DE2233800C3

DE2233800C3 - Schaltung zur geringfügigen Erhöhung der Ausgangsfrequenz eines von einem Schwingkristall angetriebenen Impulsgenerators für eine zeitanzeigende Einrichtung

Info

Publication number: DE2233800C3
Application number: DE2233800A
Authority: DE
Inventors: Pierre Biel Sauthier (Schweiz)
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: 1978-10-26
Also published as: CH576667B5; CH1076672A4; GB1349023A; JPS4835755A; US3800233A; DE2233800B2; JPS5532056B2; DE2233800A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erhöhung der Ausgangsfrequenz eines Impulsgenerators für den Antrieb einer zeitanzeigenden Einrichtung, in der an einem von einem Schwingkristall gesteuerten Oszillatorkreis eine Kette aufeinanderfolgender Teilerstufen angeschlossen ist und zwischen zwei benachbarten Teilerstufen des Kettenanfanges ein Sperrglied liegt, das über ein Flipflop von einer in der Kette ausgewählten Teilerstufe durch ein Schaltsignal einschaltbar und von einer anderen in der Kette ausgewählten Teilerstufe abschaltbar ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 946 166 ist eine Schaltung bekannt, bei der der Kristalloszillator vcn einem Umsehalter entweder an die erste Teilerstufe oder an die eine Eingangsklemme eines UND-Gliedes angeschlossen werden kann. Die Ausgangsklemme der ersten Teilerstufe, die z. B. cine bistabile Kippschaltung sein kann, wird von einem Umschalter entweder mit der nachfolgenden Teilerstufe oder mit der einen Eingangsklemme des UND-Gliedes verbunden. Entsprechendes gilt für die Ausgangsklemme der dritten Teilerstufe, der noch 11 weitere Teilerstufen als Zählkette nachgeschaltet sind. An der Ausgangsklemme der letzten Teilerstufe werden die Impulse in Einsekunden-Abständen entnommen und einer zeitanzeigenden Einrichtung zugeleitet. Ferner ist die letzte Teilerstufe mit der Setzeingangsklemme eines Flipflops verbunden, dessen Ausgangsklemme über eine Sperrleitung an die andere Eingangsklemme des bereits genannten UND-Gliedes geführt ist. dessen Ausgang über je einen Schalter an die Eingangsklemme der ersten, zweiten bzw. dritten Teilerstufe gelegt werden kann. Durch die pro Sekunde auftretenden Impulse am Ausgang der letzten Teilerstufc wird jeweils das Flipflop gesetzt, wodurch der aus dem Oszillator oder einer Teilerstufe austretende und ani einen Eingang des UND-Gliedes erscheinende Impuls gesperrt wird und nicht weiter die Zählkette durchlaufen kann. Mit dieser Eingangsklemme des UND-Gliedes ist die Rückstelleingangsklemme des

»o Flipflops verbunden, das daher vom ausgesperrten Impuls wieder zurückgestellt wird. Wenn also der Kristall des Oszillators eine Eigenfrequenz von 16 388 Hz aufweist, kann die soweit beschriebene Untersetzerschaltung derart auf die zeitanzeigende Einrichtung einwirken, als ob die Eigenfrequenz des Kristalls nur 16 387 Hz oder noch einzelne Hertz weniger betragen würde. Es besteht dabei keine Schwierigkeit, die verschiedenen Umschalter am Ein- und Ausgang der ersten drei Teilerstufen so einzustellen, als ob der Oszillatorkreis die ideale Frequenz von 16 384 Hz abgeben würde, auf die die Zählkette eingestellt ist. Bei der Eigenfrequenz von 16 388H? wären also insgesamt 4 Impulse/sec zu unterdrücken. Bei einer ähnlichen Untersetzerschaltung, die in derselben Auslegeschrift erläutert ist, bildet die Ausgangsklemme des Oszillatorkreises zugleich die eine Eingangsklemme des sperrenden UND-Gliedes und ist ebenfalls mit der Rückstelleingangsklemme des Flipflops verbunden, dessen Ausgangsklemme mit der zweiten Eingangsklemme des sperrenden UND-Gliedes in Verbindung steht. Der setzenden Eingangsklemme des Flipflops ist jedoch ein Schalter vorgeschaltet, von dem wahlweise das Ausgangssignal einer der drei Teilerstufen zum Flipflop weitergeleitet wird.

