DE2253425B2 - Kapazitive Abstimmeinheit zur Frequenzkorrektur von quarzgesteuerten Oszillatoren - Google Patents

Kapazitive Abstimmeinheit zur Frequenzkorrektur von quarzgesteuerten Oszillatoren

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Description

wird ζ. B. ein Impuls pro Sekunde zur Betätigung der Zeitanzeige durch Herunterteilen des Ausgangssignals eines Kristalloszillators erzeugt, der — wie erwähnt — auf einer Frequenz von genau 32 768 Hz arbeitet Falls sich die Kristallfrequenz gegenüber diesem bestimmten Wert verschiebt, arbeitet der Zeitmesser in einem vom Verschiebungsgrad abhängigen Ausmaß ungenau. Ein Fehler von nur Vioooo der Kristallfrequenz ergibt einen Zeitmeßfehler von etwa 10 Sekunden pro Tag oder fünf Minuten pro Monat Dieser Fehler ist aber nach m neueren, für elektronische Uhren anzustrebenden Normen unzulässig.
Vorausgesetzt, daß der Frequenzteiler im Zeitrneßsystem eine unveränderbare Einheit ist, besteht die einzige Möglichkeit zur Gewährleistung einer genauen Zeithai- (5 tefunktion in der Verwendung eines mit der vorgesehenen Frequenz arbeitenden Kristalls. Obgleich Kristalle hergestellt werden können, die mit einer vorbestimmten Frequenz arbeiten, sind die hierfür erforderlichen Verfahren kompliziert und aufwendig. Dabei ist hochqualifiziertes Personal nötig, um die mit der genauen Dimensionierutig eines Kristalls verbundenen Arbeitsgänge durchzuführen und einen Kristall zu erhalten, der auf der vorgesehenen Frequenz schwingt Für die Massenfertigung von elektronischen Zeitmes- >-, sern ist es nicht durchführbar, Kristalle zu verwenden, die genau auf der vorgesehenen Frequenz schwingen, da der mit der Herstellung solcher Kristalle verbundene Aufwand derart groß wird, daß die Fertigungskosten untragbar hoch werden. tl)
Da die Resonanzfrequenz eines kristallgesteuerten Oszillators eine Funktion der Reaktanz der Schaltung ist können mittels einer variablen Reaktanz oder einer Gruppe von differentiell einstellbarer, mit dem Kristall in Reihe geschalteter Reaktanzen geringfügige Ände- t·, rungen der Oszillatorfrequenz im Sinne einer Erhöhung oder Reduzierung der Eigenfrequenz des Kristalls vorgenommen werden. Hinsichtlich räumlicher Größe ist es derzeit möglich, differentiell einstellbare Kondensatoren als Reaktanzeinheiten zu bauen, die kleiner sind als stufenlos einstellbare Einheiten.
Bei einer kristallgesteüerten Uhr muß das Werk einen Kristalloszillator, einen Frequenzteiler und irgendeine Zeitanzeige aufweisen. Infolgedessen ist innerhalb des Uhrgehäuses sehr wenig Raum vorhanden, um eine differentiell einstellbare Kondensatoreinheit zur Abstimmung des Kristalloszillators einzubauen.
Die bisher bei in kleinen Abstufungen einstellbaren Kondensatoren, bei denen die differentielle Mindesteinstellung der Kapazität festgelegt ist, auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß für eine genaue Zeithaltefunktion eine große Zahl von Einzelstufen und dementsprechend eine große Zahl von Kondensatoren, eine gleich große Zahl von Schaltern zur Einschaltung der Kondensatoren in den Schaltkreis und äußere Zuleitungen erforderlich sind. Erweist es sich dann infolge der Raumbeschränkung als nötig, die Zahl der Bauteile in der Kondensatoreinheit zu reduzieren, so wird der resultierende Einstellbereich unzureichend, um den Kristalloszillator auf eine Frequenz genau abzu- «,o stimmen, die eine präzise Zeithaltefunktion gewährleisten würde.
