RU1809936C - Кварцевый генератор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электронной технике и может быть использовано в электронных часах. Сущность изобретени : кварцевый генератор содержит М-каналь- ные транзисторы 1, 2, Р-канальный транзистор 3, токозадающий резистор 4, Р-канальные транзисторы 5, 6, 7, резистор смещени  8, кварцевый резонатор 9, конденсатор колебательного контура 10, Р-канальный транзистор 11, М-канальные транзисторы 12,13,15, Р-канальные транзисторы 14, 16, конденсаторы 17. 18, 19, 20. Повышение коэффициента полезного действи  генератора достигаетс  за счет уменьшени  потреблени  благодар  согласованию пар N и Р-канальных транзисторов, 3 ил. 1/п

Description

ел

с

со

О

о ю

Сл)

о

Сл

(риг.1

Изобретение относитс  к электронной технике и может быть использовано в электронных часах и других устройствах, работающих от автономных источников тока в услови х минимального потреблени  энер- гии.

Цель изобретени  - повышение коэффициента полезного действи  генератора в установившемс  режиме автоколебаний.

Новизной предлагаемого технического решени   вл етс  то, что введены четвертый N-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питани , а затвор которого подключен к стоку первого N-ка- нального транзистора, п тый N-канальный транзистор и п тый Р-канальный транзистор , исток которого подключен к общей шине, шестой N-канальный транзистор, шестой Р-канальный транзистор, второй конденсатор , который включен между затвором п того N-канального транзистора и затвором третьего N-канального транзистора, четвертый конденсатор, который включен между затвором третьего N-канального транзистора и затвором п того Р-канально- г о транзистора, п тый конденсатор, который включен между затвором п того Р-канального транзистора и общей шиной, при этом исток п того N-канального транзистора подключен к шине питани , сток п то- го N-канального транзистора соединен с истоком третьего N-канального транзистора , сток четвертого N-канального транзистора соединен- со стоком шестого Р-канального транзистора и с затвором п - тбго Р-канального транзистора, исток шестого Р-канального транзистора соединен со стоком третьего Р-канального транзистора, исток которого соединен со стоком п того Р-канального транзистора, затвор шестого Р-канального транзистора подключен к затвору третьего Р-канального транзистора, затвор п того N-канального транзистрра соединен со стоком шестого N-канального транзистора, затвор которого подключен к затвору третьего N-канального транзистора и к затвору третьего Р-канального транзистора , исток шестого N-канального транзистора соединен с истоком шестого Р-канального транзистора, подложки всех Р-канальных транзисторов подключены к общей шине, подложки всех N-канальных транзисторов подключены к шине питани , а сток четвертого Р-канального транзистора соединен с затвором п того N-канального транзистора,

На фиг, 1 приведена принципиальна  электрическа  схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 представлены графики изменени  напр жений в установившемс 

режиме автоколебаний; на фиг. 3 представлены графики изменени  тока потреблени  в установившемс  режиме автоколебаний. Кварцевый генератор содержит первый 1 и второй 2 N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питани , затворы объединены и подключены к стоку первого N -канального транзистора, первый Р-канальный транзистор 3, сток которого подключен к стоку первого N-канального транзистора, а исток через токозадающий резистор 4 подключен к общей шине, второй Р-канальный транзистор 5, затвор которого объединен с его стоком и затвором первого Р-канального транзистора и подключен к стоку второго N-канального транзистора, а исток подключен к общей шине, третьи N- и Р-канальные транзисторы 6, 7, стоки которых объединены и  вл ютс  выходом генератора , при этом между выходом генератора и затвором третьего Р-канального транзистора (вход генератора) включены резистор смещени  8 и кварцевый резонатор 9, между выходом генератора и общей шиной включен первый конденсатор колебательного контура 10, четвертый Р-канальный транзистор 11, исток которого подключен к общей шине, затвор - к стоку второго Р-канального транзистора, четвертый N-канальный транзистор 12, исток которого подключен к шине питани , затвор - к стоку первого N-канального транзистора, п тые N- и Р-канальные транзисторы 13,14, включенные соответственно между шиной питани  и истоком третьего N-канального транзистора и общей шиной и истоком третьего Р-канального транзистора, при этом затвор п того N-канальноготранзисто- ра подключен к стоку четвертого Р-канального транзистора, а затвор п того Р-канального транзистора - к стоку четвертого N-канального транзистора, шестые N- и Р-канальные транзисторы 15, 16,затворы которых объединены и подключены к входу генератора, истоки объединены и подключены к выходу генератора, а стоки - соответственно к затвору п того N-канального и п того Р-канального транзисторов, второй конденсатор 17, включенный между шиной питани  и затвором п того N-канального транзистора, третий конденсатор 18, включенный между затвором п того N-канального транзистора и затвором третьего N-канального транзистора, который подключаетс  ко входу генератора, четвертый конденсатор 19, подключенный между входом генератора и затвором п того Р-канального транзистора, п тый кондексатор 20, включённый между затвором п того Р-канального транзистора и общей шиной, причем подложки всех Р- и N-канальных транзисторов подключены соответственно к общей шине и шине питани .

