JPS6359475B2 - - Google Patents
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- JPS6359475B2 JPS6359475B2 JP54156164A JP15616479A JPS6359475B2 JP S6359475 B2 JPS6359475 B2 JP S6359475B2 JP 54156164 A JP54156164 A JP 54156164A JP 15616479 A JP15616479 A JP 15616479A JP S6359475 B2 JPS6359475 B2 JP S6359475B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電池を内蔵する電子装置に関し、電池
の電圧を減圧して供給するための減圧回路に関す
る。現在市販されている電池内蔵の電子装置、特
に電子装置を代表する電子時計のほとんどは水晶
振動子の固有発振周波数を時刻の基準源としてい
て、信号はデイバイダー、カウンター、デコーダ
ー、ドライバーなどで構成されたCMOS集積回
路によつて時報及びその他の情報となり、表示体
に伝えられ表示される。そしてその動作のエネル
ギー源として銀電池が使用されている。この銀電
池は1.4〜1.6Vの範囲で使用され、電流容量100〜
150mAHのものが最も多く使用されていて電池
寿命は2年〜3年である。最近になりデザイン的
な面から電池の薄型化が、使い易さの点から電池
の長寿命化が要求されるようになつた。その対策
として太陽電池を内蔵して半永久化をはかつた
り、リチウム電池などのような高密度電池の開発
を進めている。リチウム電池は従来の銀電池に比
較して数倍の電気容量を持つているが、使用量も
銀電池の約倍になるという欠点を持つている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electronic device containing a battery, and more particularly to a pressure reducing circuit for reducing the voltage of the battery and supplying the voltage. Most of the electronic devices with built-in batteries currently on the market, especially the electronic clocks that represent electronic devices, use the natural oscillation frequency of a crystal oscillator as the time reference source, and the signal is composed of dividers, counters, decoders, drivers, etc. The CMOS integrated circuit provides time signals and other information, which is transmitted to the display and displayed. A silver battery is used as the energy source for its operation. This silver battery is used in the range of 1.4~1.6V and has a current capacity of 100~
The 150mAH battery is most commonly used and has a battery life of 2 to 3 years. Recently, there has been a demand for thinner batteries from a design standpoint, and for longer battery life from an ease of use standpoint. As a countermeasure, efforts are being made to incorporate solar cells to make them semi-permanent, and to develop high-density batteries such as lithium batteries. Although lithium batteries have several times the electrical capacity of conventional silver batteries, they have the disadvantage that they require about twice as much power as silver batteries.
第1,2図に銀電池を用いた電子時計の回路ブ
ロツク図を示し、第3,4図にリチウム電池を用
いた電子時計の回路ブロツク図を示して従来の方
法について説明する、第1図は銀電池を用いた指
針式時計のブロツク図であり、発振回路1、分周
回路2、ドライバー回路3、ステツプモーター
4、輪列6、針6と銀電池7で構成されている。
銀電池7から発振回路1、分周回路2、ドライバ
ー回路3に1.4〜1.6Vの電圧が供給されて、発振
回路1が固有振動数で発振し、その信号が分周回
路2で分周され、ドライバー回路3でドライブさ
れてステツプモーター4が1秒に1回動く。そし
てステツプモーター4の回転動作は輪列5を通つ
て針6に伝えられる。いま発振分周で消費される
電流が3μA、ステツプモーターで消費される電流
が3μAでトータル6μAであるとすると、100mAH
の電池を用いて電池寿命は約2年である。 Figures 1 and 2 show circuit block diagrams of an electronic timepiece using a silver battery, and Figures 3 and 4 show circuit block diagrams of an electronic timepiece using a lithium battery to explain the conventional method. 1 is a block diagram of a pointer type timepiece using a silver battery, and is composed of an oscillation circuit 1, a frequency dividing circuit 2, a driver circuit 3, a step motor 4, a wheel train 6, hands 6, and a silver battery 7.
A voltage of 1.4 to 1.6 V is supplied from the silver battery 7 to the oscillation circuit 1, the frequency divider circuit 2, and the driver circuit 3, the oscillation circuit 1 oscillates at its natural frequency, and the signal is divided by the frequency divider circuit 2. , the step motor 4 is driven by the driver circuit 3 and moves once per second. The rotational movement of the step motor 4 is transmitted to the needle 6 through the wheel train 5. Assuming that the current consumed by the oscillation frequency division is 3μA, and the current consumed by the step motor is 3μA, for a total of 6μA, the current will be 100mAH.
The battery life is about 2 years using 2 batteries.
第2図は銀電池を用いた液晶表示式時計のブロ
ツク図であり、発振回路8、分周回路9、分周回
路10、カウンター回路11、デコーター回路1
2、ドライバー回路13、表示体14、昇圧回路
15、銀電池16から構成されている。。銀電池
16から直接発振回路8と分周回路9に1.4〜
1.6Vの電池電圧が供給され、さらに昇圧回路1
5によつて昇圧された電圧2.8〜3.2Vが分周回路
10、カウンター回路11、デコーダー回路1
2、ドライバー回路13供給される。発振回路8
の発振による固有振動数の信号が分周回路9,1
0で分周され、カウンター回路11、デコーダー
回路12、ドライバー回路13を通つて表示体1
4に送られる。いま1.5V系の発振分周で消費さ
れる電流は3μA、3V系分周以後で消費される電
流は1.5V換算で0.5μA、ランプに2.5μAであると
すると100mAHの電池で電池寿命は約2年であ
る。 Figure 2 is a block diagram of a liquid crystal display type watch using a silver battery, including an oscillation circuit 8, a frequency division circuit 9, a frequency division circuit 10, a counter circuit 11, and a decoder circuit 1.
