DE2362246A1

DE2362246A1 - Elektronischer rechner

Info

Publication number: DE2362246A1
Application number: DE2362246A
Authority: DE
Inventors: Michael James Cochran
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1973-02-02
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1974-08-08
Also published as: PH10558A; AU6212573A; ATA1021773A; IT996444B; GB1447637A; RO82134A; IL43524A0; RO82134B; KR780000593B1; US3922526A; BE807024A; JPS49107449A; IL43524A; ES421212A1; BR7310055D0; DD110373A5; AT334664B; FR2216623A1; NL7317173A

Description

TEXAS INSTRUIiENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, WSt.A.

Elektronischer Rechner

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Rechner und insbesondere auf einen mit einer integrierten MOS-Schaltung ausgestatteten Festprogramm-Rechner für verschiedene Arbeitsfunktionen, der von drei Taktfrequenzsignalen und getasteten Vpp-Signalen angesteuert wird, die von einer einzigen bipolaren integrierten Schaltung erzeugt werden.

Elektronische Rechner haben sich auf den derzeitigen Stand entwickelt, bei dem ein Rechner-System unter Verwendung eines einzigen in großem Maßstab integrierten Halbleiter-Chips mit Metall-Oxid-Halbleiterbauelementen (KOS/LSI-Chip) aufgebaut ist. Ein derartiges System ist in der Patentanmeldung P 22 35 430Ö-9 genau beschrieben. Durch den Aufbau der notwendigen Speicher, Register, Rechenwerke und Decodierschaltungen auf einem einzigen Halbleiter-Chip werden große Einsparungen hinsichtlich der Herstellung sowie der Arbeits- und Materialkosten erzielt. Kleine billige Taschenrechner für den Verbrauchermarkt sind deshalb möglich geworden, v/eil Rechnersysteme mit einem MOS/LSI-Chip verfügbar sind.

Schw/Ba

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Diese Rechner v/erden gewöhnlich von einer Batterie gespeist, und in dem Bestreben, die Kosten, die Größe und die Betriebskostendes Rechners zu verringern, wird ständig versucht, die Leistungsentnahme aus der Batterie zu verringern, so daß weniger und billigere Batterien benötigt werden und die Zeit zwischen Aufladungen verlängert wird, oder daß nichtwiederaufladbare· Batterien verwendet v/erden können. Obwohl bereits große Fortschritte in der Verringerung des Energieverbrauchs durch Integrieren der oben beschriebenen Funktionen auf einem einzigen Halbleiter-Chip erzielt wurden, ist eine veitere Energieerniedrigung zur optimalen Verlängerung der Lebensdauer der Versorgungsbatterie erwünscht.

Mit Hilfe der Erfindung soll somit eine Möglichkeit geschaffen werden, einen elektronischen MOS/LSI-Rechner' unter Verwendung eines getasteten V_GG~Ansteuersignals zu betreiben, so daß der dynamische Energieverbrauch des MOS-Chips herabgesetzt wird.

Ferner soll mit Hilfe der Erfindung der Energieverbrauch des MOS-Chips herabgesetzt werden, indem dem Halbleiter-Chip ein Signal mit drei Taktfrequenzen zugeführt wird, dessen jeweilige Frequenz jeweils von der nach der Betätigung der Tastatur verstrichenen Zeit abhängt.

Außerdem soll mit Hilfe der Erfindung ein Taktgenerator mit drei Taktfrequenzen auf einem bipolaren integrierten Halbleiter-Chip in einem elektronischen Rechner geschaffen v/erden, der den Rechner mit einem Taktsignal versorgt, dessen Frequenz von der nach der Betätigung der Tastatur verstrichenen Zeit abhängt.

Weiterhin soll mit Hilfe der Erfindung auf dem gleichen Halbleiter-Chip eine mit dem unmittelbar vorangehenden Taktgenerator zusammenarbeitende geregelte Energiever-

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sorgungseinheit geschaffen werden, so daß das MOS-Chip des Rechners mit einem getasteten Y_GG<-Signal versorgt wird,

das zeitlich in Phase mit dem Taktsignal ist.