Ein größerer Einstellbereich läßt sich erzielen, wenn gemäß der eingangs erwähnten DE-OS 19 49 824 eine Kondensatorbank vorgesehen wird, die aus einzelnen, t,5 im Kapazitätswert nach einer Binär-Verhältnisreihe unterteilten Einzelkondcnsatoren besteht, die durch einen ä!s SamiTiciclcictrouc dienenden und mit einer ersten Ausgangsklemme verbundenen flachen Körper, eine darüber aufgebrachte dielektrische Schicht und eine Mehrzahl auf dieser Schicht aufgetragene einzelne FlSchenelektroden gebildet ist, deren Abmessungen jeweils einen der Kapazitätswerte bestimmen. Der kleinste Kapazitätswert bestimmt die mögliche Auflösung der Frequenzeinstellung und durch stufenweises Zuschalten einzelner Kombinationen der Einzelkondensatoren bis zur Kapazitätssumme aller Kondensatoren erreicht man den möglichen Gesamtbereich der Frequenzeinstellung. Bei dieser bekannten Kapazitätenabstimmeinheit ergeben sich jedoch in der Praxis noch Schwierigkeiten, da eine ausreichende Miniaturisierung, insbesondere in integrierter Technik, nicht möglich erscheint insbesondere auch deshalb, weil die einzelnen Kondensatoren durch Federkontakte kontaktiert werden, die mindestens auf lange Zeit zu einem relativ unsicheren Betriebsverhalten Anlaß geben.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Abstimmeinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß sich die Kondensatorbank in MOS-Technik realisieren läßt also auf einem einzigen Halbleiterchip, und die Kontaktierung in einer räumlichen Anordnung und mit Mitteln erfolgt die ein sicheres Einstellen der Quarzfrequenz auch nach längerer Zeit ermöglichen. Insbesondere sol! durch eine geeignete räumliche Anordnung des Halbleiterchips und der Zuschaltelemente ein so miniaturisierter Aufbau ermöglicht werden, daß die gesamte Abstimmeinheit sich leicht in ein kleines Armbanduhrengehäuse einsetzen läßt
Die erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Aufgabe gibt der Patentanspruch 1 an. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Kondensatorbank mit den Einzelkondensatoren in der Folge einer Binär-Verhältnisreihe läßt sich mit der Erfindung gut in integrierter Technik, mit beispielsweise sechs und mehr Einzelkondensatoren herstellen. Diese Einzelkondensatoren werden in der üblichen Bond-Technik fest verdrahtet jeweils mit einem zugeordneten Kontaktstück verbunden, die alle auf einer Seite des seitlich auf einer leitenden Grundplatte angeordneten Halbleiterchips liegen, so daß trotz geringer Abmessungen der Gesamtanordnung ausreichend Raum zur Einzelzu- oder -abschaltung der Einzelkondensatoren mittels der jedem Einzelkondensator zugeordneten Kontaktschraube besteht.
Ein besonderer Vorteil dieser neuartigen Abstimmeinheit liegt darin, daß sie sich wegen der Möglichkeit zu sehr kompakter Bauweise auch als sehr kleiner vergossener Block für die Einfügung in das Werk einer quarzgesteuerten Uhr eignet und dabei eine genaue Abstimmung des Quarz- oder Kristalloszillators auf eine vorgesehene Frequenz ermöglicht. Der erwähnten Kondensatorbank ist eine gleiche Anzahl von Schaltern zugeordnet und alle Kondensatoren der Bank lassen sich auf einem gemeinsamen Unterlageplättchen, im folgenden als »Chip« bezeichnet, unterbringen. Dieses Chip ist vorzugsweise mit einer gedruckten Schaltungsplatte mit darunterliegender metallener Grundplatte verbunden, und die Schaltungsplatte weist gedruckte S"haltungsverbindungen auf, durch die zwischen den Kondensatoren auf dem Chip und in die Grundplatte einschraubbaren Schalterschrauben jeweils einzeln und nur dann eine Verbindung zur Grundplatte herstellbar ist, wenn zur Abstimmung des Oszillators eine Verbindung zwischen dem nachzustimmenden Quarz und dsrn oder den jeweiligen Kondensatoren der Bank
erforderlich wird.