2, a driver circuit 13, a display 14, a booster circuit 15, and a silver battery 16. . 1.4~ directly from the silver battery 16 to the oscillation circuit 8 and frequency divider circuit 9
1.6V battery voltage is supplied, and booster circuit 1
The voltage 2.8 to 3.2V boosted by 5 is applied to the frequency divider circuit 10, the counter circuit 11, and the decoder circuit 1.
2. Driver circuit 13 is supplied. Oscillation circuit 8
The signal of the natural frequency caused by the oscillation of
The frequency is divided by 0 and passed through the counter circuit 11, decoder circuit 12, and driver circuit 13 to the display body 1.
Sent to 4. If we assume that the current consumed by 1.5V system oscillation frequency division is 3μA, the current consumed after 3V system frequency division is 0.5μA in 1.5V terms, and 2.5μA for the lamp, the battery life of a 100mAH battery is approximately It's been 2 years.
リチウム電池を用いた場合を第3、第4図に示
す。第3図は第1図と同様に指針式時計のブロツ
ク図であり、発振回路17、分周回路18、ドラ
イバー回路19、ステツプモーター20、輪列2
1、針22とリチウム電池62から構成されてい
る。この場合リチウム電池62の2.8〜3Vの電圧
が発振回路17、分周回路18、ドライバー回路
19に供給されている。このためリチウケ電池の
容量が銀電池の容量に比較してたとえば3倍あつ
たとしても第1図と同じ回路を用いて、同じ電池
を消費しているならば電池寿命はたつたの1.5倍
にしかならない。しかも、電圧を上げてIC倍を
動作させると消費される電流は増えるのが普通で
あり、リチウム電池の容量が銀電池の容量の数倍
あつたとしてもその効果はなくなつてしまう。一
方、第4図にブロツク図を示す液晶表示式時計は
発振回路23、分周回路24、カウンター回路2
5、デコーダー回路26、ドライバー回路27、
表示体28とリチウム電池29から構成されてい
る。この場合リチウム電池の2.8〜3.0Vの電圧が
発振回路23、分周回路24、カウンター回路2
5、デゴーダー回路26、ドライバー回路27に
供給されている。この場合第2図の発振回路8、
分周回路9に回答する第4図の発振回路23、分
周回路24に2.8〜3.0Vの電圧がかかつているこ
とからここでの消費電力が倍以上になり、1.5V
で計算すると6μA以上の電流が消費されることに
なり非常な無駄遣いである。 The case where a lithium battery is used is shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a block diagram of a pointer type timepiece similar to FIG.
1. Consists of a needle 22 and a lithium battery 62. In this case, a voltage of 2.8 to 3 V from the lithium battery 62 is supplied to the oscillation circuit 17, the frequency dividing circuit 18, and the driver circuit 19. Therefore, even if the capacity of a lithium battery is three times that of a silver battery, if the same circuit as shown in Figure 1 is used and the same amount of battery power is consumed, the battery life will only be 1.5 times that of a silver battery. It won't happen. Moreover, when the voltage is raised to operate the IC, the current consumed usually increases, and even if the capacity of a lithium battery is several times that of a silver battery, the effect will be lost. On the other hand, the liquid crystal display type watch whose block diagram is shown in FIG.
5, decoder circuit 26, driver circuit 27,
It is composed of a display body 28 and a lithium battery 29. In this case, the voltage of 2.8 to 3.0V of the lithium battery is applied to the oscillator circuit 23, the frequency divider circuit 24, and the counter circuit 2.
5. It is supplied to the degauder circuit 26 and the driver circuit 27. In this case, the oscillation circuit 8 in FIG.
Since a voltage of 2.8 to 3.0V is applied to the oscillation circuit 23 and frequency division circuit 24 in FIG.
If you calculate this, it will consume more than 6μA of current, which is a huge waste of money.
本発明は以上のような欠点について改良したも
ので、本発明の目的は電子回路の一部、または全
部に電池電圧を減圧して供給し、電池の長寿命化
をはかることである。また本発明の他の目的は電
子装置の減圧回路に差動増幅回路を用い、差動入
力の一方に基準電圧を供給することにより、基準
電圧に対応する任意レベルの減圧電圧の供給を可
能とすると共に減圧回路をサンプリング動作させ
て消費電流を低減することにある。また、電池投
入時に減圧回路から電池電圧を安定供給して電子
回路を早期に確実に安定化させることにある。 The present invention has been made to improve the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to extend battery life by supplying reduced pressure battery voltage to part or all of an electronic circuit. Another object of the present invention is to use a differential amplifier circuit in a pressure reduction circuit of an electronic device and supply a reference voltage to one of the differential inputs, thereby making it possible to supply a reduced voltage of any level corresponding to the reference voltage. At the same time, the present invention aims to reduce current consumption by performing a sampling operation on the pressure reducing circuit. Another object of the present invention is to stably supply battery voltage from a pressure reducing circuit when the battery is turned on, thereby stabilizing the electronic circuit quickly and reliably.