Nach der Erfindung arbeitet der in der Technik integrierter MOS-Schaltungen ausgeführte elektronische Rechner in Abhängigkeit von einem Taktsignal mit drei Taktfrequenzen, dessen jeweilige Frequenz von der nach einer Betätigung der Tastatur verstrichenen Zeit bestimmt v/ird. Eine erste , relativ hohe Frequenz wird für eine relativ kurze Zeitdauer nach der Tastaturbetätigung erzeugt, während sich der Rechner in einem Rechenbetrieb befindet. Dann wird eine zweite mittlere Frequenz für eine ausgewählte Zeitdauer erzeugt, in deren Verlauf der Rechner die Information anzeigt. Falls keine erneute Betätigung der Tastatur erfolgt, v/ird nach der zweiten Zeitdauer ein drittes, niederfrequentes Taktsignal erzeugt, bis die Energieversorgungsbatterie vom Rechner abgetrennt wird, d.h. bis der Ein-Aus-Schalter auf "Aus" gestellt wird. Während der Zeitperiode, in der das niederfrequente Taktsignal erzeugt wird, führt der Rechner weder Berechnungen aus, noch gibt er Informationen wieder, sondern er hält intern lediglich Berechnungsergebnisse oder andere Zahlen in seinen internen Registern in Erwartung kommender Befehle fest.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefert eine mit dem Taktgenerator zusammenarbeitende geregelte Stromversorgungseinheit ein getastetes \r-Ansteuersignal (Gate-Spannungsversorgung) zum Rechner-Chip zur Minimalisierung des Energieverbrauchs. Der Taktgenerator und die geregelte Stromversorgungseinheit sind vorteilhafterweise auf einem einzigen bipolaren Halbleiter-Chip integriert.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindimg ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines MOS-Taschenrechners, "bei dem die Erfindung angevendei: werden kann,

Fig.2 ein Funktionsblockschaltbild des Rechners, in dem das MOS-Chip zusammen mit dem bipolaren Halbleiter-Chip dargestellt ist,

Fig.3 ein genaues Schaltbild des Taktgenerators zur Erzeugung der drei Taktfrequenzsignale sowie der geregelten Stromversorgungseinheit in dem bipolaren Halbleiter-Chip von Fig.2 und

Fig.4 typische Verläufe des Taktsignals und des getakteten V-^p-Signals, die von dem bipolaren Halbleiter-Chip erzeugt werden und auf die das Rechner-Chip anspricht.

In Fig.1 ist ein tragbarer, in der Hand zu haltender elektronischer Rechner 10, bei dem die Erfindung angewendet werden kann, in einer perspektivischen iasicht lediglich als Beispiel dargestellt. Der Rechner 10 enthält ein Gehäuse 11 mit einer Tastatur 12 und einer Anzeige 13- Die Anzeige kann von Leuchtziffernröhren (NIXIS-Röhren), von Flüssigkristall-Anzeigeeinheien, von Leuchtdiodenfeldern oder anderen ähnlichen Anzeigeeinrichtungen gebildet sein. Die Tastatur 12 enthält sowohl mit Zahlen versehene Tasten als auch Funktionstasten, mit deren Hilfe Daten in den Rechner eingegeben werden können.

Der Auf bau und die Arbeitsweise des Rechners nach der Erfindung können an Hand des Blockschaltbildes von Fig. 2 erläutert werden, doch soll dieses Diagramm hinsichtlich

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des Aufbaus nicht definitiv sein.

In Fig.2 ist die eigentliche Rechenanordnung 2o in ihrem Zusammenwirken mit der Ansteueranordnung 22 nach der Erfindung dargestellt. Lediglich als Erläuterungsbeispiel ist die Rschenanordnung 20 als ein Rechensystem mit einem MOS_Chip dargestellt, wie es in der oben erwähnten Patentanmeldung genau beschrieben ist. Ein weiteres Beispiel eines vom Fachmann in einfacher Weise abgeänderten MOS-Rechensystems, das sich zur Verwendung für die Rechenanordnung 20 eignet, ist in der USA-Patentanmeldung Serial Number 255 856 vom 22.Mai 1972 beschrieben.

Die Rechenanordnung 20 mit einem MOS-Chip enthält zum Steuern des Leitprogramms einen Programmspeicher 20, der zweckmässigerweise" ein Festwertspeicher (ROM) ist, der mehrere 100 oder mehr aus mehreren Bits bestehende Speicherplätze aufweist. Das Leitprogramm besteht aus BefehlsWörtern,die wortweise aus dem Festwertspeicher 1Ö0 zum unverzüglichen Speichern in ein Befehlsregister 102 gelesen werden können. Steuerdecodierer 104 und eine Sprungbedingungseinheit 106 arbeiten selektiv in Abhängigkeit vom Befehlsregister 102. Die Steuerdecodierer 104 bewirken die Decodierung des Befehlsworts'und die Ausführung des Befehls.