Кварцевый генератор работает следующим образом.

С помощью токозадающего резистора 4 схемой двойного токового зеркала обеспечиваетс  ток через транзисторы 1 и 3 в несколько наноампер. При этом напр жение затвор-исток N-канального транзистора 1 будет обеспечивать его работу в подпороговой области ВАХ. Через транзисторы 2, 5 (вторую ветвь схемы двойного токового зеркала ) также будет протекать ток в несколько наноампер и напр жение затвор-исток Р- канального транзистора 5 будет обеспечивать его работу в подпороговой области ВАХ.

После включени  источника питани  через транзисторы 11, 12 потенциалы затворов транзисторов 13 и 14 станут равными соответственно нулю и напр жению питани , чем обеспечиваетс  открытое состо ние последних. Причем подключение затворов транзисторов 11 и 12 соответственно к затворам транзисторов 5 и 1 обеспечит работу транзисторов 11 и 12 в подпороговой области ВАХ. т.е. их сопротивление достаточно велико и не будет шунтировани  колебательного контура по входу генератора. Через открытые транзисторы 13 и 14 напр жение питани  подаетс  к транзисторам б и 7. Происходит зар д конденсатора 10. Через резистор смещени  8 потенциал с выхода генератора подаетс  на его вход, т.е. на затворы транзисторов 6

и т. ...у V-. ; ; ::-;:;;;. . .;..:,

Таким образом, после окончани  переходных процессов на входе и выходе генератора устанавливаетс  напр жение, равное половине напр жени  источника питани  (транзисторы 6, 7 и 13, 14 составл ют согласованные пары), а на затворах транзисторов 13 и 14 - соответственно ноль и напр жение питани , чем создаютс  услови  дл  запуска генератора. Дл  обеспечени  надежного запуска генератора транзисторы 6, 7 и 13, 14 выбираютс  достаточно мощными ( дл  N-канальных транзисторов и дл  Р-канальных транзисторов).

Необходимо отметить, что транзисторы 15 и 16 будут находитьс  в закрытом состо нии , чем исключаетс  шунтирование ими колебательного контура.

При запуска генератора амплитуда колебаний напр жений на входе и выходе будет возрастать. Так как сигналы на входе и выходе генератора противофазны, то при достижении между ними мгновенного значени  разности напр жений,равного пороговому напр жению N-канального транзистора ,транзистор 15 открываетс  и происходит в это врем  разр д конденсато5 ра 17 через транзисторы 15, 6 и 13. Аналогично при достижении между сигналами на входе и выходе генератора мгновенного значени  разности напр жений равного пороговому напр жению Р-канального тран0 зистора,транзистор 16 открываетс  и происходит в это врем  разр д конденсатора 20 через транзисторы 16, 7 и 14. Таким образом, в процессе колебаний будет-происходить постепенный разр д конденсато5 ров 17 и 20 и следовательно, рабоча  точка транзистора 13 будет смещатьс  от нулевого значени  к минусу источника питани , а рабоча  точка транзистора 14 будет смещатьс  от минуса источника питани  к нулю.

0 Причем степень смещени  рабочих точек транзисторов 13 и 14 определ етс  разностью напр жений на входе и выходе генера- тора. В этом случае рабочие точки транзисторов 13 и 14 будут находитьс  глу5 боко в подпороговой области их ВАХ, чем обеспечиваетс  работа КМОП ИУ в классе

С, исключающем протекание посто нной составл ющей тока. При этом переменна  составл юща  входного сигнала подаетс 

0 на затворы транзисторов 13, 14,накладыва-  сь на их рабочие точки через разделительные конденсаторы 18, 19 (фиг. 2).

Моделирование генератора с помощью системы аналогового моделировани 

5 SPICE показало, что через КМОП ИУ в установившемс  режиме автоколебаний не протекает посто нна  составл юща  тока (фиг. 3). За счет этого по отношению к прототипу повышаетс  коэффициент полезного

0 действи  генератора. Дополнительным положительным свойством за вл емого устройства  вл етс  снижение вли ни  разброса параметров элементов схемы на величину потребл емого тока, т.к. положе5 ние рабочих точек транзисторов 13,14 определ етс  разностью входного и выходного напр жений, котора , в свою очередь, зависит от уровн  смещени  рабочих точек этих транзисторов.

Claims (1)

1. 0 Формула изобретени 

   Кварцевый генератор, содержащий первый и второй N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питани , а затворы которых подключены к стоку пер5 вогр N-канального транзистора, первый Р канальный транзистор, сток которого подключен к стоку первого N-канального транзистора, второй Р-канальный транзистор , затвор которого объединен с его стоком и затвором первого Р-канального

   транзистора и подключен к стоку второго N-каналыного транзистора, третий М-ка- нальный транзистор и третий ; Р-каналь- ный транзистор, четвертый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, а затвор - к стоку второго Р-канального транзистора, первый конденсатор , который включен между стоком третьего N-канального транзистора и общей шиной, первый резистор и кварцевый резонатор , первые выводы которых подключены к стоку третьего N-канального транзистора и стоку третьего Р-канального транзистора, который  вл етс  выходом кварцевого генератора , при эт ом исток первого Р-канального транзистора через второй резистор подключен к общей шине, исток второго Р- канального транзистора подключен к общей шине, вторые выводы кварцевого резонатора и первого резистора соединены с затвором третьего Р-канального транзистора, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, введены четвертый N-канальный транзистор, истр.к которого подключен к шине питани , а затвор которого подключен к стоку первого N-канального транзистора, п тый N-канальный транзистор и п тый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, шестой N-канальный транзистор, шестой Р- канальный транзистор, второй конденсатор , который включен между шиной питани  и затвором п того N-канального тран-зисто- ра, третий конденсатор, который включен между затвором п того N-канального транU Се; .

   зистора и затвором третьего N-канального транзистора, четвертый конденсатор, который включен между затвором третьего N-канального транзистора и затвором п того

   Р-канального транзистора, п тый конденсатор , который включен между затвором п того Р-канального транзистора и общей шиной, при этом исток п того N-канального транзистора подключен к шине питани ,

   сток п того N-канального транзистора соединен с истоком третьего N-канального транзистора, сток четвертого N-канального транзистора соединен с стоком шестого Р- канального транзистора и с затвором п того

   Р-канального транзистора, исток шестого Р- канального транзистора соединен со стоком третьего Р-канального транзистора, исток которого соединен со стоком п того Р-канального транзистора, затвор шестого

   Р-канального транзистора подключен к затвору , третьего Р-канального транзистора, затвор п того N-канального транзистора соединен со стоком шестого N-канального транзистора, затвор которого подключен к

   затвору третьего N-канального транзистора и к затвору третьего Р-канального транзистора , исток шестого N-канального транзистора соединен с истоком-шестого Р-канального транзистора, подложки всех

   Р-канальных транзисторов подключены к общей шине, подложки всех N-канальных транзисторов подключены к шине питани , а сток четвертого Р-канального транзистора соединен с затвором п того N-канального

   транзистора. .