第5図、第7図に指針式時計のブロツク図を示
し、第6図、第8図に液晶表示式時計のプロツク
図を示して以下に本発明について説明する。第5
図に示されているようにリチウム電池37の電圧
2.8〜3.0Vを減圧回路36によつて1.4〜1.6Vに減
圧して発振回路30、分周回路31、ドライバー
回路32に供給している。減圧する時の効率が約
100%であるとすると2.8〜3.0Vをそのまま供給し
た場合の約2倍の長寿命になり、リチウム電池の
容量が同じ容積で銀電池の3倍あるとしたら、3
倍の長寿命により銀電池で3年もつ時計ではリチ
ウム電池だと9年もつことになる。 The present invention will be described below with reference to FIGS. 5 and 7 showing block diagrams of a pointer type timepiece, and FIGS. 6 and 8 showing block diagrams of a liquid crystal display type timepiece. Fifth
The voltage of the lithium battery 37 as shown in the figure
The voltage of 2.8 to 3.0 V is reduced to 1.4 to 1.6 V by a pressure reducing circuit 36 and supplied to the oscillation circuit 30, the frequency dividing circuit 31, and the driver circuit 32. The efficiency when depressurizing is approximately
If it is 100%, the life will be about twice as long as when supplying 2.8 to 3.0V as is, and if the capacity of a lithium battery is three times that of a silver battery with the same volume, then 3.
With double the lifespan, a watch that lasts three years with a silver battery will last nine years with a lithium battery.
第6図は液晶表示式時計のブロツク図である。
第6図に示されるようにリチウム電池45の電圧
2.8〜3.0Vを減圧回路44によつて1.4〜1.6Vに減
圧して発振回路38、分周回路39、カウンター
回路40、デコーダー回路41及びドライバー回
路42の全体に供給している。この場合ランプを
考えに入れないと第4図に示される方式の約2倍
の寿命になり、第2図の銀電池を用いた方式の約
3倍以上の寿命になる。 FIG. 6 is a block diagram of a liquid crystal display type watch.
The voltage of the lithium battery 45 as shown in FIG.
The voltage from 2.8 to 3.0 V is reduced to 1.4 to 1.6 V by a pressure reducing circuit 44 and supplied to the entire oscillation circuit 38, frequency dividing circuit 39, counter circuit 40, decoder circuit 41, and driver circuit 42. In this case, if the lamp is not taken into consideration, the lifespan will be approximately twice as long as that of the system shown in FIG. 4, and approximately three times as long as that of the system using silver batteries as shown in FIG.
第7図は指針式時計の他のブロツク図である。
リチウム電池54の電圧2.8〜3.0Vを減圧回路5
3によつて1.4〜1.6Vに減圧し、発振回路46と
分周回路47に供給し、分周回路48、ドライバ
ー回路51には直接2.8〜3.0Vを供給している。 FIG. 7 is another block diagram of the pointer type timepiece.
Voltage 2.8 to 3.0V of lithium battery 54 is reduced by pressure reducing circuit 5
3, the voltage is reduced to 1.4 to 1.6 V and supplied to the oscillation circuit 46 and the frequency dividing circuit 47, and 2.8 to 3.0 V is directly supplied to the frequency dividing circuit 48 and the driver circuit 51.
第8図は液晶表示式時計の他のブロツク図であ
る。リチウム電池64の電圧2.8〜3.0Vを減圧回
路63によつて減圧し、発振回路55と分周回路
56に供給し、分周回路57、カウンター回路5
8、デコーダー回路59、ドライバー回路60に
は直接2.8〜3.0Vを供給している。 FIG. 8 is another block diagram of the liquid crystal display type timepiece. The voltage of 2.8 to 3.0 V of the lithium battery 64 is reduced by the pressure reducing circuit 63 and supplied to the oscillation circuit 55 and the frequency dividing circuit 56, the frequency dividing circuit 57, and the counter circuit 5.
8. 2.8 to 3.0V is directly supplied to the decoder circuit 59 and driver circuit 60.
この第7図、第8図ブロツク図においては、分
周回路を2組に分けて、各々減圧された電圧と電
池電圧で駆動しているが、駆動する電圧の選択
は、この第7図、第8図の変形として種々ある。
第7図の変形としては発振回路、分周回路を減圧
された電圧で駆動し、ドライバー回路を電池電圧
で駆動することである。また第8図の変形として
は、発振回路、分周回路を減圧された電圧で駆動
し、カウンター回路、デコーダー回路、ドライバ
ー回路を電池電圧で駆動する、或いは発振回路、
分周回路、カウンター回路を減圧電圧で駆動し、
デコーダー回路、ドライバー回路を電池電圧で駆
動する、若しくは発振回路、分周回路、カウンタ
ー回路、デコーダー回路を減圧された電圧で駆
動、ドライバー回路を電池電圧で駆動する等であ
る。 In the block diagrams of FIGS. 7 and 8, the frequency divider circuit is divided into two groups and each is driven by a reduced voltage and a battery voltage. There are various variations of FIG.
A modification of FIG. 7 is to drive the oscillation circuit and frequency divider circuit with a reduced voltage, and drive the driver circuit with battery voltage. Further, as a modification of FIG. 8, the oscillation circuit and the frequency divider circuit are driven with a reduced voltage, and the counter circuit, decoder circuit, and driver circuit are driven with battery voltage, or the oscillation circuit,
The frequency divider circuit and counter circuit are driven by reduced voltage,
For example, the decoder circuit and driver circuit are driven by battery voltage, the oscillation circuit, frequency dividing circuit, counter circuit, and decoder circuit are driven by reduced voltage, and the driver circuit is driven by battery voltage.
いずれの例も、電子回路の一部または全部に電
池電圧を減圧して供給することにより、消費電流
を削減し電池の長寿命化をはかつたものである。 In either example, the battery voltage is supplied at a reduced pressure to part or all of the electronic circuit, thereby reducing current consumption and extending the life of the battery.
第8図は本発明における減圧回路の実施例の一
つであり、容量素子77とMOSトランジスタ7
8及び81乃至91、分圧素子79,80によつ
て構成される。分圧素子79,80は駆動源であ
るリチウム電池92の電池電圧を分圧するもので
あり、この分圧動作を制御するMOSトランジス
タ81と共に基準電圧源となる分圧回路を構成し
ている。更に、MOSトランジスタ82乃至89
は分圧回路によつて分圧された電圧を基準とする
差動増幅回路である。この差動増幅回路は、分圧
した電圧をゲートに受けるMOSトランジスタ8
6と、減圧した電圧の出力端にゲートが接続され
るMOSトランジスタ87とから成る差動入力ト
ランジスタ対、このトランジスタ対に直列に接続
される負荷MOSトランジスタ88,89、差動
入力トランジスタ対に定電流を供給する電流源
MOSトランジスタ85、更にこのMOSトランジ
スタのゲートバイアス電圧となる基準電圧を形成
するMOSトランジスタ82,83,84から成
るバイアス回路から構成される。又、MOSトラ
ンジスタ78,90,91と容量素子77は電流
源回路Aを構成し、MOSトランジスタ78は差
動増幅回路の出力がゲートに供給されるMOSト
ランジスタであり、この電流源MOSトランジス
タと容量素子77の接続点より減圧した電圧が得
られる。 FIG. 8 shows one embodiment of a pressure reducing circuit according to the present invention, in which a capacitive element 77 and a MOS transistor 7 are shown.
8 and 81 to 91 and voltage dividing elements 79 and 80. The voltage dividing elements 79 and 80 divide the battery voltage of a lithium battery 92 which is a driving source, and together with a MOS transistor 81 which controls this voltage dividing operation, constitute a voltage dividing circuit which becomes a reference voltage source. Furthermore, MOS transistors 82 to 89
is a differential amplifier circuit that uses a voltage divided by a voltage dividing circuit as a reference. This differential amplifier circuit consists of a MOS transistor 8 whose gate receives a divided voltage.
6 and a MOS transistor 87 whose gate is connected to the output terminal of the reduced voltage; load MOS transistors 88 and 89 connected in series to this transistor pair; current source that supplies current
It consists of a bias circuit consisting of a MOS transistor 85 and further MOS transistors 82, 83, and 84 that form a reference voltage serving as a gate bias voltage of this MOS transistor. The MOS transistors 78, 90, 91 and the capacitor 77 constitute a current source circuit A, and the MOS transistor 78 is a MOS transistor whose gate is supplied with the output of the differential amplifier circuit. A reduced voltage is obtained from the connection point of the element 77.
第9図における信号ψ,φのタイミングチヤー
トは第11図に示される。,はそれぞれψ,
φの反転信号であり、●は論理積を示している。
サンプリング信号φは電池が入り電圧が固定化す
ると、電子時計回路からのタイミング信号によつ
て作り出される。ψは電池が入つてからしばらく
の間(数秒〜数分の間に設定できる)ハイ状態に
ある信号で、このハイ状態の間、MOSトランジ
スタ81,84はオフしている。従つて、分圧回
路、バイアス回路に電流が流れず、又、電流源
MOSトランジスタ85もオフ状態であるため、
減圧回路は動作しない。更に電流源回路のMOS
トランジスタ78の導通を制御するためのMOS
トランジスタ91をオン、90をオフして、電流
源MOSトランジスタのゲートにハイの制御信号
を差動増幅回路の出力信号に代わつて供給し、電
流源MOSトランジスタ78をオンし、電子時計
回路に電池電圧を供給している、これは電池が入
つてしばらくの間は発振回路の特性が安定しない
ので、この間だけ電池電圧を供給しようとするも
のである。又液晶表示式電子時計におけるラン
プ、その他一般にアラーム、ブザー、音声等の出
力時は大電流が消費され、そのため電池の内部抵
抗により電池電圧及び減圧回路により減圧された
電圧が定価し発振回路等電子時計回路の動作が不
安定になる。ψはその時、減圧された電圧のかわ
りに電池電圧を供給するための信号として使用す
る。次に電子時計回路の動作が安定し、ψがロー
となると減圧回路は動作を開始する。差動増幅回
路は分圧回路からの分圧した電圧と出力端の電圧
を入力し、出力端の電圧が分圧した電圧と等しく
なるように動作する。但し差動増幅回路は電源間
に電流経路を有しており消費電流が大きくなつて
しまう欠点があるので、ここでは信号φがハイの
とき減圧回路が動作するようにしている。従つ
て、φがハイのとき、差動増幅回路はVSSが分圧
した電圧に等しくなるまで容量素子77に充電
し、φがローのときは電流源MOSトランジスタ
78が電流を供給しないので、この容量素子77
に蓄えられた電荷が電子時計回路により徐々に放
電される。この放電時にはMOSトランジスタ9
0がオンし、電流源MOSトランジスタ78をオ
フさせ、減圧電圧が確実に供給される。 A timing chart of the signals ψ and φ in FIG. 9 is shown in FIG. 11. , are respectively ψ,
It is an inverted signal of φ, and ● indicates a logical product.
