DE3042323A1

DE3042323A1 - Schwingkreis

Info

Publication number: DE3042323A1
Application number: DE19803042323
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawasaki Matsuo; Yasoji Yokosuka Kanagawa Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1980-11-10
Publication date: 1981-06-11
Also published as: JPS5673919A; DE3042323C2; US4414515A

Description

Henkel, IUm, FeBor&Hänzel ^ Patentanwälte

Registered Representatives - b· before the

European Patent Office

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha ,.„., . „ „

·* MöhlstraBe 37

Kawasaki, Japan D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkJ d Telegramme: ellipsoid

SS-55P61O-2

10. November 1980

Schwingkreis

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Die Erfindung betrifft einen Schwingkreis zur Durchführung von Schwingoperationen unter Ausnützung der Auflade- und Entladefunktion eines Kondensators.

Es sind bereits verschiedene Arten von Schwingkreisen bekannt. Beispielsweise veranschaulicht Fig. 1 einen üblichen CR-Schwingkreis mit einem Verstärker 2 zum Verstärken einer zwischen eine Stromquellenklemme V_D und Masse angelegten Spannung, einem p-Kanal-MOS-Transistor 4, dessen Stromstrecke zwischen die Klemme Vj3 und die Eingangsklemme des Verstärkers 2 eingeschaltet und dessen Gate-Elektrode an die Ausgangsklemme des Verstärkers 2 angeschlossen ist, einem zwischen die Eingangsklemme des Verstärkers 2 und Masse geschalteten Widerstand 6 und einem parallel zum Widerstand 6 geschalteten Kondensator 8.

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Es sei angenommen, daß ein Ausgangssignal niedrigen Pegels an einer Ausgangsklemme OT des Schwingkreises gemäß Fig. 1 erzeugt wird. In diesem Fall schaltet der MOS-Transistor 4 durch, und der Kondensator 8 wird auf den Spannungspegel der Stromquelle aufgeladen. Die Ladespannung des Kondensators 8 wird durch den Verstärker 2 verstärkt, und an der Ausgangsklemme OT wird eine Spannung hohen Pegels geliefert. Sodann sperrt der MOS-Transistor 4, wobei die im Kondensator 8 gespeicherte Ladung über den Widerstand 6 entladen wird. Wenn der Kondensator 8 vollständig entladen ist, geht das Eingangssignal des Verstärkers 2 auf den niedrigen Pegel über, so daß an der Ausgangsklemme OT wieder ein Ausgangssignal niedrigen Pegels auftritt. Auf diese Weise wird an der Ausgangsklemme OT des Schwingkreises gemäß Fig. 1 ein Schwingungsausgangssignal (Fig. 2A) erzeugt. Wenn die an der Stromquellenklemme V_D anliegende Spannung konstant ist, ist auch die Frequenz des Schwingungsausgangssignals gemäß Fig. 2A konstant, weil diese Frequenz durch die durch den Widerstand 6 und den Kondensator 8 gebildete Zeitkonstante bestimmt wird. Wenn die an der Klemme Vq anliegende Spannung niedrig ist und das Ausgangssignal hohen Pegels vom Verstärker 2 an die Gate-Elektrode des MOS-Transistors 4 angelegt wird, besitzt letzterer einen großen Widerstand endlicher Größe. Infolgedessen wird ein kleinerer Teil der Ladung von der Stromquellenklemme V₀ über den MOS-Transistor 4 entladen, und es ist eine lange Zeitspanne für die vollständige Entladung des Kondensators 8 über den Widerstand 6 erforderlich. Wenn der MOS-Transistor 4 durch das den niedrigen Pegel besitzende Ausgangssignal des Verstärkers 2 durchgeschaltet wird, benötigt der Kondensator 8 eine lange Zeitspanne für das Aufladen auf einen vorgegebenen Pegel, weil die Spannung an der Stromquellenklemme V^ niedrig ist. Wenn somit von der Klemme

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Vd eine Spannung niedrigen Pegels angelegt wird, wird gemäß Fig. 2B ein Schwingungsausgangssignal niedrigerer Frequenz erhalten.

Wenn andererseits von der Stromquellenklemme V₀ her eine höhere Spannung angelegt wird, erfolgt das Aufladen und Entladen des Kondensators 8 in kürzerer Zeit. In diesem Fall liefert der Schwingkreis gemäß Fig. 2C ein Schwingungsausgangssignal höherer Frequenz.

Der CR-Schwingkreis gemäß Fig. 1 ist somit mit dem Nachteil behaftet, daß Änderungen der Stromquellenspannung V₀ zu Änderungen der Schwingungsfrequenz führen.

Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel eines bisherigen CR-Oszillatorkreises mit drei in Reihe geschalteten CMOS-ümsetzern bzw. -Wandlern 10, 12 und 14. Der CMOS-Umsetzer 10 umfaßt einen p-Kanal-MOS-Transistor 1OP und einen n-Kanal-MOS-Transistor 1ON, die in Reihe zwischen Stromquellenklemme Vjp und Masse geschaltet sind. Der CMOS-Umsetzer 12 umfaßt einen p-Kanal-MOS-Transistor 12P und einen n-Kanal-MOS-Transistor 12N, während der CMOS-Umsetzer 14 einen p-Kanal-MOS-Transistor 14P und einen n-Kanal-MOS-Transistor 14N aufweist. Die Ausgangsklemmen der CMOS-Umsetzer 14 und 12 sind über einen Widerstand 16 und einen Kondensator 18 an die Eingangsklemme des CMOS-Umsetzers 10 angeschlossen.

Im folgenden sei angenommen, daß beim Schwingkreis gemäß Fig. 3 das Eingangssignal des CMOS-Umsetzers 10 gemäß Fig. 4A zu einem Zeitpunkt ti auf einen hohen Pegel übergeht. Dabei werden die

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MOS-Transistoren 1OP und 1ON gesperrt bzw. durchgeschaltet, wobei der CMOS-ümsetzer 10 ein Signal niedrigen Pegels (Fig. 4B) abgibt. In Abhängigkeit von diesem niedrigpegeligen Ausgangssignal des Umsetzers 10 werden die MOS-Transistoren 12P und 12N durchgeschaltet bzw. gesperrt, und der CMOS-Umsetzer 12 gibt gemäß Fig. 4C ein Ausgangssignal hohen Pegels ab. Auf dieses Signal hin werden die MOS-Transistoren 14P und 14N zum Sperren bzw. Durchschalten gebracht, und der CMOS-Umsetzer 14 gibt ein Ausgangssignal niedrigen Pegels ab (Fig. 4D). Unter diesen Bedingungen fließt ein Entladestrom über den MOS-Transistor 12P, den Kondensator 8, den Widerstand 16 und den MOS-Transistor 14N unter allmählicher Verkleinerung des Pegels des Eingangssignals des Umsetzers 10. Wenn sodann zum Zeitpunkt t2 der Pegel dieses Eingangssignals unter die Schwellenwertspannung Vrpjj des CMOS-Umsetzers 10 abfällt, werden die MOS-Transistoren 1OP und 1ON zum Durchschalten bzw. zum Sperren gebracht. Hierauf liefern die CMOS-Umsetzer 10, 12 und 14 Ausgangssignale hohen, niedrigen bzw. hohen Pegels gemäß Fig. 4B, 4C bzw. 4D. Da weiterhin der MOS-Transistor 12N durchgeschaltet ist, wird die Elektrode des Kondensators 18, an welche die Stromquellenspannung VD angelegt worden ist, zwangsweise auf Massepotential geführt. Das Eingangssignal des CMOS-Umsetzers 10 fällt augenblicklich vom Pegel V_TH auf den Pegel (-Vj₅ + V_Tjj) ab. Unter diesen Bedingungen fließt ein Ladestrom über den MOS-Transistor 14P, den Widerstand 16, den Kondensator 18 und den MOS-Transistor 12N. Der Kondensator 18 wird daher allmählich aufgeladen. Wenn der Pegel des Eingangssignals des CMOS-Umsetzers 10 zu einem Zeitpunkt t3 gemäß Fig. 4A die Schwellenwertspannung V_TH des Schwingkreises übersteigt, werden die MOS-Transistoren 1OP und 1ON gesperrt bzw. durchgeschaltet. Da hierbei der MOS-Transistor 12P durchgeschaltet ist, wird die Stromquellenspannung V_D an die bisher auf Massepotential gehaltene Elektrode des Kondensators

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18 angelegt. Die Eingangsspannung zum CMOS-Umsetzer 10 steigt vom Pegel Vth ^auf den Pegel (-V^ + Vrpjj) an, und der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich. An der Ausgangsklemme OT des Schwingkreises wird ein Schwingungsausgangssignal gemäß Fig. 4D erzeugt. Obgleich die Frequenz des Schwingungsausgangssignals durch die Zeitkonstante bestimmt wird, die ihrerseits durch den Widerstand 16 und den Kondensator 18 bestimmt wird, ändert sich die Frequenz der Schwingschaltung auch mit einer Änderung der Stromquellenspannung VD wie im Fall des Schwingkreises gemäß Fig. 1.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Schwingkreises, der unabhängig von Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung mit stabiler Frequenz zu schwingen vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem Schwingkreis, bestehend aus einem CR-Schwingteil mit einer Betriebsstromstrecke, die ein Widerstandselement und ein kapazitives Element aufweist, welche gemeinsam eine Zeitkonstantenschaltung bilden, erfindungsgemäß gelöst durch eine mit der Betriebsstromstrecke des CR-Schwingteils in Reihe geschaltete Konstantstromquelleneinrichtung.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines bisherigen CR-Schwingkreises,

Fig. 2A bis 2C Signalwellenformdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schwingkreises gemäß Fig. 1,

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Fig. 3 ein Schaltbild eines anderen bisherigen Schwingkreises,

Fig. 4A bis 4D Signalwellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schwingkreises gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Schwingkreises gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ein Schaltbild eines Schwingkreises gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einer Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator, wie beim Schwingkreis nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingkreises mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator,

Fig. 8 ein Schaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels des Schwingkreises gemäß Fig. 7,

Fig. 9 ein Schaltbild eier weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingkreises mit einem Teiler,

Fig. 10 ein Signalwellenformdiagranun zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Schwingkreises gemäß Fig. 9,

Fig. 11 ein Schaltbild noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingkreises mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator,

Fig. 12 ein Schaltbild einer Abwandlung des Schwingkreises nach Fig. 7,

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Fig. 13 ein Schaltbild einer Abwandlung des Schwingkreises nach Fig. 9,

Fig. 14 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schwingkreises, bei dem die Schwingfrequenz änderbar ist,

Fig. 15 ein Schaltbild einer Steuersignal-Generatorschaltung zur Änderung der Schwingfrequenz beim Schwingkreis gemäß Fig. 14,

Fig. 16 ein Schaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels des Schwingkreises gemäß Fig. 14,

Fig. 17 und 18 Schaltbilder von Abwandlungen des Schwingkreises nach Fig. 5 und

Fig. 19 und 20 Schaltbilder von Abwandlungen des Schwingkreises nach Fig. 7.

Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert worden.

Der CR-Schwingkreis gemäß Fig. 5 umfaßt einen p-Kanal-MOS-Transistor 20, einen Widerstand 22 und eine Konstantstromquelle 24, die in Reihe zwischen eine Stromquellenklemme V^ und Masse geschaltet sind, sowie weiterhin einen zum Widerstand 22 parallelgeschalteten Kondensator 26, einen Verstärker 28, dessen Eingangsklemme an die Verbindung oder Verzweigung zwischen dem MOS-Transistor 20 und dem Widerstand 22 angeschlossen ist, während seine Ausgangsklemme mit der Gate-Elektrode des MOS-Transistors 20 verbunden ist, einen an die

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Ausgangsklemme des Verstärkers 28 angeschlossenen Wandler bzw. Umsetzer 30 sowie einen Umsetzer 32, dessen Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des Umsetzers 30 verbunden und dessen Ausgangsklemme an eine Schwingungs-Ausgangsklemme OSCT angeschlossen ist. Die positive und die negative Vorspannklemme des Verstärkers 28 sind an die Verzweigungen zwischen der Stromquellenklemme V_D und dem Widerstand 22 bzw. der Stromquelle 24 angeschlossen. Die Vorspann(ungs)klemmen der Umsetzer 30 und 32 sind mit der Stromquellenklemme Vd und Masse verbunden. Die Umsetzer 30 und 32, die z.B. CMOS-Umsetzer sein können, wirken als Wellenformschaltung.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des CR-Schwingkreises gemäß Fig. 5 näher erläutert.

Es sei angenommen, daß der Kondensator 26 voll aufgeladen ist und eine Eingangsspannung hohen Pegels am Verstärker 28 anliegt. In diesem Fall liefert der Verstärker 28 eine Ausgangsspannung hohen Pegels, wobei der MOS-Transistor 20 in den Sperrzustand versetzt und vom Umsetzer 32 eine Ausgangsspannung hohen Pegels geliefert wird. Wenn der MOS-Transistor 20 sperrt, wird die Spannung über den Widerstand 22 beträchtlich verringert, wobei der Kondensator 26 über den Widerstand 22 entladen wird. Der Pegel der Eingangsspannung des Verstärkers 28 nimmt entsprechend der durch den Widerstand 22 und den Kondensator 26 bestimmten Zeitkonstante allmählich ab. Wenn die Eingangsspannung des Verstärkers 28 eine vorbestimmte Größe erreicht, schaltet der MOS-Transistor 20 in Abhängigkeit von einer niedrigen Ausgangsspannung vom Verstärker 28 durch. Sodann fließt ein Strom von der Stromquellenklemme VD über den

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MOS-Transistor 20 und dem Widerstand 22, so daß der Kondensator 26 aufgeladen wird. Wenn der Kondensator 26 auf eine hohe Spannung aufgeladen ist, wird der MOS-Transistor 20 wiederum in den Sperrzustand versetzt, wobei die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme OSCT von einem niedrigen auf einen hohen Pegel übergeht. Durch den Schwingkreis gemäß Fig. 5 wird ein Schwingungsausgangssignal ähnlich demjenigen gemäß Fig. 2A erzeugt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der von der Konstantstromquelle 24 aus über den MOS-Transistor 20 und den Widerstand 22 fließende Strom unabhängig von Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung V_D konstant gehalten wird, solange der MOS-Transistor 20 durchgeschaltet ist. Selbst wenn dabei beispielsweise die Stromquellenspannung VD abfällt, verändert sich die Steilheit des MOS-Transistors 20 nicht, während der Ladespannungspegel des Kondensators 26 konstant bleibt und die Schwingfrequenz des Schwingkreises nicht abfällt.

