DE3042323C2

DE3042323C2 - Schwingkreis

Info

Publication number: DE3042323C2
Application number: DE3042323A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawasaki Matsuo; Yasoji Yokosuka Kanagawa Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1980-11-10
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3042323A1; JPS5673919A; US4414515A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingkreis, bestehend aus einem CR-Oszillatorteil mit einer Arbeitsstromstrecke, die ein Widerstandselement und ein kapazitives Element aufweist, welche gemeinsam eine Zeitkonstantenschaltung bilden, aus einer Konstantstromquelle, die mit der Arbeitsstromstrecke des CR-Oszillatorteils in Reihe geschaltet ist.

Ein derartiger Schwingkreis ist aus der DE-OS 12 369 bekannt. Das Widerstandselement und das kapazitive Element sind hier in Reihe geschaltet, wobei durch den Wert des Widerstandselements und dem Wert des kapazitiven Elements eine Zeitkonstante festgelegt wird, die der von dem Oszillatorteil erfolgten Signalfrequenz entspricht. Darüber hinaus umfaßt dieser bekannte Schwingkreis auch eine Konstantstromquelleneinrichtung in Form eines Mehrkollektortransistors, der mehrere konstante Ströme erzeugt, von denen einer durch die Arbeitsstromstrecke entsprechend der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement und dem kapazitiven Element fließt. Dieser bekannte Schwingkreis benötigt jedoch eine Stromspie-

gelschaltung, um dem gesamten Schwingkreis mit den verschiedenen Transistoren immer einen konstanten strom zuzuführen. Die Aufladung des kapazitiven Elements erfolgt zwar bei diesem bekannten Schwingkreis über die Konstantstromquelle in Form des Mehrkollektortransistors, jedoch erfolgt die Entladung des Kondensators über einen Transistor, der zu der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement und dem kapazitiven Element parallel geschaltet ist. Daher ist dieser bekannte Schwingkreis beispielsweise gegenüber ι ο Temperatureinflüssen empfindlich und vermag auch keine von derartigen Einflüssen unabhängige stabile Frequenz zu liefern.

Aus der US-PS 38 51 277 ist ein astabiler Multivibrator für die Erzeugung von Impulsen hoher Folgefrequenz bekannt, wobei der astabile Multivibrator eine flC-Zeitkonstantenschaltung und eine ungeradzahlige Anzahl von Inverterstufen umfaßt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das kapazitive Element bei diesem bekannten Multivibrator zwischen dem Ausgangsanschluß der zweiten Inverterstufe und dem Eingangsanschluß der ersten Jnverterstufe geschaltet, während das Widerstandselement zwischen den Ausgangsanschluß der dritten Inverterstufe und den Eingangsanschluß der ersten Inverterstufe geschaltet ist. Dieser bekannte astabile Multivibrator eignet sich zwar zur Erzeugung von Impulsen hoher Frequenz, jedoch ist auch diese bekannte Schaltungsanordnung beispielsweise nicht gegenüber Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung unabhängig, so daß sich also das erzeugte hochfrequente Ausgangssignal des astabilen Multivibrators bei Änderungen der Stromquellenspannung ebenfalls ändert.

Eine ähnliche astabile Multivibratorschaltung ist aus der DE-PS 20 11 378 bekannt, die jedoch nur zwei Inverterstufen und ein /?C-Glied als zeitbestimmendes Glied enthält. Der Kondensator des /?C-Gliedes ist zwischen den Eingang der ersten und dem Ausgang der zweiten Invertersaife geschaltet und es läßt sich durch Änderung der Kapazität des Kondensators des /?C-Gliedes die Frequenz der Ausgangsimpulse ändern. Das wesentliche dieses bekannten astabilen Multivibrators besteht darin, daß an den Ausgang der ersten Inverterstufe der eine Anschluß einer Diode angeschlossen ist, deren anderer Anschluß einerseits über einen ersten Widerstand mit dem Eingang der ersten Inverterstufe, andererseits über einen zweiten Widerstand mit dem Eingang der zweiten Inverterstufe verbunden ist, daß ferner die Diode so gepolt ist, daß sie nur in Richtung vom Ausgang zum Eingang der ersten Inverterstufe durchlässig ist, und daß der Eingang der zweiten Inverterstufe über einen zweiten Kondensator mit dem Ausgang der ersten Inverterstufe verbunden ist.

Dieser bekannte astabile Multivibrator benötigt somit mindestens zwei Kondensatoren, so daß er für eine Ausführung in integrierter Schaltungstechnik wenig geeignet ist. Ferner ist dieser bekannte astabile Multivibrator ebenfalls gegenüber Änderungen in der Stromversorgungsspannung empfindlich.

Aus der DE-AS 18 09 207 ist ebenfalls ein astabiler Multivibrator unter Verwendung zweier NAND-Glieder bekannt, wobei jeweils der Ausgang des einen mit dem Eingang des anderen verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform umfaßt dieser bekannte astabile Multivibrator ein Widerstandselement und ein kapazitives Element, wobei das Widerstandselement zwischen einen Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß eines der Glieder geschaltet ist, während das kapazitive Element zwischen den Ausgangsanschluß des anderen Gliedes und den betreffenden Eingangsanschluß des erstgenannten Gliedes geschaltet ist Auch diese bekannte Multivibratorschaltung ist nicht gegenüber Temperatureinflüssen oder Änderungen in der Stromversorgungsspannung unabhängig.

