DE68922036T2

DE68922036T2 - CMOS-Umsetzungsschaltung mit geringem Strom.

Info

Publication number: DE68922036T2
Application number: DE68922036T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Edwin Connell; Gregg Richard Lichtscheidl
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: CTS Corp
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2009-07-11
Also published as: WO1990001833A1; CA1304138C; EP0353492A2; US4982108A; MX167546B; EP0353492A3; DE68922036D1; IE891935L; EP0353492B1; ATE120907T1; IE67869B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfing betrifft integrierte komplementäre Metalloxid- Halbleiterschaltungen (CMOS) für Niedrigstrom-Signalpegelumsetzungsanwendungen im allgemeinen. Im besonderen ist die vorliegende Erfindung auf Umsetzerschaltungsanordnungen gerichtet, die nüztlich sind, um ein Rechteckwellen-Ausgangssignal mit bei behaltenem Tastverhältnis sowohl für ein rechteckförmiges als auch ein sinusförmiges Eingangssignal zu erzeugen. Diese Schaltungen sind besonders vorteilhaft, wenn ein in einer Niedrigstrom-Umkehrstufe erzeugtes Sinussignal umgesetzt wird.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Eine Signalpegelumsetzung wird allgemein als ein Verschieben eines gegebenen Signals mit einer festgesetzten Spitze-Spitze-Signalamplitude auf eine andere, abweichende Spitze-Spitze-Signalamplitude definiert. Für die meisten Digitalanwendungen wird ein Rechteckwellen-Ausgangssignal gewünscht, auch wenn das Eingangssignal als Rechteckwelle oder Sinuswelle vorliegen kann. Das Rechteckwellen-Ausgangssignal ist für die Rausch-Unempfindlichkeit und für die Verbindung mit anderen Digitalschaltungen erwünscht, die normalerweise in Funk- und Computerschaltkreisen vorgefunden werden.
Verschiedene Versuche sind unternommen worden, um geeignete Umsetzer zur Verfügung zu stellen, aber diese Umsetzer haben sich bei einer oder mehreren der folgenden Betriebseigenschaften, die hohen Stromverbrauch, schlechte Bewahrung des Tastverhältnisses und mangelhafte Rausch-Unempfindlichkeit einschließen, als ernsthaft unzulänglich erwiesen.
Eine bekannte Art von Umsetzer beruht auf einer Umkehrstufe, die aus einem komplementären Bauteilpaar besteht, das über einen Gleichstrom- Sperrkondensator mit einem Eingangssignal verbunden ist. Diese Umkehrstufe wird von einer Spannungsquelle versorgt und umfaßt einen Widerstand, der zwischen den Eingang und den Ausgang geschaltet ist. Eine solche Umsetzeranordnung betreibt die zwei Bauteile als eine A-Stufe und leidet unter einem sehr hohen Stromverbrauch. Die Eingangsspannung ist typischerweise um einige Volt kleiner als die Versorgungsspannung, und folglich werden beide Bauteile immer eingeschaltet sein und einen großen Strom verbrauchen.
Es besteht folglich ein Bedarf an einem Niedrigstrom-Umsetzer zur Verwendung mit einem hochfrequenten (10-20 MHz) Sinus- oder Rechteckwellen-Eingangssignal, der ein Ausgangssignal zur Verfügung stellt, das ein genaues Tastverhältnis bei geringem Rauschen beibehält.
Eine Niedrigstrom-Umkehrschaltung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1, ist aus der EP-Patentanmeldung Nr. EP-A-0255168 bekannt, die einen CMOST-Eingangspuffer für Eingangssignale mit TTL-Pegel offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Niedrigstrom-Umsetzereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die die obigen Mängel überwindet.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Niedrigstrom-Umsetzereinrichtung der vorangehenden Art zur Verfügung zu stellen, die auch leicht mit einem Niedrigstrom-Inverter verwendbar ist, um eine direkt gekoppelte Umsetzereinrichtung bereitzsutellen, bei der das Rechteckwellen-Ausgangssignal ein genaues Tastverhältnis bei geringem Rauschen bei behält, auch wenn das Eingangssignal sinusförmig ist.
