DE2853421A1

DE2853421A1 - Quarzoszillator mit geringem stromverbrauch fuer ein zeitmessgeraet

Info

Publication number: DE2853421A1
Application number: DE19782853421
Authority: DE
Inventors: Oskar Leuthold
Original assignee: Ebauches Electroniques SA
Current assignee: Ebauches Electroniques SA
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2853421B2; JPS5496954A; CH623450GA3; CH623450B

Description

Quarzoszillator mit geringem Stromverbrauch für ein Zeitmessgerät
Die Verwendung eines Duarzoszillators vom Invertertyp ist allgemein bekannt.
Im allgemeinen werden diese Oszillatoren mit einer konstanten Spannung gespeist und es wird, wenn sie im Bereich der elektronischen Uhren verwendet werden sollen, gewünscht, dass deren Stromverbrauch minimal sei. Anderseits führt die Dimensionierung dieser Oszillatoren unter Berücksichtigung der ungünstigsten Umstände (worst case) üblicherweise zu einem beträchtlichen Stromverbrauch. Der Hauptgrund beruht auf der Tatsache, dass der Ruhestrom des Inverters, der gegeben ist durch die Beziehung I = kl (UB - 2UT)2, wobei uns UB = Batteriespannung und T = Schwellwertspannung, sehr stark variiert.
Tatsächlich ist im ungünstigsten Falle UB nur sehr wenig grusssr als 2UT, wahrend im normalen Falle die Differenz B - 2U T relativ gross ist. Die Dimensionierung basiert auf dem Strom, da bekannt ist, dass die Schwingbedingung eine gewisse minimale Steilheit bedingt und dass diese direkt abhängig ist vom Strom des Inverters gemäss der allgemeinen Beziehung Die Fig. 1 zeigt einen bekannten Quarzoszillator vom Invertertyp mit den komplementären Transistoren T1 und T2. Die Steilheit eines solchen Oszillators ist gegeben durch die Beziehung wobei /3 eine von der Genmetrie der Transistoren abhängige Konstante ist. Der Oszillator nach Fig. 1 weist genau den angegebenen Fehler auf, nämlich im Normalbetrieb einen beträchtlichen Strom aufzunehmen, da er für den ungünstigsten Fall dimensioniert ist.
Es ist nun ein Zweck der vorliegenden Erfindung, einen Ouarzoszillator zu realisieren, der einen gegebenen Stromverbrauch aufweist, der im Normalfall relativ klein i§t.
Um dieses Ziel zu erreichen weist der erfindungsgemässe Oszillator einen Inverter mit komplementären Transistoren auf, der durch eine in Serie zwischen dem Punkt mit dem kleinsten Potential des genannten Inverters und einem der Pole der Speisung angeschlossene Stromquelle gespeist wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Die Fig. 1, wie bereits erwähnt, einen üblichen Quarzoszillator vom Invertertyp; Die Fig. 2 das Prinzip eines durch eine Stromquelle gespeisten Quarzoszillators; Die Fig. 3 eine erfindunsgemässen, von einer Stromquelle gespeisten Oszillator vom Invertertyp; Die Fig. 4 ein bekanntes Beispiel einer ersten Ausführungsform einer Stromquelle A; Die Fig. 5 ein bekanntes Beispiel einer zweiten Ausführungsform einer Strnmquelle B; Die Fig. 6 ein bekanntes Beispiel einer dritten Ausführungsform einer Stromquelle C; und Die Fig. 7 Kennlinien des Oszillatorstromes in Funktion der Batteriespannung.
Die rig. 2 zeigt einen Quarzoszillator mit einem Transistor T3, dessen Quelle mit Masse verbunden ist, ferner mit einem zwischen der Senke und dem Gatter von T3 angeschlossenen Quarz Q, mit einem Phasenschieberkondensator C2, der zwischen der Senke von T3 und Masse angeschlossen ist, und mit einem zwischen dem Gatter von T3 und Masse angeschlossenen Trimmkondensator CT Der Oszillatorstrom wird durch eine Stromquelle geliefert, die zwischen einem Pol der Speisung und der Senke von T3 angeschlossen ist.
I,ie Grösse dieses Stromes wird daher durch die Stromquelle S bestimmt.
c Die Steilheit dieses Oszillators ist gegeben durch Man die identisch ist mit jener für die Schaltung nach Fig. 1. Die Stromquelle Sc1 bestimmt die Grösse des durch den Oszillator aufgenommenen Stromes und ermöglicht, diesem Strom einen gewünschten, hinreichend geringen Wert zu geben. Der Filterkondensator C3 bezweckt, eine allfällige, an den Klemmen von Sc1 vorhandene Komponente der Oszlllatorspannung kurzzuschliessen. Auf diese Weise kann die Speisespannung des Oszillators als konstant und unabhängig von der Oszillatorspannung betrachtet werden. Dennoch passt sich die Speisespannung an den Klemmen des Inverters in jedem Falle auf einen solchen Wert an, dass die Stromaufnahme des Oszillators sieht, dass dieser Wert jedoch nur die Hilft jenes beträgt, welcher mit der gebräuchlichen Schaltung nach Fiq. 1 erhalten wird, so dass die schaltung nach Fig. 2 zwar relativ einfach, aber nicht ideal it, soweit der Wert der Steilheit betroffen ist.
Um die gleiche Steilheit zu erhalten wie im Falle der Schaltung nach Fig. 1, muss man einen Oszillator vom Inveltertyp verwenden, welcher durch eine Stromquelle gespeist wird, wie im Schaltbild nach Fig. 3 angegeben.
Die Schaltung nach Fig. 3 weist zwei komplementåre Traneistoren T1 und T2 auf, deren Senken miteinander,mit einem Uorspannwiderstand R, mit einer ersten Elektrode des quarzes Q und mit einer ersten Elektrode eines Phasenschieberkondensators C1 verbunden sind. Die Ouellenelektrode von T1 ist mit einem Pol der Speisung verbunden, während die Duellenelektrode von T2 über die Parallelschaltung einer Stromquelle Sc1 und eines Filtorkondensators C3 iit Masse verbunden ist. Die Gatter von T1 und T2 sind miteinander, mit der andern Seite des Widerstandes R, mit der zweiten Elektrode des quarzes q und mit der ersten Elektrode eines Trimmerkondensators CT verbunden. Die zweiten Elektroden von C1 und CT sind mit Masse verbunden. Man kann zeiqen, dass die Steilheit dieses Oszillators gegeben ist durch die Beziehung gleich dem Wert des Stromes ist, der durch die Stromquelle Sol geliefert wird.
Der Oszillator nach Fig. 3 gemäss der Erfindung vereinigt die Vorteile der Schaltungen nach Fig. 1 und 2, d.h. er kombiniert einen erhöhten Wert der Steilheit mit der Möglichkeit, dem aufgenommenen Strom einen vergleichsweise gut definierten Wert zu geben, und dies für eine minimale Stromaufnahme.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen beispiele von bekannten Stromquellen, die anstelle von Scl in Fig. 3 verwendet werden können. Ihre Arbeitsweise wird als bekannt angenommen und weiter nicht erklärt. Es soll dennoch erwähnt werden, dass die gezeigten Schaltungstypen Ströme liefern, welche in Funktion der Speisespannung gemäss nachfolgender Angabe variieren.
Typ A (Fig. 4) I = kl (UB - 2 UT) Typ B (Fig. 5) Io = k2 (UB - UT) Typ C (Fig. 6) 1 = konstant Typ C (Fig. 6) I = konstant Die Stromquelle vom Typ A liefert also einen Strom, der mit dem Quadrat der Speisespannung ändert, während der von der Quelle vom Typ B gelieferte Strom linear mit dieser Spannung ändert und der von der Quelle vom Typ C gelieferte Strom konstant bleibt.
Die Kurvenschar nach Fig. 7 ermöglicht einen Vergleich der relativen Stromänderung in Funktion des Wertes der Speisespannung zwischen einer Schaltung gemäss Fig. 1 mit Inverter, aber ohne Stromquelle, mit der Schaltung nach Fig. 3, wobei die Stromquelle nacheinander vom Typ A, B oder C ist. Wenn z.B.
die Batteriespannung 1,55 V ist, kann ersehen werden, dass der Strom des Oszillator vom Invertertyp, aber ohne Stromquelle, einen relativ hohen Wert von 30 aufweist, während die Stromwerte für einen Oszillator vom Invertertyp, der mit Stromquellen vom Typ A, B oder C ausgerüstet ist bei 9, 6 und 4 betragen. Um einen gültigen Vergleich zu erhalten9 wurden die liarameter so gewählt, dass alle Kurven für eine Speisespannung von 1,2 V den gleichen Wert (I = 4) des Stromes haben. Wie aus den Kurven A, B und C ersichtlich ist, ermöglicht die Verwendung einer Stromquelle Für die Speisung der Schaltung eine grosse Einsparung in der Stromaufnahme des Oszillators.
Die Stromquellen nach den Fig. 4 bis 6 können natürlich zusammen mit dem Inverter nach Fig. 3 integriert worden, so dass die vorgeschlagene Lösung ohne weiteres für elektronische Uhren anwendbar ist.
Die Schaltungen gemäss Fig. 3 bis 6 wurden beispielsweise erwähnt und es ist klar, dass ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird, andere Stromquellen verwendet werden können oder mit einer Stromquelle andere Typen von Ouarzoszillatoren gespeist werden können.

Claims

Quarzoszillator mit geringem Stromverbrauch für ein Zeitmessgerat Patentansprüche 1. Quarzaszillator mit geringem Stromverbrauch Für ein Zeitmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Inverter mit komplementären Transistoren (T1, T2) aufweist, welcher durch eine in Serie zwischen den Punkt mit dem kleinsten Potential des genannten Inverters und einem der Pole der Speisung angeschlossene Stromquelle (S ) gespeist wird.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die genannte Stromquelle (Sc) gelieferte Strom in Funktion des Wertes der Speisespannung eine quadratische oder lineare Kennlinie haben kann oder konstant sein kann.
3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurchekennzeichnut, dass der Strom der genannten Stromquelle (Sc) derart von der Amplitude der Wechelspannung des @uarzes abhängig ist, das der Stromverbrauch des Oszillators minimal ist.
4. Oszillator nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Stromquelle (S , 5 1) durch einen Filterkondensator (C3) für Wechselspannungsc cl signale kurzgeschlossen ist.
5. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senken der genannten Transistoren (Ti, T2) zusammen mit einem Anschluss des quarzes (@), mit einem Widerstand (R) und über einen Phasenschieberkondensator (C1) mit einem ersten Pol der Speisung verbunden sind, wobei die Quellenelektrode des ersten (T1) der qenannten Transistoren mit dem zweiten Pol der Speisung und die Quellenelektrode des zweiten Transistors (T2) über die Stromquelle (S ) mit dem ersten Pol der Speisung verbunden sind, während die Gatter dieser Transistoren zusammen mit dem genannton Widerstands mit dem andern enschluss des Quarzes und über einen Trimmerkondensator (CT) mit dem ersten Pol der Speisung verbunden sind.