The sampling signal φ is generated by a timing signal from an electronic clock circuit when the battery is connected and the voltage is fixed. ψ is a signal that remains high for a while (can be set between several seconds to several minutes) after the battery is inserted, and during this high state, the MOS transistors 81 and 84 are off. Therefore, no current flows in the voltage divider circuit or bias circuit, and the current source
Since the MOS transistor 85 is also in the off state,
The pressure reducing circuit does not work. Furthermore, the current source circuit MOS
MOS for controlling conduction of transistor 78
The transistor 91 is turned on and the transistor 90 is turned off, a high control signal is supplied to the gate of the current source MOS transistor in place of the output signal of the differential amplifier circuit, the current source MOS transistor 78 is turned on, and the battery is supplied to the electronic clock circuit. This is because the characteristics of the oscillation circuit are not stable for a while after the battery is inserted, so the battery voltage is supplied only during this time. In addition, a large amount of current is consumed when outputting a lamp in a liquid crystal display type electronic watch, alarm, buzzer, voice, etc. Therefore, due to the internal resistance of the battery, the battery voltage and the voltage reduced by the pressure reducing circuit are used as a fixed value. The operation of the clock circuit becomes unstable. ψ is then used as a signal to supply the battery voltage instead of the reduced voltage. Next, when the operation of the electronic clock circuit becomes stable and ψ becomes low, the pressure reducing circuit starts operating. The differential amplifier circuit inputs the divided voltage from the voltage dividing circuit and the voltage at the output terminal, and operates so that the voltage at the output terminal becomes equal to the divided voltage. However, since the differential amplifier circuit has a current path between the power supplies and has the disadvantage of increasing current consumption, here, the pressure reducing circuit is operated when the signal φ is high. Therefore, when φ is high, the differential amplifier circuit charges the capacitive element 77 until V SS becomes equal to the divided voltage, and when φ is low, the current source MOS transistor 78 does not supply current. This capacitive element 77
The electric charge stored in the circuit is gradually discharged by the electronic clock circuit. During this discharge, the MOS transistor 9
0 turns on, turns off the current source MOS transistor 78, and the reduced voltage is reliably supplied.
つまり、電流源回路Aが含む容量素子は、減圧
回路がサンプリング動作しても常に安定した減圧
電圧を出力せしめている。 In other words, the capacitive element included in the current source circuit A always outputs a stable reduced voltage even when the pressure reducing circuit performs sampling operation.
この減圧回路においては、分圧素子79,80
の素子値を選ぶことにより、端子電圧(VDD―
VSS)1.4〜1.6Vが取出される。この分圧素子とし
ては、各一対の抵抗(拡散抵抗、イオン打ち込み
抵抗、ポリシリコン抵抗等)、ダイオード、トラ
ンジスタ、容量(絶縁膜容量等)を用いる。 In this pressure reducing circuit, voltage dividing elements 79, 80
By selecting the element value of , the terminal voltage (V DD -
V SS ) 1.4~1.6V is taken out. As this voltage dividing element, each pair of resistors (diffusion resistor, ion implantation resistor, polysilicon resistor, etc.), diode, transistor, and capacitor (insulating film capacitor, etc.) are used.
第10図は本発明における減圧回路の他の実施
例であり、容量素子93とMOSトランジスタ9
4乃至110によつて構成される。MOSトラン
ジスタ101乃至108は差動増幅回路を構成
し、MOSトランジスタ94,109,110と
容量素子93は電流源回路Aを構成している。以
上の回路においては第9図と同一である。 FIG. 10 shows another embodiment of the pressure reducing circuit according to the present invention, in which a capacitive element 93 and a MOS transistor 9
4 to 110. MOS transistors 101 to 108 constitute a differential amplifier circuit, and MOS transistors 94, 109, 110 and capacitive element 93 constitute a current source circuit A. The above circuit is the same as that shown in FIG.
第10図は、第9図の分圧回路の代わりに、
MOSトランジスタ95乃至100から成る基準
電圧源回路を用いている。この基準電圧源回路
は、MOSトランジスタ96と98の閾値電圧を
等しく設定し、MOSトランジスタ96と97の
コンダクタンス係数の比とMOSトランジスタ9
8と99のコンダクタンス係数の比を等しく設定
した上で、MOSトランジスタ97と99の閾値
電圧を異ならせ、差動増幅回路のMOSトランジ
スタ105のゲートに、MOSトランジスタ97
と99の閾値電圧の差の電圧を基準電圧として出
力するものである。この閾値電圧の設定により端
子電圧(VDD―VSS)1.4〜1.6Vが取出される。 Figure 10 shows that instead of the voltage divider circuit in Figure 9,
A reference voltage source circuit consisting of MOS transistors 95 to 100 is used. This reference voltage source circuit sets the threshold voltages of MOS transistors 96 and 98 to be equal, and determines the ratio of the conductance coefficients of MOS transistors 96 and 97 and the ratio of the conductance coefficients of MOS transistors 96 and 97.