Auch sind bereits weitere verschiedene Arbeiten, von Schwingkreisen bekannt Beispielsweise veranschaulicht F i g. 1 einen üblichen CR-Schwingkreis mit einem Verstärker 2 zum Verstärken einer zwischen eine Stromquellenklemme Vb und Masse angelegten Spannung, einem p-Kanal-MOS-Transistor 4, dessen Stromstrecke zwischen die Klemme Vb und die Eingangsklemme des Verstärkers 2 eingeschaltet und dessen Gate-Elektrode an die Ausgangsklemme des Verstärkers 2 angeschlossen ist, einem zwischen die Eingangsklemme des Verstärkers 2 und Masse geschalteten Widerstand 6 und einem parallel zum Widerstand 6 geschalteten Kondensator 8.

Es sei angenommen, daß ein Ausgangssignal niedrigen Pegels an einer Ausgangsklemme OT des Schwingkreises gemäß F i g. 1 erzeugt wird, in diesem Falle schaltet der MOS-Transistor 4 durch, und der Kondensator 8 wird auf den Spannungspegel der Stromquelle aufgeladen. Die Ladespannung des Kondensators 8 wird durch den Verstärker 2 verstärkt, und an der Ausgangsklemme OTwird eine Spannung hohen Pegels geliefert. Sodann sperrt der MOS-Transistor 4, wobei die im Kondensator 8 gespeicherte Ladung über den Widerstand 6 entladen wird. Wenn der Kondensator 8 vollständig entladen ist, geht das Eingangssignal des Verstärkers 2 auf den niedrigen Pegel über, so daß an der Ausgangsklemme OTwieder ein Ausgangssignal niedrigen Pegels auftritt. Auf diese Weise wird an der Ausgangsklemme OTdes Schwingkreises gemäß F i g. 1 ein Schwingungsausgangssignal (Fig. 2A) erzeugt. Wenn die an der Stromquellenklemme VO anliegende Spannung konstant ist, ist auch die Frequenz des Schwingungsausgangssignals gemäß Fig.2A konstant, weil diese Frequenz durch die durch den Widerstand 6 und den Kondensator 8 gebildete Zeitkonstante bestimmt wird. Wenn die an der Klemme Vd anliegende Spannung niedrig ist und das Ausgangssignal hohen Pegels vom Verstärker 2 an die Gate-Elektrode des MOS-Transistors 4 angelegt wird, besitzt letzterer einen großen Widerstand endlicher Größe. Infolgedessen wird ein kleinerer Teil der Ladung von der Stromquellenklemme Vd über den MOS-Transistor 4 entladen, und es «ist eine lange Zeitspanne für die vollständige Entladung des Kondensators 8 über den Widerstand 6 erforderlich. Wenn der MOS-Transistor 4 durch das den niedrigen Pegel besitzende Ausgangssignal des Verstärkers 2 durchgeschaltet wird, benötigt der Kondensator 8 eine lange Zeitspanne für das Aufladen auf einen vorgegebenen Pegel, weil die Spannung an der Strornquellenklemme Vd niedrig ist. Wenn somit von der Klemme Vo eine Spannung niedrigen Pegels angelegt wird, wird gemäß F i g. 2B ein Schwingungsausgangssignal niedrigerer Frequenz erhalten.

Wenn andererseits von der Stromquellenklemme Vb her eine höhere Spannung angelegt wird, erfolgt das Aufladen und Entladen des Kondensators 8 in kürzerer Zeit. In diesem Fall liefert der Schwingkreis gemäß F i g. 2C ein Schwingungsausgangssignal höherer Frequenz.

Der CR-Schwingkreis gemäß F i g. 1 ist somit mit dem Nachteil behaftet, daß Änderungen der Stromquellen-

spannung Vb zu Änderungen der Schwingungsfrequenz führen.

Fig.3 zeigt ein anderes Beispiel eines bisherigen CR-Oszillatorkreises mit drei in Reihe geschalteten CMOS-Invertern 10, 12 und 14. Der CMOS-Inverter 10 umfaßt einen p-Kanal-MOS-Transistor 1OP und einen n-Kanal-MOS-Transistor 10/V, die in Reihe zwischen Stromquellenklemme Vb und Masse geschaltet sind. Der CMOS-Inverter 12 umfaßt einen p-Kanal-MOS-Transistor 12P und einen n-Kanal-MOS-Transistor i2N, während der CMOS-Inverter 14 einen p-Kanal-MOS-Transistor 13Pund einen n-Kanal-MOS-Transistor 14Λ/ aufweist. Die Ausgangsklemmen der CMOS-Inverter 14 und 12 sind über einen Widerstand 16 und einen Kondensator 18 an die Eingangsklemme des CMOS-Inverters 10 angeschlossen.

Im folgenden sei angenommen, daß beim Schwingkreis gemäß Fig.3 das Eingangssignal des CMOS-Inverters 10 gemäß F i g. 4A zu einem Zeitpunkt 11 auf einen hohen Pegel übergeht. Dabei werden die MOS-Transistoren lOPund 10/V gesperrt bzw. durchgeschaltet, wobei der CMOS-Inverter 10 ein Signal niedrigen Pegels (F i g. 4B) abgibt. In Abhängigkeit von diesem niedrigpegeligen Ausgangssignal des Inverters 10 werden die MOS-Transistoren 12P und 12Λ/ durchgeschaltet bzw. gesperrt, und der CMOS-Inverter 12 gibt gemäß F i g. 4C ein Ausgangssignal hohen Pegels ab. Auf dieses Signal hin werden die MOS-Transistoren 14Pund 14/Vzum Sperren bzw. Durchschalten gebracht, und der CMOS-Inverter 14 gibt ein Ausgangssignal so niedrigen Pegels ab (Fig.4D). Unter diesen Bedingungen fließt ein Entladesirom über den MOS-Transistor 12P. den Kondensator 8. den Widerstand 16 und den MOS-Transistor 14/V unter allmählicher Verkleinerung des Pegels des Eingangssignals des Inverters 10. Wenn sodann zum Zeitpunkt ti der Pegel dieses Eingangssignals unter die Schwellenwertspannung Vm des CMOS-Inverters 10 abfällt, werden die MOS-Transistoren lOPund 10/V zum Durchschalten bzw. zum Sperren gebracht. Hierauf liefern die CMOS-Inverter 10,12 und 14 Ausgangssignale hohen, niedrigen bzw. hohen Pegels gemäß Fig.4B, 4C bzw. 4D. Da weiterhin der MOS-Transistor 12Λ/ durchgeschaltet ist, wird die Elektrode des Kondensators 18, an welche die Stromquellenspannung VD angelegt worden ist, zwangsweise auf Massepotential geführt. Das Eingangssignal des CMOS-Inverters 10 fällt augenblicklich vom Pegel V_TH auf den Pegel (— V_D + Wh) ab. Unter diesen Bedingungen fließt ein Ladestrom über den MOS-Transistor 14P. den Widerstand 16, den Kondensator 18 und den MOS-Transistor 12Λ/. Der Kondensator 18 wird daher allmählich aufgeladen. Wenn der Pegel des Eingangssignals des CMOS-Inverters 10 zu einem Zeitpunkt f3 gemäß Fig.4A die Schwellenwertspannung Vto des Schwingkreises übersteigt, werden die MOS-Transistoren lOPund ION gesperrt bzw. durchgeschaltet. Da hierbei der MOS-Transistor 12P durchgeschaltet ist, wird die Stromquellenspannung Vb an die bisher auf Massepotential gehaltene Elektrode des Kondensators 18 angelegt Die Eingangsspannung zum CMOS-Inverter 10 steigt vom Pegel V_TH auf den Pegel (— Vb+ Vth) an, und der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich. An der Ausgangsklemme OT des Schwingkreises wird ein Schwingungsausgangssignal gemäß Fig.4D erzeugt Obgleich die Frequenz des Schwingungsausgangssignals durch die Zeitkonstante bestimmt wird, die ihrerseits durch den Widerstand 16 und den Kondensator 18 bestimmt wird, ändert sich die Frequenz der Schwingschaltung auch mit einer Änderung der Stromquellenspannung VD wie im Fall des Schwingkreises gemäß F i g. 1.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Schwingkreis der eingangs genannten Art zu schaffen, der unabhängig von Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung und unabhängig von Temperaturänderungen mit äußerster stabiler Frequenz zu schwingen vermag. Gemäß einem ersten Lösungsvorschlag wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der CR-Oszillatorteil eine ungeradzahlige Anzahl von Invertern umfaßt, die in Reihe geschaltet sind, daß das Winderstandselement zwischen den Ausgangsanschluß des letzten Inverters und den Eingangsanschluß des ersten Inverters geschaltet ist und daß das kapazitive Eiemeni zwischen den Ausgangsanschluß irgendeiner der geradzahligen Inverterstufen und den Eingangsanschluß der ersten lnverterstufe geschaltet ist.

Gemäß einem zweiten Lösungsvorschlag wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der CR-Oszillatorteil zwei in Reihe geschaltete Inverter umfaßt, daß das Widerstandselement zwischen den Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß der vorangehenden Inverter und daß das kapazitive Element zwischen den Ausgangsanschluß des nachfolgenden Inverters und den Eingangsanschluß des vorausgehenden Inverters geschaltet ist.

Bei dem Schwingkreis nach der vorliegenden Erfindung wird das kapazitive Element nicht lediglich wie bei den bekannten Schaltungen aufgeladen und dann auf einen Wert nahe Null entladen, sondern das kapazitive Element wird ungeladen, da seine beiden Anschlüsse durch die Inverter gegenüber dem Aufladezustand vertauscht an die Stromversorgungsquelle bzw. Konstantstromquelleneinrichtung angeschlossen werden. Dadurch erfolgt sowohl die Aufladung des kapazitiven Elements als auch seine Entladung immer über den gleichen Weg bzw. die Konstantstromquelle, d. h. die Bedingungen für die Aufladung sind genau gleich mit den Bedingungen für die Entladung.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik und unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines bisherigen CR-Schwingkreises,

Fig.2A bis 2C Signalwellenformdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schwingkreises gemäß Fig. 1,

Fig.3 ein Schaltbild eines anderen bisherigen Schwingkreises,

F i g. 4A bis 4D Signalwellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schwingkreises gemäß F i g. 3,

Fig.5 ein Schaltbild eines Schwingkreises mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig.6 ein Schaltbild eines Schwingkreises gemäß einer anderen Ausführungsform mit einer Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator, wie beim Schwingkreis nach F i g. 5,

Fig.7 ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform des Schwingkreises mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator,

F i g. 8 ein Schaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels des Schwingkreises gemäß F i g. 7,

F i g. 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Schwingkreises mit einem Teiler,

F i g. 10 ein Signalwellenformdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Schwingkreises gemäß Fig. 9.

Fig. 11 ein Schaltbild noch einer weiteren Ausführungsform des Schwingkreises mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator,

Fig. 12 ein Schaltbild einer Abwandlung des Schwingkreises nach F i g. 7,

Fig. 13 ein Schaltbild einer Abwandlung des Schwingkreises nach F i g. 9,

Fig. 14 ein Schaltbild eines Schwingkreises, bei dem die Schwingfrequenz änderbar ist.

Fig. 15 ein Schaltbild einer Steuersignal-Generatorschaltung zur Änderung der Schwingfrequenz beim Schwingkreis gemäß Fig. 14,

Fig. 16 ein Schaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels des Schwingkreises gemäß Fig. 14,

Fig. 17 und 18 Schaltbilder von Abwandlungen des Schwingkreises nach F i g. 5. und

Fig. 19 und 20 Schaltbilder von Abwandlungen des Schwingkreises nach F i g. 7.

Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert worden.

Der CR-Schwingkreis gemäß Fig. 5 umfaßt einen p-Kanal-MOS-Transistor 20. einen Widerstand 22 und eine Konstantstromquelle 24, die in Reihe zwischen eine Stromquellenklemme V₀ und Masse geschaltet sind, sowie weiterhin einen zum Widerstand 22 parallelgeschalteten Kondensator 26. einen Verstärker 28, dessen Eingangsklemme an die Verbindung oder Verzweigung zwischen dem MOS-Transistor 20 und dem Widerstand 22 angeschlossen ist, während seine Ausgangsklemme mit der Gate-Elektrode des MOS-Transistors 20 verbunden ist, einen an die Ausgangsklemme des Verstärkers 28 angeschlossenen Inverter 30 sowie einen Inverter 32. dessen Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des Inverters 30 verbunden und dessen Ausgangsklemme an eine Schwingungs-Ausgangsklemme OSCT angeschlossen ist. Die positive und die negative Vorspannklemme des Verstärkers 28 sind an die Verzweigungen zwischen der Stromquellenklemme Vn und dem Widerstand 22 bzw. der Stromquelle 24 angeschlossen. Die Vorspann(ungs)klemmen der Inverter 30 und 32 sind mit der Stromquellenklemme Vp und Masse verbunden. Die Inverter 30 und 32. die z. B. CMOS-Umsetzer sein können, wirken als Wellenformschaltung.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des CR-Schwingkreises gemäß F i g. 5 näher erläutert.

Es sei angenommen, daß der Kondensator 26 vui! aufgeladen ist und eine Eingangsspannung hohen Pegels am Verstärker 28 anliegt. In diesem Fall liefert der Verstärker 28 eine Ausgangsspannung hohen Pegels, wobei der MOS-Transistor 20 in den Sperrzustand versetzt und vom Inverter 32 eine Ausgangsspannung hohen Pegels geliefert wird. Wenn der MOS-Transistor 20 sperrt wird die Spannung über den Widerstand 22 beträchtlich verringert, wobei der Kondensator 26 über den Widerstand 22 entladen wird. Der Pegel der Eingangsspannung des Verstärkers 28 nimmt entsprechend der durch den Widerstand 22 und den Kondensator 26 bestimmten Zeitkonstante allmählich ab. Wenn die Eingangsspannung des Verstärkers 28 eine vorbestimmte Größe erreicht, schaltet der MOS-Transistor 20 in Abhängigkeit von einer niedrigen Ausgangsspannung vom Verstärker 28 durch. Sodann fließt ein Strom von der Stromquellenklemme VD über den MOS-Transistor 20 und dem Widerstand 22, so daß der Kondensator 26 aufgeladen wird. Wenn der Kondensator 26 auf eine hohe Spannung aufgeladen ist, wird der MOS-Transistor 20 wiederum in den Sperrzustand versetzt, wobei die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme OSCT von einem niedrigen auf einen hohen Pegel übergeht. Durch den Schwingkreis gemäß F i g. 5 wird ein Schwingungsausgangssignal ähnlich

ίο demjenigen gemäß F i g. 2A erzeugt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der von der Konstantstromquelle 24 aus über den MOS- Transistor 20 und den Widerstand 22 fließende Strom unabhängig von Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung Vp konstant gehalten wird, solange der MOS-Transistor 20 durchgeschaltet ist. Selbst wenn dabei beispielsweise die Stromquellenspannung VD abfällt, verändert sich die Steilheit des MOS-Transistors 20 nicht, während der Ladespannungspegel des Kondensators 26 konstant bleibt und die Schwingfrequenz des Schwingkreises nicht abfällt.

F i g. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des CR-Schwingkreises mit Merkmalen nach der Erfindung, welcher im wesentlichen demjenigen gemäß F i g. 5 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß anstelle des Verstärkers 28 ein CMOS-Inverter 29 und anstelle des p-Kana!-MOS-Transistors 20 ein n-Kanal-MOS-Transistor 21 vorgesehen sind. Der Schwingkreis gemäß Fig.6 arbeitet praktisch in derselben Weise wie der

Schwingkreis nach F i g. 5 unter Gewährleistung derselben Wirkung. Beim Schwingkreis gemäß F i g. 6 enthält eine Konstantstromquelle 24 einen Bezugsspannungsgenerator 24-1 sowie einen MOS-Transistor 24-2, dessen Stromstrecke zwischen den Widerstand 22 und Masse geschaltet ist und dessen Gate-Elektrode an den Bezugsspannungsgenerator 24-1 angeschlossen ist.

