DE2806183B2 - Integrierte Schaltung für eine Uhr - Google Patents

Description

Integrierte Schaltung für eine Uhr

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung für eine Uhr, weiche Schaltung mehrere zeitbestimmende elektronische Schaltungen umfaßt, namentlich einen Oszillator, einen Frequenzteiler, eine Steuerschaltung für Anzeigemittel, elektronische Mittei, um mindestens eine Hilfsfunktion in Abhängigkeit von einer an ihren Eingängen anliegenden Information durchzuführen, Speicherschaltungen, um die elektroni sehen Mittel zu steuern, wobei jede der Speicherschal tungen ein Speicherelement aufweist und diesem Speicherelement Adressiermittel zugeordnet sind, eine erste Gruppe von χ Klemmen, um die Elemente der Uhr außerhalb der integrierten Schaltung mit den elektroni sehen Schaltungen zu verbinden, und eine zweite Gruppe von y Klemmen, um die Speicherschaltungen zu programmieren.

Uhren verwenden meistens Quarzoszillatoren als Zeitbasis. Diese Oszillatoren liefern Impulse von ziemlich hoher Frequenz, z. B. 32 kHz, mit sehr guter

Frequenzkonstsnz an einen Frequenzteiler, welcher

seinerseits die Steuerschaltung der Anzeige der Uhrzeit ansteuert

Die Arbeitsvorgänge zur Einstellung der genauen

Quarzfrequenz sind langwierig und heikel und erhöhen den Preis dieser Elemente beträchtlich.

Es wurden schon verschiedene Systeme vorgeschlagen, welche die Verwendung eines Quarzes ermöglichen sollten, der diesen Vorgängen nicht unterworfen wurde, also eines Quarzes, dessen Frequetzr von der theoretisch notwendigen Frequenz abweicht

Aus der DE-OS 26 33 471 ist eine elektronische Uhr bekannt, welche eine Schaltungsanordnung aufweist, mit der es auf einfache Weise möglich ist, die Ausgangsfrequenz eines Frequenzteilers über einen vorgegebenen Frequenzbereich zu vergrößern oder zu verkleinern. Diese Uhr weist jedcch keine Schaltung auf, mit deren Hilfe die Größe der Frequenzkorrektur programmiert werden kann, so daß die Frequenzkor rektur immer nur mit konstanten Beträgen stattfindet.

Aus der DE-OS 22 11 441 ist eine weitere elektronische Uhr bekannt, bei welcher eine Frequenzkorrektur vorgenommen wird, indem das Teilerverhältnis des Frequenzteilers einstellbar ist. Die: Schaltung umfaßt einen Speicher der mit Hilfseingänjen des Frequenzteilers verbunden ist und der die das Teilverhältnis durch Einwirken auf die Hilfseingänge bestimmende Information in codierter Form speichert. E'er Speicher enthält 'eine Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle eine Einschreib-Eingangsklemme aufwest, so daß die integrierte Schaltung eine relativ große Anzahl von solchen zusätzlichen Klemmen besitzt.

Die bekannten Systeme weisen ei ie Frequenzeinstellschaltung für die Teilerausgangs! ignale auf, welche entweder mit Vorwahl des Teilerv< :rhältnisses arbeitet oder am Eingang einer oder mehrsrer Teilerstufen in vorbestimmten Zeitintervallen Impulse hinzufügt oder unterdrückt.

Welches System auch vorgesehen wird, muß man Mittel vorsehen, um die notwendige Programmierinformation der Einstellschaltung einzugeben, damit diese derart auf die Teilerschaltung einwirken kann, daß letztere Signale der gewollten Frequenz liefert

Eines der einfachsten Mittel besteht darin, Anschlüsse der integrierten Schaltung zu verwenden, welche alle Schaltungen der Uhr vereinigt, wobei für diesen Zweck reservierte Klemmen verwendet werden. Indem jede dieser Klemmen mit dem einen oder dem anderen Pol einer elektrischen Speisungsquelle verbunden wird, kann man eine binäre Information zusammensetzen, die durch die Einstellschaltung direkt verwendet werden kann. Man kann also rriit π Klemmen 2" verschiedene Informationen einbringen. Um 256 Informationen zu haben, muß man also 8 Klemmen dafür reservieren. Man weiß, daß die Anschlüsse einer integrierten Schaltung eine mögliche Störungsquelle sind und einen nicht geringen Anteil am Gestehungspreis und den Abmessungen der integrierten Schaltung haben. Dieses System ist zwar einfach, aber wenig ökonomisch.

Um diese große Anzahl von Anschüssen zu vermeiden, könnte man eine ROM-Schaltung, die aus einer Kombination von Zwischenverbindungen innerhalb der integrierten Schaltung besteht, verwenden, welche Kombination bei der Herstellung der letzteren gewählt wird. Dieser Lösung fehlt jedoch jede Anpassungsfähigkeit, da man so viele Varianten vorsehen muß, wie man verschiedene Informationen haben will, z.B. 256 Varianten, wenn man das vorausgegangene Beispiel betrachtet

Eine andere Lösung besteht darin, handelsübliche elektronische RAM-, PROM-, REPROM- oder ähnliche Schaltungen zu verwenden. Diese Speicher können mindestens einmal programmiert werden, indem eine Adressierschaltung innerhalb der integrierten Schaltung verwendet wird, welche die Auswahl des Speicherelementes ermöglicht, welches man programmieren will. So kann man mit Hilfe von η Eingängen 2" Speicherelemente adressieren und programmieren, so daß man 2P"> verschiedene Informationen erhalten kann. Um 256 Informationen zu haben, muß man also 3 Klemmen auf der integrierten Schaltung reservieren. Diese Systeme sind daher vorteilhaft in bezug auf die Anzahl der zusätzlichen Klemmen der Schaltung, aber sie haben alle schwerwiegende Nachteile bei der Verwendung in einer Uhr. Die RAM-Schaltungen verlieren ihre Information im Moment, in welchem man die Speisung unterbricht, z. B. beim Auswechseln der Batterie. PROM- und REPROM-Schaltungen brauchen entweder erhöhte Programmierströme oder -spannungen, die schwierig zu erhalten sind in einer integrierten Schaltung für Uhren, welche Technologien mit kleiner Spannung und schwachen Strömen verwenden.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, eine integrierte Schaltung vorzusehen, welche durch besondere Auslegung der Adressierschaltungen und der Speicherelemente die Vermeidung dieser Schwierigkeiten ermöglicht und wenig zusätzliche Anschlüsse der integrierten Schaltung erfordert.