After setting the ratio of the conductance coefficients of MOS transistors 8 and 99 to be equal, the threshold voltages of MOS transistors 97 and 99 are made different, and MOS transistor 97 is connected to the gate of MOS transistor 105 of the differential amplifier circuit.
The voltage that is the difference between the threshold voltages of and 99 is output as a reference voltage. By setting this threshold voltage, a terminal voltage (V DD -V SS ) of 1.4 to 1.6V is taken out.
ここで、MOSトランジスタ95,97には,
φ、MOSトランジスタ100には,がゲー
トに与えられており、電池が投入されてしばらく
の間はMOSトランジスタ97,100がオフし
ており、基準電圧源として動作はしない。又、ψ
がローとなつた後もφがハイの時だけ動作するよ
うになる。 Here, in the MOS transistors 95 and 97,
φ and MOS transistor 100 are applied to the gate, and MOS transistors 97 and 100 are turned off for a while after the battery is inserted, and do not operate as a reference voltage source. Also, ψ
Even after becomes low, it only operates when φ is high.
従つて、電源投入後に回路が安定するまでは減
圧した電圧ではなく、電池電圧がVSS端子から電
子時計回路に供給され、減圧開始後は閾値電圧の
差の電圧が減圧した電圧として安定して供給され
るように減圧回路は動作する。 Therefore, the battery voltage, not the reduced voltage, is supplied to the electronic clock circuit from the V SS terminal until the circuit stabilizes after the power is turned on, and after the voltage reduction starts, the voltage of the difference between the threshold voltages is stabilized as the reduced voltage. The pressure reducing circuit operates as supplied.
この第10図におけるMOSトランジスタ97,
99の閾値電圧差は、
97,99の一方のチヤネルにイオンを打ち
込み(チヤネルドーピング)、その打ち込み電
荷量による閾値電圧変移量から構成する。 MOS transistor 97 in this FIG.
The threshold voltage difference of 99 is formed by implanting ions into one of the channels of 97 and 99 (channel doping) and changing the threshold voltage depending on the amount of implanted charge.
97,99の一方のゲート材料をかえ、仕事
関数差にる閾値電圧変移量から構成する。 The gate material of one of 97 and 99 is changed, and the threshold voltage shift amount is determined by the work function difference.
尚、VSS端子から差動入力トランジスタへの帰
還は、VDDとVSS間に接続された分圧素子によつ
て分圧して帰還することも可能である。 Note that the feedback from the V SS terminal to the differential input transistor can also be divided by a voltage dividing element connected between V DD and V SS and then fed back.
いずれの減圧回路の実施例も減圧回路が容量素
子及び電子回路と同一の半導体集積回路基板上に
形成される素子によつて形成されることを要旨と
している。特にCMOS集積回路上に電子回路と
共に集積化されることは電子装置を低コストとす
るために重要である。 The gist of any of the embodiments of the pressure reduction circuit is that the pressure reduction circuit is formed of elements formed on the same semiconductor integrated circuit board as the capacitive element and the electronic circuit. In particular, it is important to integrate electronic circuits on CMOS integrated circuits in order to reduce the cost of electronic devices.
第12図は、電子回路に供給する電圧を、電池
電圧、減圧された電圧から選択的に使用するため
の信号ψを発生する回路である。そのタイミング
チヤート第13図を参照して、第12図回路を説
明する。電池が入らない前容量142の電位
A′はVDDにある。電池が入るとMOSトランジス
タ141がオンしA′はVCCの電位になる。その反
転電位Aによりセツト・リセツト回路がセツトさ
れ、ψはVDDとなる。しばらくの間の後電子回路
からのタイミング信号Cにより、リセツトされて
VCCとなるまでその電位VDDを保持する。又、ラ
ンプ、アラーム、ブザー、音声等のスイツチBか
せ入るとψはそのBがVCCの間VDDとなる。電子
回路からこの第12図回路への信号は、電子回路
が減圧された電圧系で駆動されるものであれば適
当なインターフエイス回路を通して論理レベルの
変換を行なう。このインターフエイス回路は、減
圧された電圧系で駆動される電子回路と、電池電
圧系で駆動される電子回路との間の信号伝達の論
理レベルの変換にも使用される。このインターフ
エイス回路を第14図に示す。減圧された電圧
(VDD―VSS)系の信号α,は、MOSトランジス
タ147乃至152から構成されるこのインター
フエイス回路により電池電圧系(VDD―VCC)の
論理レベルに変化され、それぞれβ,となる。 FIG. 12 shows a circuit that generates a signal ψ for selectively using a battery voltage or a reduced voltage as a voltage to be supplied to an electronic circuit. The circuit shown in FIG. 12 will be explained with reference to the timing chart shown in FIG. 13. Potential of front capacity 142 without battery
A′ is at V DD . When the battery is inserted, the MOS transistor 141 is turned on and A' becomes the potential of V CC . The set/reset circuit is set by the inverted potential A, and ψ becomes VDD . After a while, it is reset by timing signal C from the electronic circuit.
