DE3005590C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit einem komplementären Transistorpaar und einem Quarzschwingkreis zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Transistorpaares, und mit einer Vorspannungs­ schaltung, die aus einer Referenzspannungsquelle und einem ersten Widerstandselement mit hohem Widerstand besteht.

Oszillatorschaltungen, insbesondere Quarz-Oszillator­ schaltungen, werden normalerweise mit einem Inverter (Inverterverstärker) aufgebaut, der zwei komplementäre Feldeffekttransistoren (C-FETs) enthält. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Inverters ist ein Widerstand mit hohem Wert angeordnet, um den Inverter in einen Ver­ stärkungszustand vorzuspannen. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Inverters einerseits und der Speisequelle andererseits sind Kondensatoren vorgesehen, die einen Resonanzkreis vom π-Typ bilden. Die Verwendung einer derartigen Inverter-Oszillatorschaltung hat den Nachteil, daß die Schwingungen nur gestartet werden können, wenn eine Spannung anliegt, die größer ist als die Summe der Absolut­ werte der Schwellenspannungen der beiden komplementären Feldeffekttransistoren, die den Inverter bilden. Außerdem steigt der Stromverbrauch einer solchen Schaltung proportional mit dem Quadrat der Betriebsspannung an, soweit diese größer als die Schwellenspannung der Feldeffekttransistoren ist. Eine Schaltung dieser Art ist aus der US-PS 39 59 744 bekannt.

Es ist bereits bekannt, bei einem C-MOS-Inverter die beiden Transistoren getrennt über hochohmige Widerstände mit Vorspannungen zu versorgen (DE-OS 27 14 151, DE-OS 25 14 276, DE-OS 25 41 352 und US-PS 38 87 881), jedoch steigen die Vorspannungen und damit die in den Transisto­ ren fließenden Ströme mit der Betriebsspannung an, so daß dies bei batteriebetriebenen Vorrichtungen bei voller Batterie zu erhöhtem Stromverbrauch führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oszillatorschaltung mit einem komplementären Transistorpaar vorzuschlagen, die ein sicheres Anschwing­ verhalten zeigt und dennoch über einen weiten Betriebsspan­ nungsbereich eine niedrige Leistungsaufnahme zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Oszillator­ schaltung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß durch diese Vorspannungsschaltung nur der erste Transistor des Tran­ sistorpaares vorgespannt wird, und daß der zweite Transistor durch eine Spannung über ein zweites Widerstandselement mit hohem Widerstand vorgespannt wird, das aus der Schwellenspannung des ersten Transistors abgeleitet wird.

Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung arbeitet auch bei schwankenden Betriebsspannungen mit hoher Verstärkung und hohem Wirkungsgrad, und die gesamte Schaltung läßt sich in Form einer monolithischen integrierten Schaltung zum Beispiel für eine Uhr aufbauen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Oszillatorschaltung, bei der C- Feldeffekttransistoren verwendet werden;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Oszillatorschaltung;

Fig. 3A eine weitere Ausführungsform einer Referenzspannungsschaltung für die Oszillatorschal­ tung;

Fig. 3B einen schematischen Querschnitt einer Schaltung, bei der die benötigten Kondensatoren nach Fig. 2 in eine monolithische Schaltung einintegriert sind; und

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Spannungs/ Stromcharakteristik einer erfindungs­ gemäßen Oszillatorschaltung und einer bekannten Oszillatorschaltung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Quarz-Oszillatorschal­ tung. In Fig. 1 ist ein P-Kanal-Feldeffekttransistor, im folgenden FET bezeichnet, 101, mit einem N-Kanal FET 102 verbunden, der einen anderen Leitfähigkeits­ typ besitzt. Die beiden FETs 101 und 102 stellen einen Inverter dar. Zwischen den Gate- und Drain- Elektroden dieser FETs 101 und 102 liegt ein Vorspann­ widerstand 103 parallel. Die Ausgangsseite des Vor­ spannwiderstands 103 ist mit einem Ausgangswiderstand 104 verbunden. Zwischen dem Vorspannwiderstand 103 und dem Ausgangswiderstand 104 liegt ein Quarz-Schwinger 107. Der Eingang und der Ausgang des Quarz-Schwingers 107 sind mit einem Eingangskondensator 106 und einem Ausgangskondensator 105 verbunden und bilden eine f- Resonanzschaltung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugs­ zeichen 108 eine elektrische Versorgungsbatterie.

Die elektrische Versorgungsspannung, welche die Summe der Absolutwerte der Schwellenspannungen der FETs 101 und 102 überschreitet, bewirkt, daß der Strom durch die Drain-Elektroden der FETs 101 und 102 proportional zum Quadrat des Spannungszuwachses fließt. Wenn folg­ lich die Batteriespannung groß genug ist, um die Schaltung zum Oszillieren zu bringen, tritt ein be­ trächtlicher großer und unnützer Strom auf, welcher durch die FETs 101 und 102 fließt und an der Resonator- Schaltung vorbeifließt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Oszillatorschaltung, die einen Quarzschwinger 220 ent­ hält. Der Eingang und der Ausgang des Quarzschwingers 220 ist an Resonator-Kondensatoren 209, 210 ange­ schlossen und bildet einen Resonanzkreis mit dem Quarz­ schwinger 220 zusammen. Das Bezugszeichen 200 bezeich­ net eine elektrische Speisebatterie mit einem Plus-Pol, der mit einem P-Kanal-FET 201 verbunden ist, und einem Minus-Pol, der an Spannungsteiler-Widerstände 226, 227 hoher Impedanz verbunden ist, die aus Polysilizium oder aus eindiffundierten Inseln bestehen. Die Gate- Elektrode des P-Kanal-FETs 201 liegt an einem Knoten­ punkt b zwischen den Widerständen 226, 227 hoher Impe­ danz. Der FET 201 und die Widerstände 226, 227 stellen eine konstante Referenzspannungsquelle dar. Der Knoten zwischen dem FET 201 und dem Widerstand 226 ist mit einem nichtlinearen P-Kanal-MOS-Widerstand 205 verbun­ den, dessen Gate an Masse liegt. Der P-Kanal-MOS- Widerstand 205 liegt über einen Widerstand 207 hoher Impedanz, aus Polysilizium am Gate des P-Kanal-FETs 203.

Zwischen dem Quarz-Oszillator 220 auf der einen Seite und dem Knoten zwischen dem Widerstand 207 hoher Im­ pedanz und dem Gate des FET 203 auf der anderen Seite liegt ein Kondensator 212, der das Gate des FETs 203 wechselstrommäßig mit dem Gate des FETs 202 verbindet. Zwischen Quarzschwinger und Drain-Elektrode des N-Kanal- FETs 202 einerseits und dem Schwingkondensator 209 andererseits ist über einen N-Kanal-MOS-Widerstand 206 ein Widerstand 208 hoher Impedanz aus Polysilizium vor­ gesehen. Zwischen dem N-Kanal-FET 202 und dem Minuspol der elektrischen Versorgungsbatterie 200 liegt ein Spannungsabfall-Transistor 225. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 223 und 224 Feldeffekttransistoren, welche einen Inverter darstellen.

In der beschriebenen Oszillatorschaltung wird die Spannung zwischen Drain- und Source-Elektrode des FETs 201 im wesentlichen auf ihrem Schwellenwert gehalten, um die Gate-Elektrode des FETs 203 über einen Widerstand hoher Impedanz vorzuspannen, der aus einer Serien­ schaltung aus dem Hochimpedanzwiderstand 205 und dem Hochimpedanzwiderstand 207 aus Polysilizium besteht. Die Steilheit des P-Kanal-FETs 201 ist um den ¹/₁₀ fachen Wert kleiner als diejenige des P-Kanal-FETs 203.

