JPS586606A - 低電力基準パルス発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低消費電力の基準パルス発生回路に関するも
のである。

電子時計等に於いて、水晶振動子を基準信号にしたパル
ス発生回路では、水晶発振回路とその出力を分周する分
周回路で消費される電力を極力小さくする事が要求され
る。従来、消費電力低減の方法として、第１に発振回路
としては１．低消費電力化の為に様々な回路方式の検討
がなされて来たが、それらは全て発振とは本質的に関係
の無い貫通電流を下げる為の回路方式及び設計定数の検
討であった。第２に分周回路に於いては、ＭＯ８構造の
微細化が進められ、更にダイナミック分周のような回路
方式の検討も進められて現在に到っている。上記の従来
方式は、電子時計を例にとると、使用される電池の電圧
をそのまま基準パルス発生回路に使用する事を前提とし
て検討されたものであるが、消費電流は、（１）式に示
す関係が成立する為に使用電圧を下げる事が、次の低消
費電力化の方法である。

ｘｚｔｃｖ　　・・・・・・・・・・・・・・・　（１
）ここで、工は消費電流、ｆは使用周波数、Ｃは負荷容
量、■は使用電圧を表わす。

従来は、使用電圧Ｖを下げる方式として、使用電圧Ｖを
利用してそれより低い電圧Ｖ′を作り出し、それを基準
パルス発生回路の発振部分と分周部分に使用する方法が
とられて来た。

第１図に、従来方式の構成を示す。電源１とその一端６
と７に、接続された基準電圧回路２と基準電圧回路２の
電圧発生端９と電源１の一端６に接続された水晶発振回
路５と分周回路４と分局回路４の出力１１ｔ−受けて発
振開始したかどうかを判定する判定回路５から構成され
る。

第２図に水晶発振回路例を示すが、一般に水晶発振回路
は、発振開始する為に必要な電圧ＶｍｍムＲ？と発振を
維持する為に必要な電圧７ｓｔｏνの間には（２）式の
関係が取立する。

Ｖ　５ｔａｒｔ　＞　Ｖ　５ｔｏｐ　　………、、、　
、、、　　（２）従って、従来の電圧を制御して低電力
化を計る方式では、最適な電圧で長時間基準パルス発生
回−を駆動する為に、７５ｔａｒｔ　　より高い電圧Ｖ
Ｄ雪と７５ｔａｒｔ　　とＶ　５ｔｏ）の間の電圧ＶＤ
Ｉの２種類を作り発振開始の為には７Ｄ１をかけて発振
させ、正常１発振になったらｖＤｌにより駆動する方式
を取らざるを得ない。電圧をｖ！１１からＶ−へ、又ｖ
！１ｍからｖＤｌへと切り換える為に、発振が正常にな
ったか発振が止まったかを判定する判定回路５が必要に
なる。発振回路は、停止から正常発振の間まで何通りか
の段階を経て変化する為と、その中間段階が外部ノイズ
によるものとの判別がつきづらい事から、判定回路５を
正確に動かす事が極めて困難である。ノイズによる分周
回路４の出力１１を正常なものと判定した場合は、判定
回路５の出力が基準電圧回路２を制御して発振開始に必
要な電圧ＶＤＩから発振開始はしないが維持する為に″
は充分な電圧ｖ！＋１に切り換えてしまう為、正常発振
していないにも拘らず電圧が下げられるので発振開始が
出来ない事になってしまう、このように２閉ループの制
御をする場合は、制御回路の判定が正しくなされる事が
絶対条件になるが、基準パルス発生回路に於いては、判
定回路が誤判定をする確率が高いので、極めて危険な方
法と言わざるを得ない。本発明は、従来の１圧制御力式
の欠点である発振回路が発振したかどうかを判定する回
路が必要でない為に、設計、製造、信頼性、全ての面で
従来方式に勝るものである。