Erwähnl. sei ferner, daß zweckmäßigerweise alle diese die Kondensatoreinheit bildenden Bauteile auf eine einzige, miniaturisierte Schaltungsplatte aufgebracht werden können, so daß eine in sich abgeschlossene Einheit mit zwei Ausgangsklemmen gebildet ist, die ohne weiteres an einen Kristalloszillator angeschlossen werden kann. Der Reaktanzbereich der Kondensatorbank läßt sich in jedem Fall zur Oszillatorabstimmung in gleichmäßigen Teilstücken bzw. Inkrementen vom Wert des kleinsten Kondensators der bis zu einem Höchstwert, welcher der Summe aller Kondensatoren der Bank entspricht, verändern. Der kleinste Kondensatorwert der Schallung ist dabei so gewählt, daß eine gewünschte Abstimmauflösung bei der Frequenzeinstellung ermöglicht wird, während die Summe aller Werte der Binärreihe so groß ist, daß der erforderliche Gesamtbereich der Frequenzeinstellung gewährleistet wird. 1st erwähnte Unterbringung der Kondensatorbank auf einem einzigen Chip vorgesehen, so ist es besonders vorteilhaft, eine dielektrische Schicht mit auf einer Flächenseite aufgebrachter Flächen-Sammelelektrode und eine Anzahl getrennter Elektrodenbereiche bzw. -flächen auf der anderen Flächenseite der dielektrischen Schicht vorzusehen, wobei die Abmessungen der Flächen so gewählt werden, daß · die betreffenden Kondensatorwerte entsprechend der Binärreihe festgelegt werden. Das Chip wird mit einer gedruckten Schaltungsplatte verbunden, welche d'.i Schraubenschalter sowie die Verbindungen zu den Kondensatoren der Batterie trägt.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild eines kristallgesteuerten Zeitmessers mit einer differentiell einstellbaren Kondensatoreinheit nach der Erfindung,
F i g. 2 ein schematisches Schaltbild des die einstellbare Kondensatoreinheit aufweisenden Kristalloszillators,
F i g. 3 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Aufsicht auf eine erfindungsgemäße einstellbare Kondensatoreinheit,
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3,
F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines Kondensatorchips, in weiter vergrößertem Maßstab, und
Fig.6 eine schematische Darstellung der Art und Weise, auf welche das Kondensatorchip mit dem Kristalloszillator verbunden ist.
F i g. 1 zeigt ein Schaltbild eines elektrischen Zeitmessers mit Merkmalen nach der Erfindung der allgemein in den oben genannten Patentschriften beschriebenen Art, bei welchem das Ausgangssignal eines vergleichsweise hochfrequenten, stabilen Kristalloszillators heruntergeteilt wird, um niederfrequente Zeithalteimpulse zur Betätigung einer Zeitanzeige zu liefern. Lediglich als Beispiel sei hierfür eine mechanische Zeitanzeige mit Zeigern angenommen, die über ein Räderwerk, das durch einen Stimmgabelmotor gemäß der US-Patentschrift 32 82 042 betätigt wird, angetrieben werden. Die Schwingungen der Stimmgabel werden dabei in eine Drehbewegung umgewandelt
Anstatt jedoch eine selbständige Transistor-Treiberschaltung wie bei der erwähnten US-Patentschrift 32 82 042 oder bei der US-Patentschrift 29 71 323 zu verwenden, wird die Stimmgabel durch Treiberimpulse betätigt, die vom kristallgesteuerten Oszillator geliefert und mit einer der Resonanzfrequenz der Stimmgabel angepaßten Frequenz an Treiberspulen 10 angelegt werden.
Wahlweise können die Treiberspulen 10 die Spulen bzw. Wicklungen eines Schrittschaltmotors oder einer beliebigen anderen elektromagnetischen Vorrichtung
-> zur Betätigung einer mechanischen Zeitanzeige sein. Dabei ist zu beachten, daß die an die Treiberspule 10 angelegten Impulse nicht notwendigerweise nur zur Betätigung einer mechanischen Zeitanzeige benutzt zu werden brauchen, sondern auch zur Erregung einer
ο elektronischen Zeitanzeige dienen können.
