SU1453378A1

SU1453378A1 - Supply voltage stabilizer for integrated watch circuit

Info

Publication number: SU1453378A1
Application number: SU874266205A
Authority: SU
Inventors: Борис Савельевич Брискин; Владимир Яковлевич Синдаловский; Григорий Иойликович Черницкий
Original assignee: Ленинградское Научно-Производственное Объединение "Электронмаш"
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1989-01-23

Abstract

Изобретение относитс к стабилизированным источникам питани и может быть использовано дл создани автономных наручных часов. Цель изобретени - расширение области устойчивой работы, обеспечение самозапуска и упрощение технологии изготовлени . Цель достигаетс тем, что повьппение потенциала на стоке транзистора 14 приводит к быстрому подзар ду конденсатора 11. Транзистор 10 подзапирает- с ,что приводит к уменьшению амплитуды выходного сигнала кварцевого генератора. Это в свою очередь вызывает приоткрывание транзисторов 10 и 14, При этом, если в силу воздействи дестабилизирующих факторов произойдет изменение амплитуды выходного сигнала кварцевого генератора, то это приведет к изменению запирающего напр жени на затворе транзистора 10 и В результате амплитуда выходного сигнала генератора останетс неизмен- . ной. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. S (ЛThe invention relates to stabilized power sources and can be used to create autonomous watches. The purpose of the invention is to expand the area of stable operation, ensure self-starting and simplify the manufacturing technology. The goal is achieved in that the potential rise in the drain of the transistor 14 leads to a fast charge of the capacitor 11. The transistor 10 is blocked up, which leads to a decrease in the amplitude of the output signal of the quartz oscillator. This in turn causes the transistors 10 and 14 to open up. Moreover, if due to the effect of destabilizing factors the amplitude of the output signal of the crystal oscillator changes, this will lead to a change in the blocking voltage at the gate of the transistor 10 and the amplitude of the output signal of the generator will remain unchanged. . Noah. 2 hp f-ly, 3 ill. S (l

Description

42ь С7142b C71

СО 00CO 00

||

0000

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл создани автономных наручных часов на КНОП-транзисторах с пониженным потреблением энергии от батареи .The invention relates to electrical engineering and can be used to create autonomous wristwatches on KNOP transistors with reduced battery consumption.

Целью изобретени вл етс расширение области устойчивой работы, обеспечение самозапуска и упрощение технологии изготовлени .The aim of the invention is to expand the area of stable operation, to ensure self-starting and to simplify the manufacturing technology.

На фиг. 1 показана принципиальна схема устройства; на фиг. 2 - принципиальна схема стабилизатора с резисторами , выполненными в виде п-ка- нальных транзисторов, на фиг. 3 - принципиальна схема стабилизатора с п-канальными транзисторами, включенными по схеме токового зеркала.FIG. 1 is a schematic diagram of the device; in fig. 2 is a schematic diagram of a stabilizer with resistors made in the form of n-channel transistors; FIG. 3 is a schematic diagram of a stabilizer with p-channel transistors included in the current mirror circuit.

Стабилизатор напр жени питани часовой интегральной схемы (фиг.1) состоит из кварцевого генератора, содержащего п- и р-канальные транзисторы 1 и 2, подстроечный конденсатор 3, резистор 4 обратной св зи, кварцевый резонатор 5, выход 6 кварцевого генератора, блокирующий конденсатор 7, фазосдвигающий конденсатор 8, а также из детектирующего диода 9, регулирующего п-канального транзистора 10 с первым интегрирующим конденсатором 11 и нагрузочным резистором 12, диода 13 утечки, усилительного р-канального транзистора 14, резистора 15 смещени и второго интегрирующего конденсатора 16, шины 17 стабилизированного питани , общей шины 18 и шины 19 питани .The power supply voltage regulator of the clock integrated circuit (Fig. 1) consists of a crystal oscillator containing p- and p-channel transistors 1 and 2, a trimming capacitor 3, a feedback resistor 4, a crystal oscillator 5, an output 6 of the crystal oscillator blocking the capacitor 7, a phase-shifting capacitor 8, as well as from a detecting diode 9, regulating an n-channel transistor 10 with a first integrating capacitor 11 and a load resistor 12, a diode 13 of a leak, an amplifying p-channel transistor 14, a bias resistor 15 and a second About an integrating capacitor 16, a stabilized power bus 17, a common bus 18 and a power bus 19.

К выходу 6 кварцевого генератора подключен анод детектирующего диода 9, катод которого подключен к затвору р-канального транзистора 14 и к первым выводам второго интегрирующего конденсатора 16 и резистора 15 смещени , вторые выводы которых подключены к шине 19 питани . Сток усилительного р-канального транзистора 14 подключен к первому выводу нагрузочного резистора 12 и к катоду диода 13 утечки, а исток - к общей шине 18. Регулирующий п-канальный транзистор 10, сток и исток которого подключены к шине 17 стабилизированного питани и шине 19 питани соответственно , а затвор подключен к аноду диода 13 и первому интегрирующему конденсатору 11, второй вывод которого подключен к общей шине 18.To the output 6 of the crystal oscillator, an anode of the detecting diode 9 is connected, the cathode of which is connected to the gate of the p-channel transistor 14 and to the first terminals of the second integrating capacitor 16 and the bias resistor 15, the second terminals of which are connected to the power supply bus 19. The drain of the amplifying p-channel transistor 14 is connected to the first output of the load resistor 12 and to the cathode of the leakage diode 13, and the source to the common bus 18. The control n-channel transistor 10, the drain and source of which are connected to the stabilized power bus 17 and the power bus 19 respectively, and the gate is connected to the anode of the diode 13 and the first integrating capacitor 11, the second output of which is connected to the common bus 18.

Стабилизатор (фиг. 2) с резисторами 12 и 15, выполненными в видеStabilizer (Fig. 2) with resistors 12 and 15, made in the form

oo

5five

00

5five

00

п-канальных транзисторов 20 и 21, затворы которых -подключены к общей шине 18, истоки - к шине 19 питани , а стоки этих транзисторов подключены к катодам диода 13 утечки и детектирующего диода 9 соответственно.p-channel transistors 20 and 21, the gates of which are connected to the common bus 18, sources to the power bus 19, and the drains of these transistors are connected to the cathodes of the leakage diode 13 and the detection diode 9, respectively.

Стабилизатор (фиг. 3) с п-канальными транзисторами, включенными по схеме токового зеркала, причем затворы транзисторов 20 и 21 объединены и подключены к выходу генератора 22 стабилизированного тока (ГСТ), затвор и сток транзистора 23 соединены между собой и подключены также к выводу ГСТ 22, а исток подключен к шине 19 питани .The stabilizer (Fig. 3) with n-channel transistors connected according to the current mirror scheme, the gates of transistors 20 and 21 being combined and connected to the output of the stabilized current generator (GTS) 22, the gate and drain of the transistor 23 are interconnected and also connected to the output GTS 22, and the source is connected to the power bus 19.

Стабилизатор работает следующим образом.The stabilizer works as follows.

При включении напр жени питани по шинам 18 и 19 питани на затвор р-канального транзистора 14 через резистор 15 смещени подаетс отпирающее напр жение, определ емое суммой порогового напр жени р-канального транзистора 2 и падением напр жени на диоде 9, таким образом обеспечиваетс надежное отпирание транзистора 14.за счет превышени - над пороговым напр жением на величинуWhen the supply voltage is turned on across the supply buses 18 and 19, the gate of the p-channel transistor 14 through the bias resistor 15 is supplied with unlocking voltage determined by the sum of the threshold voltage of the p-channel transistor 2 and the voltage drop across the diode 9, thus ensuring reliable unlocking the transistor 14. due to the excess - above the threshold voltage by the value

5five

00

5five

00

5five

где Uj.where uj.

и„and"

и Ue-band ue-b

иand

(1)(one)

напр жение на затворе транзистора 14;the voltage across the gate of the transistor 14;

пороговое напр жение транзистора 2;threshold voltage of transistor 2;

падение напр жени на диоде 9.voltage drop on diode 9.

Отпирание транзистора 14 приводит к полному отпиранию транзистора 10, на затворе которого оказываетс потенциал , близкий к нулевому. Вследствие этого практически полное напр жение питани Е подаетс на кварцевый генератор, что приводит к возникновению генерации. Сигнал с выхода кварцевого генератора 6 подаетс на детектирующий диод 9, нагрузкой которого вл етс резистор 15 смещени и интегрирующий конденсатор 16. С помощью этой цепи происходит выделение из выходного сигнала генератора посто нной составл ющей положительной пол рности, что приводит к понижению потенциала на затворе р-канального транзистора 14 и подзапиранию его. Посто нна времени цепи детектора определ етс величинами резистора 15 смещени , конденсатора 16 и выбира3Unlocking the transistor 14 leads to the complete unlocking of the transistor 10, on the gate of which there is a potential close to zero. As a result, the almost complete voltage supply E is supplied to a crystal oscillator, which leads to generation. The output signal from the crystal oscillator 6 is fed to a detection diode 9, the load of which is a bias resistor 15 and an integrating capacitor 16. This circuit separates the positive polar component from the generator output signal, which leads to a decrease in potential at the gate p -channel transistor 14 and lock it up. The time constant of the detector circuit is determined by the values of the bias resistor 15, the capacitor 16 and the choice of 3

1one

етс таким образом, что(3ы действие подзапирающего напр жени распростран лось на несколько периодов гене- . ,рируемой частоты f RC (5-50) Т так, чтобы в промежутках между выход ными импульсами потенциал на затворе транзистора 14 существенно не мен лс Повышение потенциала на стоке тразистора 14 приводит к быстрому под- зар ду емкости 11 через нагрузочный резистор 12 и диод 13 утечки, включенный в пр мом направлении. П-канал ный транзистор 10 niдзапираетс , что приводит к понижению напр жени на шине, подключенной к истоку этого транзистора, а следовательно, к уменьшению амплитуды выходного сигнала генератора, что вызывает приоткры вание транзисторов 14 и 10 и увеличение напр жени на шине 17 выхода стабилизатора. При этом, если в силу воздействи каких-либо дестабилизи.- рующих факторов (изменение напр жени питани , изменение нагрузки генератора и т.д.).произойдет изменение амплитуды вькодного-сигнала генератора на выходе 6, то это приведет к изменению запирающего напр жени на затворе регулирующего транзистора 10, при этом амплитуда выходного сигнала генератора останетс неизменной .In such a way that (3y the effect of the locking voltage spread over several periods of the generated frequency, f RC (5-50) T, so that in the intervals between the output pulses the potential at the gate of the transistor 14 did not significantly change on the drain of the trasistor 14 leads to a fast charging of the capacitor 11 through the load resistor 12 and the leakage diode 13. connected in the forward direction. The n-channel transistor 10 is locked up, which leads to a decrease in the voltage on the bus connected to the source of this transistor , and traces It is important to reduce the amplitude of the output signal of the generator, which causes the transistors 14 and 10 to open up and the voltage on the stabilizer output bus 17 to increase. Moreover, if due to any destabilization factors (voltage variation, load change oscillator, etc.). the amplitude of the oscillator-signal of the generator at output 6 will change, this will lead to a change in the blocking voltage at the gate of the regulating transistor 10, while the amplitude of the output signal of the generator will remain unchanged oh.

Описанный механизм взаимодействи определ етс действием общей отрицательной обратной св зи по выходному напр жению генератора, за счет которого осуществл етс динамическа стабилизаци выходного напр жени стабилизатора на уровне, необходимом дл устойчивой работы генератора с минимальным током потреблени . Если в силу каких-либо причин произойдет срыв колебаний генератора.The described interaction mechanism is determined by the action of the overall negative feedback on the output voltage of the generator, due to which the output voltage of the stabilizer is dynamically stabilized at the level required for stable operation of the generator with the minimum current consumption. If, for any reason, a generator oscillations fail.

открывающий потенциал на затворе транзистора 14 увеличитс и приведет в действие описанный механизм, в результате чего на шине 17 по витс полное напр жение питани .the opening potential at the gate of the transistor 14 will increase and activate the mechanism described, resulting in a full supply voltage on the bus 17.

