DE2806183C3 - Integrierte Schaltung für eine Uhr - Google Patents

Description

Integrierte Schaltung für eine Uhr

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung für eine Uhr, welche 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 elektronisehen 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 elektronisehen 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 Frequenzkonstanz 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 Frequenz 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 jedoch keine Schaltung auf, mit deren Hilfe die Größe der Frequenzkorrektur programmiert werden kann, so daß die Frequenzkorrektur 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 Hilfseingängen des Frequenzteilers verbunden ist und der die das Teilverhältnis durch Einwirken auf die Hilfseingänge bestimmende Information in codierter Form speichert. Der Speicher enthält eine Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle eine Einschreib-Eingangsklemme aufweist, so daß die integrierte Schaltung eine relativ große Anzahl von solchen zusätzlichen Klemmen besitzt.

Die bekannten Systeme weisen eine Frequenzeinstellschaltung für die Teilerausgangssignale auf, welche

b5 entweder mit Vorwahl des Teilerverhältnisses arbeitet < !er am Eingang einer oder mehrerer 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 lief art

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 IoI einer elektrischen Speisungsquelle verbunden wird, kann man eine binäre Infoririaiion zusammensetzen, die durch die Einstellschaltung direkt verwendet werden kann. Man kann also mit η Klemmen 2" verschiedene Informationen einbringen. LJm 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 Anschlüssen 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 π Eingängen 2" Speicherelemente adressieren und programmieren, so daß man 2<²ⁿ) 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 eine 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 y Klemmen der zweiten Gruppe mit einer Mehrzahl von Speicherschaltungen verbunden ist, um die Aktivierung jedes Adressiermittels und infolgedessen das Programmieren des entsprechenden Speicherelementes zu erlauben, indem eine bestimmte Kombination von Spannungen zwischen den Klemmen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe angelegt wird.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

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

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

F'g. 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

F i g. 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 erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, die für eine Uhr mit analoger Anzeige bestimmt ist Die integrierte Schaltung umfaßt mehrere elektronische Schaltungen, darunter einen Oszillator A, einen aus mehreren Teilerstufen gebildeten Frequenzteiler B, eine Einstellschaltung C, eine Einfügungs- und Identifikationsschaltung D, Speicherschaltungen fund F, eine Steuerschaltung H 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_n und f_u festgelegt ist, welche über die Klemme 5 mit dem negativen Pol der Speisequelle P 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 ermögliehen. 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 Speisequelle 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 D verbunden.

Die Gruppe £ weist fünf Speicherschaltungen auf, die je aus einer Diode in Serie mit einer Sicherung gebildet

to werden. Jede dieser Speicherschaltungen ist einerseits über die Anode ihrer Diode mit der Klemme 9 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 ei und der Sicherung es bestehende Speicherschaltung ist mit der Klemme 4 verbunden, die Schaltung bestehend aus ei und ei mit der Klemme 3, die Schaltung bestehend aus e3 und eg mit der Klemme 6, die

Schaltung bestehend aus e* und ee mit der Klemme 7 und die Schaltung bestehend aus es und eio mit der Klemme 8.

Die Gruppe F weist ebenfalls fünf Speicherschaltungen auf, die aus je einer Diode in Serie mit einer Sicherung best =hen. 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 /i und der Sicherung k bestehende Speicherschaltung ist mit Klemme 4 verbunden, jene aus h und fr bestehende mit Klemme 3, die aus h und f_s bestehende mit Klemme 6, die aus U und f% bestehende mit Klemme 7 und die aus fs und /jo 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 Kombinationen. Die 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 es und /i bis /5 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 + V&n 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 ei leitend und es fließt ein Strom von der Klemme 9, welche auf + V liegt, über die Diode ei und die Sicherung ee zur Klemme 4, weiche 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 3456789 10

Klemmen 3 4

ej ee as e,o

/to

Um die Kombinationen eg und h zu erhalten, ist es natürlich notwendig, die Speisequelle P abzutrennen.