Erfindungsgemäß wird ein Niedrigstrom-Umsetzer zur Verfügung gestellt, der ein Rechteckwellen-Eingangssignal mit einem ersten Spannungsbereich in ein umgesetztes Rechteckwellen-Ausgangssignal mit einem zweiten Spannungsbereich unter Beibehaltung eines mit dem Eingangssignal verbundenen Tastverhältnisses umsetzt und der umfaßt:
wenigstens einen CMOS-Inverter, der ein Ausgangssignal mit dem zweiten Spannungsbereich, das eine invertierte und umgesetzte Version des daran angelegten Rechteckwellen-Eingangssignals mit dem ersten Spannungsbereich darstellt;
eine Stromversorgungseinrichtung, die den wenigstens einen CMOS-Inverter an einem Versorgungsknoten mit einem im wesentlichen konstanten Strom versorgt, und
wenigstens eine Kondensatoreinrichtung, die an dem Versorgungsknoten sowohl mit dem wenigstens einen CMOS-Inverter als auch mit der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, um eine Versorgungsspannung für den wenigstens einen CMOS-Inverter speichert und entwickelt, wobei der Niedrigstrom-Umsetzer gekennzeichnet ist durch:
wenigstens eine Spannungsklemmschaltung, die sowohl mit dem wenigstens einen CMOS-Inverter und der wenigstens einen Kondensatoreinrichtung parallel geschaltet ist als auch mit einer zweiten Versorgungsspannung verbunden ist und die Versorgungsspannung für den wenigstens einen CMOS- Inverter auf eine obere Grenze klemmt, wodurch das Ausgangssignal auf den zweiten Spannungsbereich geklemmt wird, der durch die zweite Versorgungsspannung begrenzt wird, um das mit dem Eingangssignal verbundene Tastverhältnis zu bewahren.
Bei einer anderen Ausführung wird eine Rechteckformungsstufe zwischen den Niedrigstrom-Inverter und einen Niedrigstrom-Umsetzer geschaltet, der eine oder mehr Invertierungsstufen umfaßt. Diese Anordnung ist in der Lage, ein Ausgangssignal zu erzielen, das ein genaues Tastverhältnis mit geringem Rauschen bebehält, während ein sehr niedriger Strom gezogen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer Niedrigstrom-Inverterstufe, die benutzt wird, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben.
Fig. 2 zeigt verschiedene Stöme und Spannungen, die an den bezeichneten Punkten basierend auf der Eingangssignalspannung Vin erzeugt werden.
Fig. 3 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen direkt gekoppelten Niedrigstrom-Umsetzerschaltung, die zum Umsetzen einer Rechteckwelle von einem ersten Spannungsbereich in einen höheren, zweiten Spannungsbereich am Ausgang nützlich ist.
Fig. 4 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzerschaltung, die nützlich ist, um ein intern erzeugtes sinusförmiges Signal in ein Rechteck umzuformen und dann in ein Rechteckwellen-Ausgangssignal umzusetzen, während ein mit ihm verbundenes Tastverhältnis beibehalten wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Fig. 1 zeigt bei 100 ein vereinfachtes Schaltbild eines Niedrigstrom-Inverters, der in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie gezeigt, umfaßt der Inverter eine Umkehrstufe (102), eine Stromversorgung (104) und einen Kondensator (106).
Die Umkehrstufe (102) umfaßt ein Paar komplementärer Metalloxid-Halbleiterelemente (CMOS) (108, 109). Das Element (108) ist ein P-Kanal- Element, während das Element (109) ein N-Kanal-Element ist. Wie gezelgt, wird der Ausgang von 110 entnommen, und der Eingang wird an 112 angelegt.
Die Stromversorgung (104) umfaßt wenigstens eine Konstantstromsenke (oder Quelle) (114) und kann weitere Elemente (116, 118) enthalten, die als Stromspiegel wirken, um schließlich den Versorgungsknoten (105) zu speisen. Der Kondensator (106) umfaßt einen Kondensator von etwa 5 pF, wie durch C1 (bezeichnet 120) dargestellt.