Um diesen Zweck zu erreichen, wird eine integrierte Schaltung für eiOe Uhr vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der χ Klemmen der ersten Gruppe mit mindestens einer der Speicherschaltungen verbunden ist und mindestens eine der ν Klemmen der zweiten Gruppe mit einer Mehrzahl von Speicherschaltungen "erbunden ist, um die Aktivierung jedes Adressiermittels uid infolgedessen das Programmieren des entsprechenden Speicherelementes zu erlauben, indem eine bestimmte Kombination mn Spannungen zwischen den Klemmen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe angelegt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

AusführungsbeispieJe der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt die

ίο Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, weiche für eine Uhr mit Analog-Anzeige bestimmt ist; die

Fig.2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung für eine Uhr mit Digital-Anzeige mit Leuchtdioden (LED); die

Fig.3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung für eine Uhr mit Digital-Anzeige mit Flüssigkristallen (LCD); die

Fig.4 eine Einzelheit einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, in welcher parasitäre Dioden von MOS-Transistoren verwendet werden; die

Fig.5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, in welcher als Speicherschaltungen RAM-Schaltungen verwendet werden.

Die F i g. 1 zeigt als Beispiel das Blockschaltbild einer erfinciungsgemäßen integrierten Schaltung, die für eine Uhr mit analoger Anzeige bestimmt ist Die integrierte Schaltung umfaßt mehrere elektronische Schaltungen, darunter einen Oszillator A, emen aus mehreren Teilerstufen gebildeten Frequenzteiler B, eine Einstellschaltung C, eine Einfügungs- und Identifikationsschaltung D, Speicherschaltungen fund F, eine Steuerschaltung //für die Anzeigemittel und eine Schaltung G zur Korrektur und Einstellung der Uhrzeit Diese Schaltungen bestehen aus einer Anzahl von Transistoren, die unter sich durch eine Anzahl von Verbindungen zusammengeschaltet sind, um die gewünschten Funktionen zu erhalten. Zur Vereinfachung sind nur die zur Erklärung des Erfindungsgegenstandes notwendigen Funktionen und Verbindungen eingezeichnet

Die integrierte Schaltung weist eine erste Gruppe von Klemmen mit den Klemmen 9 und 10 auf, deren Potential durch die Widerstände e\ \ und f\ \ festgelegt ist welche über die Klemme 5 mit dem negativen Pol der Speisequelle /"verbunden sind

Die integrierte Schaltung ist mit einer zweiten Gruppe von Klemmen 1 bis 8 versehen, welche die Verbindung der elektronischen Schaltungen mit den Elementen außerhalb der integrierten Schaltung ermög-

>o liehen. Der Resonator Q ist mit dem Oszillator A über die Klemmen 1 und 2 verbunden, der Motor M zum Antrieb der Zeiger ist über die Klemmen 3 und 4 mit der Anzeigesteuerschaltung H gekoppelt die elektrische SpeLequelle P ist über die Klemmen 5 und 6 mit den Schaltungen verbunden, die Schalter für die Korrektur und Einstellung der Uhrzeit sind über die Klemmen 7 und 8 der Identifikationsschaltung Dverbunden.

Die Gruppe £ weist fünf Speicherschaltungen auf, die je aus einer Diode in Serie mit einer Sicherung gebildet werden. Jede dieser Speicherschaltungen ist einerseits über die Anode ihrer Diode mit der Klemme 9 verbunden und anderseits mit einer der Klommen der zweiten Gruppe, wobei die Kathode dieser Diode mit einem Eingang der Schaltung D verbunden ist. Die aus

h5 der Diode e\ uni der Sicherung et bestehende Speicherschaltung ist mit der Klemme 4 verbunden, die Schaltung bestehend aus ei und e? mit der Klemme 3, die Schaltung bestehend aus es und Cr mit der Klemme 6. die

Schaltung bestehend aus e* und e? mit der Klemme 7 unc) die Schattung bestehend aus e-, und eio mit der Klemme 8.

Die Gruppe F weist ebenfalls fünf Speicherschaltungen auf, die aus je einer Diode in Serie mit einer Sicherung bestehen. Jede dieser Speicherschaltungen ist einerseits über die Anode ihrer Diode mit der Klemme 10 verbunden und anderseits mit einer der Klemmen der zweiten Gruppe, wobei die Kathode dieser Diode mit einem Eingang der Schaltung D verbunden ist. Die aus der Diode /ι und der Sicherung ft, bestehende Speicherschaltung ist mit Klemme 4 verbunden, jene aus f₂ und f₇ bestehende mit Klemme 3, die aus Λ und f_s bestehende mit Klemme 6, die aus Λ und f* bestehende mit Klemme 7 und die aus Λ und /Ίο bestehende mit Klemme 8.

