JP3162652B2 - 電子時計 - Google Patents
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- G04—HOROLOGY
- G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
- G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
- G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
- G04C3/143—Means to reduce power consumption by reducing pulse width or amplitude and related problems, e.g. detection of unwanted or missing step
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- Electromechanical Clocks (AREA)
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Description
に関するもので、集積回路(以後ICと称す)の消費電
流の低減、ICサイズ縮小のための電子時計に関する。
基準電圧は、定電圧を用いて電源電圧に依存せず一定の
値として用いられているのが一般的な使用方法である。
しかし、特に電子腕時計用のICに回転検出コンパレー
タの基準電圧専用の定電圧回路を用いると、回路構成規
模が大きくなり、電子腕時計の様に容積が限定されてい
る場合には、ICの面積をできる限り小さくする必要が
あるため不向きであった。そのため、従来使用されてい
る電子時計の回転検出回路の基準電圧は、電源電圧また
は電源電圧を抵抗分割した電圧としていた。
回路の基準電圧を電源電圧の抵抗分割した電圧とした回
転検出回路周辺の一例を示す。検出Pch−Tr20
1、検出Pch−Tr202、モータドライバPch−
Tr205、モータドライバPch−Tr206、モー
タドライバNch−Tr207、モータドライバNch
−Tr208のゲートは、図には示していないが、発振
回路からの基準信号より分周した信号を合成し、駆動パ
ルスまたは補正パルス更には回転検出パルス等を作って
いるパルス合成回路と接続されている。回転検出コンパ
レータ210の被検出側の電圧(−側入力端子)は、回
転検出パルスを印加した時に発生する抵抗素子203ま
たは204の端子電圧(以後VRSと称す)であった。
一方、基準電圧(+側入力端子)は、電源電圧を基準電
圧抵抗211と基準電圧抵抗212の抵抗分割した電圧
であった。この基準電圧に対してVRSの大小により、
ロータの回転・非回転を検出していた。また、回転した
時のVRS(以後回転VRSと称す)は、電源電圧の変
動に比例するが、非回転だった時のVRS(以後非回転
VRSと称す)は、電源電圧の変動にほとんど依存せ
ず、ほぼ一定の値となる特性がある。
または電源電圧を抵抗分割した電圧とした場合、電源電
圧の変動により回転検出コンパレータの基準電圧も変動
してしまった。このためステップモータの設計時に基準
電圧の変動を考慮した設計を行っていた。そして、基準
電圧を電源電圧とした場合、基準電圧と回転VRSの差
があまりなく、実際には回転していても非回転と誤検出
してしまう可能性があり、誤検出を防ぐため回転VRS
が高く出るようにステップモータを設計していた。しか
しステップモータの設計定数を変えても回転VRSの値
にあまり大きな変化は見られない。そこで、基準電圧を
電源電圧を抵抗分割した電圧とした場合、基準電圧を任
意の電圧にする事ができ最も有効である。しかし抵抗が
必要になり、しかも抵抗で消費する電流を押さえるよう
に高抵抗にするためICの面積が増加していた。
に、回転検出コンパレータの基準電圧は、他の回路で使
用されている定電圧回路(例えば、発振回路又は発振回
路及び分周回路とパルス合成回路等のロジック部に定電
