DE2137566B2

DE2137566B2 - Elektrisch gesteuerte uhr

Info

Publication number: DE2137566B2
Application number: DE19712137566
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Suwa Nagano Hama (Japan)
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1970-07-27
Filing date: 1971-07-27
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2137566A1; GB1343330A; FR2099617A1; US3742697A; CH1098271A4; FR2099617B1

Description

F_x	*■ F_XD =*	*F_x +*	F_XI> =	Impulsreihe a
F_x	*■ F_xn =*	*F_x +*	Fχα =	Impulsreihe /;
		F_x-	FXt) =	Impulsreihe c
		F~x-	*F_x η =*	Impulsreihe d

welche vier Impulsreihen als Ausgangssignal der Impulsformerschaltung (A, B, C) den Eingängen von vier in Brückenschaltung angeordneten Transistoren (6,7,8,9) zugeführt sind, in deren Brückenzweig die Antriebsspulenanordnung (3) des als Schrittmotor (1, 2) ausgebildeten elektromechanischen Wandlers liegt, die von dem Antriebssignal in alternierenden Stromrichtungen durchflossen ist.

2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (A) aus einer Übertragungsgatterschaltung (11, 12, 13) einer NAND-Gatterschaltung (14) und einer sich daran anschließenden NEGIER-Gatterschaltung (15) gebildet ist.

3. Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschalteinrichtung (B, C) zwei NAND- und NOR-Gatterschaltungen jeweils mit nachgeschalteten NEGIER-Gatterschaltungen aufweist.

)ie Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Uhr, >esondere Armbanduhr, wie sie im Oberbegriff des stehenden Schutzbegehrens wiedergegeben ist. :s sind elektromechanische Wandler bekannt, die h Art eines Relais arbeiten, das als elektromechanisches Monoflop mit nicht elektrischer Rücksiellkrafi anzusehen ist und demzufolge durch unipolare: Antriebsimpulse ausgesteuert werden kann (z. B. DT-Oh 18 09 223). Weiterhin ist es bekannt, einen als Schrittschalteinrichtung mit elektromagnetisch hin- unc herbewegtem Anker ausgebildeten bistabilen elektro mechanischen Wandler mit einem Antriebssigna auszusteuern, dessen Ströme alternierend ihre Richtung ändern. Die wechselnde Stromrichtung gewinnt mar ίο dabei durch Entladen eines Kondensators für ein über den anderen Antriebsimpuis (OE-PS 2 81 691, GB-PS Il 77 523 — Fig. 9), mit Hilfe einer Brückemschaltung aus vier Transistoren, in deren Lastzweig die Antriebsspule des Wandlers eingeschaltet ist (FR-PS 15 75 317; is oder durch wechsel weises Aussteuern zweier Spuler eines entsprechend ausgerüsteten Wandlers (GB-PS 11 77 523- Fig. 11).

Zur Gewinnung des jeweils benötigten Antriebssignals ist man verschiedene Wege gegangen. So ist ei bekannt, das Antriebssigr.al allein aus dem Ausgangssignal der letzten Frequenzteilerstufe abzuleiten (FR-PS 15 75 317). Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 1 wiedergegeben. Das 1-Sekundensignal eines nicht dargestellten Frequenzteilers wird einem bistabilen Schaltelement, einem sogenannten Flip-Flop FF zugeleitet, welches mit /?C-Gliedern ausgerüstet ist. Mil Hilfe der beiden Ausgangssignale des Flip-Flops werder zwei monostabile Multivibratoren Λ/Vl, MV2 angesteuert, die ebenfalls RC-G\\eder aufweisen. Das Signa erhält dadurch eine bestimmte Impulsbreite und wire einer Treibertransistorschaltung zugeführt, die entsprechend diesen Steuersignalen einen elektrischen Strorr abwechselnd durch die Spulen Li und LI eine; Wandlers leitet. Um mit Hilfe der mit ÄC-Gliederr arbeitenden monostabilen Multivibratoren MVl odei MV2 eine Impulsdauer von 15 ms zu erzielen, benötigi man bereits Bauelemente hoher Kapazität bzw. hoher Widerstandes, z. B. R = 10 mß und C = 150OpF. Die Unterbringung solch großer Bauelemente auf kleinerr Raum, wie beispielsweise innerhalb einer Armbanduhr bereitet erhebliche Schwierigkeiten. Darüber hinaus ragt die Verdrahtung bei großen Bauelementen von der elektronischen Schaltkreisen ab, was der Betriebssicherheit abträglich ist.