Das stabile Frequenznormal ist ein piezoelektrisches Quarzkristall 11, der mit einem Oszillator 12 zusammengeschaltet ist und ein relativ hochfrequentes Signal erzeugt, das an einen Frequenzteiler 13 mit einer
ι ϊ entsprechenden Anzahl von Stufen zur Erzeugung von niederfrequenten Impulsen mit einer für die zugeordnete Zeitanzeige geeigneten Frequenz angelegt wird. Die Arbeitsfrequenz des Oszillators 12 wird durch ein differentiell einstellbares Reaktanznetzwerk abge-
?<> stimmt, das eine allgemein bei 14 angedeutete Kondensatoreinheit ist. Das ganze System wird von einer zweckmäßigen Batterie 15 gespeist
Gemäß F i g. 2 besteht der Oszillator 12 aus zwei über Kreuz geschalteten Transistoren Ti und Ti in Flip-Flop-
2Ί Anordnung, wobei der Kristall 11 und die dazu in Reihe geschaltete Kondensatoreinheit 14 zwischen die Emitter der beiden Transistoren geschaltet sind. Die durch die Flip-Flop-Schaltung erzeugten Impulse treten mit einer Frequenz auf, die durch die Eigenfrequenz des
«ι Kristalls und die der Einheit zukommende Reaktanz bestimmt ist, welche dazu dient, die Oszillatorfrequenz in dem durch den Wert der in die Schaltung eingeführten Reaktanz bestimmten Ausmaß geringfügig zu modifizieren. Die am Kollektor des Transistors T2
Γι erzeugten Impulse werden an die Basis eines Verstärkertransistors Ti angelegt, dessen Ausgangssignal gegenüber Masse an einer Klemme 16 erscheint, die mit dem Eingang des Teilers 13 verbunden ist.
Die differentiell einstellbare Kondensatoreinheit 14
jo besteht aus einer Bank bzw. Batterie von Kondensatoren, deren Werte einer Binärverhältnisreihe entsprechen, wobei der kleinste Kapazitätswert der erforderlichen Auflösungsgenauigkeit der Frequenzeinstellung und die Kapazitätssumme der Kondensatoren dem
-r. erforderlichen Gesamtbereich der Frequenzeinstellung entspricht.
Der Kondensatorwert Ca, mit dem sich die Oszillatorfrequenz bei Einbau in eine Schaltung mit dem Kristall um einen dem vorbestimmten Frequenzbereich
ι» entsprechenden Betrag verschieben läßt kann durch folgende Gleichung erfaßt werden:
CA= Σ Cn. mit Cn + 1ZCn = 2
H = I
ϊΐ Darin erhält C\ einen solchen Wert, daß bei Anwendung im Oszillatorkreis mit dem Kristall eine Frequenzverschiebung hervorgebracht wird, die gleich dem gewünschten Auflösungswert des Frequenzregelelements ist
«ι Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel besteht die die Einheit gemäß Fig. 1 bildende Binärverhältnisreihe der Kondensatoren aus Kondensatoren LII, III, IV, V und Vl, deren jeweilige Werte 0,5,1 Z 4,8 und 16 pF betragen. Jeder pF- Wert der Binärreihe
b5 beträgt somit das Doppelte des jeweils vorhergehender Werts, wobei der niedrigste Wert von 0,5 pF dei erforderlichen Frequenzeinstell-Auflösung genügt Die Summe der pF-Werte, die 31,5 pF beträgt entsprichi
dem geforderten Gesamtbereich der Frequenzeinstellung.
Die Kondensatoren liegen jeweils in einer einfachen Reihenschaltung mit einem EIN- oder AUS-Schalter und die Reihenschaltungen sind zueinander parallel ■-, geschaltet. Wenn der jeweils zugeordnete Schalter geschlossen ist, ist somit der betreffende Kondensator mit den anderen Kondensatoren parallel geschaltet, deren zugeordneter Schalter ebenfalls geschlossen ist. Dabei sind die Kondensatoren I bis VI jeweils mit in Schaltern 1 bis 6 in Reihe geschaltet, das durch diese Kondensatoren und Schalter gebildete Parallelnetz liegt über einen Hauptschalter M zwischen Ausgangspunkten oder -klemmen flund E
Bei Anwendung der heute bereits billigen MOS- (bzw. ι; Metalloxidsilizium-)Technik für die Fertigung der Kondensatoren in einem Netzwerk kann jeder Kondensator der Binärreihe durch eine leitfähige Fläche bzw. einen Bereich entsprechender Größe auf der Oberseite einer dünnen dielektrischen Schicht gebildet werden, die auf einem ebenen leitfähigen Körper ausgebildet ist, der damit eine den durch die lei'fähigen Bereiche auf der Oberseite der dielektrischen Schicht gebildeten, getrennten Elektroden gemeinsame Elektrode darstellt.