Fig. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des erfiridungsgemäßen CR-Schwingkreises, welcher im wesentlichen demjenigen gemäß Fig. 5 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß anstelle des Verstärkers 28 ein CMOS-Umsetzer 29 und anstelle des p-Kanal-MOS-Transistors 20 ein n-Kanal-MOS-Transistor 21 vorgesehen sind. Der Schwingkreis gemäß Fig. 6 arbeitet praktisch in derselben Weise wie der Schwingkreis nach Fig. 5 unter Gewährleistung derselben Wirkung. Beim Schwingkreis gemäß Fig. 6 enthält eine Konstantstromquelle 24 einen Bezugsspannungsgenerator 24-1 sowie einen MOS-Transistor 24-2, dessen Stromstrecke zwischen den Widerstand 22 und Masse geschaltet ist und dessen Gate-

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Elektrode an den Bezugsspannungsgenerator 24-1 angeschlossen ist.

Fig. 7 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen CR-Schwingkreises, der einen Schwingteil mit drei in Reihe geschalteten Umsetzern 40, 42 und 44, einen an der einen Seite mit der Eingangsklemme des Umsetzers 40 verbundenen Widerstand 46, einen zwischen das andere Ende des Widerstands 46 und die Ausgangsklemme des Umsetzers 44 eingeschalteten Widerstand 48 sowie einen Kondensator 50 aufweist, der zwischen die andere Seite des Widerstands 46 und die Ausgangsklemme des Umsetzers 42 geschaltet ist. Das Ausgangssignal des Schwingteils wird einer Wellenformschaltung mit zwei in Reihe geschalteten Umsetzern 30 und 32 zugeführt.

Gemäß Fig. 8 enthalten die Umsetzer 30 und 32 CMOS-Transistoren 3OP und 30N bzw. CMOS-Transistoren 32P und 32N, deren Stromstrecken in Reihe zwischen die Stromquellenklemme VD und Masse geschaltet sind. Die Umsetzer 40, 42 und 44 enthalten CMOS-Transistoren 4OP und 4ON, 42P und 42N bzw. 44P und 44N. Die positiven und negativen Vorspannklemmen dieser Umsetzer 40, und 44 sind an die Stromquellenklemme VD und die Stromstrecke des n-Kanal-MOS-Transistors 24-2 angeschlossen, dessen Gate-Elektrode mit der Eingangsklemme des Bezugsspannungsgenerators 24-1 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Bezugsspannungsgenerator 24-1 eine Stromspiegelschaltung. Der Bezugsspannungsgenerator umfasst ρ- und n-Kanal-MOS-Transistoren24O bzw. 242, deren Stromstrecken in Reihe zwischen die Stromquellenklemme VD und Masse geschaltet sind, einem p-Kanal-

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MOS-Transistor 244, dessen Source- und Gate-Elektroden mit Source- und Gate-Elektrode des p-Kanal-MOS-Transistors 240 verbunden sind, einen n-Kanal-MOS-Transistor 246, dessen Source-Elektrode an Masse liegt und dessen Gate-Elektrode an die Drain-Elektrode des MOS-Transistors 244 angeschlossen ist, sowie einen zwischen die Drain-Elektroden der MOS-Transistoren 244 und 246 eingeschalteten Widerstand 248. Die Verzweigung zwischen der Drain-Elektrode des MOS-Transistors 246 und dem Widerstand 248 ist mit den Gate-Elektroden der MOS-Transistoren 242 und 24-2 verbunden, während die Gate-Elektrode des MOS-Transistors 240 mit seiner eigenen Drain-Elektrode verbunden ist.

Damit die Stromcharacteristik bzw. -kennlinie des MOS-Transitors 24-2 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 konstant bleibt, muß die folgende Bedingung erfüllt sein:

0 < Vg - V_TH < Vd

Darin bedeuten Vg, V_TH und Vd die Gate-Spannung, die Schwellenwertspannung bzw. die Drain-Spannung des MOS-Transistors 24-2.

Wenn die obige Bedingung erfüllt ist, fließt ein durch die nachstehende Gleichung definierter Sättigungsstrom Is, der unabhängig von Änderungen oder Schwankungen der Stromquellenspannung VD konstant bleibt, über den MOS-Transistor 24-2:

Is = K(Vg - V^)²

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In dieser Gleichung bedeutet: K = eine Konstante.

In diesem Fall bestimmt sich die Drain-Spannung Vd des MOS-Transistors 24-2 durch das Verhältnis der Steilheit des MOS-Transistors 24-2 zur Steilheit der Umsetzer 40, 42 und 44. Ein über dem MOS-Transistor 24-2 fließender Sättigungsstrom kann somit unabhängig von Schwankungen der Stromquellenspannung VD konstant gehalten werden, indem das Verhältnis zwischen der Steilheit des MOS-Transistors 24-2 und der Steilheit der Umsetzer 40, 42 und 44 konstant gehalten und der Bezugsspannungsgenerator 24-1 mit der Stromspiegelschaltung gemäß Fig. 8 ausgelegt wird, so daß eine stabile Ausgangsspannung an die Gate-Elektrode des MOS-Transistors 24-2 angelegt wird.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schwingkreise gemäß Fig. und 8 erläutert.

Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Umsetzers 42 auf den hohen Pegel übergeht. In diesem Fall werden die MOS-Transistoren 4ON, 42P und 44N durchgeschaltet, während die MOS-Transistoren 40P, 42N und 44P in den Sperrzustand versetzt werden. Der Strom fließt daher von der Stromquellenklemme V_D über den MOS-Transistor 42P, den Kondensator 50, den Widerstand 48 und die MOS-Transistoren 44N und 24-2 nach Masse. Die Ladespannung des Kondensators 50 verringert sich dann allmählich von ihrem höchsten Pegel aus. Wenn die Ladespannung des Kondensators 50 einen vorbestimmten niedrigen Pegel erreicht hat, werden die CMOS-Transistoren 4OP und 4ON des Umsetzers 40 in den Durchschaltzustand bzw. in den Sperrzustand versetzt, wobei der Umsetzer 40 ein Ausgangssignal hohen Pegels abgibt. Infolgedessen

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werden die MOS-Transistoren 42N und 44P durchgeschaltet, während die MOS-Transistoren 42P und 44N sperren, wobei der Umsetzer 44 eine Ausgangsspannung hohen Pegels liefert. Wenn der MOS-Transistor 42N durchschaltet, nimmt die Ladespannung des Kondensators 50 von ihrem vorbestimmten Pegel auf einen Mindestpegel ab. In diesem Fall fließt Strom von der Stromquellenklemme VD über den MOS-Transistor 44P, den Widerstand 48, den Kondensator 50 sowie die MOS-Transistoren 42N und 24-2 nach Masse. Wenn der Kondensator 50 aufgeladen ist und sich seine Ladespannung vom Mindestpegel auf den vorbestimmten Pegel erhöht, werden die CMOS-Transistoren 4OP und 4ON des Umsetzers 40 gesperrt bzw. durchgeschaltet, während der Umsetzer 40 eine Ausgangsspannung niedrigen Pegels liefert. Die MOS-Transistoren 42P und 44N schalten durch, während die MOS-Transistoren 42N und 44P sperren. Infolgedessen werden Ausgangsspannungen hohen bzw. niedrigen Pegels von den Umsetzern 42 bzw. 44 geliefert, und die Ladespannung des Kondensators 50 erhöht sich aufgrund des Durchschaltens des MOS-Transistors 42P vom vorbestimmten Pegel auf den maximalen Pegel.

Die Schwingkreise gemäß den Fig. 7 und 8 arbeiten auf dieselbe Weise wie der bisherige Schwingkreis gemäß Fig. 3. Bei den Schwingkreisen gemäß Fig. 7 und 8 fließt jedoch der Schwingungs-Betriebsstrom stets über den MOS-Transistor 24-2 der Konstantstromquelle, so daß er konstant gehalten wird. Infolgedessen ändert sich die Ladung oder Aufladung des Kondensators 50 auch bei Änderungen der Stromquellenspannung VD nicht. Die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises wird somit nicht beeinflußt.

Fig. 9 veranschaulicht einen Schwingkreis gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Schwingkreis gemäß Fig. 9 weist einen CR-Schwingteil auf, welcher im wesentlichen demjeni-

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gen gemäß Fig. 7 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß anstelle des Umsetzers 40 ein Wandler bzw. Umsetzer 51 vergesehen ist, dessen Betriebsstromstrecke zwischen die Stromquellenklemme VD und Masse geschaltet ist. Im CR-Schwingteil gemäß Fig. 9 wird ein Schwingungssignal eines vorbestimmten Tastverhältnisses (vgl. Fig. 10A) erzeugt, wenn die Stromquellenspannung VD normal ist. Falls jedoch die Stromquellenspannung VD abfällt, ändern sich die Schaltungs-Schwellenwertspannungen des Umsetzers 51 einerseits sowie der Umsetzer 42 und 44 andererseits relativ zueinander, so daß sich das Tastverhältnis des Ausgangssignals des CR-Schwingkreises auf die in Fig. 1OB dargestellte Weise ändert. Bei dieser Ausführungsform wird somit ein T-Flip-Flop 52 zum Teilen des Ausgangssignals des CR-Schwingteils benutzt, um ein Ausgangssignal zu liefern, das gemäß Fig. 10C ständig ein Tastverhältnis von 50% besitzt.

Der in Fig. 11 dargestellte CR-Schwingkreis gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist einen CR-Schwingkreis bzw. -teil praktisch desselben Aufbaus wie in Fig. 7 auf, nur mit dem Unterschied, daß der Umsetzer 44 weggelassen ist und ein Widerstand 48 zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme des Umsetzers 40 eingeschaltet ist. Der Schwingkreis gemäß Fig. 11 arbeitet praktisch auf dieselbe Weise wie derjenige nach Fig. 7 unter Gewährleistung derselben Wirkungen.

Fig. 12 veranschaulicht eine Abwandlung des Schwingkreises gemäß Fig. 7, der sich vom Schwingkreis gemäß Fig. 7 dadurch unterscheidet, daß ein Pufferverstärker mit zwei in Reihe geschalteten Umsetzern 60 und 62 zwischen die Ausgangsklemme des Um-

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setzers 44 und die Eingangskleirane des Umsetzers 30 eingeschaltet ist. Bei der Schaltung nach Fig. 12 kann das eine Ende eines Kon*- densators 50 an die Ausgangsklemme des Umsetzers 60 und nicht an die Ausgangsklemme des Umsetzers 42 angeschlossen sein. Durch die Einfügung des Pufferverstärkers werden steile Vorder- und Hinterflanken des vom CR-Schwingteil gelieferten Schwingungs-Ausgangssignals erzielt.

Fig. 13 veranschaulicht eine Abwandlung des Schwingkreises gemäß Fig. 9, die sich von letzterem nur dadurch unterscheidet, daß ein Pufferverstärker mit zwei in Reihe geschalteten Umsetzern 70 und 72 zwischen die Ausgangsklemme des Umsetzers 50 und die Eingangsklemme des Umsetzers 42 eingeschaltet ist. Hierdurch werden ebenfalls steile Vorder- und Hinterflanken des Ausgangssignals des Umsetzers 51 sowie ein Ausgangssignal mit (gut) geformter Wellenform erzielt.

In Fig. 14 ist ein CR-Schwingkreis gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welcher im wesentlichen demjenigen nach Fig. 7 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß die Umsetzer 44 und 30 weggelassen sind, getaktete Umsetzer 80 und 82 in Reihe zwischen die Ausgangsklemme des Umsetzers 42 und die Eingangsklemme des Umsetzers 32 eingeschaltet sind, getaktete Umsetzer 84 und 86 in Reihe zwischen der Ausgangsklemme des Umsetzers 42 und der Eingangsklemme des Umsetzers 32 liegen und ein Widerstand 88 zwischen die Ausgangsklemme des Umsetzers 84 und die Eingangsklemme des Umsetzers 40 eingeschaltet ist. Beim Schwingkreis gemäß Fig. 14 werden Steuersignale CS und CS*, die von einer beispielsweise in Fig. 15 dargestellten Steuersignal-Generatorschaltung mit einem Steuersignalgenerator 90 und einem Wandler

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bzw. Umsetzer 92 geliefert werden, an die Taktklemmen der getakteten Umsetzer 80, 82, 84 und 86 angelegt. Wenn durch den Steuersignalgenerator 90 z.B. ein Signal hohen Pegels erzeugt wird, werden die getakteten Umsetzer 80 und 82 aktiviert und die getakteten Umsetzer 84 und 86 deaktiviert. Der Schwingkreis gemäß- Fig. 14 arbeitet somit auf dieselbe Weise wie derjenige nach Fig. 7, wobei ein Schwingungs-Ausgangssignal mit einer durch den Widerstand 48 und den Kondensator 50 bestimmten Schwingfrequenz erzeugt wird. Wenn der Steuersignalgenerator 90 ein Signal niedrigen Pegels liefert, werden die getakteten Umsetzer 84 und 86 aktiviert und die getakteten Umsetzer und 82 deaktiviert. In diesem Fall arbeitet dieser Schwingkreis ebenfalls auf dieselbe Weise wie derjenige nach Fig. 7, doch wird die Schwingungsfrequenz durch die vom Widerstand 88 und vom Kondensator 50 gebildete Zeitkonstante bestimmt. Der Schwingkreis gemäß Fig. 14 erzeugt also nach Maßgabe der Steuersignale vom Steuersignalgenerator 90 Schwingungssignale unterschiedlicher Frequenzen.

Fig. 16 veranschaulicht ein praktisches Ausführungsbeispiel einer MOSFET-Schaltung für den Schwingkreis gemäß Fig. 14. Wie aus Fig. 16 hervorgeht, werden die Umsetzer 40, 42 und 32 durch CMOS-Transistoren 4OP und 4ON, 42P und 42N bzw. 32P und 32N gebildet. Der getaktete Umsetzer 80 besitzt p- und n-Kanal-MOS-Transistören 8OP bzw. 8ON, deren Gate-Elektroden mit der Ausgangsklemme des Umsetzers 42 verbunden und deren Stromstrecken miteinander in Reihe geschaltet sind, einen p-Kanal-MOS-Transistor 81P, dessen Gate-Elektrode ein Steuersignal CS abnimmt und dessen Stromstrecke zwischen die Stromquellenklemme VD und dem MOS-Transistor 8OP eingeschaltet ist, sowie einen n-Kanal-Transistor 81N,

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dessen Gate-Elektrode ein Steuersignal CS abnimmt und dessen Stromstrecke mit der Stromstrecke des MOS-Transistors 8ON in Reihe geschaltet ist. Die anderen getakteten Umsetzer 82/ 84 und 86 sind ebenso aufgebaut wie der getaktete Umsetzer 80. Der getaktete Umsetzer 82 umfaßt somit p-Kanal-MOS-Transistoren 82P und 83P, deren Stromstrecken in Reihe liegen, sowie n-Kanal-MOS-Transistoren 82N und 83N; der getaktete Umsetzer 84 enthält p-Kanal-MOS-Transistoren 84P und 85P mit in Reihe geschalteten Stromstrecken sowie n-Kanal-MOS-Transistoren 84N und 85N; der getaktete Umsetzer 86 umfaßt p-Kanal-MOS-Transistoren 86P und 87P mit in Reihe geschalteten Stromstrecken sowie n-Kanal-MOS-Transistoren 86N und 87N.

Wenn die Steuersignal-Generatorschaltung gemäß Flg.. 15 ein Steuersignal CS hohen Pegels und ein Steuersignal CS" niedrigen Pegels abgibt, werden die MOS-Transistoren 81P, 81N, 83P und 83N der Umsetzer 80 und 82 sämtlich durchgeschaltet, während die MOS-Transistoren 85P, 85N, 87P und 87N der Umsetzer 84 und 86 sämtlich in den Sperrzustand versetzt werden. Die Umsetzer 84 und 86 werden damit deaktiviert bzw. unwirksam gemacht, während die Umsetzer 80 und 82 eine Invertierungsoperation durchführen. Wenn die Steuersignal-Generatorschaltung ein Steuersignal CS niedrigen Pegels und ein Steuersignal CS hohen Pegels abgibt, werden die MOS-Transistoren 81P, 81N, 83P und 83N gesperrt, während die MOS-Transistoren 85P, 85N, 87P und 87N durchschalten. Infolgedessen werden die Umsetzer 80 und 82 deaktiviert, während die Umsetzer 84 und 86 eine Invertierungsoperation durchführen .

Obgleich die Erfindung vorstehend in speziellen Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, ist sie keineswegs hierauf

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beschränkt. Beispielsweise kann bei den Schwingkreisen gemäß Fig. 5 und 6 die Konstantstromquelle 24 z.B. auf die in den Fig. 17 und 18 dargestellte Weise geschaltet sein, weil es ausreicht, wenn die Konstantstromquelle 24 in Reihe mit dem Widerstand 22 zwischen Stromquellenklemme VD und Masse eingeschaltet ist.

Anstatt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 die Konstantstromquelle 24 zwischen die Betriebsstromstrecke der Umsetzer 40, 42 und 44 an Masse zu schalten, kann sie gemäß Fig. 19 auch zwischen die Stromquellenklemme VD und die positiven Vorspannklemmen der Umsetzer 30, 32, 40, 42 und 44 geschaltet sein. Weiterhin ist es auch möglich, die Konstantstromquelle 24 auf die in Fig. 20 dargestellte Weise auszulegen, wobei die Stromstrecken des Bezugsspannungsgenerators 24-1 sowie der MOS-Transistoren 24-21 bis 24-23 an die negativen Vorspannklemmen der Umsetzer 40, 42 und 44 angeschlossen sind.

Der Leitfähigkeitstyp des MOS-Transistors 24-2 zur Bildung der Konstantstromquelle 24 kann je nach der Ausgangsspannung des Bezugsspannungsgenerators frei gewählt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Schwingkreis, bestehend aus einem CR-Oszillatorteil mit einer Arbeitsstromstrecke, die ein Widerstandselement und ein kapazitives Element aufweist, welche gemeinsam eine Zeitkonstantenschaltung bilden, gekennzeichnet durch eine mit der Arbeitsstromstrecke des CR-Oszillatorteils in Reihe geschaltete Konstantstromquelleneinrichtung (24).

2. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der CR-Oszillatorteil einen Verstärker und einen MOS-Transistor aufweist, dessen Gate-Elektrode mit der Ausgangsklemme des Verstärkers verbunden ist, während das eine Ende seiner Stromstrecke' an die Eingangsklemme des Verstärkers angeschlossen ist, daß die eine Seite des Widerstandselements mit der Eingangsklemme des Verstärkers verbunden ist und daß das kapazitive Element zum Widerstandselement parallelgeschaltet ist.

3. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der CR-Oszillatorteil einen umsetzer (inverter) und einen MOS-

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Transistor aufweist, dessen Gate-Elektrode mit der Ausgangsklemme des Umsetzers verbunden ist und der mit dem einen Ende seiner Stromstrecke an die Eingangskiemme des Umsetzers angeschlossen ist, daß die eine Seite des Widerstandselements mit der Eingangsklemme des Umsetzers verbunden ist und daß das kapazitive Element zum Widerstandselement parallelgeschaltet ist.

4. Schwingkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine We11enformschaltung an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils angeschlossen ist.

5. Schwingkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung mit dem Widerstandselement in Reihe geschaltet ist.

6. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement zwischen die Ausgangsklemme des Umsetzers der letzten Stufe und die Eingangsklemme des Umsetzers der ersten Stufe geschaltet ist und daß das kapazitive Element zwischen die Ausgangsklemme eines Umsetzers in einer geradzahligen Position der ungeraden Zahl von Umsetzern und die Eingangsklemme des Umsetzers der ersten Stufe geschaltet ist.

7. Schwingkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorspann(ungs)klemmen der Umsetzer zusammengeschaltet sind und ihre zweiten Vorspannklemmen ebenfalls zusammengeschaltet sind.

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8. Schwingkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellenformschaltung an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils angeschlossen ist.

9. Schwingkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen eine erste Stromquellenklemme und die ersten Vorspannkleimen der Umsetzer geschaltet ist.

10. Schwingkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen eine zweite Stromquellenklemme und die zweiten Vorspannklemmen der Umsetzer geschaltet ist.

11. Schwingkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die CMOS-Transistoren umfassen.

12. Schwingkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorspannklemmen der Umsetzer zusammengeschaltet sind, daß die zweite Vorspannklemme des Umsetzers zumindest der ersten Stufe der ungeraden Zahl von Umsetzern mit der zweiten Stromquellenklemme verbunden ist und daß die zweiten Vorspannklemmen zumindest der letzten beiden Umsetzerstufen der ungeraden Zahl von Umsetzern zusammengeschaltet sind.

13. Schwingkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils ein Teiler angeschlossen ist.

14. Schwingkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen eine erste Stromquellenklemme und die ersten Vorspannklemmen der Umsetzer geschaltet ist.

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15. Schwingkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen die zweite Vorspannklemme des Umsetzers der letzten Stufe und die zweite Stromquellenklemme geschaltet ist.

16. Schwingkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorspannklemmen der Umsetzer zusammengeschaltet sind und daß die Konstantstromquelleneinrichtung mindestens zwei Konstantstromquellen aufweist, die zwischen die zweite Stromquellenklemme und die zweiten Vorspannklemmen mindestens der letzten beiden Umsetzerstufen der ungeraden Zahl von Umsetzern geschaltet sind.

17. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der CR-Oszillatorteil zwei in Reihe geschaltete Umsetzer aufweist, daß das Widerstandselement zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme des Umsetzers der dem Widerstandselement vorgeschalteten Stufe eingeschaltet ist und daß es kapazitive Element zwischen die Ausgangsklemme des Umsetzers der (ihm) nachgeschalteten Stufe und die Eingangsklemme des Umsetzers der (ihm) vorgeschalteten Stufe eingeschaltet ist.

18. Schwingkreis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Vorspann(ungs)klemmen der Umsetzer zusammengeschaltet sind und ihre zweiten Vorspannklemmen ebenfalls zusammengeschaltet sind.

19. Schwingkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen eine

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erste Stromquellenkleinine und die ersten Vorspannklemmen der Umsetzer geschaltet ist.

20. Schwingkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelleneinrichtung zwischen eine zweite Stromquellenklemme und die zweiten Vorspannklemmen der Umsetzer geschaltet ist.

21. Schwingkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellenformschaltung an die Ausgangsklemme des CR-Oszillatorteils angeschlossen ist.

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