Andere bekannte Arten der Antriebsimpulsgewinnung bedienen sich zwar der Ausgangssignale vor Zwischenstufen der Frequenzteilerschaltung derart, daC die Frequenz des Antriebssignals durch diejenige de; Ausgangssignals der letzten Frequenzteilerstufe und die Impulsbreite des Antriebssignals durch diejenige eines bzw. mehrerer Ausgangssignale mittlerer Frequenzteilerstufen bestimmt ist (DT-OS 18 09 223 — Fig. 6 bis 13, OE-PS 2 81 691). Hierbei besteht der Nachteil, daC eine entsprechende Vielzahl von Leitungein aus dei Frequenzteilerschaltung herausgeführt werden muG und daß die in diesem Zusammenhang bekanntgewordenen Schaltungen Kondensatoren und/oder Widerstände aufweisen.

Es ist aber auch bereits bekannt, zur Formung des do Antriebsimpulses lediglich Signale zweier Frequenzstufen zu verwenden. In einer solchen bekannter Ausführung (GB-PS 11 77 523) wird dazu allerdings vor Ausgangssignalen bzw. von aus Frequenzteilerzwischenstufen gesondert herauszuführenden Signaler ausgegangen, die alle eine gleiche Impulsbreite aufweisen. Solche Signale lassen sich mit einfachen Kippschal· tungs-Teilerstufen nicht ohne weiteres erreichen, es sind insoweit aufwendigere Frequenzteilerschaltungen er-

forderlich, ganz davon abgesehen, daü die Schallung neben MOS-Transisioren noch Kondensatoren aufweist.

Nach einer bekannten Ausführung der eingangs genannten Art soll eine Flip-Flop-Schaltung, wie sie auch für die Frequenzteilerstufen Verwendung findet, durch das Ausgangssignal der letzten Frt quenzteilerstufe eingeschaltet und durch das Ausgangssignal einer vorhergehenden Frequenzteilcrstufe wieder ausgeschaltet werden. Angesichts der unterschiedlichen Impulsbreite der Frequenzteilerstufen-Ausgangssignale, die immer die jeweilige halbe Periodendauer umfassen, läßt sich üie Flip-Flop-Schaltung nur mit Hilfe der Signalimpulsflanken derart steuern, daß pro Periode des Ausgangssignals der letzten Frequenztcilerstufe nur ein Ausgangsimpuls die impulsformerschaltung verläßt. Zur Gewinnung der Flankensignale werden die Impulse der Ausgangssignale der beiden Frequenzteilerstufen differenziert, was man für gewöhnlich am einfachsten mit ftC-Gliedern erreicht. Dies verursacht aber wieder die vorerwähnten Nachteile in Raumbedaif und Herstellungsaufwand.

Schließlich sind bereits die Vorteile geringen Raumund Energiebedarfs aufgezeigt, die man durch Einsatz von MOS-Technik bei Uhren erreichen kann (DT-OS 19 61 740 noch im Zusammenhang mit Kondensatoren, DT-OS 19 28 878 z.B. eine Frequenzteilerstufe ausschließlich aus MOS-Transistoren).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Uhr der vorerwähnten Art zu schaffen, die im Sinne eines möglichst geringen Raum- und Energiebedarfs in MOS-Technik ohne Widerstände und Kondensatoren aufgebaut ist und deren geformtes Ausgangssignal die Aussteuerung eines Antriebssignals mit alternierender Stromrichtung zum Antrieb eines umlaufend schrittweise fortschaltbaren Ankers des Wandlers gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichen des vorstehenden Anspruches 1 wiedergegebenen Merkmale.

Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird ein Ausgangssignal zur Verfügung gestellt, dessen Impulsbreite weder direkt noch indirekt mit Hilfe von Kondensatoren und/oder Widerständen bestimmt ist, durch den Wegfall solcher konkreter Bauelemente lassen sich störende, wie auch immer geartete Verbindungen auf ein Minimum herabsetzen.

Eine solchermaßen in integrierter MOS-Technik ohne passive Elemente ausgeführte Schaltung kann klein gehalten werden und arbeitet sehr zuverlässig mit äußerst geringem Energiebedarf. Darüber hinaus verringert sich der Herstellungsaufwand; es läßt sich eine für die Massenherstellung besonders vorteilhafte Uhr zur Verfugung stellen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiele nachfolgend näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Impulsformer- und Treiberschaltung zur Erläuterung des Standes der Technik,

Fig.2 eine Skizze einer Treiberschaltung und eines daran angeschlossenen Schrittmotors zur Erläuterung der Erfindung,

Fig.3 ein Diagramm eines geformten Ausgangssignals zur Aussteuerung der Treiberschaltung gemäß Fig. 2,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Frequenztcücrschaltung und einer daran angeschlossenen Impulsformerschaltung zur Gewinnung des geformten Ausgangssignals gemäß F i g. 3,

Fig. 5 ein Schaltungsbeispiel für die Impulsformerschaltung gemäß F i g. 4,
s F i g. 6 eine Einzelheit der Schaltung gemäß F i g. 5,

Fig. 7 ein Diagramm, mit dessen Hilfe die Herstellung eines Antriebssignals für den elektromechanischen Wandler gemäß Fig. 2 aus zwei Ausgangssignalen der Frequenzteilerschaltung erläutert wird.

ίο Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild wurde im Zusammenhang mit den Ausführungen zum Stande der Technik bereits beschrieben.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem umlaufenden Impuls- oder Schritt-

is motor. Der Rotor 1 ist mit Hilfe einer Dauermagnetanordnung mit sechs Polen versehen. Bei dieser Art von elektromechanischen Wandlern können die unterschiedlichsten Ausbildungen vorgesehen werden. Der Rotor 1 ist von einem Joch 2 umgriffen, welches die

ao Antriebsspule 3 trägt. Mit 4 ist ein Rad für die Übertragung der Drehbewegung von dem Rotor 1 auf einen Sekundenzeiger symbolisiert. Vier bipolare Treibertransistoren 6, 7, 8 und 9 vom npn- und vom pnp-Typ sind in einer Brückenschaltung zusammengefaßt, in deren Lastzweig die Antriebsspule 3 eingeschaltet ist. Die Transistoren 6 und 8 werden gleichzeitig von jeweils an ihrer Basis anliegenden Impulsreihen a und c eingeschaltet, so daß ein elektrischer Strom die Antriebsspule 3 in einer Richtung durchfließt. Im nächsten Wechseltakt werden anstelle der Transistoren 6 und 8 die Transistoren 7 und 9 eingeschaltet, worauf der elektrische Strom die Antriebsspule 3 in der entgegengesetzten Richtung durchfließt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Impulsbreite bzw. die Impulsdauer der die Transistoren aussteuernden Impulse tm = 15 ms, der Sekundenzeiger wird im Sekundenrhythmus angetrieben.

In Fig.3 sind die insgesamt das Ausgangssignal der weiter unten beschriebenen Impulsformerschaltung bildenden Impulsreihen a-d zur Aussteuerung der Treibertransistoren der Treiberschaltung gemäß F i g. 2 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Basiseingänge der Treibertransistoren 6 und 7 für die Impulsreihen a bzw. b führen dauernd positives Potential, das lediglich während des Auftretens der Impulse mit der Impulsbreite tm zu Null wird. An den Basiseingängen der Treibertransistoren 8 und 9 für die Impulsreihen c bzw. d liegen die entgegengesetzter Verhältnisse vor. Die Impulse der Impulsreihen 3 und c treten gegenüber den Impulsen der Impulsreihen Zjund d um eine Sekunde verschoben auf. Wird die Frequenzteilerschaltung zum Zwecke der Einstellung der Uhr mit Hilfe eines Rückstellsignals stillgesetzt und dann wieder freigegeben, so treten die Impulse der Impulsreihen a bis d im ungünstigsten Fall mit einei Zeitverzögerung td auf. Diese Zeitverzögerung rührt daher, daß von den hier beispielsweise angenommener fünfzehn Stufen der Frequenzteilerschaltung mit Rücksicht auf den für die Rückstellung zu treibender Aufwand lediglich die Teilerstufen neun bis fünfzehn mil der Rückstellung ausgerüstet sind, während die Stufer eins bis acht keine solche Rückstelleinrichtung aufwei sen. Da das Ausgangssignal der achten Teilerstufe 64 Hs beträgt, tritt eine nur sehr geringe Zeitabweichung U

fi.s von dem Zeitnormal auf, was den Benutzer der Uhi kaum stören kann.

Aus dem Blockschaltbild nach F ä g. 4 ist ein« Oszillatorschaitung mit dem Ausgangssignal F₀ zi

ersehen, an weiche eine Reihe von in bekannter Weise aufeinanderfolgend zusammengeschalteten, als Flip-Flop-Schaltkreise aufgebaute Frequenzteilerstufen mit den Ausgangsfrequenzen Fi bis Fm und Fx angeschaltet sind. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal Fo herabgeteilt auf ein 1-Sekunden-Signal Fx. Das Signal Fx und das Ausgangssignal Fv einer vorhergehenden Teilerstufe werden einer Impulsformerschaltung A, B und C zugeführt, an deren Ausgängen das geformte Ausgangssignal in Form der Impulsreihen a. b, cund d auftreten, wie dies in Fig.3 dargestellt ist. Die Impulsformerschaltung umfaßt eine Verzögerungsschaltung A, in welcher das Eingangssignal Fx hinsichtlich der Impulsbreite durch ein weiteres Eingangssignal Fn bestimmt wird. Fx wechselt seine Polarität ein um die andere Sekunde und ist Ausgangssignal einer Flip-Flop-Schaltung mit einer Periodendauer von zwei Sekunden. F^ ist das Ausgangssignal einer Flip-Flop-Schaltung mit einer Frequenz von 32 Hz. Die Impulsflanken des Signals Fx von der Periodendauer von zwei Sekunden werden um '/«-Sekunde zeitlich versetzt. Das so erhaltene Signal ist aus Fig.7 ersichtlich. Der Verzögerungsschaltung A ist eine Verknüpfungsschalteinrichtung mit den Schaltkreisen B und C nachgeschaltet. Das Signs! Fx mit der Periodendauer von 2 Sekunden und ein gegenüber diesem um 180° phasenverschoben auftretendes, weiteres, von Fx durch die vorbeschriebene zeitliche Versetzung abgeleitetes Signal werden den NAND-Gatter aufweisenden Schaltkreisen B bzw. den NOR-Gattern aufweisenden Schaltkreisen C zugeführt, worauf man die in F i g. 3 dargestellten Signale erhält.

Fig.5 zeigt die Impulsformerschaltung aus der Verzögerungsschaltung A und der Verknüpfungsschalteinrichtung aus den Schaltkreisen B und C der F i g. 4, wobei die Verzögerungsschaltung A ein Schaltkreis B und ein Schaltkreis C durch gestrichelte Linien gegeneinander abgegrenzt sind, während zwei weitere Schaltkreise B und C blockschaltbildartig wiedergegeben sind. Wie der mit Schaltsymbolen dargestellte Schaltkreis B erkennen läßt, ist die linke Hälfte als NAND-Gatterschaltung und die rechte Hälfte als NEGIER-Gatterschaltung ausgebildet, in gleicher Weise läßt der mit Schaltsymbolen wiedergegebene Schaltkreis C erkennen, daß die linke Hälfte aus einer NOR-Gatterschaltung und die rechte Hälfte aus einer NEGIER-Gatterschaltung besteht.

Wie in Fig.6 dargestellt, enthält die Verzögerungsschaltung A der Impulsformerschaltung der F i g. 5 eine als Übergabeschalter arbeitende Übertragungsgalterschaltung mit den Anschlüssen 11, 12 und 13, weiterhin eine NAND-Gatterschaltung 14 und eine NEGIER-Gatterschaltung !5. Dem Anschluß 11 der Übertragungsgatterschaltung wird das Signal Fv mit der Periodendaucr von zwei Sekunden zugeführt, während ss dem Anschluß 13 ^üis 32-Hz-Signal Fn und das dazu invertierte Signal Fn zugeleitet wird. Es wird ein um die Zeit Im verzögertes Ausgangssignal Fxi> erhalten, wie dies Fig. 7 zeigt.

Werden das Signal Fx und das Signal F_XD in einer AND-Gatterschaltung verknüpft, so erhält man das Eingangssignal c, wie dies im oberen, mit Schaltungssymbolen wiedergegebenen Schaltkreis B in F i g. 5 dargestellt ist. Werden andererseits die Signale Fx und Fxd einer AND-Gatterschaltung zugeführt, so erhält man das Signal des Einganges d, wie dies der untere blockschaltbildmäßig wiedergegebene Schaltkreis B in Fig.5 zeigt. Darüber hinaus werden die Signale der Impulsreihen a und b durch die Schaltkreise C dei Fig.5 nach den folgenden schaltalgebraischen Gleichungen gebildet, wobei das Signal der Impulsreihe a die Negation der logischen Multiplikation der Signale Fj und Fxd ist und sich als logische Addition wiedergeber läßt:

F_XD — F_x + F_XD = Fv + F₁

^rXD-

In analoger Weise erhält man das Signal_ der Impulsreihe tunter Zugrundelegung der Signale Fxund Fxd:

F_XD - F_x + F_XD = F_x + F₁

XD ■

Die verwendeten Transistoren bestehen aus verbesserten Metall-Oxyd-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOS-FET). Der η-Kanal des MOST öffnet, wenn die Spannung der Gatterelektrode einen hohen Wen aufweist, während der p-Kanal des MOST einschaltet sobald die Spannung der Gatterelektrode einen niedrigen Wert annimmt.

Wie vorstehend erläutert, kann annähernd jede Impulsbreite — ohne einen Widerstand oder einen Kondensator als Verzögerungselement zu benutzen — dadurch erreicht werden, daß statt der Teilerfrequenz Fn der Fig.4 Teilerfrequenzen von Fn-\ oder F_n+\ verwendet werden. Darüber hinaus können Antriebsimpulse abwechselnder Stromrichtung mit außerordentlich niedriger Frequenz jeweils die gesamte Magnetspule des Wandlers durchströmen, und zwar dadurch, daC die Treiberschaltung vier Transistoren in Brückenschaltung aufweist, in deren Lastzweig die Magnetspule eingeschaltet ist, wie dies F i g. 2 zeigt. Der mit einem mehrpoligen Läufer ausgerüstete Wandler des Ausführungsbeispieles nach F i g. 2 kann in vorteilhafter Weise für eine kristallgesteuerte Armbanduhr mit niedriger elektrischer Energie bei hoher Genauigkeit unc Betriebssicherheit verwendet werden. Durch Einsatz der integrierten MOS-Schaltkreistcchnik erhält mar eine sehr betriebssichere und raumsparende Ausbildung der damit ausgeführten Schaltungen.

Eine praktische Ausführung des vorstehend geschilderten Beispieles arbeitet mit einer Oszillatorfrcquenj von 16,385 kHz, die mit Hilfe einer I5stufiger Flip-Flop-Frcquenzlcilcrschaltung in ein 2-Sckunden-Signal, d. h. ein Signal der Frequenz 0,5 Hz hcruntergcteilt wird.

11 ic r/u -1 IiIaII Zeichnungen

Claims

21 Patentansprüche:

1. Elektrisch gesteuerte Uhr, insbesondere Armbanduhr, mit einem Oszillator als Zeitnormal, einer daran angeschlossenen, aus einer Vielzahl von Kippschaltungsstufen in integrierter Schaltkreisiechnik aufgebauten Frequenzteilerschaltung und einer damit verbundenen, in integrierter Schaltkreistechnik ausgeführten Impulsformerschaltung mit einem geformten Ausgangssignal, dessen Impulsfrequenz von dem Ausgangssignal der letzten Frequenzteilerstufe bestimmt ist, dessen Impulsbreite derjenigen des Ausgangssignals nur einer anderen, insbesondere mittleren, Frequcnzteilerstufe entspricht und das eine Treiberschaltung steuert, deren Antriebssignal einen schrittweise angetriebenen elektromechanischen Wandler zugeführt ist, d a durch gekennzeichnet, daß die Impulsformerschaltung (A, B, C) eine Verzögerungsschaltung (A)aufweist, die ein gegenüber dem Ausgangssignal (Fx) der letzten Frequenzteilerstufe um die Impulsbreite des Ausgangssignals (F_n) der anderen Frequenzteilerstufe verschobenes Signal (Fxn) bildet, und die mit einer Verknüpfungsschalteinrichtung (B, C) versehen ist, die das von der Verzögerungsschaltung (A) gebildete Signal (Fxn) mit dem Ausgangssignal (Fx) der letzten Frequenzteilerstufe nach folgenden Maßgaben logisch verknüpft: