DE2943552C2

DE2943552C2 -

Info

Publication number: DE2943552C2
Application number: DE2943552A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7803 Gundelfingen De Gollinger
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1979-10-27
Filing date: 1979-10-27
Publication date: 1987-07-09
Also published as: FR2469006A1; IT1134023B; GB2060958B; IE802198L; US4371794A; FR2469006B1; IT8025557A0; IE50361B1; GB2060958A; DE2943552A1; JPS5673445A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithisch integrierte Schaltung, die neben anderen Schaltungsteilen auch einen Taktsignalgenerator enthält und die mindestens einen äußeren Anschluß aufweist, der im Betrieb auf einem von mehreren, durch äußere Beschaltung wählbaren Potentialen liegt, vgl. auch den Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mittels eines derartigen äußeren Anschlusses können beispielsweise sogenannte Optionen der für einen bestimmten Zweck bestimmten integrierten Schaltung ermöglicht werden, d. h. in Abhängigkeit von den am äußeren Anschluß liegenden Potentialen sind mehrere Funktionsvarianten der integrierten Schaltung wählbar. Über diesen äußeren Anschluß können aber auch Testsignale in die integrierte Schaltung eingespeist werden, durch die beispielsweise eine schnellere Testung der inneren Funktionsabläufe erzielt wird, als wenn die Testung mittels des der integrierten Schaltung inhärenten Taktsignalgenerators ablaufen würde. Dieses Erfordernis ergibt sich beispielsweise bei für elektronische Uhren konzipierten integrierten Schaltungen, die nicht nur die Frequenz eines Quarzoszillators bis in die Größenordnung von 1 Hz teilen, sondern die auch Wecksignalprogramme mit wesentlich längeren Zeiten als 1 s erzeugen. Die Testung derartiger integrierter Schaltungen würde dann die maximal vorgesehene Alarmzeit dauern, um sämtliche Funktionen testen zu können. Durch Änderung des inneren Funktionsablaufs über den erwähnten Optionsanschluß läßt sich bei derartigen integrierten Schaltungen die Testzeit wesentlich verringern.

Es ist ohne weiteres verständlich, daß die Mehrfachausnutzung eines einzelnen Anschlusses durch Anlegen mehrerer wählbarer Potentiale innerhalb der integrierten Schaltung einen Schaltungsteil erfordert, der diese unterschiedlichen Potentiale sozusagen erkennt und im allgemeinen in die beiden Zustände H, L eines Binärsignals umsetzt.

Die Aufgabe der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung besteht daher darin, eine monolithisch integrierte Schaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die unterschiedlichen Potentiale sicher erkannt werden können. Dies wird mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht.

In der DE-AS 15 41 384 ist eine Diskriminatorschaltung in Mikromodulbauweise beschrieben, die einen Taktgenerator zur Erzeugung rechteckförmiger Schwingungen enthält. Eine Impulsfolgefrequenz-Diskriminatorschaltung in integrierter Technik ist in der DE-PS 12 94 999 beschrieben, die der Unterscheidung der Impulsfolgezeiten zweier unterschiedlicher Impulsfolgefrequenzen, die eingangsseitig zugeführt werden, dient. Schließlich ist aus der DE-OS 19 01 912 eine integrierbare elektronische Verriegelungs- und Schlüsselvorrichtung bekannt, die unter anderem zwei Impulsgeneratoren, mehrere, von außen zugängliche Kontakte und zwei UND-Gatter enthält. Mit den der Erfindung zugrundeliegenden Problemen hat dieser Stand der Technik keine Berührungspunkte.

Die Erfindung und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen werden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der integrierten Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 zeigt verschiedene, beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 auftretende Signalformen,

Fig. 3 zeigt eine erste Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und einem Rechtecksignalgenerator,

Fig. 4 zeigt eine zweite Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und einem Rechtecksignalgenerator,

Fig. 5 zeigt verschiedene bei der Anordnung von Fig. 4 auftretende Signalformen,

Fig. 6 zeigt eine dritte Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und einem Rechtecksignalgenerator und

Fig. 7 zeigt verschiedene bei der Anordnung nach Fig. 6 auftretende Signalformen.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 die integrierte Schaltung bezeichnet, deren Gehäuse durch das doppelt linierte Rechteck angedeutet ist. An diesem Gehäuse sind von den vielen möglichen äußeren Anschlüssen drei gezeigt, nämlich der erste äußere Anschluß E 1, an den im Betrieb entsprechend der Erfindung vier wählbare Potentiale angelegt werden können, der äußere Anschluß E 2 für die Betriebsspannung U _B und der äußere Anschluß E 3 für den Schaltungsnullpunkt.

Innerhalb der integrierten Schaltung ist der Taktsignalgenerator 11 vorgesehen, der unter anderem die drei gleichfrequenten Taktsignale F 1, F 2, F 3 erzeugt. Von diesen haben das erste Taktsignal F 1 und das zweite Taktsignal F 2 ein Puls-Pausen-Verhältnis kleiner als eins, und sie sind gegeneinander um 180° phasenverschoben, vgl. auch Fig. 2. Die Impulsdauer t 3 des dritten Taktsignals F 3 ist größer als t 1, die des ersten Taktsignals F 1, und überdeckt diese, vgl. Fig. 2.

Am auf die vier Potentiale legbaren äußeren Anschluß E 1 liegt der Ausgang des Inverters 12, dessen Eingang das dritte Taktsignal F 3 zugeführt ist. Ferner liegt der äußere Anschluß E 1 über den ersten elektronischen Arbeitskontakt 21 am Schaltungspunkt A der integrierten Schaltung und über den zweiten elektronischen Arbeitskontakt 22 am Schaltungsnullpunkt B. Der Steuereingang des ersten elektronischen Arbeitskontakts 21 liegt am Ausgang für das erste Taktsignal F 1 des Taktsignalgenerators 11 und der Steuereingang des zweiten elektronischen Arbeitskontakts ist mit dessen Ausgang für das zweite Taktsignal F 2 verbunden.

Die vier an den äußeren Anschluß E 1 anlegbaren Potentiale sind das der Betriebsspannung U _B, das des Schaltungsnullpunkts, das des äußeren Anschlusses E 1 selbst, also ohne äußere Beschaltung, und das des Ausgangs des Rechtecksignalgenerators F 4, vgl. die Fig. 3, 4 und 6.

Der Ausgangswiderstand des Inverters 12 ist in dessen beiden Schaltzuständen groß gegen den Innenwiderstand des Rechtecksignalgenerators 4 zu wählen.

Für die folgende Funktionserläuterung sei zunächst vorausgesetzt, daß die Frequenz des Taktsignalgenerators 11 in der Größenordnung von 10 kHz liegt. Wird nun der äußere Anschluß E 1 mit dem Anschluß E 2 verbunden, also auf das Potential der Betriebsspannung U _B gelegt, so nehmen beide Schaltungspunkte A, B praktisch das Potential der Betriebsspannung an. Vergleichbares gilt, wenn der äußere Anschluß E 1 mit dem Anschluß E 3, also mit dem Schaltungsnullpunkt, verbunden wird, d. h. dann führen die beiden Schaltungspunkte A, B beide praktisch das Potential des Schaltungsnullpunkts. Im dritten der möglichen Fälle, also bei "offenem" äußeren Anschluß E 1, führt der Schaltungsnullpunkt A praktisch das Potential des Schaltungsnullpunkts und der Schaltungspunkt B praktisch das Potential der Betriebsspannung U _B. Diesen Zuständen kann somit in einfacher Weise eine Binärwertigkeit zugeordnet werden, die bei positiver Logik beispielsweise im ersten Fall AB = HH, im zweiten Fall AB = LL und im dritten Fall AB = LH ergibt.

Liegt dagegen am äußeren Anschluß E 1 der bereits erwähnte Rechtecksignalgenerator 4 nach den Fig. 3, 4 oder 6, so ergibt sich für die Potentiale an den Schaltungspunkten A, B der Schaltungszustand AB = HL. Somit werden mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung den vier Potentialen vier Binärwert-Kombinationen zugeordnet, die mittels hier nicht näher interessierenden weiteren Stufen innerhalb der integrierten Schaltung weiter ausgewertet werden können. Die Art der Auswertung bleibt dabei dem Fachmann überlassen.

Die Potentiale an den Schaltungspunkten A, B sind bei der bereits erwähnten Frequenz des Taktsignalgenerators 11 in der Größenordnung von 10 kHz und bei Realisierung der integrierten Schaltung 1 in MOS-Technik praktisch stationäre Potentiale, da an den Schaltungspunkten A, B weitere Schaltungsteile liegen und somit an deren Eingangskapazität eine temporäre Potentialspeicherung auftritt.

Bei Realisierung der integrierten Schaltung 1 in anderer Technik, z. B. Bipolartechnik, insbesondere I²L-Technik, oder bei niedrigeren Frequenzen des Taktsignalgenerators 11 als ca. 10 kHz kann es erforderlich sein, zwischen die Schaltungspunkte A, B und die Ausgänge der elektronischen Arbeitskontakte 21, 22 eine Halteschaltung, z. B. in Form von Flipflops etc., einzufügen.

Im Schaltbild der Fig. 3 ist gezeigt, wie der Rechtecksignalgenerator 4 mit der integrierten Schaltung 1 über deren äußeren Anschluß E 1 zusammenzuschalten sind. Der Rechtecksignalgenerator 4 ist dabei als ein über den Synchroneingang 48 synchronisierbarer vorausgesetzt, der durch das am Ausgang E 1 der integrierten Schaltung 1 liegende, invertierte dritte Taktsignal synchronisiert wird, wenn der Umschalter 3 in der in Fig. 3 gezeichneten Position steht. Diese einfache Anordnung ist z. B. bei der eingangs erwähnten Testung anwendbar. Die Testperson schaltet dabei zunächst den Umschalter 3 auf den Synchroneingang 48, und anschließend auf dessen Ausgang 49, wodurch nun die Rechtecksignale, die um 180° gegenüber dem invertierenden dritten Taktsignal phasenverschoben sind, über den Anschluß E 1 in die integrierte Schaltung 1 eingespeist werden, wobei die Frequenz der Rechtecksignale gleich der des dritten Taktsignals F 3 ist und deren Frequenzkonstanz während der Einspeisung in die integrierte Schaltung 1 mit der des Taktsignalgenerators 11 übereinstimmen muß.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung mit dem Rechtecksignalgenerator gezeigt, bei der der Umschalter 3 nach Fig. 3 durch den elektronischen Umschalter 31 ersetzt ist, so daß die Einspeisung des Rechtecksignals in die integrierte Schaltung 1 über den äußeren Anschluß E 1 automatisch ohne das Einwirken einer Testperson abläuft.

Hierzu dienen die vier monostabilen Multivibratoren M 1, M 2, M 3, M 4, die im folgenden der Einfachheit halber als Monoflops bezeichnet werden. Der Eingang des Monoflops M 1 liegt am ersten Eingang des elektronischen Umschalters 31. Der Ausgang des Monoflops M 1 ist am jeweiligen Eingang der Monoflops M 2, M 3 angeschlossen. Der Ausgang des Monoflops M 2 ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters 31 und der des Monoflops M 3 mit dem Eingang des Monoflops M 4 verbunden, dessen Ausgang am zweiten Eingang des elektronischen Umschalters 31 liegt, dessen Ausgang mit dem äußeren Anschluß E 1 der integrierten Schaltung 1 verbunden ist.

Für die Dauer tm 1, tm 2, tm 3, tm 4 des metastabilen Zustands des jeweiligen Monoflops M 1 . . . M 4 gelten dabei die folgenden Beziehungen:

tm 1 ≈ tm 3 ≈ 0,1 t 3
tm 2 < t 3 - tm 1
tm 4 < T 2 - tm 1 - tm 3

vergleiche Fig. 5, in der T 2 die Zeit zwischen einer Rückflanke des invertierenden Taktsignals und der Vorderflanke des zweiten Taktsignals F 2 ist.

Somit werden die Monoflops M 2, M 3 nach Ablauf von tm 1 ausgelöst und nach Ablauf von tm 3 auch das Monoflop M 4. Während der Dauer tm 2 liegt der Ausgang des Monoflops M 4 über den Umschalter 31 am äußeren Anschluß E 1 der integrierten Schaltung 1, wobei die Dauer tm 4 die Dauer t 1 des ersten Taktsignals F 1 überdeckt. Bevor die Dauer t 3 des invertierten dritten Taktsignals beendet ist, ist die Dauer tm 2 beendet, so daß der Umschalter 31 wieder auf den äußeren Anschluß E 1 umgeschaltet wird und somit bei der nächsten negativen Flanke des invertierten dritten Taktsignals der geschilderte Zyklus erneut beginnen kann.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung mit dem Rechtecksignalgenerator. Dieser besteht aus dem freischwingenden Oszillator 41 und dem Zähler 42, dessen Zähleingang 421 die Oszillatorimpulse zugeführt sind. Der Rückstelleingang 420 des Zählers 42 liegt am ersten Einang eines elektronischen Umschalters 32, dessen Ausgang am äußeren Anschluß E 1 angeschlossen ist, wobei der Zähler mit der Rückflanke des invertierten dritten Taktsignals zu zählen beginnt.

Der Ausgang 428 des ersten Zählerstandsbereichs a ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters 32 und der Ausgang 429 des innerhalb des ersten Zählerstandsbereichs a liegenden zweiten Zählerstandsbereichs b mit dem zweiten Eingang des elektronischen Umschalters 32 verbunden. Die Zählerstandsbereiche a, b sind dabei bezüglich der Periodendauer t 41 des freischwingenden Oszillators 41 so gewählt, daß die obere Grenze des Zählerstandsbereichs a vor der nächsten Rückflanke des invertierten dritten Taktsignals erreicht wird und das obere Ende des Zählerstandsbereichs b vor dem Erreichen der Vorderflanke des zweiten Taktsignals F 2 liegt. Somit wird zu Beginn des Zählerstandsbereichs a der elektronische Umschalter 32 auf den Ausgang 429 geschaltet, und während des Zählerstandsbereichs b liegt das Potential der Betriebsspannung am äußeren Anschluß E 1. Ist die integrierte Schaltung 1 eine eingangs erwähnte Quarzuhrenschaltung mit Wecksignalerzeugung, so kann mittels des Anschaltens der drei Potentiale Betriebsspannung, Schaltungsnullpunkt, eigenes Potential an den Anschluß E 1 beispielsweise ermöglicht werden, daß die integrierte Schaltung ohne Ausnutzung des Wecksignals oder mit einem von zwei möglichen Wecksignalsequenzen betrieben wird. Über das vierte Potential, also das Ausgangssignal des Rechtecksignalgenerators entsprechend den Fig. 3, 4 und 6 ist eine weitere Option möglich, mit der die bereits erwähnte Testung der integrierten Schaltung in einem schnelleren Testzyklus ermöglicht wird.

Obwohl die Anwendung der Erfindung bei einer Quarzuhrenschaltung erläutert wurde, ist sie selbstverständlich nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt. Sie kann vielmehr bei jeder Art von integrierter Schaltung benutzt werden, die ähnliche Problemstellungen aufweist.

Im Falle der erwähnten Uhrenschaltung kommt es bekanntlich auf einen möglichst geringen Stromverbrauch der Gesamtschaltung an. In diesem Fall wird die integrierte Schaltung im allgemeinen in der bekannten CMOS-Technik realisiert werden. Dann ist der Inverter 12 selbstverständlich ein CMOS-Inverter, und der erste und der zweite elektronische Arbeitskontakt 21, 22 werden mittels CMOS- Transmission-Gates realisiert. Bezüglich der steuernden Taktsignale F 1, F 2 ist dann jeweils ein Taktinverter erforderlich, um die beiden Gates des jeweiligen Transmission-Gates anzusteuern.

Die Anwendung der Erfindung ist bei den erwähnten Uhrenschaltungen auch nicht darauf beschränkt, die Wahl zweier verschiedener Alarmsignale durch Beschaltung des äußeren Anschlusses E 1 zu ermöglichen. So können im Bedarfsfall auch zwei voneinander verschiedene Ausgangssignalformen wählbar gemacht werden, die für unterschiedliche Anzeigeeinheiten oder Schrittmotoren vorgesehen sind.