Die Steuerdecodierer 104 arbeiten auch in Abhängigkeit von Befehlen, die von der Tastatur eingegeben werden, ι Signale KN-KQ stellen Tastatur-Steuerbefehle dar, die als Antwort auf eine bestimmte Tastatureingabe durch den Benutzer auftreten. Die Tastatureingangslogik koppelt die selektiven Eingaben natürlicher Zahlen, Funktionseingaben, die Dezimalpunktinformation, Signale von Betriebsartschaltern einschließlich eines Konstanten-

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Schalters sowie Rundungsinformatfon zu den eigentlichen, den Befehl ausführenden Schaltungen. Beispielsweise kann ein KO-Eingangssignal eine Additionsoperation darstellen, das bewirkt, daß der Inhalt des das erste Befehlswort eines Additions-Unterprograirans enthaltenden Speicherplatzes des Festwertspeichers 100 in das Befehlsregister 102 eingegeben wird.Ebenso stellt die Tastatureingabelogik 108 fest, welche Zahl auf dem KN-Eingabeleiter für natürliche Zahlen vorliegt, und sie bewirkt, daß diese Zahl in das bestimmte Register im Direktzugriffspeicher 110 (RAM) eingegeben wird. Der Direktzugriffspeicher enthält drei dreizennstellige Register A, B und C, von denen jedes vier Bits pro Stelle im binärcodierten Dezimalformat enthalt. Die Zeitißaskendecodierer 122 liefern Zeitsteuermasken wie die Exponentenmaske, die Anzeigemaske _i Masken für die niedrigstwertige und die höchstwertige Stelle sowie die Überlaufstellenmaske. Die Zeitsteuermasken sind erforderlich, da beispielsweise nur acht Stellen aus den dreizehnstelligen Registern angezeigt werden; die restlichen 'Stellen werden für den Exponenten, den Dezimalpunkt usw. verwendet. Bekannte programmierbare Logikfelder (PLA) bilden die die verschiedenen Masken enthaltenden Matrizen.

Das im bipolaren Halbleiter-Chip erzeugte und dem MOS-Chip zugeführte Taktsignal 0. betätigt den Taktgenerator 112, auf den ein Zustands-und Ziffern-Zeitsteuergenerator 114 anspricht. Der Taktgenerator erzeugt drei Taktsignale 0^, 0p und 0-z. Sin Zustandszeitsignal stellt eine Gruppe von drei Taktsignalen dar, und es definiert dieZeit, in dar ein Bit aus jedem der Register A, B und C im Direkt zugriffspeicher 110 vom Rechenwerk 207 (ALU) parallel verarbeitet wird. Dreizehn Zustandszeiten (S-Zeiten) stellen eine Ziffernzeit (D-Zeit) oder einen Befehlszyklus dar,

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in dessen Verlauf alle arithmetischen Operationen eines Befehlszyklus oder von dreizehn S-Seiten ausgeführt v/erden. Die Anzeige und die Tastatur werden von D-Zeitslgnalen abgetastet, von denen in einem wiederholten Zyklus elf auftreten.

Der Birektzugriffspeicher 110 enthält auch zwei Kennzeichenregister FA und FB,und er wird grundsätzlich als ein sequentiell adressierter Direktzugriffspeicher in Abhängigkeit von einem Kommutator 116 betrieben. Bas bedeutet, daß der Kommutator 116 S—Zeitsignale erzeugt₉ die die Zellen des DirektzugriffSpeichers sequentiell adressieren, wie in der Patentanmeldung P 22 34 758.6 ausgeführt ist.

In den jeweiligen Registern des DirektzugriffSpeichers 110 gespeicherte Daten werden vom Rechenwerk 207, das ein "bit— seriell, ziffernseriell arbeitendes Rechenwerk ist, selektiv verwendet. Die Kennzeichenlogik 118 arbeitet als Überfcrag/Borgen-Register für-das Rechenwerk.

Der Programmzähler 120 kann jeden Speicherplatz im Festwertspeicher adressieren, wodurch das Befehlswort an dem jeweiligen Speicherplatz in das Befehlsregister 102 gelesen wird. In der üblichen Betriebsart wird der Stand des Programmzählers unter der Steuerung durch die Zeitstemerschaltung für jeden Befehlszyklus um den Wert Eins eaüölbrt, so daß die im Festwertspeicher gespeicherten Befehle eines bestimmten Unterprogramms in aufeinanderfolgender Reihenfolge gelesen werden. Jedoch werden Verzweigungs- oder Sprungbefehle, die in dem im Befehlsregister erscheinenden Befehlswort gespeichert sind, vom Steuerdecodierer 104 erkannt., und sie verändern die Ablauffolge des PrograaM-zählers 120. Beispielsweise kann ein Verzweigungsbefe!

