DE2233800A1

DE2233800A1 - Pulsgenerator mit einstellbarer frequenz

Info

Publication number: DE2233800A1
Application number: DE2233800A
Authority: DE
Inventors: Pierre Sauthier
Original assignee: Omega Louis Brandt and Frere SA
Current assignee: Omega Louis Brandt and Frere SA
Priority date: 1971-07-16
Filing date: 1972-07-10
Publication date: 1973-02-01
Also published as: JPS4835755A; DE2233800B2; JPS5532056B2; US3800233A; GB1349023A; CH576667B5; DE2233800C3; CH1076672A4

Description

PATENTANWALT

H. F. E L L M E R

β£7 IDSTElN FRiEDENSSTRASSE 29/31 TELEFON: IDSTEIN 8237 Utt-1»;)

ι . ρ 1076

OMEGA, Louis Brandt & Wrire S. A., Bienne/Schweiz

Pulsgenerator mit einstellbarer Frequenz

Die Erfindung betrifft einen Pulsgenerator mit einem Oszillator, der bei einer ziemlich hohen Frequenz arbeitet, und an dessen Ausgang eine Folge von .Teilerstufen angeschlossen ist, so daß eine Folge von Pulsen mit der gewünschten, niedrigen Frequenz am Ausgang der letzten Teilerstufe erhalten wird.

Diese Anordnungen können vorteilhaft unter anderem in Zeitgebern, z* B. Uhren verwendet werden, wozu bereits zahlreiche Vorschläge bestehen. Im Prinzip erweist sich eine von einem Kristall gesteuerte Uhr zwar als genaues Instrument; es tritt jedoch ein Problem, nämlich die Schwierigkeit auf, die Frequenz des Kristalls während der Herstellung exakt einzustellen. Dies rührt von den Einflüssen des Aiteras und der Temperaturschwankungen auf die Kristallfrequenz her»

Falls man Uhren in großer Menge bei annehmbaren Kosten unter Verwendung derartiger Kristalle herstellen möchte, ist es klar, daß die Kristalle selbst nicht zu viel kosten dürfen. Die erforderliche, hohe Präzision ist aber nicht einfach zu erreichen. Man hat bereits für die Praxis vorgeschlagen, zur Frequenzeinstellung einen Trimmkondensator vorzusehen, um die vom Kristall herrührenden Mängel zu korrigieren. Ein weiteres Problem ist durch die Größe des Kondensators bedingt, der zur Erzielung einer annehmbaren Einwirkung auf die Frequenz benötigt wird, insbesondere wenn alle Komponenten einschließ* lieh der Stromquelle und der Anzeige-Einrichtung innerhalb eines Raumes montiert werden müssen, der von einem Uhrengehäuse eingeschlossen wird.

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In der deutschen Auslegeschrift Nr. 1*946.166 ist bereits eine andere Anordnung vorgeschlagen worden, bei der vom Ausgang des Pulsgenerators ein Sperrkreis gesteuert wird und eine* vorgegebene Anzahl Pulse des Oszillators in vorgeschriebenen Intervallen blockiert» Hierfür ist eine laonostabile Schaltung vorgesehen, die jedoch auch einige Schwierigkeiten hinsichtlich des Trißnakondensatora bereiten kann.

Gemäß der Erfindung werden Kristalle verwendet, die anfänglich derart geschnitten sind, daß sie bei einer Frequenz arbeiten, die niedriger als die bei einer normalen Konstruktion ist, so daß eine Grobeinstellung durch eine Überbriickungsschaltung zustandekotnmt, die an einer Teilerstufe angewendet wird. Zu Feineinstellungen kann ein Trimmkon«- densator benutzt werden, der, da er lediglich su diesem Zweck benötigt wird, klein gehalten werden kann.