Die zehn Speicherschaltungen sind je mit einer Klemme der zweiten Gruppe und mit einer Klemme der ersten Gruppe verbunden, und zwar gemäß zehn verschiedenen Knmhinatinnpn Hip Sicherungen sind spezielle Metallisierungen der integrierten Schaltung, die zerstört werden können, indem man über sie einen Strom einer bestimmten Größe fließen läßt. Diese Sicherungen sind also Speicherelemente, die zwei festgelegte Zustände einnehmen können: Einen geringen Widerstand, wenn sie intakt sind und einen unendlichen Widerstand, wenn sie zerstört sind. Die Dioden ei bis e₅ und f, bis f_s sind die Adressiermittel dieser Speicherelemente. Tatsächlich sind, wenn die integrierte Schaltung durch die Quelle P gespeist ist, ihre Anoden am negativen Pol und können nicht leitend sein, wie auch immer das durch die elektronischen Schaltungen gelieferte Signal an den Klemmen der zweiten Gruppe ist. Um eine Diode leitend zu machen, ist es notwendig, eine positive Spannung zwischen den Klemmen der ersten und zweiten Gruppe anzulegen, an welchen die Speicherschaltung angeschlossen ist, zu der die Diode gehört. Wenn man z. B. die Sicherung es zerstören will, muß man ein Potential 0 an Klemme 4 und ein Potential + Van Klemme 9 anlegen. Wenn man keine andern Sicherungen zerstören will, muß man auch das Potential der andern Klemmen festhalten und Potential 0 an die Klemmen 5 und 10 und Potential + V an die Klemmen 3, 6, 7 und 8 anlegen. Dadurch wird allein die Diode e, leitend und es fließt ein Strom von der Klemme 9, welche auf + V liegt, über die Diode ei und die Sicherung es zur Klemme 4, welche auf 0 liegt. Dieser Strom ist nur durch die Durchlaßkennlinie der Diode begrenzt und kann beträchtliche Werte annehmen, jedenfalls hinreichend zur Zerstörung der Sicherung es. Jedes Speicherelement kann also separat zerstört werden, indem zwischen den Klemmen der ersten und zweiten Gruppe eine bestimmte Kombination von Spannungen angelegt wird. Diese Spannungen müssen durch einen externen Generator mit geringem Innenwiderstand an die integrierte Schaltung angelegt werden. Nachfolgend sind die einzelnen Spannungskombinationen angegeben für die Programmierung der einzelnen Speicherelemente.

Klemmen

3 4 5

Klemmen

Um die Kombinationen es und /₈ zu erhalten, ist es natürlich notwendig, die Speisequelle Pabzutrennen.

Man kann mit andern Spannungskombinationen gleichzeitig mehrere Sicherungen zerstören.

Dieses System hat zwei Vorteile; einerseits kann man mit nur zwei zusätzlichen Klemmen an der integrierten Schaltung zehn Speicherschaltungen programmieren; anHprsc'*s k?.nn πΐ3π über eine Diode süe Sicherungen erreichen, was ermöglicht, mit einem externen Generator die erhöhten Ströme abzugeben, die für die Zerstörung derselben notwendig sind.

Damit die durch die Speicherelemente gelieferte Information verwendbar ist, ist es notwendig, den Zustand jedes dieser Elemente zu identifizieren und in die Einstellschaltung C eine bestimmte Folge von logischen Zuständen einzugeben. Das ist die Rolle der Schalung D. Diese Folge von logischen Zuständen ist abhängig von der Konzeption der Schaltung C. Bei diesem Beispiel weist diese zehn EXKLUSIV-ÖDER-Tore auf, von denen nur ein Teil dargestellt ist. Das erste Tor C\ hat seinen ersten Eingang am Ausgang des Oszillators A angeschlossen und sein Ausgang ist mit dem Takteingang der ersten binären Teilerstufe des Teilers B verbunden, während jedes der folgenden, unter welchen ei und es mit den Ausgängen der neuen ersten binären Teilerstufen des Teilers 8 und mit dem Takteingang der nachfolgenden Teilerstufe verbunden ist. Die zweiten Eingänge der zehn EXKLUSIV-ODER-Schaltungen der Schaltung Csind mit zehn entsprechenden Ausgängen der Schaltung D verbunden.

Es ist bekannt, daß bei einem EXKLUSIV-ODER-Tor die an den ersten Eingang angelegten Signale und die Ausgangssignale sich bei jedem Wechsel des logischen Zustandes des zweiten Einganges um 180° phasen verschieben. Wenn man also an den zweiten Eingang eines der zehn EXKLUSIV-ODER-Tore der Schaltung C Impulse der Periode ranlegt, wird die mittlere Periode des durch den Teiler B gelieferten Signals um einen

Relativwert —— verkürzt, wobei t die Periode des

durch den Oszillator A gelieferten Ausgangssignals und π die Anzahl der binären Teilerstufen zwischen dem genannten Oszillator und dem Eingang des betroffenen EXKLUSrV-ODER-Tores ist Es ist auf diese Art möglich die Frequenz der durch den Teiler B gelieferten Signale einzustellen, indem an alle oder an einen Teil der zweiten Eingänge der zehn EXKLUSIV-ODER-Tore der Schaltung C periodische Impulse angelegt werden. Um jede Zweideutigkeit zu vermeiden, ist es wünschenswert, daß die ansteigenden und abfallenden Flanken dieser Impulse durch eine der Teilerstufen der Schaltung B gesteuert werden, die auf das EXKLUSIV-ODER-Tor folgt, auf dessen Eingang diese Impulse angelegt werden.

Es ist Aufgabe der Schaltung D. Impulse dieser Art an die entsprechenden Eingänge der Schaltung C anzule-

gen, entsprechend der vom Zustand der Speicherelemente abhängigen Kombination. Anschließend werden drei bedeutsame Fälle behandelt.

Die Speicherelemente (Sicherungen) e&, ei, /<, und Fj sind mit Ausgingen der Anzeigesteuerschaltung H > verbunden. Diese ist durch die Ausgänge des Teilers B gesteuert, welche die Periode und die Dauer der Motorimpulse bestimmt, welche durch die Schaltung H über -lie Klemmen 3 und 4 an den Motor M angelegt werdeii. Es soll nun die aus der Diode ei und der in Sicherung α bestehende Speicherschaltung betrachtet werden.

Wenn e* intakt ist, werden die durch die Schaltung H an die Klemme 4 angelegten Motorimpulse über die Sicherung et, an die Kathode von e, und an den Eingang ι > eines Verstärkers d\ angelegt. Der Ausgang von d\ ist mit dem zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Tores Ci verbunden. Das letztere erhält daher direkt von den Motorimpulsen stammende Impulse, deren ansteippnHp iinH 3bf?*!!^pnde Flsnken durch Si⁰HsIs des Teilers 2'.·

ßgesteuert werden, was eine entsprechende Einstellung der Frequenz dieser Signale nach sich zieht.