Дл предотвращени низкочастотных паразитных колебаний при регулирова- НИИ уровн напр жени стабилизатора к затвору регулирующего транзистора 10 подключена интегрирующа цепв, состо ща из емкости 11, обратного сопротивлени диода 13 и резистора 12.To prevent low-frequency parasitic oscillations while regulating the voltage level of the stabilizer, an integrating circuit consisting of a capacitance 11, a reverse resistance of the diode 13 and a resistor 12 is connected to the gate of the control transistor 10.

Зар д конденсатора 11 происходит довольно быстро через резистор 12, а разр д ее ирпигхолит мeдлelп o (поThe charge of the capacitor 11 occurs rather quickly through the resistor 12, and its discharge is irpigolite copper o

. -. -

30thirty

3535

00

р дка 3-5 с) через обратное сопротивление диода 13 и через стоковую цепь транзистора 14, наход щегос в активном режиме. В процессе регулировани это приводит к быстрому уменьшению напр жени на щине 17 и к медленному его возрастанию, что приводит к подавлению паразитных колебаний, возникающих за счет переходных характеристик кварцевого резонатора.a series of 3-5 s) through the reverse resistance of the diode 13 and through the drain circuit of the transistor 14, which is in active mode. In the process of regulation, this leads to a rapid decrease in the voltage on the pin 17 and to its slow increase, which leads to the suppression of parasitic oscillations arising due to the transient characteristics of the quartz resonator.

Существует несколько способов реализации резисторов в интегральном исполнении в КМОП-технологии: резис- 15 тор на кармане (фиг. 1) резистор в виде ДЛИННОГО п-канального транзистора с посто нно открытым каналом (фиг. 2) и п-канального транзистора, включенного по схеме, выполненной в виде токового зеркала (фиг. 3). В последнем случае необходимо создание ГСТ, задающего необходимую величину тока в требуемом участке цепи. Величина этого тока в общем случае определ етс соотношением размеров транзисторов, вход щих в токовое зеркало, к размеру токозадаю- щего транзистора, вход щего в ГСТ.There are several ways to implement integral-mode resistors in CMOS technology: a resistor 15 on a pocket (Fig. 1) is a resistor in the form of a LONG n-channel transistor with a constantly open channel (Fig. 2) and a n-channel transistor connected in circuit, made in the form of a current mirror (Fig. 3). In the latter case, it is necessary to create a GTS, setting the required amount of current in the desired part of the circuit. The magnitude of this current is generally determined by the ratio of the sizes of the transistors included in the current mirror to the size of the current-setting transistor included in the GTS.

Таким образом, предлагаемое изобретение позвол ет увеличить область устойчивой работы генератора в широком диапазоне изменений его электрических нагрузок; обеспечить надежный механизм самопуска генератора при включении питани и насильственном срыве его колебаний; обеспечить некритичность выходных параметров стабилизатора к разбросам резисторов, вход щих в устройство, что упрощает технологические процессы при изготовлении схемы.Thus, the present invention allows to increase the area of stable operation of the generator in a wide range of changes in its electrical loads; provide a reliable mechanism for self-starting the generator when the power is turned on and forcibly disrupted its oscillations; to ensure that the output parameters of the stabilizer are not critical to the variations of the resistors included in the device, which simplifies the technological processes in the manufacture of the circuit.

2525

Claims

1. Стабилизатор напр жени питани часовой интегральной схемы, содержащий шину питани , общую шину и шину стабилизированного питани , кварцевый ген.-ратор, состо щий из п-канального и р-канального транзисторов, кварцевого резонатора, подстроечного конденсатора и резистора обратной св зи, причем исток п-канального транзистора подключен к шине стабилизированного питани , меток p-KaH.iJTb- ного транзистора подключен к оОщей шине, первые выводы подстроечного конденсатора резистора оПратноп сп зи и кварцевого резонато1)а оГп.гдшимп, и1. A power supply voltage regulator with a clock integrated circuit comprising a power bus, a common bus and a stabilized power bus, a quartz oscillator, consisting of p-channel and p-channel transistors, a quartz resonator, a trimmer capacitor and a feedback resistor, moreover, the source of the n-channel transistor is connected to the stabilized power supply bus, the p-KaH.iJTb transistor tags are connected to the common bus, the first pins of the trimmer and resistor trimmer and the quartz resonator1) oGp.gddshim, and

