SU1762379A1 - Кварцевый генератор - Google Patents

Abstract

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  энергии . Целью изобретени   вл етс  повышение стабильности и повышение -U надежности. Кварцевый генератор содержит первый N-канальный и первый Р-ка- нальный транзисторы 1, 2, первый и второй конденсаторы 3, 4, кварцевый резонатор 5, третий и четвертый конденсаторы 6, 7, второй N-канальный и второй Р-канальный транзисторы 8, 9, третий и четвертый Р-ка- нальные транзисторы 10, 11,третий,четвертый и п тый N-канальные транзисторы 12, 13, 14, п тый Р-канальный транзистор 15, шестой N-канальный и шестой Р-канальный транзисторы 16, 17. В кварцевом генераторе повышение стабильности и надежности достигаетс  за счет снижени  вли ни  разброса технологических параметров элементов путем использовани  глубокой отрицательной обратной св зи 2 ил

Description

со

с

ч

ON N СО

VI

Ю

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  энергии .

Цель изобретени  - повышение надежности работы за счет снижени  вли ни  разброса технологических параметров на стабильность характеристик генератора.

На фиг. 1 приведена принципиальна  электрическа  схема генератора; на фиг, 2 - графики изменени  напр жений в установившемс  режиме автоколебаний, полученные в результате расчета генератора с помощью системы аналогового моделировани  SPiCE.

Кварцевый генератор содержит первый N-канальный транзистор 1, исток которого подключен к шине питани , первый Р-ка- нальный транзистор 2, исток которого подключен к общей шине, первый и второй конденсаторы 3, 4. первые выводы которых подключены к затворам соответственно первого N-канального транзистора и первого Р-канального транзистора , кварцевый резонатор 5, третий конденсатор 6 который включен между первым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, четвертый конденсатор 7, который включен между вторым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, второй N-канальный транзистор 8, исток которого подключен к шине питани , второй Р-канальный транзистор 9, исток которого подключен к общей шине, а сток подключен к стоку второго N-канального транзистора, третий 10 и четвертый 11 Р-канальные транзисторы , затворы которых подключены к шине питани , третий 12 и четвертый N-ка- нальные транзисторы 13 затворы которых подключены к общей шине, при этом истоки четвертого Р-канального транзистора и четвертого N-канального транзистора подключены к второму выводу кварцевого резонатора, п тый 14 и шестой N-каналь- ные транзисторы 15, п тый 5Р и шестой 6Р Р-канальные транзисторы 16, 17.

Кварцевый генератор работает следующим образом.

В первый момент после включени  источника питани  конденсатор 7 разр жен, т.е. потенциал истока Р-канального транзистора 11 равен нулю. Подключение затвора этого транзистора к шине питани  (-Un) обеспечивает его открытое состо ние. При этом, нулевой потенциал через транзистор 11 подаетс  на затворы N-канальных транзисторов 1 и 8, чем обеспечиваетс  их провод щее состо ние. Через транзистор 1

происходит быстрый зар д конденсатора 6. Через транзистор 8 потенциал источника подаетс  к истоку N-канального транзистора 12. Подключение затвора этого транзистора к общей шине обеспечивает его открытое состо ние и через транзисторы 8, 12, 11 происходит зар д конденсатора 7. По мере зар да конденсатора 7 возрастает разность потенциалов затвор-исток N-каналь0 ного транзистора 13 и при достижении порогового значени  последний открываетс  и на затворы Р-канальных транзисторов 1,9 подаетс  потенциал конденсатора 7, Так как транзисторы 1, 2, 8 и 9 представл ют

5 собой согласованные пары, то после окончани  переходных процессов напр жени  на конденсаторах 6, 7 стоках транзисторов 8, 9 (выход генератора) и затворах транзисторов 1,2,8,9 будет равным Un/2. При этом

0 конденсаторы 3, 4 разр жены. Таким образом , создаютс  услови  дл  возбуждени  генератора. Колебани , возникающие за счет флуктуационных  влений, передаютс  с конденсатора 7 через короткоканальные

5 транзисторы 14, 16 и конденсаторы 3, 4 на затворы транзисторов 1,2, 8, 9. Дл  обеспечени  надежного запуска генератора транзисторы 1, 2 выбираютс  достаточно мощными (). После запуска генерато0 ра через N-канальный транзистор 15 происходит постепенный зар д конденсатора 3, транзистор 15 будет находитьс  в провод щем состо нии при потенциале его источника (выход генератора) отрицательнее

