JPH0245837Y2

JPH0245837Y2 -

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Publication number: JPH0245837Y2
Application number: JP1988028434U
Authority: JP
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1990-12-04
Also published as: JPS63174094U

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、水晶発振器の周波数温度特性を補償
した電子時計に関する。従来、電子時計の周波数温度特性（以下簡単に
温度特性と略記する）の補償については、種々の
方法があるが大別して、温度特性の異なる部品を
組合せる方法及び温度特性の優れた水晶振動子を
用いる方法がある。前者については、水晶振動子
を２本並列に用いる方法、感温抵抗及びコンデン
サを用いる方法等があるが、いずれも構成部品が
増加すること、及び良好な温度特性を得るために
必要な素子を組合せが難しいために、量産性に乏
しくコスト高まはぬがれない。又後者について
は、たとえば、周波数温度特性のフラツトな温度
範囲が広範で、しかも長期安定性の良い水晶振動
子としてATカツト、GTカツト水晶振動子が存
在するが、両者とも発振周波数がメガHz〜数百Ｋ
Hzと高いために消費電力が大きく、電子時計の長
寿命化はむずかしい欠点がある。本考案の目的は、上記欠点を改善するもので、
時計体の温度をICに内蔵した検温回路により検
出し、温度補償信号を作成し、この温度補償信号
と、従来の論理的歩度調整回路を用いて温度補償
と共に歩度調整を行う電子時計を得ることにあ
る。さらに、本考案の別の目的は温度補償動作を
選択的に不動作として、正確にしかも信頼性良く
歩度調整を行う電子時計を得ることにある。本考案によれば、時間標準信号源にIC、水晶
振動子、トリマコンデンサ以外には、特別な構成
素子を必要としない。さらに温度特性の作に込み
に際して、特に面倒な組合せを必要とせずに良好
な時間精度を可能にする。以下、図面により本考案の内容を説明する。第１図に従来の温度補償付電子時計の内、チタ
バリコンデンサ等の感温コンデンサを用いた電子
時計が有する時間標準源の回路構成を示す。図中
の各構成部位の名称は、１１，１２は抵抗、１３
は水晶振動子、１４は温度補償用コンデンサ、１
５は固定コンデンサ（IC内蔵）、１６はトリマコ
ンデンサ、１７はＣ−MOSインバータ、１８は
分周回路、１９は時刻表示手段である。該温度補償付水晶発振回路の温度特性は、第２
図曲線２２となる。曲線２０は水晶振動子の温度
特性である。又、２１はチタバリコンデンサの容
量変化とICと水晶振動子で決まる負荷容量対周
波数特性曲線より合成される実効的な補償温度特
性曲線である。補償特性２２は、20と21の和で与
えられる。しかし、この補償特性２２は水晶振動
子の特性曲線の頂点θ₀とチタバリコンデンサの容
量変化の頂点C_Pの一致程度及び容量１５，１６
の値によつても、例えば２３のように変化し、補
償特性を低下させる。これは温度特性を決定する
要因が、IC、チタバリコンデンサ、水晶振動子
の三者の諸特性が複雑にからんでいるためであ
り、この温度特性のバラツキはさけがたい。また
容量１６は歩度調整に用いられるので、歩度調整
によつても温度特性が変化してしまい正確な補償
はむずかしい。第３図は、本考案による電子時計の時間標準源
の構成であり、図中、１３は水晶振動子、１６は
トリマコンデンサ、３０は１チツプIC、３０３
はIC中の検温回路部、３０２は補正信号作成論
理回路部、３０１は発振、分周駆動回路部、３１
は歩度調整用設定端子、４０は時刻表示部、５は
システムリセツトスイツチである。まず、第３図
による該電子時計の通常の計時動作は、リセツト
スイツチ５がOFF状態で行われ、時計体の温度
が検温回路部３０３で２進数の温度補償信号に変
換され、３０２の補正信号作成論理回路部に入力
する。又、これと独立に設定する水晶発振器の論