Fig.7 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform des CR-Schwingkreises der einen Schwingteil mit drei in Reihe geschalteten Invertern 40, 42 und 44, einen an der einen Seite mit der Eingangsklemme des Inverters 40 verbundenen Widerstand 46, einen zwischen das andere Ende des Widerstands 46 und die Ausgangsklemme des Inverters 44 eingeschalteten Widerstand 48 sowie einen Kondensator 50 aufweist, der zwischen die andere Seite des Widerstands 46 und die Ausgangsklemme des Inverters 42 geschaltet ist Das Ausgangssignal des Schwingteils wird einer Wellenformschaltung mit zwei in Reihe geschalteten Invertern 30 und 32 zugeführt.

Gemäß Fig.8 enthalten die Inverter 30 und 32 CMOS-Transistoren 3OP und 30Λ/ bzw. CMOS-Transisioren 32" und 32Λ', derer. Stromstrecken in Reihe zwischen die Stromquellenklemme VD und Masse geschähet sind. Die Inverter 40, 42 und 44 enthalten

CMOS-Transistoren 4OP und 40/V, 42/> und 42N bzw. 44/> und 44N. Die positiven und negativen Vorspannklemmen dieser Inverter 40, 42 und 44 sind an die Stromquellenklemme VD und die Stromstrecke des n-Kanal-MOS-Transistors 24-2 angeschlossen, dessen Gate-Elektrode mit der Eingangsklemme des Bezugsspannungsgenerators 24-1 verbunden ist Bei dieser Ausführungsform besitzt der Bezugsspannungsgenerator 24-1 eine Stromspiegelschaltung. Der Bezugsspannungsgenerator umfaßt p- und n-Kanal-MOS-Transi-

stören 240 bzw. 242, deren Stromstrecken in Reihe zwischen die Stromquellenklemme VD und Masse geschaltet sind, einem p-Kanal-MOS-Transistor 244, dessen Source- und Gate-Elektroden mit Source- und

Gate-Elektrode des p-Kanal-MOS-Transistors 240 verbunden sind, einen n-Kanal-MOS-Transistor 246, dessen Source-Elektrode an Masse liegt und dessen Gate-Elektrode an die Drain-Elektrode des MOS-Transistors 244 angeschlossen ist, sowie einen zwischen die Drain-Elektroden der MOS-Transistoren 244 und 246 eingeschalteten Widerstand 248. Die Verzweigung zwischen der Drain-Elektrode des MOS-Transistors 246 und dem Widerstand 248 ist mit den Gate-Elektroden der MOS-Transistoren 242 und 24-2 verbunden, während die Gate-Elektrode des MOS-Transistors 240 mit seiner eigenen Drain-Elektrode verbunden ist.

Damit die Stromcharakteristik bzw. -kennlinie des MOS-Transistors 24-2 bei der Ausführungsform gemäß Fig.8 konstant bleibt, muß die folgende Bedingung erfüllt sein:

0< Vg- Vth< Vd

Darin bedeuten Vg, Vth und Vd die Gate-Spannung, die Schwellenwertspannung bzw. die Drain-Spannung des MOS-Transistors 24-2.

Wenn die obige Bedingung erfüllt ist, fließt ein durch die nachstehende Gleichung definierter Sättigungsstrom Is, der unabhängig von Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung VD konstant bleibt, über den MOS-Transistor 24-2:

/s = K(Vg - V_THy

In dieser Gleichung bedeutet: K = eine Konstante.

In diesem Fall bestimmt sich die Drain-Spannung Vd des MOS-Transistors 24-2 durch das Verhältnis der Steilheit des MOS-Transistors 24-2 zur Steilheit der Inverter 40, 42 und 44. Ein über dem MOS-Transistor 24-2 fließender Sättigungsstrom kann somit unabhängig von Schwankungen der Stromquellenspannung VD konstant gehalten werden, indem das Verhältnis zwischen der Steilheit des MOS-Transistors 24-2 und der Steilheit der Inverter 40, 42 und 44 konstant gehalten und der Bezugsspannungsgenerator 24-1 mit der Stromspiegelschaltung gemäß Fig.8 ausgelegt wird, so daß eine stabile Ausgangsspannung an die Gate-Elektrode des MOS-Transistors 24-2 angelegt wird.

!rrs folgender! ist die Arbeitsweise der Schwingkreisgemäß Fig.7 und8erläutert.

Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Inverters 42 auf den hohen Pegel übergeht. In diesem Fall werden die MOS-Transistoren 40N, 42P und 44Λ/ durchgeschaltet, während die MOS-Transistoren 4OP, 42Λ/ und 44P in den Sperrzustand versetzt werden. Der Strom fließt daher von der Stromquellenklemme Vb über den MOS-Transistor 42P, den Kondensator 50, den Widerstand 48 und die MOS-Transistoren 44N und 24-2 nach Masse. Die Ladespannung des Kondensators 50 verringert sich dann allmählich von ihrem höchsten Pegel aus. Wenn die Ladespannung des Kondensators 50 einen vorbestimmten niedrigen Pegel erreicht hat, werden die CMOS-Transistoren 4OP und 4ON des Inverters 40 in den Durchschaltzustand bzw. in den Sperrzustand versetzt, wobei der Inverter 40 ein Ausgangssignal hohen Pegels abgibt Infolgedessen werden die MOS-Transistoren 42N und 44P durchgeschaltet, während die MOS-Transistoren 42P und 44N sperren, wobei der Inverter 44 eine Ausgangsspannung hohen Pegels liefert Wenn der MOS-Transistor 42N durchschaltet, nimmt die Ladespannung des Kondensators 50 von ihrem vorbestimmten Pegel auf einen Mindestpegel ab. In diesem Fall fließt Strom von der Stromquellenklemme VD über den MOS-Transistor 44P, den Widerstand 48, den Kondensator 50 sowie die MOS-Transistoren 42Nund 24-2 nach Masse. Wenn der Kondensator 50 aufgeladen ist und sich seine Ladespannung vom Mindestpegel auf den vorbestimmten Pegel erhöht, werden die CMOS-Transistoren 4OP und 4ON des Inverters 40 gesperrt bzw. durchgeschaltet, während der Inverter 40 eine Ausgangsspannung niedrigen Pegels liefert. Die MOS-Transistoren 42P und 44N schalten durch, während die MOS-Transistoren 42Nund 44P sperren. Infolgedessen werden Ausgangsspannungen hohen bzw. niedrigen Pegels von den Invertern 42 bzw. 44 geliefert, und die Ladespannung des Kondensators 50 erhöht sich aufgrund des Durchschaltens des MOS-Transistors 42P vom vorbestimmten Pegel auf den maximalen Pegel.

Die Schwingkreise gemäß F i g. 7 und 8 arbeiten auf dieselbe Weise wie der bisherige Schwingkreis gemäß F i g. 3. Bei den Schwingkreisen gemäß F i g. 7 und 8 fließt jedoch der Schwingungs-Betriebsstrom stets über den MOS-Transistor 24-2 der Konstantstromquelle, so daß er konstant gehalten wird. Infolgedessen ändert sich die Ladung oder Aufladung des Kondensators 50 auch bei Änderungen der Stromquellenspannung VD nicht. Die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises wird somit nicht beeinflußt.

F i g. 9 veranschaulicht einen Schwingkreis gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung. Der Schwingkreis gemäß Fig.9 weist einen CR-Schwingteil auf. welcher im wesentlichen demjenigen gemäß F i g. 7 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß anstelle des Inverters 40 ein Inverter 51 vorgesehen ist, dessen Betriebsstromstrecke zwischen die Stromquellenklemme VD und Masse geschallet ist. Im CR-Schwingteil gemäß Fig.9 wird ein Schwingungssignal eines vorbestimmten Tastverhältnisses (vgl. F i g. 10A) erzeugt, wenn die Stromquellenspannung VD normal ist. Falls jedoch die Stromquellenspannung VD abfällt, ändern sich die Schaltungs-Schwellenwertspannungen des Inverters 51 einerseits sowie der Innverter 42 und 44 andererseits relativ zueinander, so daß sich das Tastverhältnis des Ausgangssignals des CR-Schwingkreises auf die in Fig. 1OB dargestellte Weise ändert. Bei dieser Ausföhningsform wird somit ein T- Flip-Flop 52 zum Teilen des Ausgangssignals des CR-Schwingteils benutzt, um ein Ausgangssignal zu liefern, das gemäß Fig. IOC ständig ein Tastverhältnis von 50% besitzt

Der in F i g. 11 dargestellte CR-Schwingkreis gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung weist einen CR-Schwingkreis bzw. -teil praktisch desselben Aufbaus wie in F i g. 7 auf. nur mit dem Unterschied, daß der Inverter 44 weggelassen ist und ein Widerstand 48 zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme des Inverters 40 eingeschaltet ist Der Schwingkreis gemäß Fig. 11 arbeitet praktisch auf dieselbe Weise wie derjenige nach Fig.7 unter Gewährleistung derselben Wirkung.

Fig. 12 veranschaulicht eine Abwandlung des Schwingkreises gemäß Fig.7, der sich vom Schwingkreis gemäß Fig.7 dadurch unterscheidet, daß ein Pufferverstärker mit zwei in Reihe geschalteten Invertern 60 und 62 zwischen die Ausgangsklemme des Inverters 44 und die Eingangsklemme des Inverters 30 eingeschaltet ist Bei der Schaltung nach Fig. 12 kann das eine Ende eines Kondensators 50 an die Ausgangsklemme des Inverters 60 und nicht an die Ausgangsklemme des Inverters 42 angeschlossen sein.

Stromstrecke zwischen die Stromquellenklemme VD und dem MOS-Transistor 8Of eingeschaltet ist, sowie einen n-Kanal-Transistor SiN, dessen Gate-Elektrode ein Steuersignal CS abnimmt und dessen Stromstrecke mit der Stromstrecke des MOS-Transistors 80Λ/ in Reihe geschaltet ist. Die anderen getakteten Inverter 82, 84 und 86 sind ebenso aufgebaut wie der getaktele Inverter 80. Der getaktete Inverter 82 umfaßt somit p-Kanal-MOS-Transistoren 82Pund 83P, deren Stromstrecken in Reihe liegen, sowie n-Kanal-MOS-Transistoren 82/V und 83/V; der getaktete Inverter 84 enthält p-Kanal-MOS-Transistoren 84P und 85P mit in Reihe geschalteten Stromstrecken sowie n-Kanal-MOS-Transistoren 84N und 85N; der getaktete Inverter 86 umfaßt

is p-Kanal-MOS-Transistoren 86P und 87 P mit in Reihe geschalteten Stromstrecken sowie n-Kanal-MOS-Transistoren 86 N und 87 N.