Diese Umkehrstufe (100) ist entweder zur Spannungsumsetzung oder, wie später in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wird, für eine Umkehrverstärkungsstufe nützlich, um eine Last zu treiben, während ein Sinussignal erzeugt wird, wenn sie mit einem äußeren Quarz (in Fig. 1 nicht gezeigt) verbunden wird.
Fig. 2 zeigt bei A, B, C, D verschiedene Ströme und Spannungen, die an verschiedenen bezeichneten Punkten basierend auf einer fast rechteckigen Eingangsignalspannung Vin entwickelt werden. Die Schaltung besitzt drei Zustände, die sie während jedes Zyklusses annimmt.
Während des ersten Zustandes zwischen t1-t2 ist das Eingangssignal tief, und das Element 108 ist EIN, während das Element 109 AUS ist. Die Spannung am Knoten 110 ist etwa gleich der Spannung Vcap (dargestellt durch Wellenform A), die am Knoten 105 erscheint. Der Kondensator (106) wird zusammen mit der Lastkapazität CL (121) durch das Stromquellenelement (118) aufgeladen, so daß die Versorgungsspannung am Versorgungsknoten 105 mit einer Rate von etwa I/C1 ansteigt, worin C1»CL und I der Versorgungs- oder Vorspannungsstrom von der Stromversorgung (104) ist.
Während des zweiten Zustandes zwischen t2-t4 geht das Eingangssignal hoch, wodurch das Element 109 leitet. Das Element 108 wird weiterhin leiten, wenn der Vorspannungsstrom I größer als Iopt gewählt wird, wo:
Iopt=CL*(Vinmax+Vt[108]*fo
und CL = die Lastkapazität,
Vinmax = die maximale Eingangsspannung,
Vt[108] = die P-Kanal-Schwellenspanng für das Element 108 und
fo = die Betriebsfrequenz
Für kleinere oder gleiche Stromwerte wird die Spannung Vcap am Knoten 105 etwa
Vcap = I/(fo*CL) sein,
wo: I = der Strom aus der Stromquelle,
fo = die Betriebsfrequenz und
CL = die Lastkapazität.
Für Werte des Stromes I von größer als Iopt wird das Element 108 wirken, um die Spannungsverschiebung Vsh zu klemmen, gemäß der Gleichung:
Vsh = SQRT(I3/B] + Vt
wo: I3 = 2*(I-Iopt),
B = (W/L) (u*Cox/2),
mit: (W/L) = das Verhältnis Breite zu Länge des Elements 108
u = die Mobilität der P-Kanal-Träger,
Cox = die Oxidkapazität pro Flächeneinheit
Vt = die P-Kanal-Schwellenspannung.
Der dritte Zustand tritt während der Zeitdauer t4-t5 ein. Wenn das Eingangssignal tief geht, schaltet das Element 109 AUS, und das Element 108 schaltet ganz EIN, wodurch ein großer Momentanstrom vom Kondensator C1 fließen kann, um den Lastkondensator aufzuladen. Dies ist zu sehen, indem man feststellt, daß, wenn das Eingangssignal (dargestellt durch die Wellenform D) am Eingang 112 tief geschaltet wird, das Element 108 einen Spitzenstrom IM3 (dargestellt durch die Wellenform B) von etwa 90uA liefert. Da die Konstantstromquelle (104) nur etwa 10 uA liefert, liefert der Kondensator (106) den restlichen Strom (dargestellt durch die Wellenform C), um diesen Spitzenbedarf zu erfüllen. Sobald der Kondensator auf den Wert Vcap aufgeladen ist, beginnt der dreistufige Zyklus erneut.
Fig. 3 zeigt bei 300 einen Niedrigstrom-Umsetzer, der eine oder mehrere Umkehrstufen (302) umfaßt. Die Umkehrstufen (302) werden von einer Stromquelle (304) versorgt, und jede Stufe ist mit einem betreffenden aus einer Mehrzahl von Kondensatoren (306) verbunden. Die Spannungsklemmstufen (308) werden benutzt, um die an jedem der Kondensatoren (306) entwickelte Spannung zu klemmen, so daß eine vorhersagbare ober Grenze für jede Stufe errichtet wird, um das mit dem Eingangssignal verbundene Tastverhältnis zu bewahren. Die Spannungsklemmstufen (308) umfassen ein P-Kanal-Element (342A und 342B), um die obere Grenze der Spannung für jede der Stufen 102A bzw. 1028 bereitzustellen. Der Gate-Eingang von 342A ist mit einer Gleichspannung verbunden, die etwa gleich dem Maximalwert der an den Eingangsanschluß (318) angelegten Wellenform ist.
Da es die Hinzufügung der Spannungsklemmung jetzt erlaubt, daß der über Iopt hinausgehende Strom über einen ganzen Eingangszyklus, im Gegensatz zu einem halben Zyklus für die einfache Umkehrstufe (102), zerstreut wird, wird die Spannungsverschiebung pro Stufe gleich