第５図は、本発明の構成を示すものである。電源２９の
両端に定電圧源２０を接続し、その出力２７により電流
制限素子２１の電流を制限し、電源の一端２８に電流制
限素子２１を接続し、分周回路２３と発振回路２２の電
源の交点２４と電流制限素子２１の他端とを接続し、発
振回路２２と分周回路２５の他の電源は、電源２９の他
端２６に１１１＋絖して構成される。なお電流制限素子
２１はＭＯ８νＫＴなどで作られる。第５１′の構成に
於いて、発振回路２２を第２図に示すＰチャンネルＭＯ
Ｂ）ランジスタとＮチャネルＭＯ８）ランジスタを互い
に直列に、接続してなる相補型ＭＯ８インバータで構成
するとして第３図の動作を説明する。

＄４図に示すＰチャネルＭＯ日トランジスタのスレッシ
ョールドを圧ｖ費とｎチャネルＭＯ８トランジスタのス
レッショールド電圧Ｖテｗ　Ｋ　ＰチャネルＭＯ８）ラ
ンジスタ１２とＮチャネルＭＯ８トランジスタ１５が両
方ＯＮＫなる電圧Ｖ・が加わった電圧ｖ！１３が、第３
図の電源ライン２６°と交点２４間に加わる事が、発振
開始時に於いては必要になる。

発振開始時点の電圧ｖ！１１を（３）式で表わす。

Ｖｍｍ　　≧　ｌＶテ’ｌ＋ｖｔ璽＋Ｖ・　　・・・・
・・・・・（３）発振を開始してしまうと、（３）式の
関係は（４）式の関係になる。発振を維持する為の電圧
を’Ｖｌｌとすると、 ７１１≧７Ｊ≧１ｖｙｙｌ＋Ｖ１ｍ　　””（４）第５
図に、第５図の電流制限素子２１をＭＯ８７Ｉ？で構成
する場合のＭＯ８Ｆ１１：’ｒのソースドレイン間電圧
ｖ１１−とドレイン電流工ｐの関係を示す。第３図の基
準電、圧回路２０からの出力２７の電圧をＶ６とすると
、第Ｓ図はその時のソースドレイン間電圧ｙｎｓとドレ
イン電流工ｐの関係を表わす事になる。第３図の電源２
９０両端２６　、２８にかかる電源電圧をＶＤＤとする
と、電源の−亀２６と交点２４にかかる電圧ＶＤと、電
源電圧ｖｐｐの差の電圧がＭＯ８７ＩＣＴの飽和ソース
ドレイン間マ圧ｖ１以上の場合は、電流ＩＤは一定値Ｉ
Ｄ！なる電流が流れ、それ以下の場合は、ソースドレイ
ン間電圧ｖ８の減少と共に減少するより！なる電流が流
れる。

ＶＤＤ−ＶＤ≧Ｖ−の場合はエカ＝工ｐ電　一定値ｖｎ
ｎ−ｖｎ≦ｖｓ　　　’　　Ｉｎ　＝　Ｉ−可変値第３
図に於いて発振開始時点を考えると、分周回路は動作し
てい力いのでその時の分周回路の消費電流な工’ｎｔマ
とすると、その値は極めて少ない。

その為、電流制限素子に流れる電流の最大値の１Ｊのほ
とんどを発振回路が使える事になる。発振開始時点の発
振回路の電流を１’ｏＨとすると、工！’ｔ　：　Ｉ’
　ｏＩａなる関係が成立する。発振開始に必要な電圧が
、第５図に゛示す電源電圧ｖ！ＬＤと、ＭＯ８電流制限
素子の飽和ソースドレイン電圧Ｖ−の差□より大きな電
圧が必要になる場合は、第３図の電源の一端２６と交点
２４Ｋかかる電圧ＶＤが自動的に高くなり、発振開始に
必要な電圧７１．になる。

