DE2361877C2 - Oszillatorschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein Beispiel einer Oszillatorschaltung ist in F i g. 1 dargestellt. Bei dieser Schaltung besitzt die Schwingungsfrequenz eine relativ große Abhängigkeit von der Versorgungsspannung, wie dies mit der Kurve (a) in F i g. 3 dargestellt ist. Mit steigender Versorgungsspannung nimmt also die Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung zu und demgemäß mit fallender Versorgungsspannung ab, wobei der letztere Fall bei batteriebetriebenen Geräten eher auftritt. Einen ganz ähnlichen Einfluß auf die Frequenz wie die Versorgungsspannung hat die Schwellenwertspannung der verwendeten MOS-Transistoren. Die Frequenzänderung beruht darauf, daß die Ausgangsimpedanz des CMOS-Inverters bei einem Anstieg der Versorgungsspannung sinkt.

Aus der DE-OS 22 24 335 ist eine Oszillatorschaltung mit einem CMOS-Inverter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt, bei der die Spannungsabhängigkeit der Frequenz dadurch verringert wird, daß bei beiden MOS-Transistoren die Source über einen Ohm'schen Widerstand und das Substrat direkt mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden sind. Diese Widerstände in der Sourceleitung der MOS-Transistoren erhöhen jedoch die Leistungsverluste der Oszillatorschaltung, was insbesondere bei Einsatz einer solchen Oszillatorschaltung in Armbanduhren von Nachteil ist, die mit kleinen Batterien lange laufen sollen. Außerdem wird durch diese Widerstände die Verstärkung des Inverters herabgesetzt.

Aus der US-PS 36 67 009 ist ein CMOS-Inverter bekannt, der mit einer Eingangsschutzschaltung versehen ist, die den Eingang des Inverters vor einer zu hohen Eingangsspannung schützen soll. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht diese Schutzschaltung aus zwei Dioden und einem Widerstand. Eine erste Diode liegt zwischen dem Schaltungseingang und Masse. Eine zweite Diode liegt zwischen den Gateanschlüssen des komplementären Transistorpaares und Masse. Die nicht mit Masse verbundenen Anschlüsse der Dioden sind durch den Widerstand verbunden. Dieser Widerstand soll eine Eingangsstrombegrenzung herbeiführen. Sein Wert liegt im Bereich zwischen 200 Ω und 5 kß. Die komplementären Transistoren des Inverters und die Schutzschaltung sind in Form einer monolithisch integrieren Schaltung ausgebildet, wobei der Widerstand der Schutzschaltung Teil einer p-leitenden Wanne innerhalb eines η-leitenden Substrats ist und die Wanne zugleich die Anoden beider Dioden der Schutzschaltung darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Oszillatorschaltung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Frequenz weitgehend unabhängig von der Versorgungsspannung und den Schwellenwertspannungen der Transistoren ist, ohne daß hierfür Sourcewiderstände verwendet werden müßten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Durch die beanspruchte Ausbildung und Dimensionierung des Ausgangswiderstands wird eine zumindest gleich gute Spannungsunabhängigkeit der Schwingungsfrequenz wie bei der bekannten Oszillatorschaltung erzielt, ohne daß deren Sourcewiderstände hierzu erforderlich wären. Erreicht wird dies durch die Kombination eines relativ hohen Widerstandswerts für den Ausgangswiderstand in Verbindung mit einer infolge der Integration kapazitätsarmen Ausbildung dieses Widerstands. Ein extern angeschlossener Ausgangswiderstand hätte eine erheblich höhere parasitäre Kapazität zur Folge, die wegen ihres direkten Anschlusses an die Drainelektroden der komplementären Transistoren einen erhöhten Stromverbrauch nach sich ziehen würde. So wird durch die Dimensionierung des Ausgangswiderstands direkt eine spannungsabhängige Änderung des Ausgangswiderstands der Transistorschaltung kompensiert. Indirekt wird der Einfluß solcher Widerstandsänderungen durch eine geringe Belastung der Stromquelle reduziert, was inbesondere bei den mit einer geringen Kapazität versehenen Stromquellen bei Uhren von Bedeutungist.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine herkömmliche Oszillatorschaltung mit einem CMOS-Inverter,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und
F i g. 3 die Spannungs-Frequenz-Ken.ilinie der beiden Oszillatorschaltungen nach den F i g. 1 und 2.
In den Fig. 1 und 2 sind dieselben Bezugszeichen für

