator 12 des Zeitmeßteils 10 mit einer Frequenz in der Größenordnung von 4MHz. Ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von 300 kHz liegt als Taktsignal zum Rechnen vom Frequenzteiler 14 direkt an der Rechenschaltung 28.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Cockcroft-Boosterschaitung für eine elektronische Uhr mit einer Anzahl von Boosterdiodenpaaren, die in Reihe geschaltet sind und an einer Seite der Energiequelle der Uhr liegen, mit einer Anzahl erster Kondensatoren, die zwischen die Verbindungspunkte der jeweiligen Diodenpaare und eine Taktimpulsquelle geschaltet sind, und mit einer Anzahl von zweiten Kondensatoren, die zwischen den Boosterdiodenpaaren und der anderen Seite der Energiequelle liegen, gekennzeichnet durch eine Spannungskompensationseinrichtung (62, 64, C7), die mit der Seite verbunden ist, an der die zweiten Kondensatoren (C2, C4, CS) liegen, und die so ausgebildet ist, daß sie die Unsymmetrie der Ausgangsspannungen der Boosterschaltung ausgleicht.

2. Cockcroft-Boosterschaitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskompensationseinrichtung (62, 64, C 7) aus zwei Dioden (62, 64) die in Reihe zur Energiequelle geschaltet sind, und aus einem Kondensator (C7) besteht, der parallel zu den Dioden (62,64) geschaltet ist.