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entsprechend der Sprungbedingungsschaltung 106 einen Sprung des ProgrammzählerStandes veranlassen.

Das bipolare Ansteuer-Chip 22 arbeitet in Abhängigkeit von einer externen Versorgungsspannung Vp,-,, die typischerweise von wenigstens einer Trockenbatterie mit einer Spannung von 2 bis 6 Volt geliefert wird. Das Ansteuer-Chip 22 erzeugt aus der extern zugefUhrten Spannung V„_c in Abhängigkeit von Tastatureingaben KN bis KQ eine Spannung V™^, eine getastete Spannung V_ßG, eine sequentielle Taktspannung 0. mit drei Frequenzen sowie eine Anzeigeabschaltspannung D.

Das Ansteuer-Chip 22 enthält einen gesteuerten, Taktsignale mit drei Frequenzen erzeugenden Taktgenerator 26, der in Abhängigkeit von einer eine geregelte Schaltungspannung liefernden geregelten Spannungsversorgungs- und Oszillatorschaltung 128 und in Abhängigkeit von einem eine Spannungsverdopplungsschaltung zum Zuführen einer geregelten statischen Spannung Y„„ zum Generator 126 liefernden Filter 124 arbeitet.

In Fig.3 ist eine Ausführung des Taktgenerator 126 zur Erzeugung von Taktsignalen mit drei Frequenzen, der Spannungsversorgungs- und Oszillatorschaltung 128 und des Filters 124 des bipolaren Halbleiter-Chips 22 schematisch dargestellt.

Das Filter 124 und die Spannungsversorgungs- und Oszillatorschaltung 128 bilden zusammen eine Energieversorgungseinheit des Typs, der allgemein als getasteter Regler bezeichnet wird. Der hier beschriebene getastete Regler wird verwendet, da er eine höhere Ausgangsspannung (V_SS-V_DD) liefert, als ihm als Eingangsspannung (V_cc)

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zugeführt wird. Die Spannung Vg₅-V^ wird dann zur Erzeugung der Spannung Y„„ verdoppelt. Überdies ist ein theoretischer Wirkungsgrad von ΊΟΟ^ο realisierbar, vas die Leistungsentnahme der Batterie in optimaler V/eise minimalisieren kann. Das Filter 126 enthält eine LC-Schaltung, die die Eingangsspannung Vp.-, an die Klemmen 300-301 ankoppelt. In der beschriebenen Ausführungsform kann der Wert der Spannung V_cc im Bereich zwischen und 6 Volt liegen; diese Spannung wird gewöhnlich von einer Gruppe von drei Trockenbatterien gelieferte Ein Transistor Q51 und eine Diode D1 bilden zusammen mit den Kondensatoren C2 und C eine Spannungsverdopplungsschaltung, die eine Spannung Y„„ von - 7 Volt ermöglicht, wenn die Spannung V„_s auf + 7 Volt eingestellt ist und die Spannung Masse ist.

Die Spannungsversorgungs- undOszillatorschaltung »128 enthält Schalttransistoren Q33 und Q34 ,-über die das Filter 124-an eine Differenzstufe angekoppelt wird«, Die Transistoren Q28-Q29 der Differenzstufe bilden eine Dj fferenzvergleichsschaltung, die auf die Spannung am Kondensator C1 anspricht. Wenn die Spannung am Kondensator C1 kleiner als die Vorspannung an der Basis des D-lfferenztransistors Q29 ist₉ wird der Entladetransistor 0.30 .über Widerstände R3 und R4 zusammen mit der Spannung an der Klemme 300 in einen Sperrzustand vorgespannt. Die Stromquellentransistoren Q25 und Q30 laden den Kondensator C1 entsprechend dem gewünschten Tastverhältnis des getasteten Reglers auf«, Wenn die Spannung am Kondensator C1 die von den Widerständen R5 und R6 eingestellte Spannung an der Basis des Differenztransistors Q29 überschreitet, wird der Differenztransistor Q28 leitend. Als Reaktion darauf wird auch der Stromquellentransistor Q32

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leitend, worauf als Folge davon auch die Schalttransi stören Q33 und QZ54 leitend werden. Die Spule L1 beginntsich aufzuladen, so daß die Spannung an der Klemme erhöht wird, die die Vorspannung des Entladetransistors Q30 so verändert, daß dieser Transistor leitend wird. Der Kondensator C1 beginnt dann sich über diesen Transistor zu entladen, wobei der Widerstand R1 die Entladungsgeschwindigkeit steuert. Wenn der Entladetransistor Q30 leitend wird, wird der Widerstand R7 in die Schwellenwertschaltung des Differenztransistors Q29 eingeschaltet, so daß der Schwellenwert abgesenkt wird.

Eine Zenerdiode Z1 , ein Regeltransistor Q27 und ein Widerstand R8 bilden zusammen eine Regelschaltung, die die Spannung ν_σσ am Transistor Q25 bezüglich Schaltungsmasse (Vj^.) ungeachtet der Tendenz der Spannung V™, sich während des Schaltzyklus zu ändern, auf einem relativ konstanten Wert hält*-

Stroinbegrenzungstransistören Q35 und Q36 sind über Widerstände an den Kondensator C1 angekoppelt, damit der Strcm.begrenzt wird, der über den Transistor Q30 entladen wird. Das bedeutet, daß der Transistor 035 zur Ableitung eines Überstroms beiträgt, wenn die Spannung an der Basis des Transistors Q28 so groß wird, daß der Transistor Q30 möglicherweise zerstört wird.

Die Diode D2 ist eine Fangdiode für alle schaltenden Regelkreise. Das bedeutet, daß beim Übergang der Schalttransistoren Q33 und Q34 in den nichtleitenden Zustand, bei dem die Spule L1 nicht mehr aufgeladen wird, die Polarität der Spannung an der Spule L1 umgekehrt wird, so daß die Spule eine Stromquelle wird. Die Spannung V"_cc , auf die die Spule bei der Phasenumkehr

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aufgeladen ist, lädt den Kondensator C6 dann über Schaltungsmasse auf« Der Strom fließt dann von Schaltungsmasse (V_DD)durch die Fangdiode D2 zurück zur Spule L1. Folglich liegt die Spannung am Kondensator C6_S die Spannung V_DD-V_SS , etwa um den zweifachen Wert der Spannung V_cc über Schaltungsmasse (V₁J₀) ^da gilt; ^VCAPG^=VCC +V(S_Pulej.

Wenn die Spule ihre Polarität verändert, verdoppelt die den Transistor Q51 und die Diode D1 enthaltende Spannungsverdopplungsschaltung den Spannungswert von etwa 7 Volt, so daß eine statische Spannung V_GG von etwa 14 Yolt unter der Spannung V„_s geliefert wird.

Zur Verkleinerung der Spulen- und Kondensatorwerte ist die Schalteinheit so ausgelegt, daß sie bei einer Frequenz von 30 kHz schwingt, indem, wie'" oben erwähnt, ein Tastverhältnis von 50% für den getasteten Regler gewählt wird. Ein Vp~-Eingangssignal mit einer Spannung von 3,5 Volt wird in wirksamer Weise in .eine Spannung Vgg-V_DD von etwa 7 Volt umgewandelt.

Der gesteuerte Taktgenerator 126 liefert ein getastetes Spannungssignal V„~ und ^eiⁿ Taktsignal, das abhängig von der Tastaturbetätigung drei aufeinanderfolgende Frequenzwerte aufweist. Der Taktgenerator 126 enthält eine Vergleichsschaltung, die einen gepufferten Ausgangsschalter so steuert, daß die Geschwindigkeit des Spannungsamplitudenanstiegs der verglichenen Spannung einem von drei Werten entspricht, das das Umschalten auf eine der drei vorbestimmten Frequenzen verursacht.

Die Transistoren QI2 bis Q17 bilden eine Vergleichsschaltung, die folgendes Verhalten aufweist: Wenn die Spannung an der Basis des Transistors Q12 unterhalb der

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an der Basis des Transistors Q13 bestimmten Schwellenspannung liegt, bewirkt der von den Transistoren Q18 bis Q20 und Q22 gebildete Ausgangsschalter die Ausgangspuffertransistoren Q21, Q22 und Q23, ein hohes Taktsignal 0.( mit einer an die Spannung V₅₃ angenäherten Amplitude) und eine relativ hohe Spannung V^ an der Klemme 304, die geringfügig unter der Spannung V_ss liegt. Wie aus Fig.4 zu erkennen ist, weist das getastete Spannungssignal V„„ beim hohen logischen Signalwert eine Amplitude auf, die kleiner ist als die Amplitude des Taktsignals 0. im höhen logischen Signalzustand. Eine solche Spannungserhöhung verhindert einen Datenverlust im Rechner.

Wenn die'Signale 0^ und V_QG im Zustand mit hohem _t logischem Signalv/ert bei etwa 7 Volt liegen, leitet der Schalttransistor T1 , so daß der Entladetransistor T2 nichtleitend wird. Folglich wird der Kondensator C3 von der Spannung V₃₃ mit einer Geschwindigkeit aufgeladen, die vonwiderständen LF (Niederfrequenz), IiF(Mittelfrequenz) und HF (Hochfrequenz- bestimmt wird. Wenn die Spannung an der Basis des Vergleichstransistors Q12 infolge der Aufladung des Kondensators C3 genügend ansteigt und den Schwellenwert überschreitet, beginnt der Vergleichstransistor Q14 zu leiten, so daß die Schälttransistoren 0.19 und Q22 leitend und die Puffertransistoren Q21 und Q24 nichtleitend bzw. leitend werden. Folglich fällt der Verlauf der Signale 0_± und V_GG von einem relativen hohen Wert von +7VoIt auf einen relativ niedrigen Wert von -7VoIt ab.

Wenn das Signal 0^ auf den relativ niedrigen Spannungswert übergeht, wird der Schalttransistor T1 in den nichtleitenden Zustand getrieben, und der Entladetransistor T2 wird leitend, so daß der Kondensator C3 beginnt, sich über

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diesen Transistor mit einer vom Widerstand R9 bestimmten Geschwindigkeit zu entladen. Wenn die Basisspannung des Vergleichstransistors Q12 unter den Schwellenwert abfällt, kehren die Signale 0. und Y„„ wieder in den Zustand zurück, in dem sie die relativ hohe Spannung von 7 Volt aufweisen.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Aufladung des Kondensators C3 auf eine von drei vorbestimmten Geschwindigkeiten programmierbar ist. DerWiderstand LF hat einen relativ hohen Wert,und er ergibt eine relativ langsame Aufladegeschv/indigkeit. Die zweite Aufladegeschwindigkeit, bei der sich der Kondensator C3 relativ schneller auflädt, ergibt sich dann, wenn der Widerstand MF mit einem relativ kleineren Wert als der Widerstand LF parallel zum Widerstand·LF geschaltet wird. Die dritte und schnellste Aufladegeschwindigkeit wird dadurch erreicht, daß der Widerstand HF mit einem relativ niedrigen Wert parallel zu.den Widerständen LF und MF geschaltet wird.

Eine bevorzugte Ausführung zur Erzielung der drei Aufladegeschwindigkeiten zur Abgabe eines Ausgangssignals mit einer von drei Frequenzen besteht darin, den Widerstand LF ständig in Serie zum Kondensator C3 zuschalten. Bei Betätigung der Tastatur werden die beiden Widerstände MF und HF dann für eine vorbestimmte, relativ kurze Zeitdauer in der Ladeschaltung parallel zum Widerstand LF geschaltet.· Diese relativ kurze Zeitdauer, in deren Verlauf das Taktsignal die Höchstfrequenz aufweist, beträgt vorzugsweise 0,4 Sekunden, was der Zeit entspricht, in der sich der Rechner im eigentlichen Rechenbetrieb befindet. Nach Ablauf der 0,4 Sekunden wird der Widerstand HF von der Schaltung abgetrennt, wobei die parallelgeschalteten Widerstände LF und MF zurückbleiben. Der Kondensator C3 wird somit mit der

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mittleren Aufladegeschwindigkeit entsprechend dem mittleren Impedanzwert der Widerstände LF und MF. Nach einer zweiten Zeitdauer, die relativ langer als die erste Zeitdauer ist und beispielsweise 30 Sekunden beträgt, wird der Widerstand MF von der Ladeschaltung abgetrennt, so daß nur der Widerstand LF zur Bestimmung der Auf ^geschwindigkeit zurückbleibt. Wie erwähnt v/urde, hat der Widerstand LF den größten relativen Impedanzwert, der die niedrigste Aufladegeschwindigkeit des Kondensators C3 bewirkt. Die zweite Zeitdauer, in der das Taktsignal die mittlere oder zweithöchste "Frequenz aufweist, wird typischerweise als die Zeitsperrperiode (time-out period) bezeichnet.