Wenn die Steuersignal-Generatorschaltung gemäß Fig. 15 ein Steuersignal CS hohen Pegels und ein

Inverters 32 eingeschaltet sind, getaktete Inverter 84 20 Steuersignal CS niedrigen Pegels abgibt, werden die in Reihe zwischen der Ausgangsklemme des

Durch die Einfügung des Pufferverstärkers werden steile Vorder- und Hinterflanken des vom CR-Schwingteil gelieferten Schwingungs-Ausganssignals erzielt.

Fig. 13 veranschaulicht eine Abwandlung des Schwingkreises gemäß Fig.9, die sich von letzterem nur dadurch unterscheidet, daß ein Pufferverstärker mit zwei in Reihe geschalteten Invertern 70 und 72 zwischen die Ausgangsklemme des Inverters 50 und die Eingangsklemme des Inverters 42 eingeschaltet ist. Hierdurch werden ebenfalls steile Vorder- und Hiriterflanken des Ausgangssignals des Inverters 51 sowie ein Ausgangssignal mit (gut) geformter Wellenform erzielt.

In F i g. 14 ist ein CR-Schwingkreis gemäß noch einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt, welcher im wesentlichen demjenigen nach F i g. 7 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß die Inverter 44 und 30 weggelassen sind, getaktete Inverter 80 und 82 in Reihe zwischen die Ausgangsklemme des Inverters 42 und die Eingangsklemme des

und 86

Inverters 42 und der Eingangsklemme des Inverters 32 liegen und ein Widerstand 88 zwischen die Ausgangsklemme des Inverters 84 und die Eingangsklemme des Inverters 40 eingeschaltet ist. Beim Schwingkreis gemäß Fig. 14 werden Steuersignale CSund Γ3Γ. die von einer beispielsweise in F i g. 15 dargestellten Steuersignal-Generatorschaltung mit einem Steuersignalgenerator 90 und einem Inverter 92 geliefert werden, an die Taktklemmen der getakteten Inverter 80,82, 84 und 86 angelegt. Wenn durch den Steuersignalgenerator 90 7. B. ein Signal hohen Pegels erzeugt wird, werden die getakteten Inverter 80 und 82 aktiviert und die getakteten Inverter 84 und 86 deaktiviert. Der Schwingkreis gemäß F i g. 14 arbeitet somit auf dieselbe Weise wie derjenige nach F i g. 7, wobei ein Schwingungs-Ausgangssignal mit einer durch den Widerstand 48 und den Kondensator 50 bestimmten Schwingfrequenz erzeugt wird. Wenn der Steuersignalgenerator 90 ein Signal niedrigen Pegels liefert, werden die getakteten Inverter 84 und 86 aktiviert und die getakteten Inverter 80 und 82 deaktiviert. In diesem Fall arbeitet dieser Schwingkreis ebenfalls auf dieselbe Weise wie derjenige nach F i g. 7, doch wird die Schwingungsfrequenz durch die vom Widerstand 88 und vom Kondensator 50 gebildete Zeitkonstante bestimmt. Der Schwingkreis gemäß Fig. 14 erzeugt also nach Maßgabe der Steuersignale vom Steuersignalgenerator 90 Schwingungssignale unterschiedlicher Frequenzen. F i g. 16 veranschaulicht ein praktisches Ausführungsbeispiel einer MOSFET-Schaltung für den Schwingkreis gemäß F i g. 14. Wie aus F i g. 16 hervorgeht, werden die Inverter 40, 42 und 32 durch CMOS-Transistoren 4OP und 4QN, 42Pund 42A/bzw. 32Pund 32N gebildet. Der MOS-Transistoren 81P, 81Λ/, 83Pund 83A/der Inverter 80 und 82 sämtlich durchgeschaltet, während die MOS-Transistoren 85P, 85Λ/, 87Pund 87Nder Inverter 84 und 86 sämtlich in den Sperrzustand versetzt werden. Die Inverter 84 und 86 werden damit deaktiviert bzw. unwirksam gemacht, während die Inverter 80 und 82 eine Invertierungsoperation durchführen. Wenn die Steuersignal-Generatorschaltung ein Steuersignal CS niedrigen Pegels und ein Steuersignal CS hohen Pegels abgibt, werden die MOS-Transistoren 81P, 81N, 83Pund 83Λ/ gesperrt, während die MOS-Transistoren 85P, 85N, 87P und 87/V durchschalten. Infolgedessen werden die Inverter 80 und 82 deaktiviert, während die Inverter 84 und 86 eine Invertierungsoperation durchführen.

Obgleich die Erfindung vorstehend in speziellen Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, ist sie keineswegs hierauf beschränkt. Beispielsweise kann bei den Schwingkreisen gemäß F i g. 5 und 6 die Konstantstromquelle 24 z. B. auf die in den Fi g. 17 und 18 dargestellte Weise geschaltet sein, weil es ausreicht, wenn die Konstantstromquelle 24 in Reihe mit dem Widerstand 22 zwischen Stromqucllenklemme VD und Masse eingeschaltet ist.