подключены к объединенным затворам обоих транзисторов, вторые выводы резистора обратной св зи и кварцевого резонатора соединены с объединенными стоками указанных транзисторов, куда также подключен первый вывод фазо- сдвигающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, блокирующий конденсатор, первым вы- водом соединенный с шиной стабилизированного питани , вторые выводы блокирующего и подстроечного конденсаторов подключены к общей шине, отличающийс тем, что, с целью расширени области устойчивой работы обеспечени самозапуска и упрощени технологии изготовлени , в него введены детектирующий диод, усилительны р-канальный транзистор, нагрузочный резистор, резистор смещени , первый и второй интегрирующие конденсаторы, регулирующий п-канальный транзистор и диод утечки, анод которого подключен к затвору регулирующего -п-каналь ного транзистора и к первому выводу первого интегрирующего конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, а сток и исток регулирующего п-канального транзистора под- ключены соответственно к шине стабилизированного питани и к шине питани , катод диода утечки подключен к первому выводу нагрузочного резистора и к стоку усилительного р-каналь- ного транзистора, исток которого подключен к общей щине, а затвор - к катоду детектирунмцего диода и первым выводам резистора смещени и второго интегрирующего конденсатора, вторые выводы которых и второй вывод нагрузочного резистора подключены к шине питани , при этом анод детектирующего диода подключен к объединенным стокам транзисторов кварцевого генератора .connected to the combined gates of both transistors, the second terminals of the feedback resistor and the quartz resonator are connected to the combined drains of these transistors, which also connects the first output of the phase-shifting capacitor, the second terminal of which is connected to the common bus, blocking the capacitor, with the first output connected to bus stabilized power, the second terminals of the blocking and trimming capacitors are connected to a common bus, characterized in that, in order to expand the area of stable operation, Enabling self-starting and simplified manufacturing technology, a detection diode, an amplified p-channel transistor, a load resistor, a bias resistor, first and second integrating capacitors, a regulating n-channel transistor, and a leakage diode, the anode of which is connected to the gate of the n-channel regulator, are introduced into it transistor and to the first output of the first integrating capacitor, the second output of which is connected to the common bus, and the drain and source of the regulating n-channel transistor are connected respectively to the stabilizer bus The power supply and the power supply bus, the cathode of the leakage diode is connected to the first terminal of the load resistor and to the drain of the amplifying p-channel transistor, the source of which is connected to the common busbar, and the gate to the cathode of the detecting diode and the second integrating capacitor The second terminals of which and the second terminal of the load resistor are connected to the power bus, while the anode of the detecting diode is connected to the combined drains of the crystal oscillator transistors.

2,Стабилизатор по п. 1, отличающийс тем, что нагрузочный резистор и резистор смещени выполнены в виде двух дополнительных п-канальных транзисторов, затворы которых подключены к общей шине, истоки - к шине питани , а стоки - к катоду диода утечки и к катоду детектирующего диода соответственно.2, a stabilizer according to claim 1, characterized in that the load resistor and the bias resistor are made in the form of two additional n-channel transistors, the gates of which are connected to the common bus, the sources to the power bus, and the drains to the leak diode cathode and cathode detection diode, respectively.

3.Стабилизатор по п. 2, отличающийс тем, что в него введены генератор стабилизированного тока и опорный п-канальный транзистор, затвор которого соединен с истоком этого транзистора, с затворами дополнительных п-канальных транзисторов3. Stabilizer according to claim 2, characterized in that a stabilized current generator and a reference n-channel transistor, the gate of which is connected to the source of this transistor, are introduced to the gates of additional n-channel transistors

и подключен к первому выходу генератора стабилизированного тока, второй выход которого подключен к общей шине .and connected to the first output of the stabilized current generator, the second output of which is connected to the common bus.

0t/e.Z0t / e.Z