Durch diese Maßnahme kann aus der geteilten Impulsfolge nicht nur alle Sekunde, sondern auch alle halbe bzw. Viertelsekunde ein Impuls herausgenommen werden. Praktisch ist bei dieser abgeänderten Ausführungsform dte Einwirkung auf die zeitanzeigende Einrichtung dieselbe wie bei der zuerst erläuterten.

Grundsätzlich ist die Anwendung der bekannten Schaltung nur dann möglich, wenn der Quarz eine Eigenfrequenz aufweist, die höher als die SoIIfrequenz ist. Dann können aus der Reihe aufeinanderfolgender Impulse, die den Oszillatorkreis oder eine der Teilerstufen verlassen, pro Sekunde ein oder einige wenige Impulse herausgenommen, d. h. unterdrückt werden. Falls aber der Kristall eine Eigenfrequenz unterhalb der Sollfrequenz, z.B. von 16 383Hz hat, also ein Hertz zu langsam ist, bietet sich keine Maßnahme an, um die Impulsfolge um einen Impuls pro Sekunde zu vergrößern, also auf 16 384 Hz zu erhöhen und dadurch die ideale Frequenz zu erreichen.

Eine etwas zu geringe Eigenfrequenz des Schwingkristalls, der den Oszillatorkreis antreibt, läßt sich bei der Massenherstellung von Armbanduhren niemals ausschließen. Auch Temperaturschwankungen

und Alterung können dazu führen, daß die Eigenfrequenz in unerwünschter Weise unter die Sollfrequenz von 16 384 Hz absinkt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift I 548 081 ist bekannt, zum beschleunigten Weiterbewegen der angezeigten Zeit, also des Minuten- oder Stundenzeigers, eine oder mehrere Gruppen von binären Zähiern zu überbrücken, damit z. B. die den Oszillatorkreis verlassenden Impulse, die je Sekunde erscheinen, direkt dem Minutenzähler zugeleitet werden können. Für eine solche Überbrückung von Abschnitten einer Zählkette sind mehrere Schalter vorgesehen. Der Minutenzeiger läuft nach der Betätigung eines Schalters praktisch als Sekundenzeiger um. Nach der Betätigung eines anderen Schalters, durch die andere Zählstufen überbrückt werden, wird der Stundenzeiger als Minuten- oder Sekundenzeiger angetrieben.

Diesen Überbrückungen von Zählstufen fällt die Aufgabe zu, die verschiedenen Zeiger tiner Uhr umzufunktionieren, damit sie innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne wieder an die Normalzeit angepaßt werden kann, falls sie zufällig einmal stehengeblieben sein sollte. Bei einer solchen Einstellung ist es völlig gleichgültig, ob die umfunktionierten Zeiger tatsächlich genau ihrer neuen Funktion entsprechen, also der Minutenzeiger genau sekundenweise weiterspringt. Da bei einer solchen Einstellung der Zeiger keine Genauigkeitsprobleme sichtbar werden, die mit der Eigenfrequenz des Schwingkristalls zusammenhängen könnten, besteht kein Anlaß, diese bekannte Überbrückungsschaltung mit der zuerst erläuterten Untersetzerschaltung in Zusammenhang zu bringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Frequenz des Ausgangssignals eines von einem Schwingkristall gesteuerten Oszillatorkreises bei einer zu geringen Eigenfrequenz des Kristalls geringfügig zu erhöhen, damit die zeitanzeigende Einrichtung so weitergeschaltet svird, als ob die Eigenfrequenz des Kristalls ideal wäre.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sperrglied und die ihm vorgeschaltete Teilerstufe durch eine Verbindung mit einem weiteren Sperrglied überbrückbar sind, dem ein weiteres Schaltsignal des Flipflops zuführbar ist, das zu dem ^flas erste Sperrglied einschaltenden Schaltsignal komplementär ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird au Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der logischen Schaltung,

Fi g. 2 ein Blockschaltbild mit Einzelheiten der logischen Schaltung, die tatsächlich zur Anwendung kommen, und

Fig. 3 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der logischen Schaltung nach der F i g. 2.

Ein Oszillator 10 gemäß F i g. 1 liefert ein Ausgangssignal mit einer Nennfrequenz von z. B. 16 384Hz. Es wird einer Teilerstufe 11. die einen binären Zähler aufweist, und einer Nebenschlußschaltung aus einer Leitung 15 und einem Schalter 51 zugeführt.

