CN103034116A

CN103034116A - 一种提高石英计时器时间计时准确度的方法

Info

Publication number: CN103034116A
Application number: CN2012104578172A
Authority: CN
Inventors: 林军; 许航; 方辉; 黄志煌; 吕丹; 卓晓丹
Original assignee: Fujian Metrology Institute
Current assignee: Fujian Metrology Institute
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明提供一种提高石英计时器时间计时准确度的方法，包括如下步骤：用瞬时日差测量仪测量处于工作状态下的成品石英计时器，获得该石英计时器的时间日误差值；在石英计时器的MCU中设置一校准时间点、一时间日误差值、以及一校准时间间隔值；最后根据时间日误差值重新配置时钟芯片的初始计时。本发明使高精度的石英计时器的时间校准更为精确方便，能够避免人工操作产生的误差，同时有效降低成本，社会经济效益十分显著。

Description

一种提高石英计时器时间计时准确度的方法

【技术领域】

本发明涉及一种提高石英计时器时间计时准确度的方法。

【背景技术】

石英电子表是广泛应用于各行业和我们日常生活的一种电子计时器，以下简称电子表。电子表日差是电子表连续走时24h的计时误差，瞬时日差是测量电子表在某一时间间隔的走时误差折算到24h的计时误差，其单位为s、ms等。日差是评价时钟走时快慢、反映其质量优劣的一个重要指标。一台时钟相对标准钟运行快或慢，取决于所用主振器的频率。若其频率实际值比标称值高，则运行得快，反之则慢。顺势法是根据构成时钟的时基振荡器的频率或节拍数，利用瞬时日差测量仪或其他类似仪器直接测量瞬时日差，测量时间短，对检定/校准环境要求相对较低，使用起来比较方便，可以成倍提高检定/校准效率。

石英晶片之所以能构成振荡电路（谐振）是基于它的压电效应,若其晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高，精度不易改变。

常用的石英时钟芯片产生误差的原因：1.来源于晶体本身因素，例如切割制作工艺、温度影响；2.来源于电路，振荡电容、杂散电容的数值与电容温度漂移造成的误差。传统的电子表日误差由石英晶体决定，其生产方式是在安装前对石英晶体进行检测，符合某个测量精度范围的投入生产使用。电子表组装为成品后，其日误差即被固定，无法修改或校准。当电子表利用石英晶体构成的晶振作为计时基准时，还会有不同程度的累积误差。

因此，对于时间精度要求高的设备，其对晶体的品质要求十分苛刻，因此造价相对较高；另外，现有的时间校准的方法，均是通过每日与标准时钟对时以消除误差，操作过程繁琐，且人工操作难免会造成一定的失误。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种提高石英计时器时间计时准确度的方法，能有效提高石英计时器时间计量的准确度、提高石英计时器的产品合格率，减少由于石英计时器的误差给日常生活所带来的不便，社会效益和经济效益十分显著。

本发明是这样实现的：

一种提高石英计时器时间计时准确度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤10、用瞬时日差测量仪测量处于工作状态下的成品石英计时器，获得该石英计时器的时间日误差值；

步骤20、在石英计时器的MCU中设置一校准时间点、一时间日误差值、以及一校准时间间隔值；

步骤30、MUC首次读取石英计时器内的时钟芯片的时间值时，先判断是否已到校准时间点，若是，则根据时间日误差值重新配置时钟芯片的初始计时，且在经过每一个校准时间间隔值后再次根据时间日误差值重新配置时钟芯片的初始计数值，若否，则继续读取时钟芯片的时间值。

进一步地，所述成品石英计时器内的一石英晶体振荡器为温度补偿振荡器TCXO。

本发明具有如下优点：

本发明获得晶振频率误差是针对整个成品石英计时器的，能够避免只获取单独石英晶体的晶振振荡电路，而忽略成品电路的对石英晶体产生的频率误差，另外，采用温度补偿振荡器TCXO能够减少温度对石英晶体的振荡频率产生影响，因此获得的晶振频率误差更加的精准；

将校准时间点、时间日误差值以及校准时间间隔值写入时钟芯片内设定的专用寄存器内，并将时间修正程序固化进时钟芯片内，则时钟芯片的输出时间信息时直接加入该修正值；即，将时间修正功能固化入时钟芯片中，可使用该时钟芯片构成集成电路，有效地减少系统时间误差，且自动修正时间，更为便捷、显示的时间更准确；另外，对于晶体的品质要求可降低，同等精度的情况下，可降低电路成本。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明方法流程图。

图2为本发明方法中MCU重新配置时钟芯片的初始计数值的流程图。

【具体实施方式】

如图1和图2所示，本发明涉及一种提高石英计时器时间计时准确度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤20、在石英计时器的MCU中设置一校准时间点、一时间日误差值、以及一校准时间间隔值等参数；

所述成品石英计时器内的一石英晶体振荡器为温度补偿振荡器TCXO。

以下结合具体实施例，对本发明做进一步的说明。

本发明方法先利用温度补偿振荡器TCXO进行温度补偿后，再利用瞬时日差仪对成品电路进行校准。

实施例一：

一个成品带有万年历功能的温湿度表，用瞬时日差仪测量其时间日误差值为+0.92s；存入寄存器的修正值为0.92s；同时，设定校准时间点为23点59分59秒；

再设定的校准时间间隔值为5天即120小时，即每5日自动修正一次时钟芯片的时间，第5天修正时间值0.92*5=4.60s，修正值四舍五入保留两位有效数字，则在第5天的23点59分59秒MCU会重新修正时钟芯片的初始计数值，即在下一秒显示的时间值加上4.6s；在下一个校准时间间隔5天后，继续进行自动校准。

由于5天的累积误差为0.92*5=4.60s，第5天修正时间值0.9*5=4.6s，此时时间误差为0.0s；若日误差为0.91s，5天的累积误差为4.55s，第五天修正时间值为4.6s，此时时间误差为0.05s。因此可以看出加入时间修正功能后，时间误差大大减小，有效减少了人工对时的繁琐。

实施例二：

以一个石英晶体成品计时器为例：该石英晶体成品计时器的频率偏差为1PPM的32kHz晶振即在工作环境下的频率误差Δf=(f*频率偏差)/10⁶=(32*10³*1)/10⁶=32*10^-3Hz，其中f为该晶振频率；则该片晶振构成成品计时器对应的日误差为±(1*24*60*60)/10⁶=±0.0864s，假设该片晶振构成成品计时器为正误差且在外界条件影响下的日误差真实值为+0.0864s，由此产生的真实年误差值为(+0.0864s)*365=+31.536s。

将该石英晶体成品计时器利用精度优于0.4PPM的瞬时日差仪进行检测，获得测量的日误差值为+0.09s；因此需要修正的年误差值为(+0.09s)*365=+32.85s。利用本发明方法将需修正的该石英晶体成品计时器年误差为+32.85s，其减去该石英晶体成品计时器的真实年误差值+31.536s，则经本发明方法修正后的石英晶体成品计时器的年误差值为-1.314s。

因此，利用本发明方法修正后，该频率偏差为1PPM的晶振构成的计时器具年误差由原来的+31.536s减小为-1.314s，大大提高了计时器的准确度。

目前电子计时器具常用的晶振频率误差范围为（10-30）PPM，实施例二来说明本发明专利对高品质晶振准确度提高也有较大效果，如频率误差为20PPM的普通晶振，应用本发明修正后的该片晶振构成成品计时器具的年误差可减小10分钟左右。

另外，还可将校准时间点、时间日误差值以及校准时间间隔值写入时钟芯片内设定的专用寄存器内，并将时间修正程序固化进时钟芯片内，则时钟芯片的输出时间信息时直接加入该修正值；即，将时间修正功能固化入时钟芯片中，可使用该时钟芯片构成集成电路，有效地减少系统时间误差，且自动修正时间，更为便捷、显示的时间更准确；另外，对于晶体的品质要求可降低，同等精度的情况下，可降低电路成本。

总之，本发明能有效提高石英计时器时间计量的准确度、提高石英计时器的产品合格率，减少由于石英计时器的误差给日常生活所带来的不便，社会效益和经济效益十分显著。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种提高石英计时器时间计时准确度的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种提高石英计时器时间计时准确度的方法，其特征在于：所述成品石英计时器内的一石英晶体振荡器为温度补偿振荡器TCXO。