5 потенциала затвора на величину порогового напр жени , т.е. в процессе колебаний потенциал верхней по схеме обкладки конденсатора 3 относительно потенциала шинь питани  достигает значени  порогового на0 пр жени  N-канального транзистора npi/ условии полного размаха колебаний на выходе генератора. Аналогично, через Р-канальный транзистор 17 происходит постепенный зар д конденсатора 4. Тран

5 зистор 17 будет находитьс  в провод щее состо нии при потенциале его источнике (выход генератора) положительнее потен ци ала затвора на величину порогового напр  жени , т.е. в процессе колебаний потенциа;

0 нижней по схеме обкладки конденсатора достигнет значени  порогового напр женш Р-канального транзистора.

Таким образом, независимо от разбро са технологических параметров, в устано

5 вившемс  режиме автоколебаний, рабочж точки транзисторов 1,8,2, 9 устанавливают с  на их пороговые значени , чем исключа етс  протекание сквозных токов в процесс переключени  транзисторов. Транзисторь 1, 2 выбираютс  достаточно мощными, поэ

тому дл  экономичной работы генератора амплитуда отпирающей полуволны колебаний на затворах этих транзисторов должна быть уменьшена. С этой целью в схеме предусмотрены цепи отрицательной обратной св зи раздельного управлени  формой сигнала на затворах транзисторов 1, 8 и 2, 9. Цепь управлени  формой сигнала на затворах транзисторов 1, 8 состоит из транзисторов 11, 12, 14 и конденсатора 3. Принцип действи  отрицательной обратной св зи (управлени  формой сигнала на затворах транзисторов 1, 8 заключаетс  в одновременной подаче сигнала с выхода генератора через транзистор 12 и сигнала положительной обратной св зи с четырехполюсника обратной св зи (конденсатора 7) через транзистор 11 и последовательно включенные транзистор 14 и конденсатор 3 на затворы транзисторов 1, 8. При этом форма сигнала на затворах транзисторов 1, 8 будет определ тьс  соотношение сопротивлений транзистор 12 - цепь, транзистор 14 - конденсатор 3. Транзисторы 11,12 выбираютс  длинноканальными, а транзистор 14 - ко- роткоканальным.

Рассмотрим работу схемы отрицательной обратной св зи с момента времени изменени  напр жени  на выходе генератора от -Un/2 до -Un (крива  1. фиг. 2). При этом напр жение на конденсаторе7 (крива  2, фиг. 2)уменьшаетс  по модулю. Напр жение затвор-исток транзистора 3 увеличиваетс , его сопротивление уменьшаетс  и достигает минимального значени  при потенциале истока равным -Un. Напр жение затвор-исток транзистора 14 уменьшаетс , его сопротивление растет и достигает максимального значени  (транзистор закрыт) при напр жении затвор-исток менее порогового напр жени  N-канального транзистора . Напр жение затвор-исток транзистора 11 увеличиваетс , его сопротивление уменьшаетс  и достигает минимального значени  при минимальном по модулю напр жении на конденсаторе 7. Так как транзистор 11 длинноканальный, а транзистор 14 короткоканальный, то общее сопротивление параллельно включенных транзистора 11 - цепь, транзистор 14 - конденсатор 3, будет возрастать. В этом случае действие отрицательной обратной св зи усиливаетс . Путем соответствующего выбора соотношений геометрии транзисторов 11, 12 обеспечиваетс  увеличение по модулю напр жени  на затворах транзисторов 1., 8 в отличие от сигнала на конденсаторе 7 где напр жение по модулю снижаетс .

При изменении напр жени  на выходе генератора от -Un до -Un/2 напр жение на

конденсаторе 7 увеличиваетс  по модулю. При этом сопротивление транзисторов 12, 11 увеличиваетс , сопротивление транзистора 14 уменьшаетс  (при напр жении затвор-исток более его порогового значени  он открываетс ). Общее сопротивление параллельно включенных транзистора 11 - цепь, транзистор 14 конденсатор 3, снижаетс  за счет короткоканального транзистора

14. В этом случае действие отрицательной обратной св зи ослабевает и приведет к снижению по модулю напр жени  на затворах транзисторов 1. 8. Так как уровень рабочей точки транзисторов 1, 8 относительно

потенциала шины питани  соответствует их пороговому напр жению, то описанный ранее процесс должен обеспечить два импульса , отпирающих транзисторы 1, 8 при возрастании по модулю выходного напр жени  генератора от -Un/2 до -Un и снижении до -Un/2. Оба импульса действуют в течение открытого состо ни  короткоканального транзистора 14. Однако в кварцевых КМОП генераторах напр жение на