Die Kapazitätswerte der Bereiche werden dadurch 2> erzielt, daß ein oder mehrere Kondensatoren der Batterie in Nebenschluß geschaltet werden. Der Wert Ca wird nur dann erreicht, wenn alle Kondensatoren parallel geschaltet sind. Anders ausgedrückt: Wenn ein vorgegebener Frequenzeinstell-Auflösungswert ge- j» wünscht wird, dem durch den kleinsten Kondensatorwert Ci entsprochen wird, und ein Gesamt-Frequenzeinstellbereich vorgegeben ist und eine vorgegebene Zahl von differentiell kleinen Schritten gewünscht wird, genügt die Binärreihen-Kondensatoreinheit diesen r> Erfordernissen bei kleinstmöglichem Raumbedarf.
In der folgenden Tabelle ist die große Zahl von differentiellen Schritten von jeweils 0,5 pF dargestellt, die bei Verwendung eines Netzes aus nur sechs Kondensatoren von 0,5,1,2,4,8 und 16 pF möglich wird, ■><> deren Werte eine Binärreihe bilden. Ersichtlicherweise werden einige dieser Werte durch Benutzung eines einzigen Kondensators der Batterie erreicht, während andere durch eine ausgewählte Kombination von Kondensatoren gewährleistet werden.
50 Schrill Nr.
Nelzkapaziläl
Kondensatorwert im Schaltkreis
Schritt Nr. Netzkapazitiü Kondensatorwert im
Schaltkreis
1 1/2 1/2
2 1 1
3 11/2 1/2 + 1
4 2 2
5 21/2 1/2 + 2
6 3 1 +2
7 31/2 1/2+1+2
8 4 4
9 41/2 1/2 + 4
10 5 1 +4
11 51/2 1/2 + 1+4
12 6 2 + 4
13 61/2 1/2 + 2 + 4
14 7 1+2 + 4
15 71/2 1/2+1+2 + 4
16 8 8
17 81/2 1/2 + 8
18 9 1 +8
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
52 53 54 55 56 57 58 59
62
9 1/2 1/2+1+8
10 2 + 101/2 1/2 + 2 +
11 1+2 + 111/2 1/2+1+2 +
12 4 +
12 1/2 1/2+4 +
13 1+4 +
13 1/2 1/2+1+4 +
14 2 + 4 +
14 1/2 1/2 + 2+4 +
15 1+2 + 4 + 151/2 1/2+1+2 + 4 +
16
16 1/2 1/2 +
17 1+16
17 1/2 1/2 + 1 +
18 2+16
18 1/2 1/2 + 2 +
19 1+2+16
19 1/2 1/2+1+2+16
20 4+16 201/2 1/2+4+16
21 1+4+16
21 1/2 1/2 + 1+4+16
22 2+4+16
22 1/2 1/2 + 2+4+16
23 1 + 2 + 4+16
23 1/2 1/2+1+2 + 4+
24 8+16
24 1/2 1/2 + 8 +
25 1+8 +
251/2 1/2+1+8+16
26 2 + 8 + 261/2 1/2 + 2 + 8 +
27 1+2 + 8+16
27 1/2 1/2 + 1 + 2 + 8 +
28 4 + 8+16 281/2 1/2+4 + 8+16
29 1+4 + 8+16 291/2 1/2 + 1+4 + 8 +
30 2 + 4 + 8+16 301/2 1/2+2+4 + 8 +
31 1+2 + 4 + 8+16 311/2 1/2+1+2 + 4 + 8 +
Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß mit einer Binärreihe aus nur sechs Kondensatoren, deren niedrigster Einzelwert 0,5 pF und deren höchster Einzelwert 16 pF beträgt, in 63 Teilschritten zwischen dem niedrigsten Einzelwert bis zum höchsten kombinierten Wert von 31,5 pF variiert werden kann. Diese Schritte werden einfach durch Schließen eines oder mehrerer der Schalter 1 bis 6 durchgeführt, wobei alle sechs Schalter nur im Schritt 63 geschlossen sind, so daß
bo sie den höchsten Gesamtwert liefern.