Gemäß der Erfindung ist daher ein Pulsgenerator mit einem Oazillatorkreis vorgesehen, an dessen Ausgang eine Kette aufeinander folgender Teilerstufen angeschlossen ist, um Pulse mit einer niedrigeren Frequenz als mit der Oszillatorfrequenz zu erhalten; die Ausgangssignale aus einigen vorgegebenen Teilerstufen werden während im voraus gewählter Zeitintervalle einer Hebenschlußschaltung zugeführt, die bezüglich einer zeitiger tätig werdenden Teilerstufe derart angeordnet ist, daß die letztere vorübergehend aus der Kette herausgenommen wird, um die Ausgangsfrequenz zu erhöhen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Die Einzelheiten der Figuren geben die wichtigsten Merkmale der Erfindung wieder. Es stellen dar:

Figur 1 ein Blockschaltbild der grundlegenden, logischen Schaltung,

Figur 2 ein Blockschaltbild mit Einzelheiten der logischen Schal« tung, die tatsächlich zur Anwendung kommen, und

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Figur 3 zeitliehe Auftragungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der logischen Schaltung nach der Figur 2.

Gemäß Figur 1 liefert ein Oszillator 10 ein Ausgangssignal mit einer Nennfrequenz von 16.384 Has. Es wird einer Teilerstufe 11, die einen binären. Zähler auf «reist, und einer Nebenschlußsehaltung aus einer Le5,tung 15 und einem Schalter Sl zugeführt.

Die von der ersten Teilerstufe 11 abgegebenen Signale laufen über einen normalerweise geschlossenen Schalter S2 zu einer weiteren Kette von Teiler3tufen 12. Die Leitung 15 und der normalerweise offene Schalter Sl der Kebenschluöschaltung sind auch mit der Kette der Teilerstufen 12 verbunden, von deren Signalen eine Anzeige-Elnrichtung 13 angetrieben wird; diese Signale werden ferner einer Korrektur-Steuereinheit 14 zugeleitet, von der die Stellung der Schalter Sl und 32 festgelegt wird. Wie beachtet sei, nehmen diese Schalter zueinander komplementäre Lagen ein; wenn also der Schalter S2 geschlossen ist, ist der Schalter Sl geöffnet und umgekehrt. Normalerweise, ist der Schalter S2 geschlossen.

Wenn die Pulse aus dem Ossiilator 10 durch die Kette der Teilerstufen 11,' 12 hindurchgehen, wird ihre Frequenz in jeder Stufe halbiert. Falls also die Öszillatorfrequenz 16.384 Hz beträgt und die Eingangsfrequenz der Anzeige-Einrichtung 13 1 Hz sein soll, dann sind 14 Teilerstufen erforderlich. Die Anzeige-Einrichtung 13 kann beispielsweise mit einem schrittweise schaltenden Elektromotor versehen sein, der in Abhängigkeit vom Signal der letzten Teilerstufe einen Zeiger je Sekunde um einen Schritt vorrückt.

Bei einem Kristall, dar so ausgelegt ist, dad er mit einer Nennfrequenz von 16.364 Hz schwingen soll, bringt ein Fehler von 1 Hz, wenn er also mit einer tatsächlichen Frequenz von nur 16.383 Hz oszilliert, ernste Folgen für die Anzeige des gesamten Zeitgebers mit sich. Da fein Tag 86.400 see hat, beträgt der Fehler:

209885/1188,

§6>jfrOO ^c 4 ape/Tap·
16.304 ^>tJ ^sec/laS t

der völlig unannehmbar ist.

Gemäß der Erfindung ist eine logische Schaltung vorgesehen, in der während einer vorgegebenen, zeitlichen Periode und bei einer vorbestimmten Wiederholungsrate eine der Teilerstufen überbrückt wird, wodurch die Oszillatorfrequenz während dieser Periode verdoppelt wird. Hierau werden die Ausgangssignale der letaten Tellerstufe in die Korrektur-Steuereinheit 14 eingelassen, um die Wiederholung3rate festzulegen. Ein Signal aus der Mitte der Rette der Teilerstufen wird ebenfalls in die Korrektur«Steuereinheit eingeleitet, um die Periode vorzugeben, während der die Nebenschlußschaltung bei jeder Wiederholung wirksam wird.