圧を供給している発振系定電圧回路、又は表示駆動回路
に定電圧を供給している表示系定圧電回路)の電圧とす
る。しかし他の回路で使用されている定電圧回路は本来
の目的にあった定電圧値になっているため、そのままの
電圧では回転・非回転を検出できる電圧値とは限らな
い。そこで回転VRSや非回転VRSの値に影響を及ぼ
しているコイルに直列接続された抵抗素子の任意の場所
(以後可変抵抗素子と称す)から回転検出コンパレータ
への入力をとることにした。これにより、VRS自体の
電圧は変化していないが、回転検出コンパレータに入力
される被検出電圧値としては、抵抗比率分低くすること
ができ、他の回路で使用されている定電圧回路による基
準電圧でも回転・非回転を検出できる、構成とした。
する。図1は、本発明の概略システムブロック図であ
る。図1の入出力信号について説明する。分周回路10
2は、発振回路101の出力信号を入力し、パルス合成
回路103へ出力信号を出力する。駆動回路104は、
パルス合成回路103の出力信号を入力し、ステップモ
ータ105及び可変抵抗素子107へ出力信号を出力す
る。発振系定電圧回路106は、発振回路101と分周
回路102とパルス合成回路103及び回転検出回路1
08へ出力している。回転検出回路108は、発振系定
電圧回路106の出力信号及び可変抵抗素子107の出
力信号を入力し、パルス合成回路103へ出力信号を出
力する。
回路101は、水晶発振(時計用の場合一般に32kH
z)または抵抗R・コンデンサCによるCR発振等によ
り基準信号を発生する。分周回路102は、前記発振回
路101からの出力信号を分周する。32kHz水晶で
1Hz(周期1秒)の信号を作る場合、T−フリップ・
フロップを15段接続している。パルス合成回路103
は、前記分周回路102からの出力により駆動パルスま
たは補正パルス更には回転検出パルス等を合成して選択
的に出力する。駆動回路104は、前記パルス合成回路
103の出力信号を入力し、ステータとロータとコイル
から成るステップモータ105を駆動する。また駆動回
路104は、回転検出時において回転検出コンパレータ
の被検出電圧を発生させるべく駆動する。前記発振回路
101と前記分周回路102及び前記パルス合成回路1
03は、急激な電圧変動に対して弱く、また時計用IC
の中では高周波動作をしている回路のため消費する電流
が多い。このため発振系定電圧回路106の電源電圧よ
り低い一定出力電圧を電源とすることにより、電源電圧
変動に影響せず、振幅も小さいため低消費電流駆動を実
現している。可変抵抗素子107は、抵抗素子(拡散抵
抗又はポリシリコン抵抗等)または前記抵抗と同等機能
を有する素子(例えばMOSFETのON抵抗等)を少
なくとも2素子以上接続したものであり、接続点は選択
により回転検出コンパレータの被検出側入力と接続して
いる。回転検出回路108は、基準電圧として前記発振
系定電圧回路106の定電圧を入力する。また、被検出
側電圧として前記可変抵抗素子107の選択した接続点
に発生する電圧を入力して基準電圧と比較し、比較結果
を前記パルス合成回路103へ出力するコンパレータで
ある。
計のモータドライバ及び回転検出回路の1実施例と基本
的動作の説明を示す。まず、図3の回路接続の説明をす
る。検出Pch−Tr301、検出Pch−Tr30
2、モータドライバPch−Tr307、モータドライ
バPch−Tr308のソースはVDDに接続されてお
り、モータドライバNch−Tr309、モータドライ
バNch−Tr310のソースはVSSに接続されてい
る。抵抗303と抵抗305及び抵抗304と抵抗30
6がそれぞれ接続しており、それぞれの接続点は回転検
出コンパレータ312の−側入力端子にそれぞれ入力さ
れている。回転検出コンパレータ312の+側入力端子
には発振回路に定電圧を供給している発振系定電圧回路
の電圧が入力されている。抵抗303のもう一方は検出
Pch−Tr301のドレインと接続されており、抵抗
304のもう一方は検出Pch−Tr302のドレイン
と接続されている。
1の片側の端子aに接続されており、抵抗306のもう
一方はコイル311の片側の端子bに接続されている。
