DE2827684A1

DE2827684A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2827684A1
Application number: DE19782827684
Authority: DE
Inventors: Nobuo Shimotsuma
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1978-06-23
Publication date: 1979-01-04
Also published as: GB2000338B; GB2000338A; FR2396341A1; US4217540A; JPS5410772A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH onuinira 16.6.197828 27684

PATENTANWALT ki/ha

München 84 3β3β

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH POSTFACH. D - 8Ο34 GERMERING TELEX: S2 1730 PATE

Anwaltsakte: D-4467

Anmelderin: Kabushiki Kaisha' Daini Seikosha, Tokyo / Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr.

Eine herkömml-iche elektronische Uhr weist eine Batterie 1 und eine elektronische Schaltung A auf, wie in Fig.1 dargestellt ist. Hierbei sind jedoch integrierte Schaltungen mit CMOS-Transistoren verwendet worden, ohne daß die Schaltung bezüglich einer Verlängerung der Lebensdauer der Batterie 1 in der elektronischen Uhr verbessert wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Schwierigkeiten eine Schaltung für eine elektronische Uhr zu schaffen, mit welcher die Lebensdauer der Batterie verlängert werden kann.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.

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- -2Γ-

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen elek

tronischen Uhr;

Fig.2 ein Blockschaltbild einer elektronischen Uhr

gemäß der Erfindung;

Fig.3 eine Schaltung einer Ausführungsform einer

Spannungsstabilisierungsschaltung gemäß der Erfindung; und

Fig.4 eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform

einer Spannungsstabilisierungsschaltung gemäß der Erfindung.

In Fig.2 ist ein Blockschaltbild einer elektronischen Uhr dar^ gestellt, welche eine Spannungsstabilisierungsschaltung B, eine elektronische Schaltung C sowie eine elektronische Schaltung D aufweist. Die Batterie 1 ist zu der Spannungsstabilisierungsschaltung B bzw. zu der elektronischen Schaltung D parallel geschaltet. Die Spannungsstabilisierungsschaltung B dient als Energiequelle für die elektronische Schaltung C. Der Ausgang der elektronischen Schaltung C ist mit der elektronischen Schaltung D verbunden.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung beschrieben. Ein Signal von der elektronischen Schaltung C, welche durch Anlegen einer stabilisierten Ausgangsspannung von der Spannungsstabilisierungsschaltüng B betrieben wird, wird an die elektronische Schaltung D abgegeben, welche keine stabilisierte Ausgangsspannung erfordert.

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Eine elektronische Uhr, welche die elektronische Schaltung C und die Spannungsstabilisierungsschaltung B, aber nicht die elektronische Schaltung D aufweist, fällt ebenfalls unter den Gegenstand der Erfindung.

Nunmehr wird eine Ausfuhrungsform der Spannungsstabilisierungsschaltung B gemäß der Erfindung anhand von Fig.3 beschrieben. Diese Schaltung weist positive MOS-Transistoren T- und T_, einen negativen MOS-Transistor T.,, eine Diode D-, einen NPN-Transistor T₄ einen positiven MOS-Transistor T₅ sowie zwei Dioden D₃ und D_ auf. Hierbei sind die Transistoren T- bis T- und die Diode D-in Reihe geschaltet. Die Steuerelektrode des Transistors T- ist an die Verbindung angeschaltet, mit welcher die Dioden D2 und D^ verbunden sind. Die Senkenelektroden sowie die Steuerelektroden der Transistoren T₃ und T^ sind miteinander verbunden. Der Transistor T_g und die Dioden D„ und D_ sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Die Steuerelektrode des Transistors T_g ist mit dessen Senkenelektrode verbunden. Der Kollektor des Transistors T. und die Quellenelektroden der Transistoren T₅ und T- sind mit dem positiven Anschluß der Batterie 1 verbunden. Die Basis des Transistors. T, ist mit der Verbindung zwischen den Transistoren T- und T„ verbunden. Der Emitter des Transistors T, ist mit der Diode D-, und auch mit der elektronischen Schaltung C verbunden.

Während des Betriebs des Transistors T₅ und der Dioden D₃ und D₃ wird die Spannung, welche an der Reihenschaltung aus dem Transistor T₅ und der Diode D₂ anliegt, an den Transistor T- angelegt, so daß der Transistor T- als eine Konstantstromquelle betrieben werden kann (wobei der Transistor in dem Sättigungsbereich betrieben wird). Der konstante Strom von dem Transistor T- schafft eine feste Verknüpfung der Transistoren T„ und T- und die Diode D- arbeitet als Stabilisierungsspannungsquelle. Die normale Spannung der Stabilisierungsspannungsquelle wird über den Transistor T, der elektronischen Schaltung C zugeführt.