Zur Verwirklichung der oben angegebenen Ablauffolge arbeiten die Transistoren Q1 und Q7 in Abhängigkeit von Eingangssignalen von den Tastaturleitern KN-KP. Mit Impulsen mit einer Spannungshöhe von etwa 7 Volt an den Leitern KN-KP v/erden beide Transistoren Q1 und Q7 leitend, so daß auch die Schalttransistoren Q4 und Q5 leitend werden und die Widerstände MF und HF in die Zeitsteuerschaltung eingeschaltet werden. Wenn der Transistor Q7 betätigt wird, entlädt sich der Kondensator C5 über diesen Transistor. Nach der Freigabe der Tasten und nach dem Verschwinden des Betätigungsimpulses an den Leitern KN-KP kehrt der Transistor Q7 in den nichtleitenden Zustand zurück, indem der Verzogerungskondensator C5 beginnen kann, sich wieder aufzuladen. Nach Verstreichen einer relativ kurzen Zeitdauer von etwa 0,4 Sekunden lädt sich der Kondensator C5 aif eine Spannung auf, die ausreicht, den Schalttransistor Q5 in den nichtleitenden Zustand zu steuern und den "Widerstand HF von der Schaltung abzutrennen. Der Transistor Q1 v/ird ebenfalls nichtleitend, und gleichzeitig mit der Aufladung des Kondensators C5 wird auch der Kondensator C4 mit einer vom

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Widerstand R10 bestimmten Geschwindigkeit aufgeladen» Die Kombination aus dem Widerstand R10 und dem Kondensator C4 ist so gewählt, daß eine Zeitdauer von beispielsweise 30 Sekunden erforderlich ist,- um den Transistor Q2 wieder leitend zu machen, der den Schalttransistor Q4 dann nicht leitend macht und den Widerstand MF von der Ladeschaltung abtrennt„ Die Kombination aus dem Transistor R10 und dem Kondensator C4 bestimmt demnach die Dauer der Zeitsperrperiode „ Während der übrigen Zeit, in der der Rechner von der Batteriespannung V_cc betätigt wird, arbeitet der Rechner bei Fehlen einer Betätigung der Tastatur über die Leiter Kl¹J-KP in Abhängigkeit von dem Taktsignal mit der niedrigsten Frequenz_o Ein bevorzugter Wert für die niedrigste Frequenz oder die Ruhefrequenz liegt bei 3 kHz , während die Mittelfrequenz oder die Anzeigefrequenz 30 kHz beträgt. Der-Wert 30 kHz wird gewählt, damit eine flackerfreie Anzeige erzeugt wird«, Die relativ hohe Frequenz ist vorzugsweise mit einem Wert von etwa 200 kHz gewählt, damit eine Kompatiblität mit der MOS-Schaltung besteht, und sie ist ausreichend schnell gewählt, damit die Periode relativ hohen Energieverbrauchs während des Rechenbetriebs auf ein Minimum verringert wi

Wenn der Schalttransistor Q4 leitend wird, damit der Widerstand MF in die Ladeschaltung eingefügt wird, wird die Anzeigeabschalt-Schaltung aus den Transistoren Q8 bis Q11 betätigt. Nur für die Dauer der Zeit, in der das Taktsignal den mittleren Frequenzwert aufweist, ist diese Anzeigeabschalt-Schaltung abgeschaltet, was bedeutet, daß die Anzeige in Betrieb ist. Die Klemmen 305 und 306 sind vorzugsweise über eine lichtemittierende Diode(LED) verbunden, die während der Niederfrequenzperiode' nach dem Verstreichen von etwa ,30 Sekunden nach der Tastaturbetätigung aktiviert

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wird, damit dadurch dem Benutzer angezeigt wird, daß sich der Rechner im Ruhezustand befindet.

In Fig.4 sind der Verlauf des Taktsignals 0^ und der Verlauf des getasteten Spannungssignals V„„ dargestellt.

Die Zeitperioden Tl bis T3 repräsentieren die mehreren Frequenzen, die für das Taktsignal 0^ und für das getastete Spannungssignal V_GG zur Verfügung stehen. Vorzugsweise bleiben die Signalverläufe bei allen Frequenzen für die Dauer von etwa 2 MikroSekunden auf dem niedrigen Spannungswert V_CG» Somit ergibt eine etwa zwei Mikrosekunden dauernde "Ein"-Zeit eine Zeitperiode T1 von der Dauer von etwa 4 bis 5 Mikrosekunden, was eine relativ hohe Frequenz von 200 kHz darstellt« Dies stellt ein Tastverhältnis von 5O?o dar. Wie oben erklärt wurde, wird diese Frequenz für die Dauer von etwa 0,4 Sekunden angewendet, wenn sich der Rechner im Rechenbetrieb befindet, wie durch die Zeitdauer T5 im unterbrochenen Signalverlauf angegeben ist.