Wenn angenommen sei, daß die Korrektur-Steuereinheit 14 in Interval» len von 4 see in Gang gesetzt wird, und daß die Schalter Sl und S2 jeweils während einer Periode von vier Schwingungen des Oszillators 10 umgelegt sind, besteht ihre Wirkung während des Verlaufes eines Tage« darin, daß - χ 2 « 43.200 Schwingungen eingefügt werden, was einer Korrektur von f§75gr**2,64 see/Tag entspricht· Wenn die Wiederholungsrate der Korrektur verdoppelt würde, würde die wirkliche Korrektur ^»5,3 sec/Tag betragen, was ausreichend wäre, um einen Kristall zu korrigieren, der mit einer Frequenz von 1 Hs unterhalb der Konstruktionsfrequena schwingt. In der Praxis können die Kristalle mit engeren Toleranzen als denen dieses Beispiels geschnitten werden, so daß einwandfreie Ergebnisse mit Korrekturschritten von 1,32 sec/Tag erreicht werden können, wobei die restlichen Korrekturen mit Hilfe eines Trimmkondensators ausgeführt werden.

Ein mögliche Verwirklichung des Prinzips, das im logischen Schaltbild der Figur 1 gezeigt ist, ist in der Figur 2 veranschaulicht. Ander«

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spezielle Ausführungsformen sind im Hinblick auf den gegenwärtigen Stand der Technologie auch möglich.

Wie in der Figur 1 speist ein Oscillator 20 der Figur 2 eine Kette binärer Zähler, die Teilerstufen C2 - C18 sind. Bei einer anderen An· Ordnung wird ein Oscillator 2OA verwendet, dsr über einen Zähler 2OB an die Kette der Teilerstufen G2 - ClS angeschlossen werden kann; in einer derartigen Anordnung kann ein kristallgesteuerter Oszillator angewendet werden, der die doppelt« Nennfrequenz von 16.384 Ha besitzt. Die erste reguläre Teilerstufe 21 (bäw. C2) ist über ein UND-Glied 29 und ein ODER-Glied 30 an die Kette der Teilerstufen 03 bis C15 angeschlossen, die teils als einzelne Blöcke und teils zu mehreren gemeinsam als sin Block wiedergegeben sind. Ein im Nebenschluß liegendes UND-Glied 28 und das ODER-Glied 30 verbinden den Oszillator mit der Teilerstufe C3. Die Ausgangssignale des Oszillators wer* den auch über eine Umkehrstufe 27 zu einem der Zählung dienenden UND» Glied 26 übertragen. Der Ausgang des Teilers 015 liegt an einer Anzeige -Einrichtung 23 und an den weiteren Teiler3tufen C16, Cl? und C18·

Alle Teilerstufen, die als bistabile Flipflops vorliegen können, sind kapazitiv miteinander gekoppelt, während die Torschaltungen in unmittelbarer Verbindung miteinander stehen. Daher kann eine Zustandsänderung einer vorgegebenen Stufe nur von der nachfolgenden Stufe während der Zeltspanne abgetastet werden, in der diese Änderung tatsächlich gerade stattfindet.

Die Teilerstufen G16 - ClS, ein Flipflop 25, das UND-Glied 26 und ein Flipflop Zk bilden die Korrektur-Steuereinheit 14 der Figur 1« Wenn am Ausgang der Taileretufe C15 ein Signal J von 1 Hz austritt, dann hat das aus der Teilerstufe C17 austretende'Signal die Frequenz von l/k Hz und das aus der Teilerstufe C18 auetretende Signal die Frequenz von l/S Hz* Wie bereite erläutert _f entspricht die letztere . einer Korrektur von 1,32 sec/Tag.

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Mit Hilfe eines Wählschalters 31 kann eine Korrektur von 1,32 sec/Tag oder von 2»65 sec/Tag eingestellt oder jede Korrektur vermieden werden« Dieser Schalter ist über eine kapazitive Kopplung an eine Setzeingangsklemme S des Flipflop 25 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des Flipflop 25 liegt an einer Eingangsklemme des UND-Gliedes 26, dessen andere Eingangssignal von den Teilerstufen 03 (komplementär) und 06 und nach der Invertierung vom Ossiilator erhalten werden»

Im Hinblick auf den Wunsch, Strom zu sparen, wird der Strom begrenzt, während man die Kette der Teilerstufen abwärts verfolgt. Dementspre« chend wird die Verzögerungszeit zum Setzen jeder Stufe fortschreitend vergrößert. Aus diesem Grunde hat sich das der Zählung dienende UND-Glied 26 als wünschenswert erwiesen. Bei den fortschreitenden Verbesserungen, die auf de» technologischen Gebiet der integrierten Schaltungen zu erwarten sind, ist es möglich, daß diese Torschaltung bei einer anderen Ausführungsform vermieden werden könnte. Eine etwas andere Zusammenstellung der Eingangssignale könnte z« B. für diese Torschaltung vorgesehen sein; das Kriterium besteht einfach darin» daß das Flipflop 24, dessen Setseingangsklemme die Signale aus dem UND-Glied 26 empfängt, während einer Zeitspanne ausgelöst wird, In der ein Signal A sich auf einem niedrigen Niveau befindet, um dadurch unechte Signale zu vermeiden. Das Flipflop 24 empfängt ein Löscheingangssignal von der Tellerstufe C4, und der Verlauf seiner Ausgangssignale ist als Signal Q und <3 der Figur 3 zu entnehmen.

Das an der einen Ausgangsklemme des Flipflop 24 austretende Signal Q bildet ein Schaltsignal für das in der Überbrückung liegende UND-Glied 28 und ein Löschsignal für das Flipflop 25» D*s Signal ΰ an der Löschausgangsklemme des Flipflop stellt ein Sehaltsignal tür das UND-Qlied 29 dar, so daß im Löschzustand des Flipflop 24 das Ausgangssignal des Oszillators über die Teileratufe 21 (bzw. C2), das UND-Qlied 29 und das ODER-Glied 30 zur Teileratufe C3 gelangt.

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Die Arbeitsweise der Anordnung nach der Figur 2 versteht man am besten in Verbindung mit den zeitlichen Auftragungen der Signale nach der Figur 3. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die fortschreitend annehmenden Verzögerungen zum Setzen der Teilerstufen nicht gesseigt.

Das Signal A wird vom Oszillator abgegeben, während ein Signal A das Komplement darstellt, das dem UHD-GIied 26 zugeführt wird. Mn Signal B tritt am Ausgang der Teilerstufe 21 (bzw. C2) auf. Die übrigen Signale treten dort in der Schaltung der Figur 2 auf, wo der entsprechende Buchstab® gezeichnet ist. Wie nun angenommen SeI₁ ist das Flipflop 25 im Zeitpunkt t_Q gesetzt. Zur Zeit t^ treten sugleich die Signale auf hohem Niveau am Eingang des UND-Gliedes 26 auf, wodurch von ihm ein Signal C zum Setzen des Flipflop 24 abgegeben wird. Dies gibt wiederum das Signal Q zum Schalten des UND-Gliedes 28 bis zum Zeitpunkt tg ab, in dem es vom Signal G aus der Teilerstufe C4 gelöscht wird.

Während der Zeitspanne, in der das UND-Glied 28 eingeschaltet ist» werden die Signale aus dem Oszillator unmittelbar zur Teilerstufe C3 übertragen, während die Signale aus der Teilerstufe 21 (bzw. G2) vom abgeschalteten UND-Glied 29 blockiert sind. Wie aus der Auftragung eines Signals E hervorgeht, werden vier Pulse während eines Zeitintervalls, das normalerweise für zwei vorgesehen iat (vgl. Signal 6), die Kette abwärts geleitet.