この時、電流制限素子２１に流れる電流は、　ＶＤの増
加と共に少なくなる。

発振開始の条件としては、第２図の回路を使う場合には
、印加電圧が条件を満足する事が第一条件になる。第二
条件としては、発振開始に必要な電流が条件を満足する
事が条件となるので、発振回路２２と分周回路２ｓにか
かる電圧ｖＤは、上記の２条件を満足する電力積（６）
式の点まで、電圧Ｖ）が増加し、電流制限素子の電流Ｉ
ｎが減少する。Ｋを発振開始に必要な電力積とすると、
ｖｌ）・エカ；≧＝Ｋ・・・・−拳・・・・・・・・＠
（６）が成立するところまで、自動的にバイアスが変化
する。

発振開始に必要な電圧が、電源電圧７！ＩＤと電流制限
素子のソースドレイン間電圧Ｖ−との差以下の電圧の場
合は、電流制限素子の飽和電流ＩＸＩｔを発振開始電流
ｚ’ｏａｏと分周回路の電流工′Ｄ１マで分ける事にな
り、（７）式が成立する。

工１）ｔ　＝　Ｉ’ｏｓｏ−）−１’ｌｌｖ　　”””
”（７）以上から、発振が正常に開始すると、分周に必
要な電流１’Ｄｌマが増加して発振回路の電流Ｉ’Ｏ！
１０が減少して、それぞれ発振維持時の発振開始電流工
ｏｓａ　　と正常発振時の分周回路の電流エル１マ　に
なり、その和は変化しないの−ｔ−１（８）　＃　（９
）　ＩａＱ式の関係が成り立つ。

工ｎｔマ〉ｌＩＤ１マ…………参拳φ自・１＋拳優拳−
拳（８）ｘｏｍａ＜ｘ’ｏｍｏ　　…・・・………ｌ−
……（９）エカ１＝工ｏｓｏ−）よりｔマ＝Ｉ’ｏｓａ
＋Ｉ’ｐｔマ…（７）これらの動作は、電流制限素子２
１により供給される電流を分局回路２３と発振回路２２
の両方で配分する構成である為、発振開始時点と安定発
振時点で必要な電流の比率が、発振回路と分周回路でそ
れぞれ異なる事ｔ、積極的に利用している。

又、電圧を制御する方式でないので、発振回路と分周回
路に印加される電圧が自動的に可変されて、最適が電圧
で駆動出来る為に、電圧制御の方式のように発振開始し
たかどうかを判定する回路が必要でなくなり、開ループ
での動作となる。従って一度安定な動作条件が設定され
ると、安定動作を持続する事が可能になる０本実施例に
於いては、発振回路を第２図の相補型Ｍｏｌインバータ
方式で説明したが、この方式Ｋ１１１％定されない事は
明らかである。それは水晶を発振開始させる場合は、発
振を維持する場合より必らず大きなエネルギーを必要と
するという原理に基づくもので、他の方式に於いてもこ
の原理は成立する。

以上、本発明の詳細な説明して米たが、本発明を電子時
計等の低消費電力基準パルス発生回路に応用する事によ
り、従来の電源電圧をそのｔまかける方式では達成小米
なかった、低消費電力の特性を達成している。電子時計
に於いては、５２ＫＨｇの水晶振動子を使い、消費電流
が酸化銀電池のｔｓ：ｚｖを使用して、従来の電源電圧
’Ｌ５Ｙをそのｉｔかける方式で１３１１人が最低値で
あったが、本発明の方式を採用する事により、α１５μ
ムが可能になった。又、本方式は、基準パルス発生回路
を使用する上で従来方式の電源電圧をそのｔまかける方
式のものと、全く同じように扱う事が可能で、低消費電
力化した為に不利になる点が全くない事が大きな特徴と
言える。一方、先に述べた電圧制御方式のものでは、同
じ消費電力が得られたとしても、基準パルス発生回路を
テストしたり、使用し次すする上で、電源電圧をそのま
まかける従来方式のものに比較して配慮する点が多く、
全く同様ＶｃＦｉ扱先ない点が大きな欠点である。本発
明を採用する事により、従来の電源電圧をそのｔまかけ
る方式の持つ電気特性、使用上の使い良さ、製造上の歩
留り等、全ての特性項目を悪くする事なしに、消費電流
のみを画期的に低減する事が可能になった。本発明は、
今後の電子装置の電源の長寿命化に寄与する効果は多大
なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の電圧制御方式の基準パルス発生回路の
構成を示す図である。第２図は、発振回路３，２２の実
施例の一例を示す回路図である。 ＠３図は、本発明の基準パルス発生回路の構成管示す図
である。第４図は、第２図の方式の水晶発振回路の入力
と出力の電圧の関係を示す図である。 レイン間電圧ｙｎｓとドレイン電流りとの関係を示す図
である。 １．２９・・・・・・電　源 ２　・・・・・・・・・・・・定電圧発生回路２０・　
・・・・・・・・・基準電圧発生回路３．２２・・・・
・・発振回路 ４．２Ｓ・・・・・・分局回路 ２１　・・・・・・・・・電流制限素子５　・・・・・
・・・・・・・発振判定回路１２　・・・・・・・・・
ＰチャネルＭｏｌ！）ランジスタ１５　・・・・・・・
・・Ｎチャネル）［０日トランジスタ１４　・・・・・
・・・・水晶振動子 １５．１４・・・・・・コンデンサー １７　・・・・・・・・・動作点を決める為の抵抗１８
　・・・・・・・・・水晶発振囲路の出力１９　・・・
・・・・・・　　　Ｉ　　　入力Ｔａ１ｌ　　・・・・
・・・・・水晶発振囲路の入力電圧ｙ　ｏｕｔ　　・・
・・・・・・・　　　Ｉ　　　出力電圧Ｖ！ν　・・・
……　　　Ｉ　　のＰチャネルＭＯ８トランジスタ１２
のスレッシヨー ルド電圧 ｙ’ｒｗ　　・・・・・・・・・水晶発振回路のＮチャ
ネルＭｏｅトランジスタ１！ｓのスレッショー ルド電圧 ｖｏ　・・・・・・・・・発振開始の為に必要な電圧Ｖ
１ｇ　　・・・・・・・・・電流制限素子２１０Ｍ０８
）ランジスタのソースドレイン間電圧 ＩＤ　　・・・・・・・・・電流制限素子２１０Ｍ０Ｅ
Ｉ）ランジスタのドレイン電流 ＶＧ　　・・・・・・・・・電流制限素子２１のＭｏ１
）ランジスタのゲート電圧 Ｖ！ＩＤ　　・・・・・・・・・電源２９と１の電圧’
ＶＢ％　　・・・・・・・・・発振を維持する為に必要
な発振回路の印加電圧 ■！１−　・・・・・・・・・発振を開始する為に必要
な発振回路の印加電圧 ｖｌ　・・・・・・・・・電流制限素子２１のドレイン
電流が飽和する点のソースドレイン間 電圧 ＩＤ１　・・・・・・・・・電流制限素子２１のドレイ
ン電流の飽和値 工ｐ禦　　・・・・・・・・・電流制限素子２１のドレ
イン電流が発振回路に印加する電圧が高く なって飽和電流より１以下になった 時の電流 以上 出願人　株式会社第二精工舎 代理人　弁理士　最上　　務 第３ｒ！Ａ 昂 ＠４図 ＯＵＴ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　電流制限素子と水晶発振回路と分周回路と基
   準電圧発生回路からなり、水晶発振回路と直列に接続し
   た電流制限素子と分周回路に直列に接続した電流制限素
   子により、消費する電力を制限した事ｔ−ａｍとする基
   準パルス発生回路。
2. （２）上記電流制限素子と分局回路と水晶発振回路を同
   一の電流制限素子により駆動するように構成した事を特
   徴とする特許−求の範囲第１項記載の基準パルス発生回
   路。
3. （３）　　上記電流制限素子をＭＯ８Ｆ１１！Ｔにより
   構成した事１ＦｒＩＦ＃徴とする特許請求の範囲第１項
   ｔｆｃは第２項記載の基準パルス発生回路。