Wenn der Rechner anschliessend in den Anzeigebetrieb übergeht, bei dem er mit einer Frequenz von etwa 30 kHz arbeitet, ergibt eine "Ein"-Zeit von 2 Mikrosekunden eine "Aus"-Zeit von etwa 30 Sekunden oder ein Tastverhältnis von 6,7%. Der Rechner arbeitet für die Dauer von etwa 30 Sekunden im Anzeigebetrieb, die durch dieZeitdauer T4 im unterbrochenen Signalverlauf von Fig.4 angegeben ist.

Nach der Zeitsperrpriode von 30 Sekunden , wenn der Rechner die Berechnung ausgeführt und die Anzeige abgeschaltet hat, wird die niedrigste Frequenz von 3 kHz angewendet, die durch die Zeitperiode T3 dargestellt ist.

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Hierbei ergibt eine "Ein"-Zeit mit einer Dauer von 2 Mikrosekunden,eine "Aus"-Zeit von 300 MikroSekunden oder ein Tastverhältnis von O₁I⁰A während dieses Ruhezustandes. Die in den oben erwähnten Patentanmeldungen beschriebenen MOS-Rechenanordnungen·machen von einem mit dem Taktsignal zusammenfallenden getasteten Spannungssignal V_GG Gebrauch. Da nahezu alle Transistoren des MOS/LSl-Rechners Lasten aufweisen, die von der Spannung V_QG abhängen, beispielsweise die logischen "Verknüpfungsschaltungen und die pro.-grammierbaren Logikfelder (PLA), stellt eine derartige Eigenschaft einen nahezu optimalen dynamischen Encrgieverbrauchszustand dar,was insbesondere dann gilt, wenn das oder die Chips des MOS-Rechners von dem hier beschriebenen bipolaren Ansteuer-Chip angesteuert werden.

Das hier beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel benutzt spezielle Frequenzen, Tastverhältnisse und Schaltungen eines Taktgenerators mit drei Taktsignalen unterschiedlicher Frequenz , der auch noch ein getastetes Spannungssignal V_GG für ein MOS-Rechensystem erzeugt, doch sind für den ITachmann Abänderungen im Rahmen der Erfindung ohne weiteres erkennbar.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

/ Elektronischer Rechner mit einer Tastatur zur Dateneingabe und mit einem als integrierte Schaltung •ausgeführten Ansteuer-Chip zum Betätigen der Rechnerschaltung, gekennzeichnet durch einen Taktgenerator zum Abgeben eines nacheinander drei Frequenzen aufweisenden Taktsignals an die Rechnerschaltung, wobei die Frequenz von der nach einer Betätigung der Tastatur verstrichenen Zeit abhängt.
2. Rechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator ein Taktsignal mit einer ersten, relativ hohen Frequenz für eine relativ kurze Zeit- · dauer nach der Tastaturbetätigung liefert, daß der Taktgenerator für eine längere, vorgewählte zweite Zeitdauer im Anschluß an die erste Zeitdauer eine zweite mittlere Frequenz abgibt, und daß der Taktgenerator im Anschluß an die zweite Zeitdauer eine relativ niedrige Frequenz abgibt, bis der Rechner abgeschaltet oder die Tastatur betätigt wird.
3. Rechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zeitdauer der Dauer entspricht, in der der Rechner tatsächlich Berechnungen ausführt, daß die zweite Zeitdauer der Dauer entspricht, in der der Rechner das berechnete Ergebnis anzeigt, und daß die dritte Zeitdauer einem Ruhezustand entspricht, in dem der Rechner weder Informationen berechnet noch anzeigt.
4. Rechner nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Zuführen eines getasteten Spannungssignals V„„ zu der Rechnerschaltung in Phasenübereinstimmung mit dem Taktsignal.

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5. Rechner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuer-Chip eine geregelte Spannungsquelle enthält, die in Abhängigkeit von einer Gleichspannung mit einem ersten Wert eine geregelte Spannung mit einem Wert, der größer als der eine Wert ist, an die Einrichtungen zum Liefern des getasteten Spannungssignals V_GG liefert.
6. Rechner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Spannung die Spannung V"_GG ist.
7. Rechner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische MOS-Rechner ein Rechner mit einem MOS-Chip ist.
8. Rechner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Spannungsquelle einen getasteten Regler enthält, der an eine Spannungsverdopplerschaltung angeschlossen ist.

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