Wenn e& unterbrochen ist, wird das Potential der Kathode von ei durch den Leckstrom von ei und durch den mit Klemme 5 verbundenen Widerstand en auf 0 i^r, gehalten. Der Ausgang des Verstärkers d\ bleibt dauernd auf I und das EXKLUSIV-ODER-Tor c, ist unwirksam und es findet keine Einstellung der durch den Teiler B gelieferten Signale statt. Die Sicherungen ei, /₆ und Fi sind in gleicher Art mit nicht gezeigten in Verstärkern der Schaltung D verbunden, deren Ausgange mit den Eingängen der EXKLUSIV-ODER-Tore der Schaltung Cverbunden sind.

Die Speicherelemente es und fs sind über die Klemme 6 mit dem positiven Pol der Speisequelle P verbunden, n Es soll nun die aus der Diode ei und der Sicherung es bestehende Speicherschaltung betrachtet werden.

Wenn die Sicherung es intakt ist, ist das Potential an der Kathode von ei auf 1 (+ V) fixiert. Diese Kathode ist mit einem ersten Eingang eines NAND-Tores di verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Tores C₃ und dessen zweiter Eingang mit einem Ausgang einer Schaltung di zur Bildung von sequentiellen Signalen verbunden ist. Die Dauer und die Periode der durch diese Schaltung gelieferten Signale werden durch Ausgangssignale des Teilers B gesteuert. Da der erste Eingang von di auf 1 ist, erscheinen diese sequentiellen Signale am zweiten Eingang von ei, was eine entsprechende Einstellung der Frequenz der Ausgangssignale des Teilers B nach sich zieht

Wenn die Sicherung es zerstört ist ist das Potential an der Kathode von es und am ersten Eingang von <& durch den Rückstrom von es und den Widerstand en auf 0 Fixiert Das Ausgangssignal von Tor di bleibt daher auf 1 und das EXKLUSIV-ODER-Tor es bleibt wirkungslos.

Die Sicherung /₈ ist in gleicher Weise mit einem NAND-Tor der Schaltung D verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang eines nicht gezeigten EXKLUSIV-ODER-Tores der Schaltung C verbunden ist

Die Speicherelemente es, eio, Fg und /io sind mit einer der Klemmen 7 oder 8 verbunden, deren Potential durch die Widerstände η bzw. r₈ auf 0 fixiert ist, außer gelegentlich, wenn die Schalter I_x und h für die UhrzeiteinsteDung betätigt werden. Da diese Speicherelemente durch den Leckstrom ihrer Diode und die Widerstände en bzw. f_X\ bereits mit 0 verbunden sind, ist es notwendig über die Widerstände η und r« Identifikationssignale zu überlagern, um den Zustand der Speicherelemente zu bestimmen. So ist rj mit der Senke eines MOS-Transistors dt und rs mit der Senke eines MOS-Transistors ds verbunden. Diese Transistoren haben ihre Quelle an + V und ihr Gatter ist mit einem Ausgang der Schaltung di zur Bildung sequentieller Signale verbunden. Sie dienen als elektronische Umschalter und erlauben, kurze positive Impulse über die Widerstände ti und rg zu überlagern. Der Ausgang von dj und die Senken von dt und ds sind anderseits mit Hingängen einer Sperrschaltung dt verbunden, deren Ausgänge mit der Schaltung G zur Einstellung der Uhrzeit verbunden sind. Die Identifizierimpulse wirken in gleicher Weise auf die Speicherschaltungen ein wie die Motorimpulse im zuerst beschriebenen Falle. Es soll nun die aus der Sicherung eio und der Diode c=, bestehende Speicherschaltung betrachtung werden.

Wenn em intakt ist, laufen die Identifizierimpulse über *a.- 711Γ i^aihr^f» von S' ii"d 2uf den Εϋη^Λ2Γ!" des Verstärkers di und von da auf den zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Tores C₂ und bewirken eine entsprechende Einstellung der Frequenz der durch den Teiler ß gelieferten Signale. Wenn eio zerstört ist, ist das Potential am Eingang von di durch den Rückstrom der Diode es und durch den Widerstand ei 1 auf 0 fixiert. Das Ausgangssignal von dj ist 1 und ei ist wirkungslos.

Die Sicherungen et», F₉ und /Ίο sind in gleicher Weise über Verstärker der Schaltung D mit EXKLUSIV-ODER-Toren der Schaltung C, beide nicht gezeigt, verbunden.

Die Schalter l\ und /₂ werden für die Einstellung der Uhrzeit verwendet. Sie ermöglichen, je nachdem ob sie offen oder geschlossen sind, an die Eingänge der Sperrschaltung ds logische Zustände 0 oder 1 anzulegen, welche durch diese Schaltung de an die Schaltung G zur Einstellung der Uhrzeit weitergeleitet werden, weiche ihrerseits auf den Frequenzteiler B einwirkt. Die Rolle der Sperrschaltung besteht darin, die Identifizierimpulse für die Schaltung G unwirksam zu machen, weiche nur von den Schaltern zur Einstellung der Uhrzeit kommende Impulse speichern soll.

Man kann so die Einstellschaltung C mit Hilfe der Einfügungs- und Identifizier-Schaltung D in Funktion des Zustandes der Speicherelemente, im vorliegenden Falle Sicherungen, programmieren.

In unserem Falle sind 2¹⁰ verschiedene Kombinationen von Zuständen vorhanden, was 1024 Einstellschritte ergibt. Wenn die Periode der durch die Schaltungen H und di gelieferten Signale zwei Sekunden beträgt, ist ein Einstellschritt ungefähr 1,5 ■ IO-⁵.

Um die Motorimpulse nicht allzusehr zu verkürzen, ist es wünschenswert, daß die durch die Schaltung di gelieferten sequentiellen Signale während der Dauer der Motorimpulse nicht auftreten.

Man könnte übrigens die Kapazität der Einstellschaltung erhöhen, wenn man zwischen den Klemmen 1 und 2 und den Klemmen 9 und 10 Speicherschaltungen anschließen würde, sofern die Eingangs- und Ausgangssignale des Oszillators A durch bestimmte logische Zustände laufen, was abhängig ist von der Konfiguration dieses Oszillators.

Die Fig.2 zeigt beispielsweise das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, die für eine Uhr mit Digitalanzeige mit Leuchtdioden (LED) bestimmt ist Diese integrierte Schaltung umfaßt mehrere elektronische Schaltungen, einen Oszillator A', einen Frequenzteiler B', eine Einstellschaltung C, eine

Einfiigungs- und Identifikationsschaltiing D, .Speicherschaltungen E', eine Anzeigesteuerschaltung H' und eine Schaltung G' zur Einstellung der Uhrzeit. Die integrierte Schaltung ist mit einer zweiten Gruppe von Klemmen 21 bis 39 versehen, um die elektronischen Schaltungen mit Elementen der Uhr außerhalb der integrierten Schaltung zu verbinden, z. B. mit dem Quarz Q' iiher die Klemmen Ά und 22, mit den Schaltern h und U zur Einstellung der Uhrzeit über die Klemmen 23 und 24 und mit der elektrischen Speisequelle über die Klemmen 38 und 39. Die LED-Anzeige ist im Multiplex angeschlossen. Sie ist über die Klemmen 25 bis 31 mit sieben Segmentausgängen der Schaltung Wund über die Klemmen 32 bis 37 mit sechs Ziffernausgängen dieser Schaltung verbunden.

Die integrierte Schaltung weist ebenfalls eine zusätzliche Klemme 40 auf, deren Potential durch den Widerstand r« auf 0 fixiert ist.

Die Gruppe E' weist sechs Speicherschaltungen auf, die wie bei Fig. 1, je aus einer Diode in Serie mit einer Sicherung bestehen. Jede dieser Speicherschaltungen ist einerseits mit der Kathode ihrer Diode mit der Schaltung D' und der Klemme 40 verbunden, und anderseits mit einer der Klemmen der zweiten Gruppe, und zwar die aus der Diode en und der Sicherung ev bestehende Speicherschaltung mit Klemme 37, jene mit e_n und eis mit Klemme 36, jene mit e_u und e^ mit Klemme 35, jene mit εμ und ^o mit Klemme 34, jene mit eis und ft) mit Klemme 33, und die Schaltung mit eie und e22 mit Klemme 32. Wenn der Widerstand no hochohmig ist, muß man, um die Sicherung eu zu zerstören mit Hilfe eines externen Spannungsgenerators mit geringem Innenwiderstand eine Spannung + Van Klemme 37 und eine Spannung 0 an Klemme 40 anlegen. In diesem Falle ist der Strom lediglich durch die Durchlaßkennlinie der Diode en begrenzt und kann beträchtliche Werte annehmen, jedenfalls hinreichend, um die Sicherung ei? zu zerstören. Wie im Falle von F i g. 1 kann man alle Sicherungen ei? bis e22 einzeln zerstören, indem man zwischen den Klemmen der ersten und zweiten Gruppe verschiedene Spannungskombi.:ationen anlegt.

Es ist bekannt, daß man bei einer Multiplexanzeige die Ziffern nacheinander anspeist. So erscheinen an den Klemmen 32 bis 37 nacheinander positive Impulse. Es soll nun die aus der Diode en und der Sicherung C17 bestehende Speicherschaltung betrachtet werden, die sowohl mit der Klemme 37 als auch mit dem Takteingang des FF du verbunden ist, die ausgelegt ist, um bei der negativen Flanke des Taktimpulses zu kippen.

Wenn die Sicherung ei7 intakt ist, ist das Potential an Klemme 40 und auch am Eingang D von FF d\ \ auf I wegen des durch e^ und en fließenden Stromes, während der positive Impuls an Klemme 37 erscheint Nachdem dieser Impuls verschwunden ist, wird dieser Zustand 1 durch FF du gespeichert

Wenn die Sicherung ei7 zerstört ist, ist das Potential an Klemme 40 während des positiven Impulses an Klemme 37 auf 0 fixiert, es kann kein Strom durch ei7 fließen. Dieser Zustand 0 wird in FF dn gespeichert, wenn der Impuls verschwunden ist

Der Ausgang von d\\ ist also auf 1, wenn die Sicherung ei7 intakt ist, und auf 0, wenn die Sicherung zerstört ist Dieser Ausgang ist mit einem ersten Eingang eines NAND-Tores dn verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Impulsfonners d\% verbuchen ist der seinerseits an den Ausgängen des Frequenzteilers B' angeschlossen ist Der Ausgang von d_i7 ist mit dem

zweiten Eingang eines EXKLUS V-ODER-Tores cn verbunden, des 'en erster Eingang mit dem Ausgang des Oszillators A' und dessen Ausgang mit dem Takteingang der ersten Teilerstufe des Teilers ^'verbunden ist.

Wenn der Ausgang von FF du au^: 1 ist, ist das Tor d\ ₇ durchlässig und die Impulse des Impulsformers d\g gelangen an den zweiten Eingang von cn, was eine entsprechende Einstellung der Frequenz der durch den Frequenzteiler B' gelieferten Signale bewirkt. Wenn dagegen der Ausgang von FF du aufOist, ist das Tor dn gesperrt und das EXKLUSIV-ODER-Tor c_n bleibt wirkungslos. Die FF du bis du, arbeit en in gleicher Weise über nicht gezeigte NAND-Tore d::r Schaltung D'und EXKLUSIV-ODER-Tore der Schültung C. Die Ausgänge der FF du bis d\t können 2⁶ verschiedene Kombinationen von Zuständen darstellen, was 2⁶ verschiedenen Kombination von Zuständen der Sicherungen ei 7 bis e22 entspricht und 64 Einstellschriue ergibt. Man kann diese Schrittanj:ahl leicht erhöhen, wenn man andere Ausgänge de- zweiten Gruppe verwendet oder der ersten Gruppe andere zusätzliche Ausgänge hinzufügt.

Die Fig.3 zeigt beispielsweise das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierton Schaltung, die für eine Uhr mit Flüssigkristallanzeige [LCD) bestimmt ist. Diese integrierte Schaltung urrfaßt verschiedene elektronische Schaltungen, nämlich den Oszillator A", den Frequenzteiler B", die Einsts Uschaltuiig C", die Einfügungs- und Identifikationsschi ltung D", die unter E"zusammengefaßten Speicherschaltungen, die Anzeigesteuerschaltung H" und die Schaltung G" zur Korrektur und Einstellung der Uhrteit. Die integrierte Schaltung ist mit einer zweiten Gruppe von Klemmen 41 bis 70 versehen, um die elektrorischen Schaltungen mit Elementen der Uhr außerha b der integrierten Schaltung zu verbinden, nämlich mit dem Quarz (?"über die Klemmen 41 und 42, mit den Sciialtern h und k zur Einstellung der Uhrzeit über die Klemmen 43 und 44 und mit dem positiven Pol der elektrischen Speisequelle P" über die Klemme 70. Die Segmente und die gemeinsame Elektrode der LCD-Anzeige sind über die Klemmen 45 bis 69 mit 24 Ausgängen der ijhaltung H" verbunden.

Die integrierte Schaltung weist auch eine Klemme 71 auf, um den negativen Pol der Speisequelle anzuschließen. In diesem Falle wird diese Klemme ebenfalls als Programmierklemme verwendet wenn die Batterie abgetrennt ist

Die Gruppe E" weist sechs Speicherschaltungen auf, die wie in den F i g. 1 und 2 je aus einer Diode in Serie mit einer Sicherung bestehen. Jede dieser Speicherschaltungen ist über die Kathode ihrer Diode mit einem der Eingänge der Schaltung D" und mit der Anode dieser Diode mit der Klemme 71 und anderseits auch mit einer der Klemmen der zweiten Gruppe verbunden. Die aus der Diode esi und der Sicherung ex, bestehende Speicherschaltung ist mit Klemme 69 verbunden, jene aus en und e» mit Klemme 68, jene aus e» und e» mit Klemme 67, jene aus en und e«o mit Klemme 66, jene aus eu und au mit Klemme 65 und die aus e& und £42 bestehende Schaltung ist mit Klemme 64 verbunden. Wenn die Batterie P" angeschlossen ist, sind die Anoden der Dioden esi bis e% auf 0 und die Dioden können nicht leiten. Wenn man jedoch die Batterie abtrennt, kann man ein Potential +V mit Hilfe eines externen Generators an die Klemme 71 anlegen. Wenn man z. B. die Sicherung β37 zerstören will, muß man + V an Klemme 71 und 0 an Klemme 69 anlegen. Ein

beträchtlicher Strom wird dann von Klemme 71 über die Diode eji und die Sicherung ej? zur Klemme 69 fließen, der die Sicherung zerstört. Wie bei F i g. 1 und 2 kann man alle Sicherungen en bis ev einzeln zerstören, indem zwischen den Klemmen der ersten und zweiten Gruppe verschiedene Spannungskombinationen angelegt werden.

Die Schaltung D" besitzt eigene Speichermittel, in welche die Zustände der Sicherungen übertragen werden. Es handelt sich um sechs RS-NOR-Kippschaltungen dt\ bis d>6, deren Setzeingänge je mit der Kathode einer der Dioden e» bis e^ und deren Rückstelleingänge mit einem Ausgang des Impulsformers dm verbunden sind. Es ist bekannt, daß bei LCD-Anzeig£n die Segmente und die gemeinsame Elektrode Rechtecksignale mit ziemlich tiefer Frequenz, z. B. 32 Hz erhalten. Es soll nun die aus der Diode Cr, und der Sicherung en bestehende Speicherschaltung betrachtet werden.

Wenn die Sicherung en intakt ist, gelangen die über Klemme "Θ von der Schaltung H" gelieferten 32-Hz-Signale über die Sicherung en auf die Kathode der Diode ej] und auf den Setzeingang von RS-NOR d₂\- Wenn dieser vorher durch Impulse des Impulsformers d₂$ auf 0 zurückgestellt wurde, wird er 1, sobald das Signal an Klemme 69 wieder positiv wird, z. B. höchstens 15 ms später, und behält den Zustand 1.

Wenn die Sicherung ev /erstört ist, ist das Potential an der Kathode der Diode e^ durch deren Rückwärtslackstrom auf 0 fixiert. We.in RS-NOR d₂\ auf O zurückgestellt wurde, bleibt dieser Zustand, weil sein Satzeingang auf O bleibt.

c/21 arbeitet in gleicher Weise wie du in Fig. 2 mit Hilfe des NAND-Tores d₂₁ und des EXKLUSIV-ODER-Tores C21. Der zweite Eingang von dn ist mit einem zweiten Ausgang des Impulsformer c/28 verbunden, welcher Korrektursignale liefert, welche gegenüber den Rückstellimpulsen verschoben sind. Die Ausgänge der RS-Schaltungen c/22 bis d_2f, sind über andere NAND-Tore mit andern EXKLUSIV-ODER-Toren, beide nicht gezeigt, verbunden.

Man könnte ohne Weiteres die 24 Anzeigeausgänge benützen, was 2²⁴ Einstellschritte erlauben würde. Wenn eine so hohe Kapazität nicht notwendig ist, kann man ein Teil der Informationen für die Programmierung anderer Systeme verwenden.

Fig.4 zeigt beispielsweise eine Einzelheit einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, welche in CMOS-Technologie realisiert ist und bei welcher parasitäre Dioden der MOS-Transistoren verwendet werden.

Es ist bekannt, daß bei der CMOS-Technologie das Basissubstrat von N-Typ ist. Die Quellen und Senken der Transistoren vom P-Typ sind P+ Zonen, die direkt in das Basissubstrat diffundiert sind. Um Transistoren von N-Typ zu realisieren, muß zuerst eine Wanne vom P-Typ gebildet werden. Die Quellen und Senken der Transistoren vom N-Typ werden dann in diese Wanne diffundiert Es sind natürlich parasitäre Dioden vorhanden zwischen der Quelle und der Wanne und zwischen der Senke und dieser Wanne, wobei die Anoden dieser Dioden gemeinsam an dieser Wanne liegen. Es ist leicht, Gruppen von voneinander isolierten Dioden zu erzeugen, indem verschiedene Wannen vom P-Typ erzeugt werden. In Fig.4 ist eine Speicherschaltung gezeigt die gleich geschaltet ist wie in F i g. 3, und weiter einen Ausgangsverstärker, alle mit parasitären Dioden.

T ist eine normalerweise mit dem positiven Pol der

Speisequelle verbundene Klemme, die Klemme W ist normalerweise mit dem negativen Pol verbunden, während Klemme Z mit der LCD-Anzeige verbunden ist.

Di» Speicherschaltung besteht aus der Diode n, in Serie mit der Sicherung /??, wobei n\ die parasitäre Diode zwischen der Senke des Transistors t\ und der Wanne S\, der gemeinsam ist für den größten Teil der Transistoren vom N-Typ der integrierten Schaltung. S\ ist mit der Klemme W verbunden. Das Gatter und die Quelle des Transistors fi sind mit der Klemme W verbunden und daher nichtleitend. Die parasitäre Diode «2 liegt zwischen Quelle und Wanne. Die Sicherung /7₃ ist mit der Klemme Z und mit dem Ausgang eines aus den komplementären Transistoren t₂ und t} bestehenden Verstärkers verbunden, deren Senken und deren Gatter gemäß einer bekannten Konfiguration gemeinsam sind. Der Transistor t₂ hat zwei parasitäre Dioden n₄ und n-, gegen das Substrat Sj, das allen Transistoren vom P-Tvp der integrierten Schaltung gemeinsam ist. Sj ist mit der Klemme T verbunden. Der Transistor fs ist zusammen mit den anderen Transistoren vom N-Typ der Ausgangsverstärker in einer isolierten Wanne 5: diffundiert. Er hat zwei parasitäre Dioden nc, und n-, gegen die Wanne S₂. Man könnte natürlich diese Wanne α in der Luft lassen. Es ist jedoch vorzuziehen, sein Potential zu fixieren, indem die Senke des Transistors u. dessen Quelle und Gatter an Klemme W sind, mit der Klemme Tverbunden wird. Transistor £1 ist im Substrat S\ diffundiert und weist zwei parasitäre Dioden na und n? gegen dieses Substrat auf. Es gibt dann noch zwei parasitäre Dioden nw und n_n zwischen .Si und S₂ und dem Substrat Ss.

Wenn man, um die Sicherung Π3 zu zerstören, eine Spannung + V an die Klemmen T und W und eine Spannung 0 an die Klemme Z anlegt, wird ein erster Strom von der Klemme Wzur Klemme Z fließen über die Diode n\ und die Sicherung /?3. und ein zweiter Strom durch die Diode nc, und die Diode n·,. Man kann dann durch richtiges Dimensionieren der Dioden n< und n* erreichen, daß der erste Strom beträchtlich höhor ist als der zweite, um die Sicherung ni zu zerstören ohne andere Teile der Schaltung zu schädigen.

Man sieht also, daß es gut möglich ist. ^l -i ener integrierten Schaltung in CMOS-Technologie die parasitären Dioden der MOS-Transistoren als Adressiermittel für die Speicherschaltungen zu verwenden.

F i g. 5 zeigt beispielsweise eine erfindungsgemäße integrierte Schaltung, bei welcher als Speichermittel RAM-Schaltungen verwendet werden.

Die F i g. 1 bis 4 zeigen integriene Schaltungen, die als Speicherelemente PROM-Schaltungen in Form von Sicherungen verwenden, welche auf eine Frequenzeinstellschaltung einwirken, was die Lösung eines bei allen Arten von elektronischen Uhren gemeinsam auftretenden Problemes ermöglicht Man kann dieses System erweitern für die Programmierung anderer Typen von Speicherschaltungen, z. B. für REPROM und RAM, und diese Information für andere Zwecke als die Programmierung einer Einstellschaltung brauchen. Es ist natürlich nicht möglich, den Nachteil der RAM-Schaltungen zu vermeiden, daß sie ihre Information verlieren, wenn man die elektrische Speisung abschaltet Es ist aber auch möglich, von einem Merkmal des Systems zu profitieren, um die Anzahl der Klemmen der integrierten Schaltung zu reduzieren. Ein interessanter Fall sind dabei rechnende Uhren. Es ist bekannt, eine digitale Uhr mit Rechenmitteln zu kombinieren. Diese Uhren sind

mit einer Tastatur versehen, um Ziffern einzugeben und Rechenoperationen zu steuern, und ihre integrierte Schaltung ist mit Speicherschaltungen ausgerüstet, um mindestens vorübergehend die Ziffern und Instruktionen zu speichern. In F i g. 5 ist eine integrierte Schaltung für eine Recbneruhr mit 6-ziffriger LED-Anzeige gezeigt, die gleich ausschaut wie die Schaltung nach F i g. 2, welcher man Rechnermittel und einige zusätzliche Klemmen beigegeben hat

Die integrierte Schaltung ist mit einer zweiten Gruppe von Klemmen 21 bis 39 ausgerüstet, um wie bei der integrierten Schaltung nach Fig.2 den Quarz Q'. die Schalter /3 und U der Schaltung zur Einstellung der Uhrzeit, die Segmente der LED-Anzeige und die Batterie P' anzuschließen, wobei die Klemmen 32 bis 37 je mit einer Ziffer der Anzeige verbunden sind. Die integrierte Schaltung ist mit einer ersten Gruppe von Klemmen versehen, welche die Klemme 40 zur Programmierung der Einstellschaltung mit Hilfe der PROM-Speicherelemente und die Klemmen 81 bis 84 umfaßt, welche über Widerstände r%\ bis r« mit dem negativen Pol der Batterie verbunden sind. Die integrierte Schaltung umfaßt, wie die Schaltung nach F i g. 2, mehrere elektronische Schaltungen, die in der Schaltung K' zusammengefaßt sind, darunter ein Oszillator, ein Frequenzteiler, eine Einstellschaltung, eine Einfügungs- und Identifikationsschaltung, Speicherschaltungen, eine Schaltung zur KoiTektur und Einstellung der Uhrzeit, eine Anzeigesteuerschaltung, welchen noch Rechenschaltungen beigefügt s ind.

Die integrierte Schaltung weist anderseits 24 unter F' zusammengefaßte Speicherschaltungen RAM in Form von D-Flip-Flops, die in einer Matrix mit sechs Zeilen und vier Kolonnen angeordnet sind Die Takteingänge der vier Flip-Flops jeder Zeile sind gemeinsam an je eine der Klemmen 32 bis 37 angeschlossen. Die Eingänge D der sechs Flip-Flops jeder Kolonne sind gemeinsam an je eine der Klemmen 81 bis 84 angeschlossen. Auf diese Weise ist jeder Flip-Flop einerseits mit einer der Klemmen der zweiten Gruppe und andererseits mit einer der Klemmen der ersten Gruppe entsprechend 24 verschiedenen Kombinationen von Verbindungen verbunden.

Die Uhr ist mit einer in Matrixiorm angeordneten Tastatur M' versehen, welche ebenfalls sechs Zeilen aufweist, die mit einer der Klemmen 32 bis 37 verbunden sind, sowie vier Kolonnen, die mit einer der Klemmen 81 bis 84 verbunden sind, und endlich 24 Schalter, welche einzeln das Kurzschließen jeder Zeile mit jeder Kolonne ermöglichen. Diese Schalter sind also außerhalb der integrierten Schaltung angeordnete Mittel, welche ermöglichen, zwischen deren Klemmen verschiedene Kombinationen von Spannungen anzulegen.

Es soll nun betrachtet werden, was geschieht, wenn Schalter In geschlossen wird. Die an der Klemme 37 vorhandenen impulse werden also an Klemme 84 erscheinen. Daher wird nur Flip-Flop fu diese Impulse gleichzeitig an seinem Takteingang und an seinem D-Eingang erhalten und auf 1 kippen. So entspricht jeder Schalter der Tastatur einem Flip-Flop der Gruppe F', der so die vom Benutzer eingegebene Information lokalisieren und speichern kann; um sie anschließend an die Rechenschaltungen weiterzugeben. Dieses System ermöglicht also die Einsparung von sechs Leitungsklemmen, das man die Ausgänge der LED-Anzeige benützt. Man sieht also, daß die Verwendung einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung auch in diesem besonderen Falle interessant sein kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Integrierte Schaltung für eine Uhr, weiche Schaltung mehrere zeitbestimmende elektronische Schaltungen umfaßt, namentlich einen Oszillator, einen Frequenzteiler, eine Steuerschaltung für Anzeigemittel, elektronische Mittel, um mindestens eine Hilfsfunktion in Abhängigkeit von einer an ihren Eingängen anliegenden Information durchzuführen, Speicherschaltungen, um die elektronischen Mittel zu steuern, wobei jede der Speicherschaltungen ein Speicherelement aufweist und diesem Speicherelement Adressiermittel zugeordnet sind, eine erste Gruppe von χ Klemmen, um die Elemente der Uhr außerhalb der integrierten Schaltung mit den elektronischen Schaltungen zu verbinden, und eine zweite Gruppe von y Klemmen, um die Speicherschaltungen zu programmieren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der χ Klemmpra(l—8) der ersten Gruppe mit mindestens einer der Speicherschaitungen verbunden ist und mindestens eine der y Klemmen (9, 10; 40; 71) der zweiten Gruppe mit einer Mehrzahl von Speicherschaltungen verbunden ist, um die Aktivierung jedes Adressiermittels (el —e5; f\— /5) und infolgedessen das Programmieren des entsprechenden Speicherelementes (e6—e 10; /6—/10) zu erlauben, indem eine bestimmte Kombination von Spannungen zwischen den Klemmen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe angelegt wird.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten elektronischen Mittel zur Durchführung einer Hilfsfunktion eine Einstellschaltung (Q C, C") für ü'.e Frequenz der Signale des genannten Frequenzteilers und eine EinfÜgungs- und Identifikationsschaltung (D, D', D") aufweisen, um die Einstellinformation an die genannte Einstellschaitung zu liefern, wobei die Eingänge der Einfügungsschaltung mit den η Speicherschaltungen verbunden sind.

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfügungs- und Identifikationsschaltung (D', D") eigene Speichermittel {d\ ι — d\t; di\ — dn) aufweist

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfügungs- und Identifikationsschaltung (D) eine Schaltung (cfo) zur Bildung serieller Signale und einen elektronischen Umschalter (dt, ds) aufweist, um die Schaltung zur Bildung serieller Signale mindestens momentan mit mindestens einem Teil der χ Klemmen der zweiten Gruppe zu verbinden.

5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente (es—ei₀; /*6—/Ίο) der Speicherschaltungen Sicherungen sind.

6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Sicherungen der Speicherschaltungen durch Metallisierungen der genannten integrierten Schaltung realisiert sind.

7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressiermittel (ei —es; /i —/j) der Speicherschaltungen aus in Serie mit den genannten Sicherungen geschalteten Dioden bestehen.

8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, welche MOS-Transistoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressiermittel durch mindestens eine parasitäre Diode eines der MOS-Transistoren gesteuert werden.

9, Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressiermittel der Speicherschaltungen einen gemeinsamen Teil aufweisen.