Wenn ein Strom von 30 nA den P-Kanal-FET 201 und die Widerstände 226, 227 durchfließt, fließt ein Strom von 300 nA durch den P-Kanal-FET 203 und erzeugt einen Strom von 300 nA durch den N-Kanal-FET 202. Dieser Strompegel wird durch Änderung der elektrischen Ver­ sorgungsspannung nicht wesentlich verändert. Der N- Kanal-FET 202 und der P-Kanal-FET 203 sind miteinander wechselstrommäßig durch den Kondensator 212 miteinander verkoppelt und stellen zusammen einen Inverter-Verstärker dar, mit einem hohen Verstärkungs­ faktor für Wechselstrom-Signalkomponenten und mit einem kleinen Bypass-Strom, durch den der Quarz-Oszillator 220 erregt wird. Beträgt z. B. die Schwellenwertspannung der P-Kanal-FETs 201, 203 und des N-Kanal-FETs 202 0,5 Volt, dann beginnt die Oszillator-Schaltung bei einer elek­ trischen Versorgungsspannung von nahezu oder mehr als 0,5 Volt zu oszillieren.

Fig. 3A zeigt eine weitere Ausführungsform einer Re­ ferenzspannung-Transistorschaltung gemäß Fig. 2. In Fig. 3A ist eine elektrische Versorgungsbatterie 300 vorgesehen. Die Referenzspannungs-Transistorschaltung enthält P-Kanal-FETs 301, 303, N-Kanal-FETs 302, 304, einen diffundierten Widerstand 305 und ein Hochimpe­ danzwiderstand 308, und diese Schaltung erzeugt an ihrem Ausgang 306 eine Spannung, die im wesentlichen gleich der Schwellwertspannung des P-Kanal-FETs 303 ist. Es wird nun der Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 3A beschrieben.

Wenn in Fig. 3A der P-Kanal-FET 301 Strom zieht oder der Widerstand 308 einen kleinen Strom führt, wird sowohl das Drain-Potential als auch das Gate-Potential des N-Kanal-FETs 302 angehoben. Wenn das Gate-Potential des N-Kanal-FEts 302 die Schwellenwertspannung V _TN über­ schreitet, wird dieser FET leitend, und als Folge hier­ von wird die Potentialdifferenz zwischen dem Drain- Potential und dem Source-Potential auf einen Wert im Bereich der Schwellenwertspannung V _TN begrenzt. An die N-Kanal-FETs 302 und 304 wird dieselbe Gate-Spannung angelegt, so daß ein Stromfolgebetrieb wirksam wird, welcher das Drain-Potential des P-Kanal-FETs 303, und damit die Potentialdifferenz zwischen dem Source- Potential und dem Drain-Potential auf einen Wert im Bereich der Schwellenwertspannung V _TPR begrenzt. Diese Schwellenwertspannung V _TPR wird dem P-Kanal-FET 301 zugeführt, der dann einen Konstantstrombetrieb annimmt, bei dem der Drainstrom durch die Source-Drain-Spannung nicht beeinflußt ist, wodurch ein konstanter Strom fließt. Als Ergebnis nimmt die Potentialdifferenz zwischen dem Drain-Potential und dem Source-Potential des N-Kanal-FETs 302 und des P-Kanal-FETs 303 im ein­ geschwungenen Zustand einen konstanten Wert an, der un­ abhängig vom Wert der elektrischen Versorgungsspannung ist. Dieser Zustand hängt von der Annahme ab, daß der P-Kanal-FET 301 leitend ist. Wenn z. B. zwischen Drain-Source des P-Kanal-FETs 303 eine Last liegt, die am Pluspol angeschlossen ist, ist der P-Kanal-FET 301 nichtleitend, und die N-Kanal-FETs 302, 304 und der P-Kanal-FET 303 werden ausgeschaltet. Um diese Betriebs­ weise zu verhindern, muß die Kanalweite des P-Kanal- FETs 301 größer sein als diejenige der anderen FETs, um den leitenden Vorschwellenwert-Bereich bis zu einer kleinen Gate-Spannung nutzbar zu machen, oder es muß ein Hochimpedanzwiderstand 308 angeschlossen werden. Dies bedeutet, daß durch den P-Kanal-FET 301 ein extrem kleiner Strom hindurchfließen muß.

