close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY1608

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 1608
(13)
C1
6
(51) H 03B 5/36
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 2565
(24) 28.11.1994
(46) 30.03.1997
КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР
(71) Заявитель: Акционерное общество “Минский часовой завод” (BY)
(72) Авторы: Анисимов Н.Н. (BY)
(73) Патентообладатель: Акционерное общество
“Минский часовой завод” (BY)
(57)
Кварцевый генератор, содержащий первый и второй N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, а затворы - к стоку первого N-канального транзистора, первый Р-канальный транзистор, сток которого подключен к стоку первого N-канального транзистора, первый резистор, который включен между общей шиной питания и
истоком первого Р-канального транзистора, второй Р-канальный транзистор, затвор которого объединен с его стоком и
затвором первого Р-канального транзистора и подключен к стоку второго N-канального транзистора, третий Nканальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, а затвор - к затвору первого N-канального транзистора, третий Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, а затвор - к затвору первого Рканального транзистора, первый конденсатор, который включен между шиной питания и стоком третьего Р-канального
транзистора, второй конденсатор, который включен между общей шиной и стоком третьего N-канального транзистора,
второй резистор и кварцевый резонатор, первые выводы которых объединены и являются входом генератора, третий
конденсатор, который включен между входом генератора и стоком третьего Р-канального транзистора, четвертый конденсатор, который включен между входом генератора и стоком третьего N-канального транзистора, четвертый Nканальный транзистор и четвертый Р-канальный транзистор, стоки которых объединены со вторыми выводами второго
резистора и кварцевого резонатора и являются выходом генератора, пятый конденсатор, который включен между выходом генератора и общей шиной, пятый N-канальный транзистор и пятый Р-канальный транзистор, истоки которых подключены соответственно к шине питания и общей шине, а стоки - к истокам четвертого N-канального транзистора и
четвертого Р-канального транзистора, шестой N-канальный транзистор и шестой Р-канальный транзистор, истоки которых подключены к выходу генератора, затворы - соответственно к затворам четвертого N-канального транзистора и Рканального транзистора, а стоки - к стокам третьего Р-канального транзистора и третьего N-канального транзистора, отличающийся тем, что затворы четвертого N-канального транзистора и четвертого Р-канального транзистора подключены соответственно к стокам шестого N-канального транзистора и шестого Р-канального транзистора, а затворы пятого
N-канального транзистора и пятого Р-канального транзистора подключены к входу генератора.
(56)
1. Патент США 4405906, МКИ Н03В 5/36, 1983.
2. Патент США 4387349, МКИ Н03В 5/36, 1983.
3. Патент СССР 1809936, МКИ Н03В 5/36, 1993 - прототип.
BY 1608 C1
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронных часах и других
устройствах, работающих от автономных источников тока в условиях минимального потребления энергии.
Известен кварцевый генератор на дополняющих МОП-транзисторах с низкой потребляемой мощностью,
содержащий вход и выход, между которыми подсоединен резонатор: два вывода питания, подсоединенных
соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника питания постоянного тока; первый
МОП-транзистор Р-типа и второй МОП-транзистор N-типа. Истоки первого и второго транзисторов соединены с первым и вторым выводами питания соответственно. Стоки транзисторов соединены друг с другом и
с выходом генератора. Между выходом и одним из выводов питания подсоединен выходной конденсатор.
Для подачи напряжения смещения на первый и второй транзисторы используются отдельные устройства.
Устройство смещения содержит третий МОП-транзистор Р-типа, затвор и сток которого соединены с затвором первого транзистора, а исток - со стоком первого транзистора. Между затвором первого транзистора и
вторым выводом питания подсоединен емкостной делитель, средняя точка которого соединена с затвором
первого транзистора. Устройство смещения содержит четвертый МОП-транзистор N-типа, затвор и сток которого соединены с затвором второго транзистора, а исток - со стоком второго транзистора. Между затвором
второго транзистора и первым выводом питания подсоединен второй источник тока. Между входом и вторым выводом питания подсоединен второй емкостной делитель, средняя точка которого соединена с затвором второго транзистора. За счет раздельного смещения рабочих точек первого и второго транзисторов
запуск генератора возможен при напряжении питания несколько выше наибольшего из значений порогового
напряжения N- или Р-канального транзистора. За счет этого, а также отсутствия резисторов, схема является
технологичной при производстве. При этом ток потребления генератора, как указано в описании, может
быть снижен до 20 мА при напряжении питания 1,2 В [1].