In den Fi g. 3 bis 6 ist eine bevorzugte Ausführungsfcrm einer differentiell einstellbaren Kondensatoreinheit 14 dargestellt, welche die Schalter- und Kondensatorelemente des Netzes gemäß F i g. 1 verwendet. Diese Einheit besteht aus einer nicht-leitfähigen gedruckten Schaltungsplatte 17, die auf eine leitfähige Grundplatte 18 aufgebracht ist, die aus Messing oder einem anderen Metall mit annehmbaren strukturellen und elektrischen
Eigenschaften bestehen kann. Auf der Schaltungsplatte 47 ist ein kleines Kondensatorchip 19 montiert, das auf die in F i g. 5 dargestellte Weise ausgebildet ist und die verschiedenen Kondensatoren in der der Binärreihe entsprechenden Größe aufweist.
Das Chip 19 besteht aus einem leitfähigen Körper, der die gemeinsame bzw. Sammelelektrode bildet, und einer dünnen dielektrischen Schicht 20 auf der Oberseite des Körpers und die Oberseite der dielektrischen Schicht 20 ist mit getrennten leitfähigen Flächen bzw. Bereichen plattiert oder metallisiert, deren Abmessungen so gewählt sind, daß sie zusammen mit der Sammelelektrode des Körpers die sechs Kondensatoren I bis VI bilden, deren Werte der Binärreihe entsprechen.
in der Praxis können die Kondensatoren unter Verwendung eines Chips aus Siliziummaterial mit niedrigem Widerstandswert hergestellt werden, dessen Oberfläche zur Ausbildung einer dielektrischen Siliziumdioxidschicht von praktisch nur Moleküldicke dampfbehandelt worden ist. Diese Schicht wird zur Festlegung der verschiedenen Elektroden plattiert bzw. metallisiert.
Die Verbindung zwischen den oberen Elektroden der Kondensatoren I bis VI erfolgt über gedruckte Leitungszüge P] bis Pf, zu den Schaltern 1 bis 6, welche im dargestellten Beispiel einfache Schrauben sind. Wie air besten aus Fig.4 hervorgeht, durchsetzen diese Schrauben die Schaltungsplatte und sind in die Grundplatte 18 eingeschraubt.
Die Leitungszüge P\ bis Pt sind am einen Ende mittels Verbindungsleitungen L\ bis Li mit den betreffenden oberen Elektroden I bis VI auf dem Kondensatorchip verbunden, während die anderen Enden der Leitungszüge unter den Köpfen der Schalter-Schrauben 1 bis 6 liegen. Wird eine Schraube herausgedreht, so wird ersichtlicherweise der Schalter geöffnet; ist sie dagegen in Berührung mit dem zugeordneten Leitungszug eingeschraubt, so ist der Schalter geschlossen, so daß er den betreffenden Kondensator im Parallelnetz shuntet bzw. in Nebenschluß schaltet.
Die Verbindung mit der Sammelelektrode des Körpers 19 erfolgt über eine kleine leitfähige Fläche 21, die auf die Oberseite der dielektrischen Schicht 20 auf dem Chip aufplattiert, d. h. metallisiert ist, und über eine innere Zuleitung 22 zur Sammelelektrode bzw. zum Chip 19. Die Fläche 21 ist über eine äußere Zuleitung 23 ϊ mit dem Anschluß B der gedruckten Schaltung verbunden. Die Hauptschalter-Schraube M auf der Schaltungsplatte steht mit der gedruckten Schaltungsverbindung E in Kontakt. Das Chip ist auf der Schaltungsplatte zum Schutz in einen Überzug 24
ίο eingekapselt, welcher alle zu den gedruckten Schaltungsanschlüssen verlaufenden Verbindungsleitungen L1 bis L6 bedeckt.
Die Einheit gemäß F i g. 3 weist somit zwei Ausgangsklemmen B und E auf, und sie gewährleistet eine Ausgangskapazität, deren Wert durch selektive Betätigung der Schalter-Schrauben 1 bis 6 bestimmt wird. Die Haupt-Schalterschraube M dient in erster Linie zur Herstellung einer Verbindung mit der Grundplatte 18 und braucht nicht herausgedreht zu werden, sofern nicht ein Abschalten des gesamten Netzes gewünscht wird.