In der beschriebenen Kombination aus Referenzspannungs­ quelle und Inverter-Verstärkungsschaltung ist die Verwirklichung der Transistoren in einer monolithischen integrierten Schaltung auf ein und demselben Schaltungs­ chip vorteilhaft, damit die Relation zwischen Schwellen­ wertspannung und Steilheit der P- und N-Feldeffekt­ transistoren konstant ist. Zusätzlich ist es zur mög­ lichst kostengünstigen Massenproduktion von Schaltungen für Uhren mit möglichst wenig Schaltelementen vorteil­ haft, den Koppelkondensator 212 das Widerstandselement 338 (Fig. 3B) aus Polysilizium mit kleinen Streukapa­ zitäten als Element mit hohem Widerstand, und das nicht­ lineare FET-Widerstandselement in die monolithische Schaltung einzuintegrieren, welche auf einem Schaltungs­ chip ausgebildet ist. Wird die erfindungsgemäße Schal­ tung als monolithische Oszillatorschaltung ausgebildet, so ist sie in derselben Weise verwirklicht wie her­ kömmliche Oszillatorschaltungen; die erfindungsgemäße Schaltung besitzt jedoch den Vorteil, daß sie gegenüber bekannten integrierten Oszillatorschaltungen mit einer stabilen Frequenz und stark verringertem Leistungsver­ brauch arbeitet.

Fig. 3B zeigt eine Ausführungsform einer monolithisch in­ tegrierten Schaltung, welche den Koppelkondensator 212 und Schwingkondensatoren 209, 210 enthält. In Fig. 3B besteht z. B. das Halbleitersubstrat 332 aus Silizium, Si, oder aus Galliumarsenid GaAs. In der dargestell­ ten Ausführungsform wird als Halbleitersubstrat 332 N-Silizium verwendet. Das Substrat 332 besitzt eine eingegrabene P-Zone 334 zur Erzeugung eines N-Kanal- FETs, einen hochdotierten Bereich 362 zur Bildung eines ohmschen Kontakts für die eingegrabene P-Zone 334, und eine N-Zone 336 mit einer Verunreinigungskonzentration, die größer ist als diejenige des Halbleitersubstrats 332, um einen Kontakt hierfür zu bilden. Zwischen dem Substrat 332 vom N-Typ und der P-Zone 334 bildet sich eine Verarmungszone 370 aus, die gestrichelt eingetra­ gen ist.

In Fig. 3B ist eine Isolationsschicht 360 aus thermisch behandeltem Siliziumoxid oder aus chemisch abgeschiede­ nem Siliziumoxid vorgesehen. Auf der Isolationsschicht 360 sind leitende Anschlußbereiche 342, 344, 346, 348, 350 und 352 entweder aus Metall oder einem Halbleiter vorgesehen. In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung bestehen die Anschlußbereiche aus Aluminium. Die Isolationsschicht 360 ist mit weiteren Anschlußbe­ reichen 340, 354 versehen, die teilweise mit den an­ deren Anschlußbereichen verbunden sind und aus Poly­ silizium bestehen, welches mit einer hohen Verunrei­ nigungskonzentration dotiert ist. Der Anschlußbereich 340 ist mit einem Anschlußbereich 338 versehen, welcher aus leitendem Polysilizium besteht und als Gate-Elektrode eines FETs dient.

Der Elektrodenbereich 344 aus Aluminium und der Elek­ trodenbereich 338 aus Polysilizium bilden einen Konden­ sator C ₄₈ zwischen sich. Der Elektrodenbereich 338 aus Polysilizium und der eingegrabene P-Bereich 334 bilden einen Kondensator C ₈₄ zwischen sich. Die einge­ grabene P-Zone 334 und das Halbleitersubstrat 332 bilden zwischen sich einen Kondensator C ₄₂. Zusätzlich bilden das Halbleitersubstrat 332 und der Anschlußbe­ reich 350 aus Aluminium einen Kondensator C ₂₀. Der Elek­ trodenbereich 350 aus Aluminium und der Elektroden­ bereich 354 aus Polysilizium stellen zwischen sich einen Kondensator C ₀₄ dar. Der Elektrodenbereich 354 aus Polysilizium und die hochdotierte Zone 336 stellen einen Kondensator C ₄₆ dar. Von diesen Kondensatoren wird der Kondensator C ₄₂ von der PN-Sperrschichtkapa­ zität gebildet und besitzt daher einen großen Kapazi­ tätswert pro Flächeneinheit. Der Kondensator C ₄₂ tendiert folglich danach, einen Sperrschicht-Leckstrom zu bilden und die im Kondensator akkumulierte elek­ trische Ladung abzuleiten. Zusätzlich ändert die Ver­ armungszone 370 ihre Dicke und ändert ihre Kapazität, wenn sich die Gleichvorspannung über der eingegrabenen P-Zone 334 und dem Halbleitersubstrat 332 ändert. Das heißt, der Kondensator C ₄₂ besitzt eine spannungsabhängige Charakteristik.