理的手段による周波数調整（以下、簡単に論理周
波数調整と略記する。）のための歩度調整信号は、
固定メモリ等の歩度調整用設定端子３１より３０
２に入力し加減算され、結果の２進数データが３
０１の発振、分周駆動回路部の分周器を制御し
て、水晶発振器の温度補償と歩度調整を同時に行
う。一方、システムリセツトスイツチ５が電子時計
の巻真を２段引き出す等によつてON状態になつ
た際には、検温回路部は無補償状態となり、３１
に設定されたデータによる論理的歩度調整のみが
行われる。このように、システムリセツトスイツチ５の操
作に応じて論理的歩度調整のみが行えることによ
る利点は次のようなことである。すなわち、電子
時計を使用中に落下させたりすると、その衝撃に
より時間標準である水晶振動子の歩度がズレてし
まうことが起こり、これを修正するため常温にお
ける歩度を零に再調整する必要が生ずる。この
時、同時に温度補償動作が作動していると、第６
図に示すように補償特性が不連続なため、温度の
変動に応じて時計歩度指示値が一定せず調整者に
不安感を与えてしまう。しかし、このような場
合、温度補償動作が不動作となつていれば時計歩
度指示値が一定となり、調整者は常に正確に信頼
性良く歩度調整用のトリマコンデンサまたは論理
的歩度調整を行うことができるのである。さらに、電子時計の出荷検査時において論理的
歩度補正状態と、論理的歩度補正及び温度補償状
態との２状態を、システムリセツトスイツチとな
る例えば巻真の操作一つで設定して、両状態を独
立に調整及び検査することができ、電子時計の高
信頼性が達成できるのである。第４図ａは、モータ４のコイルへの駆動信号
で、システムリセツトスイツチ５のリセツト信号
４２３がロウレベルでは１秒毎に逆向きの電流が
流れ、モータが回転する。一方、リセツト信号が
ハイレベルとされたリセツト状態では、同一の周
期の信号が出力するが、パルス幅W₂が１〜
2msecと小さいために、モータは停止する。この
際、節電ができるばかりでなく、該信号を用いて
論理周波数調整された電子時計の歩度を測定する
ことができる。第４図ｂは、これを実現するための回路ブロツ
クの実施例で、２種類のクロツク４２１，４２２
の周波数は各々１／W₁、１／W₂であり、これが
切換回路４２で二者択一的に選択され４１へ入力
され、４１１の計時信号より駆動、歩度測定信号
を作り出す。４３は駆動用バツフアインバータで
ある。次に、第３図による電子時計が実現する温度特
性について詳述する。第５図は、第３図の構成の電子時計が実現する
温度特性を示す図であり、２０は水晶振動子の補
償前の温度特性であり、５１０は温度補償後の温
度特性である。５１１は一般的な使用状態（温度
変動が生じている状態）における平均温度特性を
表わしている。又、第６図は、この温度特性を実現するために
温度補償付IC３０が作り出す補償特性を示す図
であり、６１０が補償特性曲線を表わしている。
この補償特性曲線６１０は、第５図２０の水晶振
動子の温度特性曲線と合成されて、第５図５１０
が得られる。該ICの補償特性は、第３図のIC３０中の検温
回路部３０３で時計体の温度を検出し、温度間隔
△Ｘ℃の切換温度点毎に異なる２進数を得て、さ
らに該２進数を水晶振動子の頂点温度と一致する
切換温度点の一つに於いて左右対称な２進数に変
換して得られる。これを論理的周波数調整回路部
３０２の入力データとする（第６図の実施例にお
ける補償特性は第３表ａ欄に示された値となる）。
電子時計の温度補償後の特性Ｐは次式で与えられ
るものとする。Ｐ＝P₀−Ｊ（Ｊ＋１）・β・（△Ｘ）² …(1) ここでP₀は無補償水晶発振回路の温度特性で P₀＝β（Ｔ−θ₀）²−ｒ（Ｔ−θ₀）³ β；２次温度係数（負値）ｒ；３次温度係数 θ₀；水晶振動子の零温度係数温度Ｔ；温度又、Ｊ＝〔｜Ｔ−X₀｜〕／△Ｘ（Ｊ＝０，１，２…の整数） △Ｘ；IC検温回路部の温度間隔 X₀；IC検温回路部の中心温度〔〕；切捨てによる整数化信号ここで△Ｐ＝−2β（△Ｘ）²とするとＰ＝P₀＋１／2J（Ｊ＋１）△Ｐ …(2) 式(2)により実現する温度特性が第５図５１０で
あり、式(2)の第１項が第５図２０であり第２項が
第６図６１０である。△Ｐは補償量の最小単位で
あり、水晶発振器の周波数が32.768KHzの場合に
は、10秒に１回補償を行うとすると、その分解能
は１日のうちの10秒の数を32.768KHzの周波数で
割つて得られる0.263S／Ｄとなる。そこで△Ｐ＝
0.263とし、β＝−2.85×10^-3とすれば△Ｘは6.8
℃以上でなければならない。式(1)による補償温度
特性は、次の特徴を有する。まず、Ｐが不連続と
なる温度に於いての補償量は、無補償の温度特性
の遅れ分Ｊ・β・（△Ｘ）²の２倍であるため不連
続点の前後における誤差の絶対値は等量となり、
温度が連続的に変化した場合に不連続点の前後で
誤差が相殺される。さらに該補償量は、温度差｜
Ｔ−X₀｜に比例して両側に増加する。以上の特
徴により、当該電子時計の携帯精度は常温（10〜
30℃）で時間誤差が少なく、又、温度変動により
平均的な温度特性５１１（第５図）が実現できる
ことより良好である。第５図の無補償温度領域θ₀±△Ｘは電子時計の
歩度測定時に特別な操作をさせずに水晶振動子の
歩度測定ができる様に、少なくとも△Ｘ＝６〜10
℃で広いことが好ましく、又一方、△Ｘは小さい
方が、携帯精度が高くなると考えられる。この両
者を満足させるため、第７図７００の様な補償特
性が有効である。この特性は、補償式(1)で、温度
｜Ｔ−θ₀｜＜ｎ△ＸでＪ＝０、Ｔ＝θ₀±ｎ△Ｘで
Ｊ＝ｎ、｜Ｔ−θ₀｜＞ｎ△Ｘで（Ｊ＝ｎ＋１，ｎ
＋２……）を与えることにより得ることができ
る。次に、第３図のブロツク図で示した電子時計の
具体的回路の実施例を第８図に示す。又、第９図
は、第８図中の主要部位の信号のタイムチヤート
である。第８図各部位の構成は、８０は水晶発振回路、
８１，８２は分周回路、８３０，８３１はＤ型フ
リツプフロツプ、８５はNOR回路、８６はラツ
チ回路、８７はＲ−Ｓフリツプフロツプ、８８は
スイツチ回路、４１は駆動、歩度測定信号作成回
路部、４０は時刻表示部で、４３は駆動用バツフ
ア回路、４２は切換回路、３０３は検温回路部、
３０２は全加算回路よりなる補正信号作成論理回
路部、３１は歩度調整用設定端子、８９はシステ
ムリセツト端子、３０４は歩度調整回路部で８４
はAND回路である。３０３は前述の検温回路部で２進の温度補償信
号Ｃを出力する。但し、リセツト状態ではＣ＝０
値にクリアされる。温度補償信号Ｃはスイツチ回
路８８でCEのハイレベルで定期的に、例えば10
秒毎に全加算器よりなる補正信号作成論理回路部
３０２に入力される。CEがロウレベルでは、８
８の出力は０（零）値に保持される。つまり、システムリセツトスイツチとしてのシ
ステムリセツト端子８９からリセツト信号が入力
されると、このリセツト信号に基づいて、温度補
償信号Ｃが補正信号作成論理回路部３０２に供給
されることを禁止することとなり、歩度調整信号
Ｄのみから構成される補正信号Ｆが歩度調整回路
部３０４へ出力され、検温回路部３０３を無補償
状態とするのである。この時、この無補償状態と
するために働くのは、歩度調整用設定端子３１、
スイツチ回路８８、システムリセツト端子８９、
補正信号作成論理回路部３０２及び検温回路部３
０３である。これにより、周囲の温度環境に影響
されずに、論理的な歩度調整のみが行えるのであ
る。これは、前述した電子時計を使用中に落下さ
せた後の論理的歩度の再調整や、電子時計の出荷
検査時の論理的歩度の調整において、極めて論理
的歩度の調整がし易いという効果がある。また、３１の設定端子より０３０２に入力する
歩度調整信号Ｄは、論理周波数調整用で第１表に
示されるような２進数で表わされる。この時遅れ
側は２の補数値で設定される。例えばデータの設
定が5bitの場合には、−１は11111、−３は11101等
となる。遅れ側は最上位ビツトが１であり、進み
側は０である。こうすれば時計歩度の遅れ進みの
調整が可能である。３０２は5bitの全加算器で構
成されるが、5bit全加算の結果、Ｆ＝Ｃ＋Ｄのキ
ヤリーは無視する。F₄の出力値１又は０により
時計歩度の遅れ進みをコントロールする。全加算
器よりなる３０２の出力F₀〜F₃は補正信号とし
て３０４の歩度調整回路部に入力され、850R，
830D型フリツプフロツプで構成される4bitプリ
セツタブルのアツプカウンタの周期的な初期設定
データとなる。これらによる論理的歩度調整及び
温度補償の行われ方は、前記カウンタのＤフリツ
プフロツプ８３０の２進の０（ゼロ）状態を４入
力AND回路９０が検出し（信号）、T_Fの周期
で発生する論理周波数調整を可能とする信号と
のANDをとつて前記4bitプリセツトカウンタの
プリセツト信号とする。プリセツトはクロツク信
号の半周期で行われ、プリセツトカウンタの各
Ｄフリツプフロツプ８３０の状態は０状態より
F₀〜F₄で指定される状態にとぶ。歩度が進む場
合は８４１，８４２のAND，NAND回路よりケ
タ上げパルスが１個発生し、かつ指定状態にと
ぶ。遅れの場合にはプリセツトカウンタはケタ上
げせずF₀〜F₄の状態にとぶ。この様子を示す真
理値表を第２表に示す。温度補償がさらに加わる
場合は、Ｆ＝Ｃ＋Ｄがプリセツトされる。この様
子を示す真理値表を第３表ｂに示す。第８図各部
位の信号波形のタイムチヤートを第９図に示す。
該回路構成で実現する時計の補償量PCを式で記
述すると、次式となる。 PC＝（Ｃ／fin・Tc）×86400 ＋（Ｄ／fin・T_F）×86400（Ｓ／Ｄ） …(2) 上式第１項は温度補償量、第２項は論理歩度調
整量である。finはプリセツトカウンタの入力ク
ロツク（信号）の周波数、T_Cは温度補償を行
う周期、又T_Fは論理周波数調整を行う周期であ
る。以上説明した通り、１チツプIC内に内蔵した
検温回路と第８図の回路構成で、温度補償と論理
歩度調整を同じ回路で行うことができるため、今
後多大のメリツトが期待できる。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のチタバリコンデンサを有する
時間標準源を用いた電子時計の回路構成を示す
図。第２図は、第１図の電子時計が有する周波数
対温度特性を示す図。第３図は、本考案になる電
子時計の回路構成を示すブロツク図、第４図は、
本考案になる電子時計のモータ駆動信号出力波形
を示す図ａと、該信号を作成する回路ブロツク図
ｂ。第５図は、第３図の電子時計が実現する周波
数対温度特性図。第６図は、第３図の電子時計の
温度補償回路部が作成する補償特性曲線を示す。
第７図は、本考案になる電子時計が示す周波数対
温度特性の他の実施例を示す図。第８図は、第３
図による電子時計の具体的回路の実施例を示す
図。第９図は、第８図回路の主要部位の信号波形
を示す図。１３……水晶振動子、３０３……検温回路部、
３０２……補償信号を作成する論理回路部、３０
１……発振、分周駆動回路部、３１……設定端
子、５……システムリセツトスイツチ、５１０…
…周波数温度特性、２０……無温度補償水晶発振
器の周波数温度特性、８０……水晶発振器、８３
０……Ｄ型フリツプフロツプ回路、８４……
AND回路、８５……OR回路、８６……ラツチ回
路、８７……Ｓ−Ｒフリツプフロツプ回路、８
１，８２……分周回路、８８……スイツチ回路、
４０……時刻表示部、３０４……歩度調整回路
部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

水晶発振回路８０、前記水晶発振回路の出力を
分周する分周回路８１，８３０、前記分周回路の
出力に基づいて時刻表示を行う時刻表示部４０、
補正信号に基づいて歩度を調整する歩度調整回路
部３０４、論理的に歩度を調整する歩度調整信号
が設定される歩度調整用設定端子３１、温度を測
定し、前記水晶発振回路の温度特性を補償するた
めの温度補償信号を形成する検温回路部３０３、
前記温度補償信号と前記歩度調整信号を加算して
前記補正信号を作成し、前記補正信号を前記歩度
調整回路部に供給する補正信号作成論理回路部３
０２、選択的にリセツト信号を出力するシステム
リセツトスイツチ、前記システムリセツトスイツ
チから出力されるリセツト信号に基づいて、前記
温度補償信号が前記補正信号作成論理回路部に供
給されることを禁止することにより前記歩度調整
信号のみから構成される前記補正信号を前記歩度
調整回路部へ出力し、前記検温回路部を無補償状
態とする手段３１，８８，８９，３０２，３０３
を有することを特徴とする電子時計。