Vsh' = SQRT(I3/2B) + Vt sein.
Das Glied B wird hier durch die Klemmeigenschaften bestimmt, und B kann nun ziemlich groß gemacht werden, ohne daß die Treiberstufe die Erhöhung und Belastung sieht. Indem ein großes W/L oder B für die Klemmung gewählt wird, kann Vsh' etwa auf Vt gesetzt werden.
Die Umkehrstufen (302) umfassen, wie gezeigt, komplementäre Paare 312- 313, 314-315. Obwohl diese zwei Paare der Stufe 102 von Fig. 1 gleichen, sind sie als 102A und 102B bezeichnet, um anzuzeigen, daß sie mit I betrieben werden, der etwas höher eingestellt ist als Iopt, so daß, ungeachet der Schwankungen des Eingangsignalpegels und der Fehlanpassung zwischen den Stufen, jede eine Pegelverschiebung hervorbringt, die einem P-Kanal-Schwellwert Vt, etwa 0.75 Volt, vergleichbar ist. Man beachte in diesem Beispiel, daß die Stufe 310 als eine Pufferstufe wirkt, wo das Eingangssignal am Eingangsanschluß (318) am Ausgangsanschluß (320) durch 102A und 102B bereits auf innerhalb einen P-Kanal-Schwellwert Vt der Ausgangsversorgungsspannung verschoben worden ist.
Die Stromversorgung (304) ist über die Steuerleitungen (324, 326, 328) programmierbar (322), um auf der Basis des Betriebsfrequenzbereichs von 10-20 MHz einen Strombetrag und eine Änderung im Bezugsstrom von 1-2.6 uA auszuwählen. Der Knoten 330 ist mit einer Bezugsspannung Vref verbunden. Der Strom wird dann über die Stromspiegel (334, 336, 338, 340A und 340B) mit den gezeigten Multiplikatoren gesplegelt, was 3-13.5 uA für 102A und 102B ergibt. Die Hochfrequenz-Spannungsumsetzung wird mit minimalem Strom durchgeführt, da der pro Stufe benötigte Strom im Grunde nur derjenige ist, der zum Aufladen einer kleinen Lastkapazität benötigt wird, die mit den minimal bemessenen Elementen verbunden ist, die in den Umkehrstufen benutzt werden.
Fig. 4 zeigt bei 400 ein Schaltbild einer Niedrigstrom-Oszillator- und Umsetzeranordnung, die die meisten Aspekte der vorliegenden Erfindung enthält, wenn sie mit einem externen Quarz (401) verbunden wird. Diese Anordnung umfaßt einen Niedrigstrom-Inverter (402), eine Rechteckformungsstufe (404) und einen Niedrigstrom-Umsetzer (406).
Der Niedrigstrom-Inverter (402) umfaßt eine Stromquelle, die programmierbar (104') ist, um eine Umkehrverstärkungsstufe (102) über einen Knoten (105) zu versorgen, der einen Kondensator (106) von etwa 15 pF, dargestellt durch Kondensator 405, besitzt.
Die Rechteckformungsstufe (404) umfaßt ein Paar rechteckformender Inverter (408, 410) und eine Versorgungspufferstufe (412), die die am Knoten 105 für den Niedrigstrom-Inverter entwickelte Spannung benutzt, um die Rechteckformungs-Inverter vorzuspannen. Die Rechteckformungs-Inverter bestehen aus komplementären Paaren (414-415 und 416-417), die am Knoten 418 mit dem Niedrigstrom-Inverter und am Knoten 410 mit dem Niedrigstrom- Umsetzer verbunden sind. Diese Stufen erzeugen eine Rechteckwelle, die schnelle Anstlegs- und Abfallzeiten vor der Pegelverschiebung in dem Niedrigstrom-Umsetzer (406) besitzt. Da die Rechteckformungs-Inverter DC-gekoppelt und gemäß Klasse AB vorgespannt sind, können der physikalische Gate-Bereich und das W/L-Verhältnis der in den Rechteckformungs-Invertern benutzten Elemente ziemlich groß gemacht werden, um einen rauscharmen Großsignalausgang bei einem sehr niedrigen Strom zu erzeugen. Bei 20MHz verbraucht die Rechteckformungsstufe (404) 40uA Da der Ausgang sehr schnelle Anstiegs- und Abfallzeiten besitzt, besitzt er eine niedrige Empfindlichkeit gegen Rauschen, und in den folgenden Spannungs-Umsetzerstufen können daher minimal bemessene stromeffiziente Elemente benutzt werden.