The potential V DD is held until it reaches V CC . Also, when a switch B for lamps, alarms, buzzers, audio, etc. is turned on, ψ becomes V DD while B is at V CC . Signals from the electronic circuit to the circuit shown in FIG. 12 undergo logic level conversion through an appropriate interface circuit if the electronic circuit is driven by a reduced voltage system. This interface circuit is also used to convert the logic level of signal transmission between an electronic circuit driven by a reduced voltage system and an electronic circuit driven by a battery voltage system. This interface circuit is shown in FIG. The reduced voltage (V DD - V SS ) system signal α is changed to the logic level of the battery voltage system (V DD - V CC ) by this interface circuit composed of MOS transistors 147 to 152, and the respective β, becomes.
さて減圧回路としては第9,10図に示された
実施例の他に、容量や抵抗ダイオード、トランジ
スタを組合わせた各種回路、トランスを用いた方
法などがあげられる。 In addition to the embodiments shown in FIGS. 9 and 10, the pressure reducing circuit includes various circuits combining capacitors, resistance diodes, and transistors, and methods using transformers.
以上のように減圧回路にサンプリング動作する
差動増幅回路を用い、出力となる電流源回路に容
量素子を設けて減圧電圧を常に安定供給し、電池
投入時には減圧回路から電池電圧を安定的に供給
する本発明の方法によると、電池投入時には電流
源MOSトランジスタから確実に電池電圧が供給
されるため電子回路は早期に安定動作でき、且つ
通常動作時は電池電圧を減圧して供給するためリ
チウム電池のような出力電圧の高い、高密度の電
池を有効に使用できる。それによつて電池の長寿
命化が達成され、現在の銀電池に比較して約3倍
になる。現在2〜3年の電池寿命が6〜9年とな
り、腕時計の平均寿命と同程度となる。またデザ
イン的な面を重視すれば電池の薄型化及び小型化
が可能である。本発明の例としてリチウム電池の
電池電圧を減圧して使用した場合について説明し
たが、いかなる電池についても同様に有効であ
る。さらにこの電池電圧を減圧して使用する概念
は、電池時計の他、電卓に代表される電池を駆動
源とする一般的電子機器に応用されるものであ
る。 As described above, a differential amplifier circuit that performs sampling operation is used in the pressure reducing circuit, a capacitive element is provided in the current source circuit that serves as the output, and a reduced voltage is always stably supplied.When the battery is inserted, the battery voltage is stably supplied from the pressure reducing circuit. According to the method of the present invention, when the battery is turned on, the battery voltage is reliably supplied from the current source MOS transistor, so the electronic circuit can operate stably at an early stage, and during normal operation, the battery voltage is reduced and supplied, so the lithium battery It is possible to effectively use high-density batteries with high output voltage, such as batteries. This results in a longer battery life, about three times longer than current silver batteries. The current 2-3 year battery life will now be 6-9 years, which is about the same as the average lifespan of a wristwatch. Furthermore, if emphasis is placed on the design aspect, it is possible to make the battery thinner and smaller. As an example of the present invention, a case has been described in which a lithium battery is used with the battery voltage reduced, but the present invention is equally effective for any battery. Furthermore, this concept of reducing the battery voltage and using it is applied to battery-powered watches as well as general electronic devices that use batteries as a driving source, such as calculators.
第1図、2図、3図、4図は従来の方法におけ
る電子時計のブロツク図である。第5図、6図、
7図、8図は本発明による電子時計のブロツク図
である。第9図、10図は本発明による電子装置
の減圧回路の実施例である。第11図は減圧回路
の各実施例における信号のタイミングチヤートで
ある。第12図は減圧回路の各実施例における信
号ψの発生回路を示す図である。第13図は第1
2図回路のタイミンチヤートである。第14図は
減圧された電圧系から電池電圧系への信号伝達の
インターフエイス回路を示す図である。
1,8,17,23,30,38,46,55
……発振回路、2,9,10,18,24,3
1,39,47,48,56,57……分周回
路、3,13,19,27,32,42,49,
60……ドライバー回路、4,20,33,50
……ステツプモーター、5,21,34,51…
…輪列、6,22,35,52……針、7,16
……銀電池、29,37,45,54,62,6
4,92,111……リチウム電池、11,2
5,40,58……カウンター回路、12,2
6,41,59……デコーダー回路、14,2
8,43,61……表示体、15……昇圧回路、
36,44,53,63……減圧回路、77,9
3,142……容量、78,81〜91,94〜
110,141,147〜152……MOSトラ
ンジスタ、79,80……分圧回路、143,1
46……インバータ回路、144,145……ナ
ンド回路、VDD―VSS……減圧された電圧、VDD―
VCC……電池電圧。
FIGS. 1, 2, 3, and 4 are block diagrams of conventional electronic timepieces. Figures 5, 6,
7 and 8 are block diagrams of an electronic timepiece according to the present invention. 9 and 10 show embodiments of a pressure reducing circuit for an electronic device according to the present invention. FIG. 11 is a timing chart of signals in each embodiment of the pressure reducing circuit. FIG. 12 is a diagram showing a signal ψ generating circuit in each embodiment of the pressure reducing circuit. Figure 13 is the first
Figure 2 is a timing chart for the circuit. FIG. 14 is a diagram showing an interface circuit for transmitting signals from the reduced voltage system to the battery voltage system. 1, 8, 17, 23, 30, 38, 46, 55
...Oscillation circuit, 2, 9, 10, 18, 24, 3
1, 39, 47, 48, 56, 57... frequency divider circuit, 3, 13, 19, 27, 32, 42, 49,
60...Driver circuit, 4, 20, 33, 50
...Step motor, 5, 21, 34, 51...