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- JC-

Die Arbeitsweise der Schaltung der Fig.3 wird nunmehr im einzelnen beschrieben. Wenn die Schwellenwertspannung des Transistors T_ Vth2, die Schwellenwertspannung des Transistors T_ Vth3, die Durchlaßspannung der Diode D₁ V,, die Basisspannung des Transistors T₄ V_ß, die Steuer-Quellenelektroden-Spannung des Transistors T₁ ν~_σ, die Quellen-Senkenelektroden-Spannung des Tran-

I üb

sistors T₁ Y, die Emitterspannung des Transistors T, V_ und die Spannung der Batterie 1 V_nD ist, ergeben sich die folgenden Gleichungen:

V_ß = Vth2 + Vth3 + V_d (1)

^VDD^=VB^+VDS

Wenn die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T. mit V_ßp bezeichnet wird, dann läßt si<
sistors 4 ausdrücken durch:

zeichnet wird, dann läßt sich die Emitterspannung V„ des Tran

V = V — V
E B BE

= Vth2 + Vth3 + V_d - V_BE (3)

Die Gl.(3) zeigt, daß, wenn die elektronische Schaltung C in einer CMOS-Technik hergestellt ist, sie auf demselben IC-Chip zusammen mit der Spannungsstabilisierungsschaltung B ausgebildet werden kann. Im allgemeinen haben die verschiedenen P-Kanal-MOS-Transistoren auf demselben IC-Chip- den gleichen Schwellenwert-Spannungspegel, und im allgemeinen haben auch die verschiedenen N-Kanal-MOS-Transistoren auf demselben IC-Chip den gleichen Schwellenwert-Spannungspegel.

Da die Basis-Emitterspannung V des Transistors T., welche aus demselben PN-Übergang gebildet ist, auch gleich der Durchlaßspannung V-j der Diode D₁ ist, gilt die folgende Gleichung:

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■χ-

Durch Einsetzen in Gl.(3) ergibt sich

V_n, = Vth2 + Vth3 (5)

Diese Emitterspannung Vp, liefert die Arbeitsspannung an einem Inverter aus CMOS-Transistoren in der elektronischen Schaltung C. Da in der Praxis die vorerwähnten Schwellenwertspannungen Vth2 und Vth3 nur festgelegt werden können, wenn der Strom einen bestimmten Wert hat, wird, wenn sich der Strom ändert, der Wert der durch die Gl. (1) dargestellten Basisspannung V„ geändert. Die Durchlaßspannung der Diode D₂ soll nunmehr V,- und die Senken-Quellenelektroden-Spannung des Transistors T₅ soll V_nqg sein; da die Basis bzw. die Steuerelektrode des Transistors T₁- mit dessen Senkenelektrode verbunden ist, wird die Spannung V_Dgc. die Schwellenwertspannung Vth5, welche entsprechend dem Wert des Stromes, der durch den Transistor T₅ fließt, festgelegt ist. Das heißt also:

= Vth5 (6)

Die Steuer-Quellenelektroden-Spannung V,,_c des Transistors T₁ ist gegeben durch

V_GS = Vth5 + V_d2 (7)

wenn der Transistor T₁ als Konstantstrom-Transistor betrieben wird, was nicht von der Spannung abhängt? der Transistor kann in dem Sättigungsbereich betrieben werden. Hierzu muß er im allgemeinen der folgenden Gleichung genügen. Wenn die Schwellenwertspannung des Transistors T₁ Vth1 ist, wird die folgende Beziehung erhalten:

Vth1 < V_GS< V_DS + Vth1 (8)

Pa, wie oben beschrieben, die Transistoren T1 und T5 auf demsel-

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— j!? —

ben Chip ausgebildet sind, kann die Schwellenwertspannung des Transistors T₅ gleich der des Transistors T.. betrachtet werden.