Die physikalische Größe des ersten Rechteckformungs-Inverters ist sehr wichtig, da sein Eingangssignalpegel bedeutend kleiner als der von jeder der folgenden Stufen ist. Der Ausgang des ersten Rechteckformungs- Inverters ist kein Teil der Resonanzschleife und wird daher nicht gefiltert, wogegen der Ausgang des Niedrigstrom-Inverters (402) gefiltert wird. Bei der bevorzugten Ausführung betragen die W/L-Verhältnisse der in dem ersten Rechteckformungs-Inverter verwendeten P- und N-Kanal-Elemente 105/3 bzw. 180/9.
Der Ausgang des Versorgungspuffers (412) ist an einem zweiten Versorgungsknoten (424) mit einem Kondensator (422) verbunden. Der Versorgungspuffer (412) umfaßt einen Spannungsfolger, z.B. einen Operationsverstärker, der wie gezeigt geschaltet ist und sicherstellt, daß die den Rechteckformungs-Invertern zugeführte Spannung etwa die gleiche ist wie die Spannung für den Niedrigstrom-Inverter.
Der Niedrigstrom-Umsetzer (406) umfaßt eine oder mehrere Umsetzerstufen (430, 432), die von einer gemeinsamen Quelle (434) vorgespannt werden, die den Strom in die Paare von komplementären Elementen, dargestellt bei 102A und 102B, programmiert.
Die durch 434 dargestellte Spannungsversorgung umfaßt eine programmierbare Stromquelle (440) und ein Lastelement (422), um die richtige Vorspannung an den Elementen 444A und 444B zu entwickeln, um den programmierten Strom in die Umsetzerstufen 430 und 432 zu spiegeln.
Der Kondensator (436A) ist eine integrierte Kapazität (445) von etwa 15 pF.
Die Spannungsklammer (438A) ist als ein P-Kanal-Element (446A) dargestellt, das die an seinem Eingangsknoten 448 vorhandene zweite Versorgungsspannung benutzt und an seinem Ausgangsknoten 450 eine obere Grenzspannung festsetzt.
Danach sind kaskadierte Umsetzerstufen, z.B. Stufe 432, wie dargestellt geschaltet, und umfassen ein Element 444B, das den in 434 programmierten Strom in die Umkehrstufe 102B, den Kondensator 436B und die Spannungsklammer 438B spiegelt. Jede dieser Stufe ist der Umsetzerstufe 430 ähnlich, obwohl die Versorgung (434) vorzugsweise auf einen Strom I elngestellt wird, der etwas größer als Iopt ist, um einen Bereich von Eingangssignalpegeln und eine Fehlanpassung zischen den Stufen einzuräumen, um eine Spannungsverschiebung von wenigstens Vt pro Stufe sicherzustellen.
Die Umsetzerstufen (430, 432) enthalten drei Schlüssel-Entwurfsüberlegungen, um die Bewahrung des Tastverhältnisses zu unterstützen, einschließlich:
1. In der Inverterstufe 102 wird das Verhältnis der Breiten der Elementengeometrie für die P-Kanal-Elemente gegenüber den N-Kanal-Elementen so gewählt, daß es kleiner ist als das typischerweise benutzte Verhältnis, um eine Schaltschwelle von der halben Umkehrstufen-Versorgungsspannung (VDD/2) zu erreichen, so daß die Schaltschwelle um einen gewünschten Betrag, etwa (1/2) einer P-Kanal-Schwellenspannung, nach unten geklemmt wird.
2. Die Anstiegs- und Abfallzeiten des Eingangssignals werden so schnell wie möglich gemacht (wie in den Rechteckformungs-Inverterstufen), bevor sein Pegel in dem Niedrigstrom-Umsetzer verschoben wird.
3. Wenn der Niedrigstrom-Umsetzer kaskadierte Umkehrstufen als Umsetzerstufen enthält, werden diese Stufen so ausgelegt, daß, sollte sich das Tastverhältnis in einer gegebenen Stufe schräg stellen, es sich durch die folgende Stufe im entgegengesetzten Sinn schräg stellen wird.
Auf diese Weise ist der Niedrigstrom-CMOS-Umsetzer, oder Pegelverschieber, imstande, ein Ausgangssignal mit genauem Tastverhältnis aufrechtzuerhalten.
Als Folge davon ist jede der obigen Anordnungen in der Lage, die Einschränkungen der bekannten Technik zu überwinden. Und, selbst wenn die obigen Ausführungen viele der beabsichtigten Vorteile vollständig offenbaren, es sich versteht, daß für die Fachleute in der Technik verschiedene, hierin nicht dargestellte Änderungen und Modifikationen ersichtlich sind.