... Gear train, 6, 22, 35, 52... Needle, 7, 16
...Silver battery, 29, 37, 45, 54, 62, 6
4,92,111...Lithium battery, 11,2
5, 40, 58... Counter circuit, 12, 2
6, 41, 59...Decoder circuit, 14, 2
8, 43, 61...display body, 15...boost circuit,
36, 44, 53, 63... pressure reducing circuit, 77, 9
3,142...Capacity, 78,81~91,94~
110,141,147-152...MOS transistor, 79,80...Voltage dividing circuit, 143,1
46... Inverter circuit, 144, 145... NAND circuit, V DD - V SS ... Reduced voltage, V DD -
V CC ……Battery voltage.
Claims (1)
路に供給する減圧回路と、前記電池電圧の投入か
ら所定期間は前記電子回路に前記電池電圧を供給
させるための制御信号を前記減圧回路に出力する
回路とを備える電子装置において、前記減圧回路
は差動増幅回路、基準電圧源回路及び電流源回路
から構成されて成り、前記差動増幅回路は、一定
電流を流す定電流源MOSトランジスタと、該定
電流源MOSトランジスタと直列接続される差動
入力MOSトランジスタ対と、該各差動入力MOS
トランジスタと直列接続される負荷MOSトラン
ジスタとを含むと共に一対の前記負荷MOSトラ
ンジスタのゲート電極は前記差動入力MOSトラ
ンジスタと前記負荷MOSトランジスタの接続点
の一方に共通接続されてなり、前記基準電圧源回
路は前記電池電圧間に接続され該電池電圧より低
い基準電圧を形成して前記差動入力MOSトラン
ジスタ対の一方のゲート電極に供給し、前記差動
増幅回路又は前記基準電圧源回路はクロツク信号
に応じて回路の電流経路を間欠的に遮断する第1
のMOSトランジスタスイツチを有し、前記電流
源回路は、前記電池電圧間に前記電子回路と直列
接続されると共にゲート電極を前記差動入力
MOSトランジスタと前記負荷MOSトランジスタ
の接続点の他方に接続して成る電流源MOSトラ
ンジスタと、前記差動増幅回路の間欠動作にかか
わらず前記電流源MOSトランジスタと前記電子
回路の接続点に前記減圧電圧を出力せしめるため
に前記電池電圧と前記電流源MOSトランジスタ
の間に接続される容量素子と、前記電池電圧と前
記電流源MOSトランジスタのゲート電極の間に
接続され前記電子回路に前記電池電圧を供給する
ための前記制御信号を受けて導通することにより
前記電流源MOSトランジスタを導通せしめる第
2のMOSトランジスタスイツチとを含み、前記
電流源MOSトランジスタと前記電子回路の接続
点は前記差動入力MOSトランジスタ対の他方の
ゲート電極に帰還接続され、前記電子回路、前記
減圧回路及び前記容量素子は同一半導体基板上に
形成されて成ることを特徴とする電子装置。1. A pressure reducing circuit that supplies a reduced voltage obtained by reducing the battery voltage of a battery to an electronic circuit, and outputs a control signal to the pressure reducing circuit for causing the electronic circuit to supply the battery voltage for a predetermined period from the application of the battery voltage. In the electronic device, the pressure reduction circuit includes a differential amplifier circuit, a reference voltage source circuit, and a current source circuit, and the differential amplifier circuit includes a constant current source MOS transistor that flows a constant current, and a constant current source MOS transistor that flows a constant current. A pair of differential input MOS transistors connected in series with a constant current source MOS transistor, and each differential input MOS
a load MOS transistor connected in series with the transistor, gate electrodes of the pair of load MOS transistors are commonly connected to one of the connection points of the differential input MOS transistor and the load MOS transistor, and the reference voltage source A circuit is connected between the battery voltages and forms a reference voltage lower than the battery voltage and supplies it to one gate electrode of the differential input MOS transistor pair, and the differential amplifier circuit or the reference voltage source circuit receives a clock signal. The first step is to intermittently interrupt the current path of the circuit according to the
MOS transistor switch, the current source circuit is connected in series with the electronic circuit between the battery voltages and has a gate electrode connected to the differential input.
A current source MOS transistor connected to the other of the connection points between the MOS transistor and the load MOS transistor, and the reduced voltage applied to the connection point between the current source MOS transistor and the electronic circuit regardless of the intermittent operation of the differential amplifier circuit. a capacitive element connected between the battery voltage and the current source MOS transistor to output the voltage, and a capacitive element connected between the battery voltage and the gate electrode of the current source MOS transistor to supply the battery voltage to the electronic circuit. a second MOS transistor switch that receives the control signal to conduct the current source MOS transistor and thereby makes the current source MOS transistor conductive, and a connection point between the current source MOS transistor and the electronic circuit is connected to the differential input MOS transistor. An electronic device, characterized in that the electronic circuit, the pressure reducing circuit, and the capacitive element are formed on the same semiconductor substrate, the electronic circuit being feedback-connected to the other gate electrode of the pair.
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-
1979
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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