Folglich ergibt sich die folgende Gleichung:

Vth5 = Vth1 (9)

Durch Einsetzen der Gl.(9) und Gl.(7) in Gl.(8) wird erhalten:

Vthi < Vthi + V,_o< V_,_o + Vth1 (10)

a/ ^ DS

Wenn der Gleichung

^Vd2<^VDS ⁽¹¹⁾

genügt ist, arbeitet der Transistor T., als Konstantstrom-Transistor. Hierbei kann anstelle der Dioden D« und D₃ eine Anzahl Dioden verwendet werden, und entsprechend geschaltet werden, um der Gl.(11) zu genügen. Jedoch können die Dioden D~ und D₃ (was nicht dargestellt ist) entgegengesetzt gepolt geschaltet sein (wobei dann beispielsweise ihre Kathoden miteinander verbunden sind),

Eine weitere Ausführungsform der Spannungsstabilisierungsschaltung wird nunmehr anhand von Fig.4 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung weist elektronische Schaltungen E und F, einen negativen MOS-Transistor T,, einen positiven MOS-Transistor T₇, eine Diode D. sowie Kondensatoren C und C „auf. Die elektronische Schaltung C, die Diode D. und der Transistor T₇ sind mit dem Emitter des Transistors T. verbunden. Die Diode D. ist mit dem Kondensator C„ und der elektronischen Schaltung F verbunden. Der Transistor T₇ ist mit dem Kondensator C. und der elektronischen Schaltung E verbunden. Der Transistor T , die Diode D„ und der Transistor T₅ sind in Reihe geschaltet.

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Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen. Die Senken-Quellenelektroden-Spannung V_DS5 des Transistors T₅ ist gleich der durch die Gl.(6) wiedergegebenen Spannung, und die Summe der Durchlaßspannung der Diode D₅ und der Spannung V₀₃₅ wird an die Steuerelektrode des Transistors T^ angelegt. Diese Arbeitsweise ist dieselbe wie die in Fig.3. Die Schaltung unterscheidet sich von der in Fig.3 wiedergegebenen Schaltung dadurch, daß die Quellenelektrode (des Transistors T,) mit Erd-

potential verbunden ist, damit der Transistor T_fi als ein MOS-Widerstand dient. Die elektronische Schaltung C wird durch das Anlegen der Emitterspannung v"_E des Transistors T,- betrieben, welche durch die Gl.(5) dargestellt ist; die elektronische Schaltung F wird dadurch betrieben,daß der Spannungsabfall an der Diode D- ausgenutzt wird. Anstelle der Diode D. kann auch eine Anzahl Dioden verwendet werden, und erforderlichenfalls kann der Kondensator C- vorgesehen sein. Die elektronische Schaltung E erfordert eine Spannung, die um den Wert der Schwellenwertspannung des Transistors T₇ kleiner ist. Hierzu kann der Kondensator C₁ vorgesehen sein. Der Transistor T₇ und die Diode D. können jedoch auch in Reihe geschaltet sein. Außerdem können die Kondensatoren C₁ und C₂ zum Verbessern der Spannungscharakteristik verwv-..det werden.

Wenn die Anordnung gemäß der Erfindung so, wie in Fig.2 dargestellt, ausgeführt ist, kann die Schaltung als eine Schwingungsschaltung arbeiten, welche eine konstante Spannung erfordert, wenn eine Batterie, beispielsweise eine Mangan(III)-Trokkenelement oder eine Lithiumbatterie verwendet wird, bei welcher sich die Anschlußspannung bei Benutzung ändert. Bei einer integrierten Schaltung mit CMOS-Halbleitern ist jedoch die Summe der jeweiligen Schwellenwertspannung von positiven und negativen MOS-Transistoren bei CMOS-Halbleitern automatisch entsprechend der Gl.(5) festgelegt, und es hängt nicht davon ab, welche Fertigungsverfahren für die integrierten Schaltungen angewendet worden sind. Folglich kann die Spannungsstabilisierungschaltung

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entsprechend ausgeführt werden, so daß die CMOS-Inverterschal tung immer mit einem minimalen Energieverbrauch betrieben wer den kann.

Ende der Beschreibung

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Claims

Anmelderin: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo / Japan

Patentansprüche

-1 . Elektronische uhr, gekennzeichnet durch eine Spannungsstabilisierungsschaltung (B) und eine elektronische Schaltung (C), an welcher die Spannung der Spannungsstabilisierungsschaltung (B) angelegt ist und welche mit dieser Spannung betrieben wird.
2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstabilisierungsschaltung (B) eine Normalspannungsquelle mit einem P-Kanal-MOS-Transistor (T₂) und einen N-Kanal-MOS-Transistor (T_) und einen Transistor (T-) aufweist, welche bewirkt, daß ein konstanter Strom zu der NormalSpannungsquelle fließt.
3. Elektronische Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung an die Steuerelektrode des Transistors (T₁) angelegt ist, so daß ein konstanter Strom zumindest von einer Spannungsquelle aus fließt, die eine Schwellenwertspannung derselben Art wie -. ein eine konstante Spannung liefernder Transistor hat.

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ORIGINAL INSPECTED