Anstatt bei der Ausführungsform gemäß Fig.7 die Konstantstromquelle 24 zwischen die Betriebsstromstrecke der Inverter 40,42 und 44 an Masse zu schalten, kann sie gemäß Fig. 19 auch zwischen die Stromquellenklemme VD und die positiven Vorspannklemmen der Inverter 30,32,40,42 und 44 geschaltet sein. Weiterhin ist es auch möglich, die Konstantstromquelle 24 auf die in Fig. 20 dargestellte Weise auszulegen, wobei die Stromstrecken des Bezugsspannungsgenerators 24-1 sowie der MOS-Transistoren 24-21 bis 24-23 an die

negativen Vorspannklemmen der Inverter 40,42 und

getaktete Inverter 80 besitzt p- und n-Kanal-MOS- 55 angeschlossen sind. Transistoren 8OP bzw. 8ON, deren Gate-Elektroden mit Der Leitfähigkeitstyp des MOS-Transistors 24-2 zur

der Ausgangsklemme des Inverters 42 verbunden und deren Stromstrecken miteinander in Reihe geschaltet sind, einen p-Kanal-MOS-Transistor 81P, dessen Gate-Elektrode ein Steuersignal CS abnimmt und dessen Bildung der Konstantstromquelle 24 kann je nach der Ausgangsspannung des Bezugsspannungsgenerators frei gewählt werden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingkreis, bestehend aus einem CR-Oszillatorteil mit einer Arbeitsstromstrecke, die ein Widerstandselement und ein kapazitives Element aufweist, weiche gemeinsam eine Zeitkonstantenschaltung bilden, aus einer Konstantstromquelle, die mit der Arbeitsstromstrecke des CR-Oszillatorteils in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der CR-Oszülatorteil eine ungeradzahlige Anzahl von Invertern umfaßt, die in Reihe geschaltet sind, daß das Widerstandselement (48) zwischen den Ausgangsanschluß des letzten Inverters und den Eingangsanschluß des ersten Inverters geschaltet ist und daß das kapazitive Element (50) zwischen den Ausgangsanschluß irgendeiner der geradzahligen Invet terstufen und dvn Eingangsanschluß der ersten Inverterstufe geschaltet ist.

2. Schwingkreis, bestehend aus einem CR-Oszillatorteil mit einer Arbeitsstromstrecke, die ein Widerstandselement und ein kapazitives Element aufweist, weiche gemeinsam eine Zeitkonstantenschaltung bilden, aus einer Konstantstromquelle, die mit der Arbeitsstromstrecke des CR-Oszillatorteils in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der CR-Oszillatorteil zwei in Reihe geschaltete Inverter umfaßt, daß das Widerstandselement (48) zwischen den Eingangsansehluß und den Ausgangsanschluß der vorangehenden Inverter und daß das kapazitive Element (50) zwischen den Ausgangsanschluß des nachfolgenden Inverters und den Eingangsansehluß des vorausgehenden Inverters geschaltet ist.

3. Schwingkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellenformschaltung (52) an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils angeschlossen ist.

4. Schwingkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorpsann(ungs)klemmen der Inverter zusammengeschaltet sind und ihre zweiten Vorspannklemmen ebenfalls zusammengeschaltet sind.

5. Schwingkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellenformschaltung (52) an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils angeschlossen ist.

6. Schwingkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung (24-2) zwischen eine erste Stromquellenklemme und die ersten Vorspannklemmen der Inverter (40, 42,44) geschaltet ist.

7. Schwingkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung (24-2,24-1) zwischen eine zweite Stromquellenklemme und die zweiten Vorspannklemmen der Inverter (42,44) geschaltet ist (F i g. 13).

8. Schwingkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter CMOS-Transistoren umfassen.

9. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorspannklemmen der Inverter (51, 70, 72) zusammengeschaltet sind, daß die zweite Vorspannklemme des Inverters zumindest der ersten Stufe der ungeraden Zahl von Invertern mit der zweiten Stromquellenklemme verbunden ist und daß die zweiten Vorspannklemmen zumindest der letzten beiden Inverter (42, 44)

der ungeraden Zahl von Invertern zusammengeschaltet sind.

10. Schwingkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils ein Teiler (52) angeschlossen ist

11. Schwingkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung (24-2,24-1) zwischen eine erste Stromquellenklemme und die ersten Vorspannklemmen der Inverter geschaltet ist

12. Schwingkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung (24-2,24-1) zwischen die zweite Vorspannklemme des Inverters der letzten Stufe und die zweite Stromquellenklemme geschaltet ist

13. Schwingkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da3 die ersten Vorspannklemmen der Inverter (51, 70, 72) zusammengeschaltet sind und daß die Konstantstromquelleneinrichtung (24-2, 24-1) mindestens zwei Konstantstromquellen (24-1, 24-2) aufweist, die zwischen die zweite Stromquellenklemme und die zweiten Vorspannklemmen mindestens der letzten beiden Inverter (42, 44) der ungeraden Zahl von Invertern geschaltet sind.

14. Schwingkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorspann(ungs)klemmen der Inverter zusammengeschaltet sind und ihre zweiten Vorspannklemmen ebenfalls zusammengesrhaltet sind.

15. Schwingkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung (24-21, 24-22, 24-23) zwischen eine erste Stromquellenklemme und die ersten Vorspannklemmen der Inverter (40,42,44) geschaltet ist (F i g. 20).

16. Schwingkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen eine zweite Stromquellenklemme und die zweiten Vorspannklemmen der Inverter geschaltet ist.

17. Schwingkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellenformschaltung an die Ausgangsklemme des CR-Oszillators angeschlossen ist.