Claims

1. Niedrigstrom-Umsetzer (300), der ein Rechteckwellen- Eingangssignal mit einem ersten Spannungsbereich in ein umgesetztes Rechteckwellen-Ausgangssignal mit einem zweiten Spannungsbereich unter Beibehaltung eines mit dem Eingangssignal verbundenen Impulsverhältnisses umsetzt und der umfaßt:

wenigstens einen CMOS-Inverter (120a), der ein Ausgangssignal mit dem zweiten Spannungsbereich erzeugt, das eine invertierte und umgesetzte Version des daran angelegten Rechteckwellen-Eingangssignals mit dem ersten Spannungsbereich darstellt;

eine Stromversorgungseinrichtung (304), die den wenigstens einen CMOS-Inverter (102a) an einem Versorgungsknoten mit einem im wesentlichen konstanten Strom versorgt; und

wenigstens eine Kondensatoreinrichtung (106a), die an dem Versorgungsknoten mit dem wenigstens einen CMOS-Inverter (102a) verbunden ist, sowie mit der Stromversorgungseinrichtung (304), die eine Versorgungsspannung für den wenigstens einen CMOS-Inverter speichert und erzeugt, wobei der Niedrigstrom-Umsetzer gekennzeichnet ist durch:

wenigstens eine Spannungsklemmschaltung (342A), die parallel mit dem wenigstens einen CMOS-Inverter (102A) und mit der wenigstens einen Kondensatoreinrichtung (106A) verbunden ist, und die ebenfalls an eine zweite Versorgungsspannung angeschlossen ist und die Versorgungsspannung für den wenigstens einen CMOS-Inverter auf eine obere Grenze beschränkt, wodurch das Ausgangssignal auf den zweiten Spannungsbereich beschränkt wird, der durch die zweite Versorgungsspannung begrenzt wird, um das mit dem Eingangssignal verbundene Impulsverhältnis beizubehalten.