Недостатком данного генератора является ненадежность его запуска по следующей причине. После подключения источника питания напряжение затвор-исток (Uз-и) первого МОП-транзистора Р-типа и второго
МОП-транзистора N-типа с помощью цепей смещения быстро достигает значения, существенно превышающего их пороговые напряжения (Uпор) и определяется выражением:
Uз-и = Uс-и + Uпор , где
Uс-и - напряжение сток-исток первого и второго МОП-транзисторов.
Причем, напряжение сток-исток первого и второго МОП-транзисторов равно половине напряжения питания. В этом случае, динамическое сопротивление последних мало, что не обеспечивает необходимых фазовых соотношений для запуска генератора. Вероятность проявления данного эффекта повышается при
повышенных значениях питающего напряжения и малого значения выходной емкости.
Известен кварцевый генератор, состоящий из схемы двойного токового зеркала, содержащий первый и
второй N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, затворы объединены и подключены к стоку первого N-канального транзистора, а исток через токозадающий резистор подключен к общей шине, второй Р-канальный транзистор, затвор которого объединен с его стоком и затвором первого Рканального транзистора и подключен к стоку второго N-канального транзистора, а исток подключен к общей
шине, схемы КМОП ИУ, содержащей третьи N- и Р-канальные транзисторы, стоки которых объединены и
являются выходом генератора, при этом между выходом генератора и затвором третьего Р-канального транзистора (вход генератора) включены резистор смещения и кварцевый резонатор, между выходом и общей
шиной включен первый конденсатор колебательного контура, четвертого P- канального транзистора, исток
которого подключен к общей шине, затвор к стоку второго Р-канального транзистора, а сток через первый
резистор подключен к затвору третьего N-канального транзистора, который через проходной конденсатор
подключен ко входу генератора, второго конденсатора колебательного контура, включенного между входом
генератора и общей шиной, накопительного конденсатора, включенного между стоком четвертого Рканального транзистора и общей шиной, четвертого N-канального транзистора, затвор которого объединен с
его стоком и подключен к стоку четвертого Р-канального транзистора, а исток соединен с истоком третьего
N-канального транзистора, второго и третьего резисторов, включенных соответственно между истоком
третьего N-канального транзистора и шиной питания и истоком третьего Р-канального транзистора и общей
шиной [2].
Недостатком данного генератора является сравнительно большой ток потребления вследствие протекания постоянной составляющей тока КМОП ИУ генератора. Накопительный конденсатор зарядится в процессе работы генератора до напряжения источника питания минус пороговое напряжение N-канального
транзистора. Для обеспечения запуска генератора коэффициент усиления по току К, соединенных по схеме
двойного токового зеркала третьих и четвертых N- и Р-канальных транзисторов, должен быть достаточно
большим, что приведет к постоянной составляющей тока КМОП ИУ в установившемся режиме автоколебаний.
Наиболее близким по технической сущности является кварцевый генератор на дополняющих МОПструктурах с низкой потребляемой мощностью, содержащий первый и второй N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, а затворы подключены к стоку первого N-канального транзистора, первый Р-канальный транзистор, сток которого подключен к стоку первого N-канального транзистора,
2
BY 1608 C1
второй Р-канальный транзистор, затвор которого объединен с его стоком и затвором первого Р-канального
транзистора и подключен к стоку второго N-канального транзистора, третий N-канальный транзистор и третий Р-канальный 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 является выходом кварцевого генератора, при этом исток первого Р-канального транзистора
через второй резистор подключен к общей шине, вторые выводы кварцевого резонатора и первого резистора
соединены с затвором третьего Р-канального транзистора, четвертый N-канальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, а затвор которого подключен к стоку первого N-канального транзистора,
пятый N-канальный транзистор и пятый Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине,
шестой N-канальный транзистор, шестой Р-канальный транзистор, второй конденсатор, который включен
между шиной питания и затвором пятого N-канального транзистора, третий конденсатор, который включен
между затвором пятого N-канального транзистора и затвором третьего N-канального транзистора, четвертый
конденсатор, который включен между затвором третьего N-канального транзистора и затвором пятого Рканального транзистора, пятый конденсатор, который включен между затвором пятого Р-канального транзистора и общей шиной, при этом исток пятого N-канального транзистора подключен к шине питания, сток пятого N-канального транзистора соединен с истоком третьего N-канального транзистора, сток четвертого Nканального транзистора соединен со стоком шестого Р-канального транзистора и с затвором пятого Рканального транзистора, исток шестого Р-канального транзистора соединен со стоком третьего Р-канального
транзистора, исток которого соединен со стоком пятого Р-канального транзистора, затвор шестого Рканального транзистора подключен к затвору третьего Р-канального транзистора, затвор пятого 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 N-канальных транзисторов
подключены к шине питания, а сток четвертого Р-канального транзистора соединен с затвором пятого Nканального транзистора [3].