Claims

1. Monolithisch integrierte Schaltung, die unter anderem einen Taktsignalgenerator enthält, mit mindestens einem äußeren Anschluß, der im Betrieb auf einem von mehreren, durch äußere Beschaltung wählbaren Potentialen liegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Der äußere Anschluß (E 1) liegt wahlweise auf einem von vier Potentialen, deren erstes das der Betriebsspannungsquelle U _B, deren zweites das des Schaltungsnullpunktes, deren drittes das des äußeren Anschlusses (E 1) selbst ohne äußere Beschaltung und deren viertes das des Ausgangs eines Rechtecksignalgenerators (4) ist,
der Taktsignalgenerator (11) erzeugt mindestens drei gleichfrequente, rechteckförmige Taktsignale (F 1, F 2, F 3) deren erstes und zweites ein Puls-Pausen-Verhältnis kleiner als eins haben und gegeneinander um 180° phasenverschoben sind, während die Impulsdauer (t 3) des dritten größer als die des ersten ist und diese überdeckt,
der äußere Anschluß (E 1) liegt am Ausgang eines Inverters (12), dessen Eingang das dritte Taktsignal (F 3) zugeführt ist, ferner über einen ersten elektronischen Arbeitskontakt (21), dessen Steuereingang das erste Taktsignal (F 1) zugeführt ist, an einem ersten Schaltungspunkt (A) und über einen zweiten elektronischen Arbeitskontakt (22), dessen Steuereingang das zweite Taktsignal (F 2) zugeführt ist, an einem zweiten Schaltungspunkt (B) und
der Ausgangswiderstand des Inverters (12) ist in dessen beiden Schaltzuständen groß gegen den Innenwiderstand des Rechtecksignalgenerators (4).

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter (12) ein CMOS-Inverter und der erste und der zweite elektronische Arbeitskontakt (21, 22) je ein CMOS-Transmission-Gate sind.

3. Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einem Rechtecksignalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechtecksignalgenerator ein über einen Synchroneingang (48) synchronisierbarer (4) ist, der über den ersten Eingang eines Umschalters (3) am äußeren Anschluß (E 1) liegt, während am zweiten Eingang des Umschalters (3) der Ausgang des Rechtecksignalgenerators liegt, der dieselbe Frequenz hat wie das dritte Taktsignal (F 3).

4. Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einem Rechtecksignalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Der Rechtecksignalgenerator besteht aus vier Monoflops (M 1, M 2, M 3, M 4),
der Eingang des ersten Monoflops (M 1) liegt über den ersten Eingang eines elektronischen Umschalters (31) am äußeren Anschluß (E 1),
der Ausgang des ersten Monoflops ist mit dem jeweiligen Eingang des zweiten und des dritten Monoflops (M 2, M 3) verbunden,
der Ausgang des zweiten Monoflops liegt am Steuereingang des elektronischen Umschalters (31) und der Ausgang des dritten Monoflops am Eingang des vierten Monoflops (M 4), dessen Ausgang am zweiten Eingang des elektronischen Umschalters (31) angeschlossen ist, und
für die Dauer (tm 1, tm 2, tm 3, tm 4) des metastabilen Zustands des jeweiligen Monoflops (M 1 . . . M 4) gelten folgende Bedingungen: tm 1 ≈ tm 3 ≈ 0,1 t 3
tm 2 < t 3 - tm 1
tm 4 < T 2 - tm 3 - tm 1,wobei t 3 die Impulsdauer des dritten Taktsignals (F 3) ist und T 2 die Zeit zwischen der Rückflanke des invertierten dritten und der Vorderflanke des zweiten Taktsignals (F 2) ist.

5. Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einem Rechtecksignalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Der Rechtecksignalgenerator besteht aus einem freischwingenden Oszillator (41) und einem Zähler (42), dessen Zähleingang (421) mit dem Ausgang des freischwingenden Oszillators (41) verbunden ist,
der Rückstelleingang (420) des Zählers (42) liegt am ersten Eingang eines elektronischen Umschalters (32), dessen Ausgang am äußeren Anschluß (E 1) angeschlossen ist,
der Zähler (42) beginnt mit der Rückflanke des invertierten dritten Taktsignals zu zählen,
der Ausgang (428) eines ersten Zählerstandsbereiches (a) ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters (32) verbunden und
der Ausgang (429) eines innerhalb des ersten Zählerstandsbereiches (a) liegenden zweiten Zählerstandsbereichs (b) ist am zweiten Eingang des elektronischen Umschalters (32) angeschlossen.