Die von der ersten Teilerstufe 11 abgegebenen Signale laufen über einen ix>rmalerweise geschlossenen Schalter Sl zu einer weiteren Kette von Teiierstufen 12. Die Leitung 15 und der normalerweise offene Schalter 51 der Nebenschlußschaltung sind auch mit der Kette der Teilerstufen 12 verbunden, von deren Signalen eine Anzeige-Einrichtung 13 angetrieben wird; diese Signale werden ferner einer Korrektur-Steuereinheit 14 zugeleitet, von der die Stellung der Schalter 5I und 52 festgelegt wird. Wie beachtet sei, nehmen diese Schalter zueinander komplementäre

jo Lagen ein; wenn also der Schalter 52 geschlossen ist. ist der Schalter 51 geöffnet und umgekehrt. Normalerweise ist der Schalter 52 geschlossen.

Wenn die Pulse aus dem Oszillator 10 durch die Kette der Teilerstufen 11, 12 hindurchgehen, wird ihre Frequenz in jeder Stufe halbiert. Falls also die Oszillatorfrequenz 16 384 Hz beträgt und die Eingangsfrequenz der Anzeige-Einrichtung 13 1 Hz sein soll, dann sind 14 Teiierstufen erforderlich. Die Anzeige-Einrichtung 13 kann beispielsweise mit einem

»o schrittweise schaltenden Elektromotor versehen sein, der in Abhängigkeit vom Signal der letzten Teilerstufe einen Zeiger je Sekunde um einen Schritt vorrückt.

Bei einem Kristall, der so ausgelegt ist, daß er mit einer Nennfrequenz von 16 384Hz schwingen *oll, bringt ein Fehler von 1 Hz, wenn er also mit einer tatsächlichen Frequenz von nur 16 383Hz oszilliert, ernste Folgen für die Anzeige des gesamten Zeitgebers mit sich. Da ein Tag 86 400 see hat, beträgt der Fehler

86 400

ä; 5.3 sec/Tac.

16 384

der völlig unannehmbar ist.

Die vorgesehene logische Schaltung bewirkt nun, daß während einer vorgegebenen, zeitlichen Periode und bei einer vorbestimmten Wiederholungsrate eine der Teilerstufen überbrückt wird, wodurch die Oszillatorfrequenz während dieser Periode verdoppelt wird. Hierzu werden die Ausgangssignale der letzten Teilerstufe in die Korrektur-Steuereinheit 14 eingelassen, um die Wiederholungsrate festzulegen. Ein Signal aus der Mitte der Kette der Teilerstufen wird ebenfalls in die Korrektur-Steuereinheit eingeleitet, um die Zeitdauer vorzugeben, während der die Nebenschlußschaltung bei jeder Wiederholung wirksam wird.

Wenn angenommen sei, daß die Korrektur-Steuereinheit 14 in Intervallen von 4 see in Gang gesetzt wird und daß die Schalter 51 und 52 jeweils während einer Zeitdauer von vier Schwingungen des Oszillators 10 umgelegt sind, besteht ihre Wirkung während des Verlaufes eines Tages darin, daß

86 400 ₂
4

_Schwingungen

eingefügt werden, was einer Korrektur von

43 2J

16 384

2,64 sec/Tag

entspricht. Wenn die Wiederholungsrate der Korrektür verdoppelt würde, würde die wirkliche Korrektur äs 5,3 sec/Tag Leiragen, was ausreichend wäre, um einen Kristall zu korrigieren, der mit einer Frequenz von 1 Hz unterhalb der Sollfrequenz schwingt.

5 6

In der Praxis können die Kristalle mit engeren ToIe- besserungcn. die auf dem technologischen Gebiet der

ranzen als denen dieses Beispiels geschnitten werden. integrierten Schaltungen zu erwarten sind, ist es mög-

so daß einwandfreie Ergebnisse mit Korrekturschrit· lieh, daß diese Torschaltung bei einer anderen Aus-

ten von 1,32 sec/Tag erreicht werden können, wobei führungsform vermieden werden könnte. Eine etsvas

die restlichen Korrekturen mit Hilfe eines Trimm 5 andere Zusammenstellung der Eingangssignale könnte

kondensalors ausgeführt werden. z. B. für diese Torschaltung vorgesehen sein; das

Die F i g. 2 zeigt Einzelheiten der Schaltung nach Kriterium besteht einfach darin, daß das Flipflop

Fig. 1. 24, dessen Setzeingangsklemme die Signale aus dem

Ein Oszillator 20 speist eine Kette binärer Zähler. UND-Glied 26 empfängt, wahrend einer Zeitspanne