Der Kondensator C ₈₄ besteht aus einer dünnen Isolations­ schicht, die z. B. aus einer thermisch aufoxidierten SiO₂-Schicht besteht, welche zwischen dem Elektrodenbe­ reich 338 aus Polysilizium und der eingegrabenen P- Zone 334 liegt, und dieser Kondensator besitzt einen großen Kapazitätswert pro Flächeneinheit, der mit dem Wert des Kondensators C ₄₂ vergleichbar ist und keinen Leckstrom zwischen den Elektroden 338 und 334 besitzt. Im Kondensator C ₈₄ wird jedoch die Halbleiterbandstruk­ tur an der Oberfläche der P-Zone 334 in Abhängigkeit von der angelegten Spannung verbogen, um eine Verarmungs­ zone 372 zu erzeugen oder zu eliminieren. Zusätzlich wird eine dünne N-Kanalschicht auf der P-Zone 334 ge­ bildet, die eine relativ kleine Verunreinigungskonzen­ tration besitzt, so daß der Kondensator C ₈₄ eine spannungsabhängige Charakteristik aufweist. Der Konden­ sator C ₈₄ besitzt ferner aufgrund der geringen Leit­ fähigkeit der eingegrabenen P-Zone oder der dünnen Kanalelektrode der P-Zone 334 einen hohen Serienwider­ stand. Wenn die eingegrabene P-Zone 334 durch Ionen­ implantation zu einer P⁺-Zone hoher Konzentration ge­ macht wird, wird die Verarmungszone 372 im wesentlichen nicht erzeugt, die elektrische Leitfähigkeit wird groß, die Spannungsabhängigkeitseigenschaften werden ver­ bessert und der Serienwiderstand wird klein.

Der Kondensator C ₄₈ besitzt zwischen den Elektroden keinen Leckstrom und keine Spannungsabhängigkeit, er weist jedoch pro Flächeneinheit einen kleinen Kapazi­ tätswert auf, der etwa um das ¹/₁₀fache kleiner ist als der Wert des Kondensators C ₈₄.

Der Kondensator C ₀₄ entspricht dem Kondensator C ₈₄, er besitzt jedoch eine Kapazität pro Flächeneinheit, welche größer ist als diejenige des Kondensators C ₄₈ und kleiner ist als diejenige des Kondensators C ₈₄.

Der Kondensator C ₄₆ besitzt Eigenschaften, die dem Kon­ densator C ₈₄ entsprechen, wenn dieser durch Ionenimplan­ tation einer hohen Dotierungskonzentration erzeugt ist, dieser Kondensator besitzt jedoch einen kleinen Kapazi­ tätswert pro Flächeneinheit.

Eine zwischen dem Elektrodenbereich 340 aus Polysilizium und dem Elektrodenbereich 376 aus Aluminium erzeugte Kapazi­ tät läßt sich als Kondensator C ₀₆ verwenden, welche die­ selben Eigenschaften aufweist wie der Kondensator C ₀₄.

Um den Koppelkondensator 212 gemäß Fig. 2 auf einem in­ tegrierten Schaltungschip kleiner Abmessung unterzu­ bringen, wird bevorzugt der Kondensator C ₈₄ oder C ₄₂ verwendet. Sofern der Kondensator C ₈₄ verwendet wird, wird die eingegrabene P-Zone 334 mit dem Gate des FETs verbunden, und der Elektrodenbereich 338 aus Poly­ silizium wird mit dem Gate des FETs 202 verbunden. In diesem Fall wird der Kondensator C ₄₂ als Parasitärkon­ densator erzeugt. Das heißt, der Kondensator C ₄₂ wird als ein Teil des Schwingkondensators 210 gemäß Fig. 2 an­ gesehen. Wenn der Elektrodenbereich 338 aus Polysilizium mit dem Gate des P-Kanal-FETs 201 verbunden wird, und die P-Zone 334 mit dem Gate des N-Kanal-FETs 202 ver­ bunden ist, ist die parasitäre Kapazität C ₄₂ über dem Kondensator C ₈₄ mit einem Teil des Schwingkondensators 210 verbunden. Der Schwingkondensator 210 muß hinreichend stabil sein, um die Resonanzfrequenz stabil zu halten, und er darf nur einen kleinen Serienwiderstand besitzen.