Недостатком данного генератора является возникновение режима неустойчивых колебаний за счет влияния схемы, обеспечивающей запуск генератора на цепи адаптации. В случае несимметричной работы адаптирующих транзисторов генератора, например, шестой N-канальный транзистор мощнее шестого Р-канального
транзистора, происходит более сильное (быстрое) смещение рабочей точки одного из транзисторов усилителя по отношению ко второму (пятого N-канального транзистора по отношению к пятому Р-канальному транзистору). В результате происходит смещение уровня колебаний напряжений на входе и выходе генератора от
рабочей точки ближе к положительному потенциалу источника питания. Подключение затворов, адаптирующих шестой N- и Р-канальный транзисторы по входу генератора, в такой ситуации обеспечит еще более
открытое состояние шестого N-канального транзистора по отношению к шестому Р-канальному транзистору. Такая положительная обратная связь (чем глубже смещается рабочая точка пятого N-канального транзистора в подпороговую область ВАХ, тем сильнее работает адаптирующий шестой N-канальный транзистор,
смещающий рабочую точку пятого N-канального транзистора) приводит к перерегулировке и, как следствие,
к режиму неустойчивых (релаксационных) колебаний генератора.
Описанная ситуация наиболее вероятна при существенном перекосе пороговых напряжений N- и Р-канальных
КМОП транзисторов, возможном вследствие разброса параметров технологического процесса.
В основу изобретения положена задача создания кварцевого генератора, в котором, за счет независимой
работы цепей запуска и цепей адаптации, исключается режим неустойчивых колебаний и обеспечивается надежный запуск при экономичном режиме работы схемы.
Существо изобретения заключается в том, что в кварцевом генераторе, содержащем первый и второй Nканальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, а затворы - к стоку первого Nканального транзистора, первый Р-канальный транзистор, сток которого подключен к стоку первого Nканального транзистора, первый резистор, включенный между общей шиной питания и истоком первого Рканального транзистора, второй Р-канальный транзистор, затвор которого объединен с его стоком и затвором первого Р-канального транзистора и подключен к стоку второго N-канального транзистора, третий Nканальный транзистор, исток которого подключен к шине питания, затвор - к затвору первого N-канального
транзистора, третий Р-канальный транзистор, исток которого подключен к общей шине, а затвор - к затвору
первого Р-канального транзистора, первый конденсатор, включенный между шиной питания и стоком
третьего Р-канального транзистора, второй конденсатор, включенный между общей шиной и стоком третьего N-канального транзистора, второй резистор и кварцевый резонатор, первые выводы которых объединены
и являются входом генератора, третий конденсатор, включенный между входом генератора и стоком третьего Р-канального транзистора, четвертый конденсатор, включенный между входом генератора и стоком
третьего N-канального транзистора, четвертый N-канальный транзистор и четвертый Р-канальный транзистор, стоки которых объединены со вторыми выводами второго резистора и кварцевого резонатора и явля-
3
BY 1608 C1
ются выходом генератора, пятый конденсатор, который включен между выходом генератора и общей шиной, пятый N-канальный транзистор и пятый Р-канальный транзистор, истоки которых подключены собственно к шине питания и общей шине, а стоки - к истокам четвертого N-канального транзистора и четвертого
Р-канального транзистора, шестой N-канальный транзистор и шестой Р-канальный транзистор, истоки которых подключены к выходу генератора, затворы - соответственно к затворам четвертого N-канального транзистора и Р-канального транзистора, а стоки - к стокам третьего Р-канального транзистора и третьего Nканального транзистора, затворы четвертого N-канального транзистора и четвертого Р-канального транзистора подключены соответственно к стокам шестого N-канального транзистора и шестого Р-канального
транзистора, а затворы пятого N-канального транзистора и пятого Р-канального транзистора подключены к
входу генератора.