üie Teilerstufen Cl bis C18 sind. Bei einer anderen io ausgelöst wird, in der ein Signal A (Fig. 3) sich auf

Anordnung wird ein Oszillator 20/1 verwendet, der einem niedrigen Niveau befindet, um dadurch un-

über einen Zähler 20 Ii an die Kette der Tcilerstiifcn echte Signale zu vermeiden. Das Flipflop 24 cmp-

Cl bis C 18 angeschlossen werden kann; in einer der- fiingt ein Löscheingangssignal von der TcilerstufeC4.

artigen Anordnung kann ein kristallgcstcuertcr Os/il- und der Verlauf seiner Ausgangssignale ist als Si-

lator angewendet werden, der die doppelte Nennfrc- 15 gnal Q und (5 der F i g. 3 zu entnehmen.

(|uenz von 16 384Hz besitzt. Die erste reguläre Tei- Das an der einen Aiisgangsklcmme des Flipflops

lerstufe 21 (bzw. C 2) ist über ein UND-Glied 29 und 24 austretende Signal Q bildet ein Schaltsignal für

ein ODER-Glied 30 an die Kette der TeilersUifcn das in der Überbrückung liegende UND-Glied 28

C 3 bis C15 angeschlossen, die teils als einzelne und ein Löschsignal tür das HipMop 25. Das Si-

Blöcke und teils zu mehreren gemeinsam als ein 20 gnal ζ) an der Löschausgangsklemmc des Flipflop

Block wiedergegeben sind. Ein im Nebenschluß lic- stellt ein Schaltsignal für das UND-Glied 29 dar, so

gendcs UND-Glied 28 und das ODER-Glied 30 \cr- daß im Löschzustand des Flipflops 24 das Ausgangs-

binden den Oszillator mit der Teiierstufe C 3. Die signal des Oszillators über die Tcilerstufe 21 (bzw.

Ausgangssignale des Oszillators werden auch über Cl) das UND-Glied 29 und das ODER-Glied 30

eine Umkehrstufe 27 zu einem der Zählung dienenden 25 zur Tcilerstufe C 3 gelangt.

UND-Glied 26 übertragen. Der Ausgang des Teilers Die Arbeitsweise der Anordnung nach der Fig. 2

C 15 liegt an einer Anzeige-Einrichtung 23 und an versteht man am besten in Verbindung mit den zeit-

den weiteren Teilerstufen C 16, C 17 und C 18. iichcn Aufsagungen der Signale nach der Fig. 3.

Alle Teilerstufen, die als bistabile Flipflops ausge- Zur Vereinfachung der Darstellung sind die fortführt sein können, sind kapazitiv miteinander gekop- ₃₀ schreitend zunehmenden Vergrößerungen zum Setzen pelt, während die Torschaltungen in unmittelbarer der Teilerstufen nicht gezeigt.

Verbindung miteinander stehen. Daher kann eine Zu- Das Signal A wird vom Oszillator abgegeben, wäh-

standsänderung einer vorgegebenen Stufe nur von rend ein Signal ~Ä das Komplement darstellt, das

der nachfolgenden Stufe während der Zeitspanne ab- dem UND-Glied 26 zugeführt wird. Ein Signal B

getastet werden, in der diese Änderung tatsächlich 35 tritt am Ausgang der Teilerstufe 21 (bzw. Cl) auf.

gerade stattfindet. Die übrigen Signale treten dort in der Schaltung der

Die Teilerstufcn C 16 bis C 18, ein Flipflop 25, das F i g. 2 auf, wo der entsprechende Buchstabe gezcich-

UND-Glied 26 und ein Flipflop 24 bilden die Korrek- net ist. Wie nun angenommen sei. ist das Flipflop 25

tur-Steuereinheit 14 der Fig. 1. Wenn am Ausgang im Zeitpunkt r_n gesetzt. Zur Zeit I₁ treten zugleich

der Teilerstufe C15 ein Signal J von 1 Hz austritt. 40 die Signale auf hohem Niveau am Eingang des UND-

dann hat das aus der Teilerstufe C 17 austretende Si- Gliedes 26 auf, wodurch von ihm ein Signal O zurr

gnal die Frequenz von '/4 Hz und das aus der Teiler- Setzen des Flipflops 24 abgegeben wird. Dies gib

stufe C18 austretende Signal die Frequenz von wiederum das Signal Q zum Schalten des UND-Glie-

'.'i Hz. Wie bereits erläutert, entspricht die letztere des 28 bis zum Zeitpunkt f., ab, in dem es vom

einer Korrektur von 1,32 sec/Tag. 45 Signal G aus der Teilerstufe C 4 gelöscht wird.