2. Niedrigstrom-Umsetzer nach Anspruch 1, der umfaßt:

eine in Kaskade geschaltete Vielzahl von CMQS-Invertern (102A, 102B), die jeweils ein Ausgangssignal erzeugen, das eine invertierte und umgesetzte Version eines daran angelegten Eingangssignals darstellt; und

eine Vielzahl von Kondensatoreinrichtungen (106A, 106B), die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von CMOS-Invertern verbunden sind.

3. Niedrigstrom-Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromversorgungseinrichtung eine programmierbare Stromquelle (304) umfaßt, die einen Strompegel zwischen 30 und 300 Mikroampere erzeugt, wobei sie eine Vielzahl von gleichgroßen programmierbaren Schritten nutzt, wenn sie bei 10-20MHz arbeitet.

4. Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzereinrichtung (400) zum Rechteckformen und anschließenden Umsetzen eines intern erzeugten sinusförmigen Signals, um ein umgesetztes Rechteckwellen-Ausgangssignal zu erzeugen, die umfaßt:

eine Niedrigstrom-Invertiereinrichtung (402), die eine Invertier-Verstärkungsstufe (102) umfaßt, die ein sinusförmiges Signal erzeugt, eine erste Stromversorgungseinrichtung (104'), die mit der Invertier-Verstärkungsstufe (102) und einer ersten Kondensatoreinrichtung (106) verbunden ist und an einem Knoten (105) eine erste Versorgungsspannung erzeugt; Rechteckformungseinrichtung (404), die mit der Niedrigstrom-Invertiereinrichtung verbunden ist und einen ersten internen Versorgungsknoten (424) aufweist, der mit dem Knoten (105) verbunden ist und mit einer zweiten Kondensatoreinrichtung (422) verbunden ist, um die Rechteckformungseinrichtung mit der an dem Knoten (105) erzeugten Spannung zu versorgen, wobei die Rechteckformungseinrichtung (404) das sinusförmige Signal zu einem Rechteck formt, um ein Rechteckwellen-Signal zu erzeugen, das ein genaues Impulsverhältnis bei geringem Rauschen aufweist; und

einen Niedrigstrom-Umsetzer (406) nach Anspruch 1, 2 oder 3, der das Rechteckwellensignal, das ihm zugeführt wird, umsetzt und so ein umgesetztes Rechteckwellen-Ausgangssignal erzeugt, um ein genaues Impulsverhältnis bei geringem Rauschen beizubehalten.

5. Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzereinrichtung (400) nach Anspruch 4, wobei die Niedrigstrom-Invertiereinrichtung (402) mit einem Kristall (401) verbunden ist.

6. Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die erste Kondensatoreinrichtung (106) einen Kondensator (405) von 15 Pikofarad umfaßt.

7. Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzereinrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die erste Stromversorgungseinrichtung (104') eine programmierbare Stromquelle (403) umfaßt.

8. Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzereinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Rechteckformungseinrichtung (404) umfaßt: einen ersten Rechteckformungsinverter (408), der das sinusförmige Signal in Rechteckform bringt, um ein Zwischensignal zu erzeugen;

einen zweiten Rechteckformungsinverter (410), der mit dem ersten Rechteckformungsinverter verbunden ist und das Zwischensignal in Rechteckform bringt, um ein Rechteckwellen-Ausgangssignal zu erzeugen; und

eine Versorgungspuffereinrichtung (412), die mit den Knoten (105) der Niedrigstrom-Invertiereinrichtung verbunden ist und den ersten internen Versorgungsknoten (424) der Rechteckformungseinrichtung, der mit dem ersten und dem zweiten Rechteckformungsinverter verbunden ist, mit einer gepufferten Versorgungsspannung versorgt.

9. Niedrigstrom-Rechteckformungs-Umsetzereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Versorgungspuffereinrichtung einen Spannungsfolger (426) umfaßt.