Dieser Einfluß wird durch die gesamte Kette getragen und besteht aus einer kleinen Kürzung der Intervalle zwischen den Pulsen an dar Anzeige -Einrichtung 23, die ausreichend 1st, um ihren wirklichen, täglichen Durchlauf um 1,32 oder 2,65 see zu verlängern, Je nachdem ob der Wählschalter 31 die Teilerstufe C18 (Signal L) oder C17 (Signal K) ans Flipflop 25 anschließt.

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Obgleich die Schalter Sl und 32 der Figur 1 in Figur 2 als logische UND-Glieder 28 und 29 gezeichnet sind, sei die Erfindung nicht auf diese speziellen Elemente beschränkt, um die maximalen Vorteile' aus der modernen Technologie a« B. in beaug auf die integrierten Schaltun* gen ausnutzen zu können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

J/. Pulsgenerator mit einem Ossiilatorkreis, dessen Ausgangssignale einer Kette aufeinander folgender Teilerstufen zuftihrbar i3t, an deren Ausgang die Pulse mit einer niedrigeren Frequenz als der Ossiilatorfrequenz austreten, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal su vorgegebenen Teilerstufen (C3 - C15) während im voraus gewählter Zeitintervalle einer Öberbrückungsschaltung {23, SI} entnehmbar ist, die bezüglich einer zeitiger tätig werdenden Teilerstufe (C£) derart angeordnet ist, daß die letztere (C2) vorübergehend aus der Kette sur Vergrößerung ihrer Ausgangsfrequenz herausnehmbar ist«
2. Pulsgenerator nach dem Anspruch !,dadurch gek e η η ζ e i ohne t,daö Zeitintervalle für den Anschluß der Überbrückungasehaltung (28; Sl) durch die Rate der Zustandsänderung.ge« wisser Teilerstufen (C6; Ck) vorgebbar sind, und daß ein Wählschalter (3D den Ausgang einer zusätzlichen Teilerstufe (Cl? oder C18) mit einer Steuereinheit (26) verbindet, die während jedes Zyklus der gewählten Teilerstufe (Cl? oder ClS) einschaltbar ist·
3· Pulsgenerator nach dem Anspruch 2, dadurch ge'· kennzeichnet, daß die Teilerstufen (C17, C18) zusätzlich in Reihe an die normalerweise letzte Teilerstufe (C15) der Kette angeschlossen sind*
4. Pulsgenerator nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsschaltung (28, Sl) eine oder mehrere logische Torschaltungen (26) enthält, an die von einer bistabilen Schaltung {2h) Sehaltsignale vorgegebener Dauer abgebbar sind.

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5. Pulsgenerator nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch g a kennsei chnet, daß die bistabile Schaltung (24) beim gleichzeitigen Auftreten eines Signale aus der Steuereinheit (26) oder eines Signals aus dem Oszillatorkreis (10; 20) und je eines Signals aus zwei unterschiedlichen Teilerstufen (C6 und C17 oder C18) setzbar und von einem Signal löschbar ist, das einer weiteren Tdlleretufe (C3) entnehmbar ist, um den Einsatz und die Dauer der Schaltaignalö vorzugeben«
6. Pulsgenerator nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daö die Teilerstufen (Cl- C18) binäre Zähler enthalten und so ausgelegt sind, daß am Ausgang der einen Tel» lerstufe die Frequenz halb so groß wie am Ausgang der vorhergehenden Teilerstufe ist.
7« Pulsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennssei chnet, daß der Oszillatorkreis (10; 20) einen Quarzkristall enthält, der so konstruiert ist, daß er mit einer Frequenz etwas unterhalb der Nennfrequenz schwingt, und daß die durch die überbrückungsschaltung (28; Sl) bewirkte Zunahme der Ausgangsfrequenz die Differenz dQT tatsächlichen und der Nennfrequenz kompensiert«
8. Pulsgenerator nach den Ansprüchen 1-7? dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspulse der Kette Zeitgabesignale darstellen, die der Anzeige-Einrichtung (13, 23) eines Zeitgebers zuführbar sind.

9· Pulsgenerator nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber eine Armbanduhr ist·

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L e e r s e i t e