Wenn es in der vorliegenden Ausführungsform am wich­ tigsten ist, den Leckstrom zwischen den Elektroden und die Spannungsabhängigkeit zu verringern, können die Kon­ densatoren C ₀₄ und C ₄₆ verwendet werden. Wird der Kon­ densator C ₀₄ als wechselstrommäßiger Koppelkondensator 212 eingesetzt, so wird der Kondensator C ₄₆ als para­ sitäre Kapazität erzeugt. Der Kondensator C ₄₄ läßt sich dem Schwingkondensator 210 hinzurechnen. Die Rolle des Kondensators C ₀₄ kann gegenüber derjenigen des Kon­ densators C ₄₆ vertauscht werden. Das heißt, der Kondensator C ₄₆ kann als wechselstrommäßiger Koppelkondensator 212 eingesetzt werden, und der Kondensator C ₀₄ kann als parasitäre Kapazität betrachtet werden.

Der Aufbau und die Anordnung der Kondensatoren gemäß Fig. 3B in der dort dargestellten integrierten Schal­ tung stellt eine besonders effektive Verwirklichung dieser Kondensatoren in einer monolithischen inte­ grierten Schaltung dar. Die Verwendung derartiger ver­ schiedener Kondensator-Verwirklichungen liefert den wesentlichen Vorteil, daß die parasitäre Kapazitäten, welche beim Verwirklichen von Kondensatoren in integrier­ ten Schaltungen ständig miterzeugt werden, der Reso­ nanz- oder Schwingkapazität zugeschlagen werden können.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, ein Ionenimplantations­ verfahren einzusetzen, um die Dotierung des Halbleiter­ substrats zur Erzeugung der Kondensatorelektrode groß zu machen.

Der Kondensator C ₀₄ zwischen dem Elektrodenbereich 350 aus Aluminium und dem Elektrodenbereich 354 aus Poly­ silizium mit einer großen Fläche wurde bisher nicht oft verwendet. Der Einsatz eines derartigen Kondensators C ₀₄ stellt jedoch eine Abnahme des Leckstroms zwischen den Kondensatorelektroden dar und liefert den wesentlichen Vorteil, daß die Spannungsabhängigkeit beseitigt werden kann. Zusätzlich kann der Kondensator C ₀₄ wirksam als ein Kondensator mit kleinem Serienwiderstand und hoher Güte eingesetzt werden. Die Verwendung des Kondensators C ₀₄ in einem Quarzschwingkreis mit einer hohen Güte Q stellt hervorragende Stabilität und geringen Leistungs­ verbrauch sicher.

Zusätzlich kann der Kondensator C ₀₄ oder C ₄₄ als Schwing­ kondensator 209, 210 gemäß Fig. 2 verwendet werden, und alle Schaltelemente mit Ausnahme des Quarzes, so z. B. ein Widerstand, ein Kondensator, ein FET können in dieselbe monolithisch integrierte Schaltung eingefügt werden.

Fig. 4 zeigt den Spannungs/Stromverlauf der erfindungs­ gemäßen Oszillatorschaltung und einer bekannten Oszil­ latorschaltung. In Fig. 4 stellt die voll ausgezogene Kurve 401 den Stromverbrauch der bekannten Oszillator­ schaltung dar, und die gestrichelte Kurve 402 zeigt den Stromverbrauch der erfindungsgemäßen Oszillator­ schaltung.

Wie schon erwähnt, wird durch die Erfindung eine Quarz- Oszillatorschaltung angegeben, welche den Leistungs­ verbrauch reduziert, eine hohe Betriebsstabilität be­ sitzt, einen breiten Betriebsspannungsbereich aufweist und die wirksam arbeitet. Zusätzlich kann die Quarz- Oszillatorschaltung nach der Erfindung als Zeitreferenz- Signalquelle für Uhren mit reduziertem Leistungsver­ brauch eingesetzt werden.

Diese Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Feld­ effekttransistoren beschränkt, sie läßt sich vielmehr auch mit integrierten Schaltungen mit bipolaren Tran­ sistoren einsetzen. In einem derartigen Fall sind die Begriffe "Gate", "Drain" und "Source" der Feldeffekt­ transistoren zu ersetzen durch die Begriffe "Basis", "Kollektor" und "Emitter" bipolarer Transistoren.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung also eine Oszillator­ schaltung für eine Uhr, die ein komplementäres FET-Paar enthält, wobei ein FET fest vorgespannt ist und der andere FET selbstvorspannend arbeitet, und wobei die Gate-Elektroden des FET-Paars durch einen Kondensator wechselstrommäßig gekoppelt sind, und die Drain-Elek­ troden des FET-Paars zur Verwirklichung einer Wechsel­ strom-Verstärkung miteinander verbunden sind.

Der fest vorgespannte FET ermöglicht einen kleinen konstanten mittleren Strom und eine kleine Start­ spannung des Oszillators, und der selbstvorspannende FET ermöglicht einen sicheren Verstärkungsbetrieb. Die wechselspannungsmäßige Kopplung der Gate- Elektroden ermöglicht einen hohen Verstärkungsfaktor und einen hohen Wirkungsgrad bei der Erregung eines Quarzkristallresonators der Oszillatorschaltung. Der Aufbau dieser Erfindung ist einfach und läßt sich leicht als monolithische integrierte Schaltung für eine Uhr einsetzen.

Claims (9)

1. Oszillatorschaltung mit einem komplementären Transistorpaar und einem Quarzschwingkreis zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Transistorpaares, und mit einer Vorspannungsschaltung, die aus einer Referenz­ spannungsquelle und einem ersten Widerstandselement mit hohem Widerstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese Vorspannungs­ schaltung (201, 226, 227; 301-308; 205, 207) nur der erste Transistor (203) des Transistorpaares vorgespannt wird und daß der zweite Transistor (202) durch eine Spannung über ein zweites Widerstandselement (206, 208) mit hohem Widerstand vorgespannt wird, die aus der Schwellenspannung des ersten Transistors (203) ab­ geleitet wird.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Transistor­ paare (202, 203) Feldeffekttransistoren sind.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Wider­ standselemente (205, 207; 206, 208) einen Feldeffekt­ transistor (205, 206) enthält.

4. Oszillatorschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsquelle die Source-Drain-Strecke eines dritten Feldeffekt­ transistors (201) dient, dessen Gateelektrode an einem Spannungsteiler (226, 227) angeschlossen ist, der zwischen der Sourceelektrode und Betriebsspannung geschaltet ist.

5. Oszillatorschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder das zweite Widerstandselement (205, 207; 206, 208) aus einem Wider­ stand aus Polysilizium und einem Feldeffekttransistor- Widerstand besteht, die in Serie geschaltet sind.

6. Oszillatorschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (201, 226, 227), das erste und das zweite Widerstands­ element (205, 207; 206, 208), ein erster Kondensator (212) und das Feldeffekttransistorpaar (202, 203) in einer monolithisch integrierten Schaltung integriert sind.

7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode des ersten Kondensators (212) aus Metall besteht, und daß die andere Elektrode aus einem polykristallinen Silizium hoher Ver­ unreinigungskonzentration besteht.

8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden des ersten Kondensators (212) aus polykristallinem Silizium mit einer hohen Verunreinigungsdichte besteht, und daß die andere Elektrode aus einem Halbleitersubstrat besteht, dessen Verunreinigungskonzentration durch Ionenimplantation einen hohen Wert besitzt.

9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (212), der in die integrierte Schaltung integriert ist, als zusammengesetzter Kondensator ausgebildet ist und drei leitende Elektroden und zwei Isolierschichten zwischen den drei leitenden Elektroden enthält, und daß der zusammen­ gesetzte Kondensator sowohl als Wechselstromkopplung zwischen den zweiten Elektroden des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors (203, 202) als auch als Resonanz­ kondensator innerhalb des Resonanzkreises wirkt.