Die Arbeitsweise des Netzes ist in F i g. 6 schematisch dargestellt, aus welcher hervorgeht, daß die obere Elektrode des Kondensators II über die Leitung Li, den gedruckten Leitungszug Pi und die Schalter-Schraube 2 mit der Grundplatte 18 verbunden und von dort über die Hauptschalter-Schraube M an die Ausgangsklemme E angeschlossen ist. Die Körper-Sammelelektrode 19 ist über die zur oberseitigen Elektrode 21 führende innere Zuleitung 22 und die Zuleitung 23 mit der Ausgangsklemme B verbunden. Der Wert des Kondensators II erscheint dabei zwischen den Ausgangsklemmen B und E, die einerseits auf die in F i g. 1 dargestellte Weise mit dem Kristall in Reihe geschaltet sind.
Ersichtlicherweise ist die Kondensatoreinheit infolge der Binärreihe der Kondensatorwerte äußerst gedrängt gebaut, ermöglicht aber dennoch eine große Zahl differentieller Änderungen bei Verwendung einer kleinstmöglichen Zahl von Schaltern und Anschlüssen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine Binärreihe von sechs Werten beschränkt, vielmehr kann auch eine größere oder eine kleinere Binärreihe vorgesehen werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Kapazitive Abstimmeinheit zur Frequenzkorrektur von quarzgesteuerten Oszillatoren mit einer auf einem Isolierträger aufgebrachten Kondensatorbank, die aus einzelnen, im Kapazitätswert nach einer Binär-Verhältnisreihe unterteilten Einzelkondensatoren besteht, die durch einen ais Sammelelektrode dienenden und mit einer ersten Ausgangs- in klemme verbundenen flachen leitenden Körper, eine darüber aufgebrachte dielektrische Schicht und eine Mehrzahl auf dieser Schicht aufgetragene einzelne Flächenelektroden gebildet ist, deren Abmessungen jeweils einen der Kapazitätswerte bestimmen und r> die je mit einem Zuleiter versehen sind, durch den fiber ein zugeordnetes Kontaktstück die Verbindung zu einem auf dem Isolierträger aufgebrachten und mit einer zweiten Ausgangsklemme verbundenen Leiter herstellbar ist, wenn eine zugeordnete, für jede Flächenelektrode vorhandene Schraube eingedreht wird, die das Kontaktstück durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper als Trägerplatte (17) ausgebildet ist, auf die der flache leitende Körper (19) aufgebracht ist, daß jeder Zuleiter (L 1—L 6) unmittelbar mit dem jeweils zugeordneten und als auf die Trägerplatte aufgedruckter Leiter ausgebildeten Kontaktstück verbunden ist, daß der flache leitende Körper seitlich versetzt auf der die gedruckten Leiter tragenden κι Trägerplatte angeordnet ist, daß der mit der zweiten Ausgangsklemme verbundene Leiter als leitende Grundplatte (18) in seitlicher Anordnung und von den gedruckten Leitern entfernt ausgeführt ist und daß jede der Schrauben (1—6) durch den zugeordne- i"> ten gedruckten Leiter und das zugeordnete Loch in der Trägerplatte hindurch in ein in der Grundplatte vorhandenes Gewindeloch einziehbar ist und so die leitende Verbindung zwischen dem zugeordneten Zuleiter und der Grundplatte herstellt 4<>
2. Abstimmeinheit nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Binär-Verhältnisreihe den Kapazitätswerten 0,5,1,2,4,8 und 16 pF entspricht.
3. Abstimmeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche 4r> Frontseitenelektrode (21) vorgesehen ist, die zur rückseitigen Grundplatte (18) durchverbunden ist und einen vorderseitigen Anschluß zur Sammelelektrode bildet
4. Abstimmeinheit nach einem der vorhergehen- w den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eirzelkondensatoren auf einem leitfähigen Chip (19) ausgebildet sind, das auf der Trägerplatte (17) eingekapselt ist.
5. Abstimmeinheit nach einem der vorangehenden « Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit dem zugeordneten Oszillator das Frequenznormal einer elektronischen Uhr darstellt, die einen vom Oszillator gesteuerten Frequenzteiler zur Erzeugung von niederfrequenten Zeithalteimpulsen auf- <>o weist.
6. Kondensatoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse an die Treiberspule eines Stimmgabelmotors zur Betätigung von Zeitanzeigen anlegbar sind. b5
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Abstimmeinheit nach dem Oberbegriff des Palentanspruchs 1. Eine solche Abstimmeinheit ist aus der DE-OS 19 49824 bekannt
Bei elektronischen Zeitmessern hoher Genauigkeit ist es bekannt, periodische Impulse niedriger Folgefrequenz aus einem Frequenzteiler abzuleiten, der eingangsseitig an ein stabiles Normal relativ hoher Frequenz angeschlossen ist Die daraus abgeleiteten Impulse dienen zur Betätigung einer geeigneten Zeitanzeigevorrichtung. Als Frequenznormal bzw. als Zeitbasis dient normalerweise ein piezoelektrischer kristallgesteuerter Oszillator, dessen Resonanzfrequenz bei elektronischen Zeitmessern üblicherweise im Bereich von etwa 10 000—35 000 Hz liegt
Mit der Zeitanzeige soll die Zeit in Einheiten von Sekunden, Minuten und Stunden gezeigt werden, d. h. es ist nötig, die Frequenz der kristallgesteuerten Zeitbasis auf eine niedrigere, für die zugeordnete Zeitanzeige geeignete Frequenz herunterzuteilen. Die Zeitanzeige kann in herkömmlicher Weise über mechanische Zeiger oder mittels elektrolumineszierender oder elektrooptischer Elemente erfolgen.
So ;st beispielsweise in der US-Patentschrift 35 40 209 ein elektronischer Zeitmesser offenbart, bei welchem Impulse mit einer Frequenz von einem Impuls pro Sekunde erzeugt werden, die zur Darstellung des Zeitablaufs eine Flüssigkristall-Anzeige betätigen. Für diesen Zweck wird ein kristallgesteuerter Oszillator verwendet, der auf einer Frequenz von 32 768 Hz arbeitet und dessen Ausgangssignal einer Kette von fünfzehn Binärteilerstufen zugeführt wird, die ein Ausgangssignal von genau einem Impuls pro Sekunde liefern.
Nach der US-Patentschrift 32 82 042 dagegen wird die Frequenz eines kristallgesteuerten Oszillators auf einen Signalausgang von 360 Hz heruntergeteilt, der zur Synchronisierung eines Stimmgaberesonators benutzt wird, welcher das Räderwerk einer mechanischen Zeitanzeige antreibt Und in der US-Patentschrift 32 12 252 wird vorgeschlagen, das Ausgangssignal eines Kristalloszillators an einen Frequenzteiler anzulegen und dann zu verstärken, um einen Synchronmotor zu speisen, der einen herkömmlichen Zeitanzeigemechanismus antreibt
Ersichtlicherweise sind somit bereits verschiedene Arten von mechanischen und nicht-mechanischen Zeitanzeigevorrichtungen in Verbindung mit einer stabilen, kristallgesteuerten Hochfrequenz-Zeitbasis bekannt, die in Verbindung mit einem Frequenzteiler zur Reduzierung der Takt- oder Zeithaltefrequenz auf einen für die Zeitanzeige geeigneten Wert arbeitet.
Die wesentlichsten Schwierigkeiten bei den in den genannten Patentschriften beschriebenen Zeitmessern liegen im kristallgesteuerten Oszillator. Dieser Oszillator mit hohem <?-Wert bietet nicht nur den Vorteil, der höheren Stabilität gegenüber anderen Arten von Frequenznormalen, sondern zeichnet sich vor allem auch durch Unempfindlichkeit gegenüber Lage- oder Stellungsfehlern aus. Ist der Zeitmesser z. B. eine Armbanduhr, so wird die Frequenz des Normals und damit die Zeitanzeigefunktion der Uhr durch Lageänderungen nicht beeinträchtigt
Ein herkömmlicher kristallgesteuerter Zeitmesser ist aber nur dann ein präzises Zeitmeßinstrument, wenn der Kristall so dimensioniert ist, daß er bei einer bestimmungsgemäß vorgesehenen Frequenz arbeitet. Bei dem einen der vorstehend angeführten Beispiele
DE2253425A 1971-11-03 1972-10-31 Kapazitive Abstimmeinheit zur Frepenzkorrektur von quarzgesteuerten Oszillatoren Expired DE2253425C3 (de)

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