モータドライバPch−Tr307のドレインとモータ
ドライバNch−Tr309のドレインがコイル311
の端子aに接続している。また、モータドライバPch
−Tr308のドレインとモータドライバNch−Tr
310のドレインがコイル311の端子bに接続してい
る。検出Pch−Tr301、検出Pch−Tr30
2、モータドライバPch−Tr307、モータドライ
バPch−Tr308、モータドライバNch−Tr3
09、モータドライバNch−Tr310のゲートは、
図には示していないが、発振回路からの基準信号より分
周した信号を合成し、駆動パルスまたは補正パルス更に
は回転検出パルス等を作っているパルス合成回路と接続
されている。
バの動作とロータの回転原理を説明する。通常の運針時
の動作は、まず、M1側から駆動パルスが出力される場
合、モータドライバPch−Tr307とモータドライ
バNch−Tr310がON、その他のトランジスタが
OFFとなり、電流がVDD→モータドライバPch−
Tr307→コイル311→モータドライバNch−T
r310→VSSの向きに流れる。このときコイルに流
れる電流によってステータに磁界を発生させロータが回
転する事により運針する。次にM2側から駆動パルスが
出力される場合、モータドライバPch−Tr308と
モータドライバNch−Tr309がON、その他のト
ランジスタがOFFとなり、電流がVDD→モータドラ
イバPch−Tr308→コイル311→モータドライ
バNch−Tr309→VSSの向きに流れ、先程コイ
ル311に流れた電流とは逆の向きになる。しかしロー
タは先程すでに回転しているため、同じ方向に回転す
る、という動作を繰り返すのである。
を説明する。今、M1側から駆動パルスが出力されたと
すると、上述したような駆動パルスを出力した後は、強
制的にコイルに電流を流すことがなくなるため、ロータ
は回転・非回転に関わらず自由振動を始める。すると、
この自由振動により逆に電流を発生する。この時、検出
Pch−Tr301をON状態にして、モータドライバ
Pch−Tr307をサンプリングパルスでチョッピン
グ(ON/OFF)する事によりONした時は、VDD
−モータドライバPch−Tr308−コイル311−
抵抗303と抵抗305と検出Pch−Tr301とモ
ータドライバPch−Tr307の合成抵抗(一般にモ
ータドライバのトランジスタのON抵抗は数10〜数1
00Ω程度、抵抗は数100kΩなので図3の回路の合
成抵抗は低抵抗となる)−VDDという閉回路314と
なり、この閉回路314には比較的大きな電流が流れ
る。
ライバPch−Tr308−コイル311−抵抗303
と抵抗305と検出Pch−Tr301の合成抵抗(前
述した通りトランジスタのON抵抗は数10〜数100
Ω程度、抵抗は数100kΩなので図3の回路の合成抵
抗は高抵抗となる)−VDDという閉回路315とな
り、この閉回路315には比較的小さな電流が流れる。
コイル311はインダクタンスが大きいため、これらの
電流の変化には追従できず合成抵抗Rとコイル311の
インダクタンスLによる時定数τ=L/Rなる一次遅れ
の応答を示す。これにより、閉回路315に切り換えた
瞬間コイル311は閉回路314の時の電流をそのまま
流し続けようとするため、高抵抗である抵抗303と抵
抗305の接続点には一瞬高い電圧(VRS)が発生
し、その後、前記時定数τでこの高い電圧は減衰する。
この電圧を回転検出コンパレータ312で検出するとい
うものである。また、ロータの自由振動は、回転時>非
回転時となるため、VRSはロータが回転した時に大き
なVRSを発生し、非回転だった時は小さなVRSを発
生する。
場合も同様に、検出Pch−Tr302をON状態にし
て、モータドライバPch−Tr308をサンプリング
パルスでチョッピング(ON/OFF)する事によりO
Nした時は、VDD−モータドライバPch−Tr30
7−コイル311−抵抗304と抵抗306と検出Pc
h−Tr302とモータドライバPch−Tr308の
合成抵抗(低抵抗となる)−VDDという閉回路とな
り、この閉回路には比較的大きな電流が流れる。一方、
OFFした時は、VDD−モータドライバPch−Tr
307−コイル311−抵抗304と抵抗306と検出
Pch−Tr302の合成抵抗(高抵抗となる)−VD
Dという閉回路となり、この閉回路には比較的小さな電
流が流れる。
ついて説明する。回転検出コンパレータ312は、+側
端子に基準電圧となる発振系定電圧回路313で作られ
る定電圧(以後VREGと称す)を入力する。そして−
側端子に被検出電圧点である抵抗303と抵抗305及
び抵抗304と抵抗306の接続点の電圧をそれぞれ入
力する。その結果、|VRS|≧|VREG|の時、回
転と判断し、|VRS|<|VREG|の時、非回転と
判断するようなコンパレータとなっている。図3では、
被検出電圧の分割を一ポイントとしたが、複数ポイント
の中からステップモータの設計値により選べるようにす
ることもできる。次に従来例である図2の回路と今回の
発明の実施例である図3の回路についてシミュレーショ
ンにて比較する。
0の+側入力となる基準電圧(VREG)を基準電圧抵
抗211と基準電圧抵抗212の比率が3対1の所とし
て、図5の回転VRS501a、非回転VRS501
b、VREG501cとなるようなコイルの線径・巻
数、ロータ・ステータの設計を行ったとすると、図3に
おいて、被検出電圧点を抵抗303と抵抗305または
抵抗304と抵抗306の比率が3対1の所とし、ま
た、回転検出コンパレータ312の+側入力となる基準
電圧(VREG)は、発振回路などの電源として供給し
ている定電圧回路を想定し、VREG=1.05Vとし
てシミュレーションした結果、図5の回転VRS502
a、非回転VRS502b、VREG502cなる結果
となった。但し、上記以外の条件は図2の回路と同じと
する。さらに、図3の抵抗303と抵抗305の合成抵
抗値と図2の抵抗素子203の値、及び図3の抵抗30
4と抵抗306の合成抵抗値と図2の抵抗素子204の
値も同じとする。上記条件下では、回転VRS501
a、非回転VRS501bの値を100%とすると、回
転VRS502a、非回転VRS502b共25%低い
電圧となる。また、VREG502cは、定電圧のため
電源電圧の変動に依存せず一定の値となる。
他の1例を概略システムブロック図にて示す。まず図4
の入出力信号について説明する。分周回路402は、発
振回路401の出力信号を入力し、パルス合成回路40
3及び時刻演算カウンタ409へ出力信号を出力する。
駆動回路404は、パルス合成回路403の出力信号を
入力し、ステップモータ405及び可変抵抗素子407
へ出力信号を出力する。表示駆動回路410は、時刻演
算カウンタ409の出力信号を入力し、表示手段411
へ出力信号を出力する。発振系定電圧回路406は、発
振回路401と分周回路402とパルス合成回路403
及び時刻演算カウンタ409へ出力している。表示系定
電圧回路412は、表示駆動回路410へ出力してい
る。回転検出回路408は、発振系定電圧回路406の
出力信号または表示系定電圧回路412の出力信号のど
ちらか一方の出力信号及び可変抵抗素子407の出力信
号を入力し、パルス合成回路403へ出力信号を出力す
る。
回路401は、水晶発振(時計用の場合一般に32kH
z)または抵抗R・コンデンサCによるCR発振等によ
り基準信号を発生する。分周回路402は、前記発振回
路401からの出力信号を分周する。32kHz水晶で
1Hz(周期1秒)の信号を作る場合、T−フリップ・
フロップを15段接続している。パルス合成回路403
は、前記分周回路402からの出力により駆動パルスま
たは補正パルス更には回転検出パルス等を合成して選択
的に出力する。駆動回路404は、前記パルス合成回路
403の出力信号を入力し、ステータとロータとコイル
から成るステップモータ405を駆動する。
て回転検出コンパレータの被検出電圧を発生させるべく
駆動する。時刻演算カウンタ409は、前記分周回路4
02からの出力信号を入力して演算及びカウントするこ
とにより時刻情報を表示駆動回路410に出力する。表
示駆動回路410は、前記時刻演算カウンタの出力信号
を入力し、液晶(LCD)やLED又はデジタル信号を
入力とする表示素子等の表示手段411を表示する。前
記発振回路401と前記分周回路402と前記パルス合
成回路403及び前記時刻演算カウンタ409は、急激
な電圧変動に対して弱く、また時計用ICの中では高周
波動作をしている回路のため消費する電流が多い。この
ため発振系定電圧回路406の電源電圧より低い一定出
力電圧を電源とすることにより、電源電圧変動に影響せ
ず、振幅も小さいため低消費電流駆動を実現している。
する表示素子等の前記表示手段411は、前記表示駆動
回路410の駆動電圧が変動すると表示が見えにくくな
る等の影響があるため、表示系定電圧回路412の出力
する一定電圧を入力して電圧変動を無くしている。可変
抵抗素子407は、抵抗素子(拡散抵抗又はポリシリコ
ン抵抗等)または前記抵抗と同等機能を有する素子(例
えばMOSFETのON抵抗等)を少なくとも2素子以
上接続したものであり、接続点は選択により回転検出コ
ンパレータの被検出側入力と接続している。回転検出回
路408は、基準電圧として前記発振系定電圧回路40
6の定電圧または表示系定電圧回路412のどちらか一
方選択した方を入力する。また、被検出側電圧として前
記可変抵抗素子407の接続点に発生する電圧を入力し
て基準電圧と比較し、比較結果を前記パルス合成回路4
03へ出力するコンパレータである。
の回路上必要な定電圧回路の電圧を共有して使用するこ
とにより、回路の追加なく、しかも今まで最適な基準電
圧を作るために用いていた基準抵抗を削除し、これによ
り消費電流の削減をはかると共に、ICサイズを小さく
できる。
響を及ぼしている可変抵抗素子の任意の場所から回転検
出コンパレータの被検出側入力をとる事にしたので、非
回転VRSの値を低下させることができ、特に3V駆動
のICを用いたステップモータ(コイルの巻数・線径、
ステータの材質)の設計自由度が増し、部品の共有化が
可能になるなどのコストダウン効果も期待できる。
圧を電源電圧の抵抗分割した電圧とした回転検出回路周
辺の一例である。
転検出回路の1実施例である。
テムブロック図である。
た時の回転VRS、非回転VRS、基準電圧の特性を示
すシミュレーションのグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 発振回路と、 前記発振回路からの出力信号を分周する分周回路と、 前記分周回路からの出力により駆動パルスまたは補正パ
ルス更には回転検出パルス等を合成して選択的に出力す
るパルス合成回路と、 前記発振回路または前記発振回路と前記分周回路及び前
記パルス合成回路等の内部ロジック部に一定の電圧を供
給する発振系定電圧回路と、 ステータとロータとコイルから成るステップモータと、 前記パルス合成回路からの出力信号を入力し、前記ステ
ップモータを駆動する駆動回路と、 前記ステップモータの前記コイルに接続し前記コイルの
少なくとも一端を抵抗分割することにより、前記駆動回
路の出力を任意の検出電圧にする可変抵抗素子と、 前記発振系定電圧回路の電圧を基準電圧として入力し前
記可変抵抗素子により発生した前記検出電圧を比較して
前記検出電圧値の大小で前記ステップモータの前記ロー
タの回転・非回転を判別する回転検出回路とを有するこ
とを特徴とする電子時計。 - 【請求項2】 分周回路からの出力により時刻情報等を
演算処理する時刻演算カウンタと、LCDやLED又はデジタ
ル信号を入力とする表示素子等の表示手段と、前記時刻
演算カウンタからの出力信号を入力し前記表示手段を駆
動する表示駆動回路と、前記表示駆動回路に一定の電圧
を供給する表示系定電圧回路とを備えた請求項1記載の
電子時計において、回転検出回路の基準電圧を前記表示
系定電圧回路の電圧とすることを特徴とする請求項1記
載の電子時計。 - 【請求項3】 回転検出回路の基準電圧を発振系定電圧
回路の電圧または表示系定電圧回路の電圧に選択できる
ことを特徴とする請求項1および請求項2記載の電子時
計。
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