DE2543403A1

DE2543403A1 - Binaersignalquelle in festkoerperbauweise

Info

Publication number: DE2543403A1
Application number: DE19752543403
Authority: DE
Inventors: Shigeru Morokawa; Fujuo Sekiya
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1976-04-15
Also published as: JPS5139165A; JPS5759689B2; DE2543403B2; US4045692A; DE2543403C3

Description

PAT-:N 1ANWÄLT1 A. GRÜNECKER

DM³L-ING

H. KINKELDEY

DRING.

2543403 ^w· STOCKMAlR

OR-««. - AeE lCALTlCt»

K. SCHUMANN

DP. BER NAT - DIPL-PHVS

P. H. JAKOB

»PL-ING

G. BEZOLD

DR P£RN«J.· DIPL-OtM.

MÜNCHEN

Citizen Watch Company Limited

Ho. 9-18, 1-chome
Ifishishinouku, Shing'uku-ku
Tokyo / Japan

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILtANSTRASSE 43

29.9.1975 P 9633-Hä

Binärsignalquelle in IFestkörperbauweise

Die Erfindung bezieht sich auf eine Binärsignalquelle in !"estkörperbauweise mit einem eiien Eingang und einen Ausgang aufweisenden Verstärker. Diese Binärsignalquelle ist für eine elektronische Uhr od.dgl. vorgesehen, die den einen oder anderaa von zwei binären logischen Spannungspegeln auch bei hohen Feuchtigkeitsgraden im stabilen Betrieb erzeugt.

Eine bisherige Schaltung dieser Art weist einen als Ketalloxidhalbleiter ausgebildeten invertierenden Verstärker auf, der einen Eingangswiderstand hoher Impedanz hat, der zwischen seinen einen Eingang und eine erste Spannungsquelle geschaltet ist. Ein Schalter ist zwischen den Eingang und eine zweite Spannungsquelle geschaltet. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird die zweite Spannung an den Eingang gegeben, während bei offenem Schalter die erste Spannung über den Eingangswiderstand an den- Eingang gegeben wird.

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TELEFON (OBS) 2208 62 TELEX OS-S9 38O TELEGRAMME MONAPAT

Die Aus gangs spannung des Verstärkers ist die invertierte E in gangs spannung und wird an eine elektronische Einrichtung, wie z.B. eine elektronische Uhr, gegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers kann als Rücksetz-Eingangssignal für die elektronische Uhr benutzt werden, um deren ■Zählbetrieb zu unterbrechen oder die Bewegung eines Sekundenzeigers zu beenden, um die Stunden, Minuten oder Sekundeneinstellungen neu einzustellen oder ähnliche Funktionen auszuführen. Die Binärsignalquelle kann aich bei elektronischen Rechnern, besonders batteriegespeisten Typen, oder anderen elektronischen Einrichtungen benutzt werden, die einen von zwei binären logischen Spannungspegeln in Abhängigkeit von der Betätigung eines Schalters benötigen.

Die zuvor beschriebene bisherige Schaltung hat den Nachteil, besonders bei ihrer Anwendung in einer elektronischen Uhr, die mit einem minimalen Leistungsverbrauch aus einer Batterie arbeiten muß, daß der Eingangswiderstand eine sehr hohe Impedanz haben muß, um den Stromfluß durch ihn auf 'einen sehr kleinen Wert zu begrenzen, wenn der Schalter geschlossen ist. Ist der Verstärker ein komplementärer Metalloxidlialbleiter-Inverter (CMOS), so wird eine solche einen Eingangswiderstand hoher Impedanz aufweisende Eingangsschaltung instabil bei hohen Luftfeuchtigkeiten mit der Folge, daß die elektronische Uhr gestört wird oder aber ungenau geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Binärsignalquelle der genannten Art zu schaffen, die auch bei hohen Luftfeuchtigkeiten noch einen einwandfreien Betrieb sicherstellt.

Bei einer Binärsignalquelle der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen den

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Eingang des Verstärkers und eine Spannungsquelle eine änderbare Impedanz geschaltet ist, die einen mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Steuereingang hat und eine hohe Impedanz zeigt, wenn eine erste bestimmte Spannung am Steuereingang auftritt, und eine niedrige Impedanz zeigt, wenn eine zweite bestimmte Spannung am Steuereingang auftritt.

Bei dieser neuen Binärsignalquelle ist ein invertierender Verstärker vorgesehen, wobei ein Eingangswiderstand hoher Impedanz mit seinem einen Anschluß mit einem Eingang des Verstärkers und mit seinem anderen Anschluß mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist, die einen ersten binären logischen Pegel abgibt. Der Eingang ist außerdem über einen Schalter mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden, die einen zweiten und entgegengesetzten binären Pegel abgibt. Ein MOS-Feldeffekttransistor hat Source- und Drainelektroden, die mit dem Eingang und der ersten Spannungsquelle jeweils verbunden sind und eine Gate-Elektrode, die mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird die zweite Spannung an den Eingang des Verstärkers gegeben und dessen invertiertes Ausgangssignal sperrt den Feldeffekttransistor. Wenn der Schalter offen ist, wird die erste Spannung an den Eingang über den Widerstand gegeben und das invertierte Ausgangssignal des Verstärkers steuert den Feldeffekttransistor in seinen leitenden Zustand. Die niedrige Impedanz des Feldeffekttransistors in seinem leitenden Zustand vergrößert die Stabilität des Betriebsverhaltens des Verstärkers auch bei hohen Luftfeuchtigkeiten.

Weitere, die besondere Ausbildung der neuen Binärsignalquelle betreffende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schaltplan einer bisher benutzten Schaltung,

Fig. 2 schematisch einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform der neuen Binärsignalquelle,

Fig. 3 schematisch einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 schematisch einen Schaltplan einer dritten Ausfüh rungsform, und

Fig. 5 schematisch einen Schaltplan einer vierten Ausführungsform der neuen Binärsignalquelle.

Die in Fig. 1 dargestellte und bisher benutzte Binärsignalquelle v/eist einen invertierenden Verstärker 10 in Form eines komplementären Metalloxidhalbleiters (CMOS) auf, dessen Eingang über einen Eingangswiderstand 12 hoher Impedanz mit einer Medrigstspannungsquelle L verbunden ist, die einen niedrigen logischen Spannungspegel abgibt. Der Eingang des Verstärkers 10 ist außerdem über einen Schalter 14 mit einer Spannungsquelle H hoher Spannung verbunden, die einen hohen logischen Spannungspegel abgibt. Im Betrieb wird bei offenem Schalter 14 die niedrige Spannung der Spannungsquelle L an den Eingang des Verstärkers 10 gegeben und es erscheint eine hohe Spannung, die vorzugsweise gleich der der Spannungsquelle H ist, am Ausgang des Verstärkers 10. Wird der Schalter 14 geschlossen, so wird die hohe Spannung der Spannungsquelle H an den Eingang des Verstärkers 10 gegeben, so daß eine niedrige Spannung, die vorzugsweise gleich der der Spannungs-

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quelle L ist, am Ausgang des Verstärkers 10 erscheint.

Diese bisherige Schaltung hat den Nachteil, daß ihre Eingangsschaltung, die den Eingangswiderstand 12 hoher Impedanz aufweist, instabil arbeitet, wenn der Schalter 14-geöffnet ist und eine hohe Umgebungsluftfeuchtigkeit auftritt.

- Dieses Problem wird durch die neue und in Fig. 2 gezeigte Binärsignalquelle beseitigt. Ein invertierender Verstärker 20 ist identisch mit dem Verstärker 10 und mit einem Eingangswiderstand 22 hoher Impedanz und einem Schalter 24- in der gleichen Weise verbunden, wie dieses in Fig. 1 gezeigt ist. Jedoch weist die in Fig. 2 gezeigte Schaltung außerdem einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET)₁ 26 des n-Kanaltyps auf, der als'eine änderbare Impedanz wirkt. Die Source-Elektrode des Transistors 26 ist mit dem Eingang des Verstärkers 20 und die Drain-Elektrode ist mit der Spannungsquelle L niedriger Spannung in der Weise verbunden, daß die Durchlaßstrecke des Transistors 26 zwischen den Eingang des Verstärkers 20 und die Spannungsquelle L geschaltet ist. Die Gate-Elektrode des Transistors 26 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 20 verbunden. Der Transistor 26 und der Verstärker 20 sind in der Weise geschaltet, daß die Schleifen-Gleichspannungsverstärloing größer als 1 ist.

Die prinzipielle Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist identisch der in Fig. 1 gezeigten, jedoch dient der Transistor 26 dazu, einen Pfad niedriger Impedanz zwischen dem Eingang des Verstärkers 20 und der Spannungsquelle L herzustellen, wenn der Schalter 24- geöffnet ist, um damit eine sehr stabile Eingangsschaltung für den Verstärker 20 zu bilden.

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Wenn der Schalter 24 geschlossen ist, wird die hohe Spannung der Spannungsquelle H an den Eingang des Verstärkers 20 gegeben, so daß eine niedrige Spannung an seinem Ausgang auftritt. Das Ausgangssignal niedriger Spannung des Verstärkers 20 wird an die Gate-Elektrode des Transistors 26 gegeben, wodurch dieser gesperrt wird. Da die Durchlaßstrecken-Impedanz des Transistors 26 im gesperrten Zustand extrem hoch ist, hat der Transistor 26 auf- den Verstärker 20 keine Wirkung.

Ist jedoch der Schalter 24 geöffnet, so wird die niedrige Spannung der Spannungsquelle L an den Eingang des Verstärkers 20 gegeben, der ein Ausgangssignal hoher Spannung abgibt. Dieses Ausgangssignal hoher Spannung schaltet den Transistor 26 in seinen leitenden Zustand, so daß die Durchlaßstrecken-Impedanz des Transistors extrem niedrig wird, wodurch ein Pfad niedriger Impedanz zwischen dem Eingang des Verstärkers 20 und der Spannungsquelle L gebildet wird. Die niedrige Spannung wird daher an den Eingang des Verstärkers 20 über den Transistor 26 anstatt über den Widerstand 22 gegeben, wodurch sich eine Eingangsschaltung stabilen Betriebsverhaltens ergibt, die durch Änderungen der Luftfeuchtigkeit der Umgebung nicht beeinflußt wird.

Nutzbare Ausgangssignale können entweder vom Eingang oder dem Ausgang des Verstärkers 20 abgenommen werden, wie dieses in Pig. 2 durch Pfeile angegeben ist, die für die verschiedenen Betriebsarten einer elektronischen Uhr od.dgl. erforderlich sind.

Die lig. 3 stimmt mit der Fig. 2 insoweit überein, daß ein Eingangswiderstand 32 und ein Schalter 34 in der gleichen Weise geschaltet sind. Der Ausgang des Verstärkers 30 ist mit einem Eingang eines zweiten invertierenden Verstärkers 38 verbunden, der mit dem Verstärker 30 identisch ist. Ein

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mit dem Transistor 26 identischer Transistor 36 ist mit seiner Source-Elektrode mit dem Eingang des Verstärkers 30 und mit seiner Gate-Elektrode mit dem Ausgang des Verstärkers 30 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors 36 ist jedoch mit dem Ausgang des Verstärkers 38 verbunden.

Die Arbeitsweise der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist identisch mit der der in Fig. 2 gezeigten, mit der zusätzlichen Wirkung, daß der invertierende Verstärker 38 das Ausgangssignal des Verstärkers 30 invertiert, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 38 den gleichen logischen Pegel hat wie das Eingangssignal des Verstärkers Wenn der Schalter 34 geöffnet ist, erzeugt der Verstärker 38 ein Ausgangssignal niedriger Spannung, das an die Drain-Elektrode des Transistors 36 gegeben wird, wobei der Ausgang des Verstärkers 38 in diesem Fall als eine Niedrigspannungsquelle wirkt. Da das Ausgangssignal des Verstärkers 30 hohen Pegel hat, wenn der Schalter 34- geöffnet ist, wird der Transistor 36 in seinen leitenden Zustand geschaltet und der Eingang des Verstärkers 30 über einen Pfad niedriger Impedanz in der gewünschten VJeise mit einer Niedrigspannungsquelle verbunden. Nutzbare Ausgangssignale können vom Eingang des Verstärkers 30 und von den Ausgängen der Verstärker 30 und 38 abgenommen werden.

Fig. 4 ist insoweit mit Fig. 3 identisch, daß Verstärker und 48, ein Eingangswiderstand 42, ein Transistor 46 und ein Schalter 44 in im wesentlichen der gleichen Weise wie in Fig. 3 vorgesehen sind. Der einzige Unterschied liegt darin, daß die Spannungsquellen H und L hohen und niedrigen Pegels vertauscht und die Kanalanschlüsse des Transistors 46'umgekehrt sind.

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Das in Pig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ist insoweit mit dem in Fig. 2 gezeigten identisch, daß ein Verstärker 50, ein Transistor 56, ein Eingangswiderstand 52 und ein Schalter 54- in im wesentlichen der gleichen Weise vorgesehen sind. Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform weist jedoch einen zweiten invertierenden Verstärker 58, der mit dem Verstärker 50 identisch ist, auf, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 50 verbunden ist, sowie ferner einen zweiten Transistor 60 des n-Kanaltyps, der zwischen den Eingang des Verstärkers 50 und eine Spannungsquelle L niedriger Spannung parallel zum Widerstand 52 geschaltet ist. Die Gate-Elektrode des zweiten Transistors erhält positive Taktsignale, deren Spannung (V) sich mit der Zeit (T) in der in Fig. 5 gezeigten Weise ändert.

Die prinzipielle Arbeitsweise der in Fig. 5 gezeigten Schaltung ist identisch der der in Fig. 2 gezeigten Schaltung mit der Ausnahme, daß der Transistor 60 durch die Taktimpulse leitend geschaltet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Widerstandswert, den der Inverter 50 für den durch ihn fließenden Strom darstellt, vorzugsweise sehr viel niedriger als der der Durchlaßstrecke des Transistors 60 ist, wenn dieser leitend ist, oder daß die Breite der Taktimpulse, die an die Gate-Elektrode des Transistors 60 .gegeben werden, so klein wie möglich gewählt wird.

Es ist sofort zu erkennen, daß viele Modifikationen bei den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. So können die verschiedenen Polaritäten der Bauelemente in geeigneter Weise geändert werden und auch die Bauelemente durch andere Bauelemente ersetzt werden. So kann z.B. der Verstärker 20 ein nichtinvertierender Verstärker sein, wenn der Transistor 26 mit einem invertierenden Eingang versehen

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wird. Der Verstärker 20 kann auch ein anderer Typ als ein CMOS*-Verstärker sein und auch der Transistor 26 kann ein anderer Transistor als ein Feldeffekttransistor sein, solange er die Funktion einer änderbaren Impedanz ausübt.

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Claims

Patentansprüche

(i) Binärsignalquelle in lestkörperbauweise mit einem einen Eingang und einen Ausgang aufweisenden Verstärker, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Eingang des Verstärkers (20,30,40,50) und eine Spannungsquelle eine änderbare Impedanz (26,36,46,56) geschaltet ist, die einen mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Steuereingang hat und eine hohe Impedanz zeigt, wenn eine erste bestimmte Spannung am Steuereingang auftritt und eine niedrige Impedanz zeigt, wenn eine zweite bestimmte Spannung am Steuereingang auftritt.
2. Binärsignal quelle nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein zweiter Verstärker (38,48,58) mit seinem Eingang mit dem Ausgang des ersten Verstärkers (20,30,40,50) verbunden ist und einen die Spannungsquelle bildenden Ausgang hat.
3. Binärsignalquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Widerstand (22,32, 42,52) zwischen dai Eingang des ersten Verstärkers (20,30, 40,50) und die Spannungsquelle (L) geschaltet ist.
4. Binärsignalquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet , daß ein Schalter (24,34,44,54) zwischen den Eingang des ersten Verstärkers (20,30,40,50) und eine zweite Spannungsquelle (H) geschaltet ist, wobei die erste und zweite Spannungsquelle jeweils entgegengesetzte logische Spannungspegel abgeben.

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5· Binärsignalquelle nacli einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch. gekennzeichnet , daß ein Schalter (5²I-) zwischen den Eingang des ersten Verstärkers (50) und eine zweite Sp annun gs que Ue (H) geschaltet ist und daß ein Transistor (60) zwischen den Eingang des ersten Verstärkers und die erste Spannungsquelle (L) geschaltet ist, dessen Steuerelektrode Taktimpulse erhält.

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