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; anderseits kann man über eine Diode alle 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 Schaltung D. Diese Folge von logischen Zuständen ist abhängig von der Konzeption der Schaltung C Bei diesem Beispiel weist diese zehn EXKLUSIV-ODER-Tore auf, von denen nur ein Teil dargestellt ist Das erste Tor Ci 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 Οι und Cj 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 EXKLUSI V-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 einzusteDen, indem an alle oder an einen Teil der zweiten Eingänge der zehn EXKLUSIV-ODER-Tore

bo 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) es, ej, f_t und /7 sind mit Ausgängen 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 die Klemmen 3 und 4 an den Motor M angelegt werden. Es soll nun die aus der Diode ei und der Sicherung e6 bestehende Speicherschaltung betrachtet werden.

Wenn ee intakt ist, werden die durch die Schaltung H an die Klemme 4 angelegten Motorimpulse über die Sicherung <% an die Kathode von ei und an den Eingang eines Verstärkers d\ angelegt. Der Ausgang von d\ ist mit dem zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Tores C\ verbunden. Das letztere erhält daher direkt von den Motorimpulsen stammende Impulse, deren ansteigende und abfallende Flanken durch Signale des Teilers θ gesteuert werden, was eine entsprechende Einstellung der Frequenz dieser Signale nach sich zieht.

Wenn es 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 gehalten. Der Ausgang des Verstärkers d\ bleibt dauernd auf 1 und das EXKLUSIV-ODER-Tor C\ ist unwirksam und es findet keine Einstellung der durch den Teiler B gelieferten Signale statt. Die Sicherungen er, k und /7 sind in gleicher Art mit nicht gezeigten Verstärkern der Schaltung D verbunden, deren Ausgänge mit den Eingängen der EXKLUSIV-ODER-Tore der Schaltung Cverbunden sind.

Die Speicherelemente es und h sind über die Klemme 6 mit dem positiven Pol der Speisequelle P verbunden. Es soll nun die aus der Diode 63 und der Sicherung eg bestehende Speicherschaltung betrachtet werden.

Wenn die Sicherung es intakt ist, ist das Potential an der Kathode von es auf 1 (+ V) fixiert Diese Kathode ist mit einem ersten Eingang eines NAND-Tores <4 verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Tores C₃ und dessen zweiter Eingang mit einem Ausgang einer Schaltung dz 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 d₂ auf 1 ist, erscheinen diese sequentiellen Signale am zweiten Eingang von cj, was eine entsprechende Einstellung der Frequenz der Ausgangssignale des Teilers B nach sich zieht

Wenn die Sicherung eg zerstört ist, ist das Potential an der Kathode von es und am ersten Eingang von di durch den Rückstrom von es und den Widerstand en auf 0 fixiert Das Ausgangssignal von Tor <4 bleibt daher auf 1 und das EXKLUSIV-ODER-Tor α bleibt wirkungslos.

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

Die Speicherelemente eg, eio, h und /10 sind mit einer der Klemmen 7 oder 8 verbunden, deren Potential durch die Widerstände η bzw. 1% auf 0 fixiert ist außer gelegentlich, wenn die Schalter Tj und I₂ für die Uhrzeiteinstellung betätigt werden. Da diese Speicherelemente durch den Leckstrom ihrer Diode und die Widerstände en bzw. fu 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 η mit der Senke eines MOS-Transistors dt und rg mit der Senke eines MOS-Transistors ds verbunden. Diese Transistoren haben ihre Quelle an + V und ihr Gatter ist mit einem Ausgang der Schaltung d₃ zur Bildung sequentieller Signale verbunden. Sie dienen als elektronische Umschalter und erlauben, kurze positive Impulse über die Widerstände η und fe zu überlagern. Der Ausgang von (Z₅ und die Senken von dt und cfc sind anderseits mit Eingängen 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 es bestehende Speicherschaltung betrachtung werden.

Wenn eio intakt ist, laufen die Identifizierimpulse über eio zur Kathode von es und auf den Eingang 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 B gelieferten Signale. Wenn eio zerstört ist, ist das Potential am Eingang von dt 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 eg, /9 und /10 sind in gleicher Weise über Verstärker der Schaltung D mit EXKLUSIV-ODER-Toren der Schaltung C, beide nicht gezeigt, verbunden.

Die Schalter /1 und I₂ werden für die Einstellung der Uhrzeit verwendet. Sie ermöglichen, je nachdem ob sie offen oder geschlossen sind, an die Eingänge der Sperrschaltung cfe logische Zustände 0 oder 1 anzulegen, weiche durch diese Schaltung de an die Schaltung G zur Einstellung der Uhrzeit weitergeleitet werden, welche ihrerseits auf den Frequenzteiler B einwirkt Die Rolle der Sperrschaltung besteht darin, die Identifizierimpulse für die Schaltung G unwirksam zu machen, welche 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 dz gelieferten Signale zwei Sekunden beträgt ist ein Einstellschritt ungefähr 1,5 · ΙΟ-⁵.

Um die Motorimpulse nicht allzusehr zu verkürzen, ist es wünschenswert daß die durch die Schaltung d₃ 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

Einfügungs- und Identifikationsschaltung D', Speicherschaltungen E', eine Anzeigesteuerschaltung H' und eine Schaltung C 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' über die Klemmen 21 und 22, mit den Schaltern I₃ 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 H' und 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 r₄o 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 e\i bestehende Speicherschaltung mit Klemme 37, jene mit ei2 und eis mit Klemme 36, jene mit ei 3 und ei 9 mit Klemme 35, jene mit en und ^o mit Klemme 34, jene mit ei5 und d\ mit Klemme 33, und die Schaltung mit ei6 und β22 mit Klemme 32. Wenn der Widerstand Ao hochohmig ist, muß man, um die Sicherung ei 7 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 7 zu zerstören. Wie im Falle von F i g. 1 kann man alle Sicherungen ei 7 bis en einzeln zerstören, indem man zwischen den Klemmen der ersten und zweiten Gruppe verschiedene Spannungskombinationen 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 ei7 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 en intakt ist, ist das Potential an Klemme 40 und auch am Eingang D von FF d\ 1 auf 1 wegen des durch C17 und cn fließenden Stromes, während der positive Impuls an Klemme 37 erscheint Nachdem dieser Impuls verschwunden ist, wird dieser Zustand 1 durch FF</n gespeichert

Wenn die Sicherung ei 7 zerstört ist, ist das Potential an Klemme 40 während des positiven Impulses an Klemme 37 auf 0 fixiert, es kann kein Strom durch ei 7 fließen. Dieser Zustand 0 wird in FF du gespeichert wenn der Impuls verschwunden ist

Der Ausgang von d\ 1 ist also auf 1, wenn die Sicherung ei 7 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 Impulsformers d\s verbunden ist, der seinerseits an den Ausgängen des Frequenzteilers B' angeschlossen ist Der Ausgang von du ist mit dem zweiten Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Tores cn verbunden, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Oszillators Λ'und dessen Ausgang mit dem Takteingang der ersten Teilerstufe des Teilers ß'verbunden ist. Wenn der Ausgang von FF du auf 1 ist, ist das Tor du durchlässig und die Impulse des Impulsformers d_is 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 d\\ auf 0 ist, ist das Tor d\j gesperrt und das EXKLUSIV-ODER-Tor cn bleibt wirkungslos. Die FF d\2 bis d\e, arbeiten in gleicher Weise über nicht gezeigte NAND-Tore der Schaltung D' und EXKLUSIV-ODER-Tore der Schaltung C. Die Ausgänge der FF du bis d\b können 2⁶ verschiedene Kombinationen von Zuständen darstellen, was 2⁶ verschiedenen Kombination von Zuständen der Sicherungen ei7 bis e22 entspricht und 64 Einstellschritte ergibt. Man kann diese Schrittanzahl leicht erhöhen, wenn man andere Ausgänge der zweiten Gruppe verwendet oder der ersten Gruppe andere zusätzliche Ausgänge hinzufügt

Die F i g. 3 zeigt beispielsweise das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung, die für eine Uhr mit Flüssigkristallanzeige (LCD) bestimmt ist. Diese integrierte Schaltung umfaßt verschiedene elektronische Schaltungen, nämlich den Oszillator A", den Frequenzteiler B", die Einstellschaltung C", die Einfügungs- und Identifikationsschaltung D", die unter E" zusammengefaßten Speicherschaltungen, die Anzeigesteuerschaltung H" und die Schaltung G" zur Korrektur und Einstellung der Uhrzeit. Die integrierte Schaltung ist mit einer zweiten Gruppe von Klemmen 41 bis 70 versehen, um die elektronischen Schaltungen

j5 mit Elementen der Uhr außerhalb der integrierten Schaltung zu verbinden, nämlich mit dem Quarz (?"über die Klemmen 41 und 42, mit den Schaltern /5 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 Schaltung 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

J T?: s Λ C^L.I«.«/. Γ\" ..«.4 _~U A_n* Λ» I_n UCl ijilllgailgc: uci oviiaiiuug x/ uiiu hui uvi /-iiivsui.

dieser Diode mit der Klemme 71 und anderseits auch mit einer der Klemmen der zweiten Gruppe verbunden. Die aus der Diode e3i und der Sicherung e^ bestehende Speicherschaltung ist mit Klemme 69 verbunden, jene aus C32 und e» mit Klemme 68, jene aus en und e» mit Klemme 67, jene aus ey, und e»o mit Klemme 66, jene aus e35 und e» mit Klemme 65 und die aus ex und e« bestehende Schaltung ist mit Klemme 64 verbunden. Wenn die Batterie P"angeschlossen ist, sind die Anoden der Dioden e^ 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 e37 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 eai und die Sicherung en zur Klemme 69 Hießen, der die Sicherung zerstört. Wie bei F i g. 1 und 2 kann man alle Sicherungen e37 bis e*2 einzeln zerstören, indem zwischen den Klemmen der ersten und zweiten Gruppe verschiedene Spannungskombinationen angelegt werden.

Die Schaltung D" besitzt eigene Speichermitlei, in welche die Zustände der Sicherungen übertragen werden. Es handelt sich um sechs RS-NOR-Kippschaltungen cfei bis c/26, deren Setzeingänge je mit der Kathode einer der Dioden ei\ bis ex, und deren Rückstelleingänge mit einem Ausgang des Impulsformers c/28 verbunden sind. Es ist bekannt, daß bei LCD-Anzeigen die Segmente und die gemeinsame Elektrode Rechtecksignale mit ziemlich tiefer Frequenz, z. B. 32 Hz erhalten. Es soil nun die aus der Diode £31 und der Sicherung e37 bestehende Speicherschaltung betrachtet werden.

Wenn die Sicherung ^37 intakt ist, gelangen die über Klemme 69 von der Schaltung H" gelieferten 32-Hz-Signale über die Sicherung en auf die Kathode der Diode ^i und auf den Setzeingang von RS-NOR t/₂₁. Wenn dieser vorher durch Impulse des Impulsformers «te 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 en zerstört ist, ist das Potential an der Kathode der Diode ^₃] durch deren Rückwärtslackstrom auf 0 fixiert Wenn RS-NOR i/21 auf O zurückgestellt wurde, bleibt dieser Zustand, weil sein Satzeingang auf O bleibt.

t/21 arbeitet in gleicher Weise wie t/n in Fig. 2 mit Hilfe des NAND-Tores t/₂₇ und des EXKLUSIV-ODER-Tores C₂I. Der zweite Eingang von t/27 ist mit einem zweiten Ausgang des Impulsformer <4e verbunden, welcher Korrektursignale liefert, welche gegenüber den Rückstellimpulsen verschoben sind. Die Ausgänge der RS-Schaltungen dn bis tfce 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

uaSloSÜLrStPat VCH l-i-iyp iau i_/ic v^üciiclj üiiu oeiikcil 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 werdea 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.

Die Speicherschaltung besteht aus der Diode n\ in Serie mit der Sicherung /J3, wobei n\ die parasitäre Diode zwischen der Senke des Transistors ii und der Wanne Si, der gemeinsam ist für den größten Teil der Transistoren vom N-Typ der integrierten Schaltung. Si ist mit der Klemme W verbunden. Das Gatter und die Quelle des Transistors U sind mit der Klemme W verbunden und daher nichtleitend. Die parasitäre Diode Λ2 liegt zwischen Quelle und Wanne. Die Sicherung /73 ist mit der Klemme Z und mit dem Ausgang eines aus den komplementären Transistoren f₂ und h bestehenden Verstärkers verbunden, deren Senken und deren Gatter gemäß einer bekannten Konfiguration gemeinsam sind. Der Transistor h hat zwei parasitäre Dioden λ» und /35 gegen das Substrat S3, das allen Transistoren vom P-Typ der integrierten Schaltung gemeinsam ist. S3 ist mit der Klemme Γ verbunden. Der Transistor /3 ist zusammen mit den anderen Transistoren vom N-Typ der Ausgangsverstärker in einer isolierten Wanne S2 diffundiert. Er hat zwei parasitäre Dioden nt und /3?

gegen die Wanne S₂. Man könnte natürlich diese Wanne S2 in der Luft lassen. Es ist jedoch vorzuziehen, sein Potential zu fixieren, indem die Senke des Transistors £4, dessen Quelle und Gatter an Klemme W sind, mit der Klemme 7" verbunden wird. Transistor u ist im Substrat Si diffundiert und weist zwei parasitäre Dioden n% und n₉ gegen dieses Substrat auf. Es gibt dann noch zwei parasitäre Dioden Πιο und n_u zwischen Si und S2 und dem Substrat S₃.

Wenn man, um die Sicherung /33 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 W zur Klemme Z fließen über die Diode n\ und die Sicherung /33, und ein zweiter Strom durch die Diode /39 und die Diode /37. Man kann dann durch richtiges Dimensionieren der Dioden n\ und /?9 erreichen, daß der erste Strom beträchtlich höher ist als der zweite, um die Sicherung m zu zerstören ohne andere Teile der Schaltung zu schädigen.

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

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

Die F i g. 1 bis 4 zeigen integrierte Schaltungen, die als Speicherelemente PROM-Schaltungen in Form von Sicherungen verwenden, welche auf ciiic Frequeriiciiistellschaltung 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 Spe.cherschaltungen ausgerüstet, um mindestens vorübergehend die Ziffern und Instruktionen zu speichern. In F i g. 5 ist eine integrierte Schaltung für eine Rechneruhr 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 F i g. 2 den Quarz Q', die Schalter /3 und /4 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 rgi bis ru 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 Korrektur und Einstellung der Uhrzeit, eine Anzeigesteuerschaltung, welchen noch Rechenschaltungen beigefügt sind.

Die integriert? 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 Matrixform 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 jedei Kolonne ermöglichen. Diese Schalter sind also außer halb der integrierten Schaltung angeordnete Mittel welche ermöglichen, zwischen deren Klemmen verschiedene Kombinationen von Spannungen anzulegen.

Es soll nun betrachtet werden, was geschieht, wenn Schalter /n geschlossen wird. Die an der Klemme 37 vorhandenen Impulse werden also an Klemme 84 erscheinen. Daher wird nur Flip-Flop f\\ diese Impulse gleichzeitig an .einem 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 (9)

Patentansprüche:

1. Integrierte Schaltung für eine Uhr, welche 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 Klemmen (1—8) der ersten Gruppe mit mindestens einer der Speicherschaltungen 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; /1—/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 (C, C, C") für die Frequenz der Signale des genannten Frequenzteilers und eine Einfügungs- und Identifikationsschaltung (D, D', D") aufweisen, um die Einstellinformation an die genannte Einstellschaltung 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 (t/i ι — c/ie; cfei — <4e) aufweist.

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfügungs- und Identifikationsschaltung (D) eine Schaltung (c/3) zur Bildung serieller Signale und einen elektronischen Umschalter (<&, 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 (eg— eio; fb—fw) 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; /ι —/5) 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.