выходе КМОП инвертирующего усилител  сдвинуто по фазе относительно напр жени  на его входе на угол более 180. Этот факт подтверждаетс  расчетами (на фиг. 2 очевидно смещение кривой 1 относительно

кривой 2 более, чем на 180). В результате этого, действие отрицательной обратной св зи (изменение сопротивлени  транзистора 12) запаздывает по времени, что увеличивает длительность первого отпирающего импульса и исключает действие второго отпирающего импульса на затворах транзисторов 1,8 (крива  3, фиг. 2). При этом величина отпирающего импульса будет оп-. редел тьс  амплитудой выходного напр жени  генератора и амплитудой колебаний напр жени  на конденсаторе. Если амплитуда выходного напр жени  генератора возрастает, то действие отрицательной обратной св зи усиливаетс , что приведет к

снижению амплитуды отпирающего напр жени . Если амплитуда напр жени  на конденсаторе 7 будет снижатьс , то врем  открытого состо ни  транзистора 14 увеличиваетс , что приведет к ослаблению

действи  отрицательной обратной св зи и увеличению амплитуды отпирающего напр жени .

Таким образом, в генераторе сущест- венно снижено вли ние разброса технологических параметров на надежность работы устройства за счет зависимости формы сигнала , отпирающего транзисторы 1. 8 от амплитуды выходного напр жени  и амплитуды напр жени  положительной обратной св зи четырехполюсника обратной св зи.

Во второй полупериод колебаний транзистор 14 посто нно открыт, что практически исключает действие отрицательной обратной св зи, т.е. сигнал, запирающий транзисторы 1, 8 подаетс  на их затворы без изменений с конденсатора 7.

Аналогичным образом работает цель управлени  формой сигнала на затворах транзисторов 2, 9 (крива  4, фиг. 2), состо ща  из транзисторов 10. 13, 16 и конденсатора 4.

В генераторе обеспечиваетс  повышение надежности работы за счет снижени  вли ни  разброса технологических параметров на стабильность характеристик генератора . Регулируема  отрицательна  обратна  св зь генератора обеспечивает надежный запуск и экономичный режим его работы.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Кварцевый генератор, содержащий первый N-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питани , первый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, первый и второй конденсаторы, первые выводы которых подключены к затворам соответственно первого N-канального транзистора и первого Р-канального транзистора, кварцевый резонатор , третий конденсатор, который включен между первым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, четвертый конденсатор , который включен между вторым выводом кварцевого резонатора и общей шиной, второй N-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питани , второй Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, а сток которого подключен к стоку второго N-канального транзистора, третий и четвертый Р-канальные транзисторы, затворы которых подключены к шине питани , третий и четвертый N-канальные транзисторы, затворы которых подключены к общей шине, при этом истоки четвертого Р-канального транзистора и четвертого N-канального транзистора подключены к второму выводу кварцевого резонатора, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  стабильности и повышени  надежности, введены п тый и шестой N-канальные транзисторы,

   п тый и шестой Р-канальные транзисторы, при этом исток, сток и затвор п того N-канального транзистора подключены соответственно к второму выводу кварцевого резонатора, к другому выводу первого конденсатора и к общей шине, исток, сток и затвор п того Р-канального транзистора подключены соответственно к второму выводу кварцевого резонатора, второму выводу второго конденсатора и к шине

   питани , исток, сток и затвор шестого N-канального транзистора соединены соответственно с истоком третьего N-канального транзистора, стоком третьего N-канального транзистора и с затвором второго N-канального транзистора, который соединен с стоком шестого N-канального транзистора, с затвором первого N-канального транзистора и со стоком четвертого Р-кэнального транзистора, исток шестого Р-канального

   транзистора соединен-с истоками третьего Р-канального транзистора и третьего N-канального транзистора и со стоком второго Р-канального транзистора, затвор которого соединен с затвором и стоком шестого Р-канального транзистора, стоками третьего Р- канального транзистора и четвертого N-канального транзисторов, затвором первого Р-канального транзистора, сток первого Р-канального транзистора соединен с

   первым выводом кварцевого резонатора и со стоком первого N-каналыного транзистора , подложки всех Р-канальных транзисторов и подложки N-канальных транзисторов подключены соответственно к общей шине

   и шине питани .

   О

   фиг. 2