so einander entsprechende Teile gewählt. Die Oszillatorschaltungen nach den F i g. 1 und 2 umfassen je einen aus komplementären MOS-Transistoren aufgebauten CMOS-Inverter MT und eine Parallelschaltung aus einem Quarzkristallschwinger V und einem Rückkopplungswiderstand R. Die Parallelschaltung aus Quarzkristallschwinger V und Rückkopplungswiderstand /? ist an dem einen Ende über einen Kondensator Cd und am anderen Ende über einen Kondensator Cc mit Masse verbunden. Die Source-Elektrode des einen MOS-Transistors ist mit dem positiven Pol + Vdd der Versorgungsspannungsquelle verbunden, während die Source-Elektrode des anderen MOS-Transistors mit Masse verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung nach Fig. 2 ist der Verbindungspunkt zwischen der Parallelschaltung aus Quarzkristallschwinger Kund Rückkopplungswiderstand R einerseits und dem Kondensator Cd andererseits über einen Ausgangswiderstand ro mit dem gemeinsamen Drain-Elektroden-An-

Schluß der komplementären MOS-Transistoren verbunden. Bei der Oszillatorschaltung nach F i g. ί fehlt dieser Ausgangswiderstand. Für diesen Ausgan es widerstand wird je nach dem effektiven Serienwiderstand des verwendeten Quarzkristallschwingers ein Wert von 10 kQ bis 500 kO, vorzugsweise von 10 kn bib 100 k£2 gewählt

Die Oszillatorschaltung nach Fig.2 besitzt eine Spannungs-Frequenz-Kennlinie gemäß Kurve (b) in F i g. 3, die eine deutlich geringere Spannungsabhängigkeit der Sci.wingungsfrequenz ausweist, als sie die Oszillatorschaltung nach F i g. 1 gemäß Kurve (a) in F i g. 3 besitzt Bei der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ändert sich die Schwingungsfrequenz nur noch geringfügig mit der Versorgungsspannung.

Zur Herstellung der komplementären MOS-Transistören wird eine schwach dotierte p-leitende Wanne in ein η-leitendes Substrat eindiffundiert In diese Wanne werden stark η-leitende Zonen zur Bildung des n-Kanal-Transistors des CMOS-Inverters eindiffundiert. Zugleich mit der Ausbildung dieser p-leitenden Wanne wird in einem Arbeitsgang eine p-leitende Schicht, die als Ausgangswiderstand ro dient, hergestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Oszillatorschaltung für eine Uhr, umfassend einen Quarzkristallschwinger (V), je einen zwischen die Anschlüsse des Quarzkristallschwingers (V) und Masse geschalteten Kondensator (Cc Cd), einen CMOS-Inverter als Teil einer in einem Halbleiterkörper ausgebildeten monolithisch integrierten Schaltung, dessen beide Transistoren mit ihrer jeweiligen Gateelektrode zusammen an den einen Anschluß des Quarzkristallschwingers (V) angeschlossen sind, während ihre zusammengeschalteten Drainelektroden über einen Ausgangswiderstand (ro) an den anderen Anschluß des Quarzkristallschwingers (V) angeschlossen sind, und einen Rückkopplungswiderstand (R), dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswiderstand (ro) einen Wert zwischen 10 und 50OkQ besitzt und als Diffusionszone in dem Halbleiterkörper mit gleichem Leilungstyp (p) und gleicher Konzentration wie eine p-Wanne ausgebildet ist, innerhalb derer der n-Kanal-Transistor des CMOS-Inverters ausgebildet ist.