Mit Hilfe eines Wählschalters 31 kann eine Kor- Während der Zeitspanne, in der das UND-Glied

rektur von 1,32 sec/Tag oder von 2,65 see Tag einge- 28 eingeschaltet ist, werden die Signale aus dem

stellt oder jede Korrektur vermieden werden. Dieser Oszillator unmittelbar zur Teilerstufe Ci übertra-

Schalter ist über eine kapazitive Kopplung an eine gen, während die Signale aus der Teiierstufe 21 (bzw

Setzeingangsklemme 5 des Flipflops 25 angeschlos- 50 Cl) vom abgeschalteten UND-Glied 29 blockiert

sen. Die Ausgangsklemme des Flipflops 25 liegt an sind. Wie aus dem Diagramm des Signals E hervor-

einer Eingangsklemme des UND-Gliedes 26, dessen geht, werden vier Pulse während eines Zeitintervalls

andere Eingangssignale von den Teilerstufen d das normalerweise für zwei vorgesehen ist (vgl. Si-

(komplementär) und C 6 und nach der Invertierung gnal B), die Kette abwärts geleitet,

vom Oszillator erhalten werden. 55 Dieser Einfluß wird durch die gesamte Kette ge-

Im Hinblick auf den Wunsch, Strom zu sparen, tragen und besteht aus einer kleinen Kürzung dei

wird der Strom begrenzt, wenn man die Kette der Intervalle zwischen den Pulsen an der Anzeige-Ein

Teilerstufen abwärts verfolgt. Dementsprechend wird richtung 23, die ausreichend ist, um ihren wirk

die Verzögerungszeit zum Setzen jeder Stufe fort- liehen, täglichen Durchlauf um 1,32 oder 2.65 see zi

schreitend vergrößert. Aus diesem Grunde hat sich 60 verlängern, je nachdem, ob der Wählschalter 31 dif

das der Zählung dienende UND-Glied 26 als vvün- Teilerstufe C18 (Signal L) oder C17 (Signal K) ai

sehenswert erwiesen. Bei den fortschreitenden Ver- das Flipflop 25 anschließt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schaltung zur Erhöhung der Ausgangsfrequenz eines Impulsgenerators für den Antrieb einer zeitanzeigenden Einrichtung, in der an einem von einem Schwingkristall gesteuerten Oszillatorkreis eine Kette aufeinanderfolgender Teilerstufen angeschlossen ist und zwischen zwei benachbarten Teilerstufen des Kettenanfanges ein Sperrglied liegt, das über ein Flipflop von einer in der Kette ausgewählten Teilerstufe durch ein Schaltsignal einschaltbar und von einer anderen in der Kette ausgewählten Teilerstufe abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (29) und die ihm vorgeschaltete Teilerstufe (C2) durch eine Verbindung mit einem weiteren Sperrglied (28) überbrückbar sind, dem ein weiteres Schaltsignal (Q) des Flipflops (24) zuführbar ist, das zu dem das erste Sperrglied (29) einschaltenden Schaltsignal (Q") komplementär ist (F ig. 2).

2. Schaltung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Eingangsklemme (S) des Flipflops (24) ein UND-Glied (26) vorgeschaltet ist, bei dem eine Eingangsklemme über einen Negator (27) am Eingang (A) der vorgeschalteten Teilerstufe (C 2) angeschlossen ist und mindestens eine weitere Eingangsklemme ein Schaltsignal (z. B. T, H) aus einer nachgeschalteten Teilerstufe (z.B. C3,C6) empfängt (Fig.2).

3. Schaltung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Anzeige-Einrichtung (23) betätigenden Teile'stufe (C 15) der Kette zwei weitere Teilerstufen (C 17 -jnd C18) nachgeschaltet sind, deren Ausgangssignal (K oder L) wahlweise an die Setzeingangsklemme (S) eines zweiten Flipflops (25) heranführbar ist, dessen Ausgang (N) an einer weiteren Eingangsklemme des UND-Gliedes (26) liegt, und daß das zweite Flipflop (25) vom einsetzenden Schaltsignal (Q) zurückstellbar ist (F i g. 2).