На чертеже представлена схема кварцевого генератора. Кварцевый генератор содержит первый 1 и второй 2
N-канальные транзисторы, истоки которых подключены к шине питания, а затворы которых подключены к стоку
первого N-канального транзистора 1, первый Р-канальный транзистор 3, сток которого подключен к стоку первого
N-канального транзистора, первый резистор 4, включенный между общей шиной питания и истоком первого Рканального транзистора 3, 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, третий N-канальный
транзистор 6, исток которого подключен к шине питания, затвор - к затвору первого N-канального транзистора,
третий Р-канальный транзистор 7, исток которого подключен к общей шине, затвор - к затвору первого Рканального транзистора, первый конденсатор 8, включенный между шиной питания и стоком третьего Рканального транзистора, второй конденсатор 9, включенный между общей шиной и стоком третьего N-канального
транзистора, второй резистор 10 и кварцевый резонатор 11, первые выводы которых объединены и являются входом генератора, третий конденсатор 12, включенный между входом генератора и стоком третьего Р-канального
транзистора, четвертый конденсатор 13, включенный между входом генератора и стоком третьего N-канального
транзистора, четвертый N- и четвертый Р-канальные транзисторы 14, 15, стоки которых объединены со вторыми
выводами второго резистора и кварцевого резонатора и являются выходом генератора, пятый конденсатор 16,
включенный между выходом генератора и общей шиной, пятый N- и пятый Р-канальные транзисторы 17, 18, истоки которых подключены к шине питания и общей шине, а стоки - соответственно к истоку четвертого N- и четвертого Р-канальных транзисторов, шестые N- и Р-канальные транзисторы 19, 20, истоки которых подключены к
выходу генератора, затворы - к затворам четвертых N- и Р-канальных транзисторов, а стоки - к стоку третьего Рканального и стоку третьего N-канального транзисторов соответственно, затворы четвертых N- и Р-канальных
транзисторов подключены к стокам шестых N- и Р-канальных транзисторов, а затворы пятых N- и Р-канальных
транзисторов подключены к входу генератора.
Соединение транзисторов 1, 2, 3, 5 и резистора 4 представляет собой схему двойного токового зеркала. Резистор 4 выбирается достаточно высокоомным, чем обеспечивается работа транзисторов 1,2, 3, 5 в подпороговой области их ВАХ с токами в несколько наноампер. При этом транзисторы 6 и 7 также будут работать в подпороговой
области их ВАХ и через них будет протекать ток в несколько наноампер.
Кварцевый генератор работает следующим образом.
После включения источника питания через транзисторы 6 и 7 на затворы транзисторов 15 и 14 подается
соответственно отрицательный и положительный потенциал источника питания, что обеспечит открытое состояние последних. После окончания переходных процессов через цепь, содержащую транзисторы 7, 19, 14,
17 от положительного полюса источника питания к отрицательному будет протекать ток в несколько наноампер, определяемый транзистором 7. При этом затвор-исток транзистора 19 будет обеспечивать его работу
в подпороговой области ВАХ. Аналогично, через цепь, состоящую из транзисторов 6, 20, 15, 18 будет протекать несколько наноампер, определяемых транзистором 6, и транзистор 20 будет работать в подпороговой
области ВАХ.
Напряжение затвор-исток транзистора 14 равно сумме его напряжения сток-исток и напряжения стокисток транзистора 19. Т.к. транзистор 19 работает в подпороговой области ВАХ, то его напряжение сток- исток приблизительно равно пороговому. Тогда, напряжение затвор-исток транзистора 14 равно сумме порогового напряжения N-канального транзистора и его напряжения сток-исток. Аналогично, напряжение затвористок транзистора 15 будет равно сумме порогового напряжения Р-канального транзистора (напряжение
сток-исток транзистора 20) и его напряжения сток-исток. При этом, напряжение сток-исток транзисторов 14
и 15 равно разнице половины напряжения питания и падения напряжения на транзисторах 17 и 18 соответственно. Выбором размеров транзисторов 17 и 18 обеспечивается сравнительно небольшое падение напряжения на них, что обеспечивает большое напряжение затвор-исток транзисторов 14 и 15.
Таким образом, после включения источника питания создаются условия для надежного запуска генератора,
причем напряжение запуска генератора определяется только мощность транзисторов 17, 18.
После возникновения колебаний напряжений в колебательном контуре транзистор 20 будет периодически открываться (напряжение на выходе генератора изменяется к положительному полюсу источника питания, а на входе - к отрицательному), чем обеспечивается смещение рабочей точки транзистора 15 к
4
BY 1608 C1
положительному полюсу источника питания. В установившемся режиме автоколебаний средний ток транзистора 20 равен току транзистора 6 (несколько наноампер) .
Аналогичным образом, с помощью транзистора 19 обеспечивается смещение рабочей точки транзистора
14 к отрицательному полюсу источника питания. При этом средний ток транзистора 19 равен току транзистора 7 (несколько наноампер).
Таким образом, в установившемся режиме автоколебаний усилитель генератора будет работать в классе "В" за
счет смещения рабочих точек транзисторов 14 и 15, чем обеспечивается его экономичный режим работы. Транзисторы 17 и 18 в режиме установившихся автоколебаний на работу цепей адаптации влияния не оказывают и являются низкоомными сопротивлениями в цепях истоков транзисторов 14 и 15.
Cоставитель Н.Б.Суханова
Редактор В.Н.Позняк
Корректоры С.А.Тикач, А.М.Бычко
Заказ 4321
Тираж 20 экз.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
141 Кб
Теги
by1608, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа