DE2427396A1

DE2427396A1 - Elektronische uhr mit kristalloszillator

Info

Publication number: DE2427396A1
Application number: DE19742427396
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Nishikubo
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1973-06-07
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1975-01-02
Also published as: CH604247B5; GB1464993A; FR2232789B1; US3939643A; DE2427396B2; FR2232789A1; CH775274A4; DE2427396C3

Description

PATENTANWÄLTE
DR. CLAUS REINLaNOER DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 ■ CrthstraCc 12 · Telefon (089) 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

267/22

Citizen Watch Co., Ltd.

1-9-18, Mshishinjuku Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Elektronische Uhr mit Kristalloszillator

Prioritäten: 7. Juni 1973 Japan 64183/73 5. Dezember 1973 Japan 138388/73 7. Januar 1974 Japan 5175/74

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einem Kristalloszillator, dessen Schwingungsteil aus einem komplementären MOS-Transistor, nachfolgend mit CMOS-Transistor bezeichnet, einer Zeitanzeigevorrichtung und einem Frequenzteiler zum Teilen einer Frequenz, des Kristalloszillators in eine !Frequenz, die für den Betrieb der Zeitanzeigevorrichtung erforderlich ist, besteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator zu schaffen, die einen Pufferteil zum Koppeln des Schwingungsteils mit dem Frequenzteiler enthält und die den Pufferteil mit einem Ausgangssignal von dem CMOS-Inverter des Schwingungsteils und mit" einem Ausgangssignal speisen kann, das in der Phase gegenüber dem Ausgangssignal von dem CMOS-Inverter nacheilt, wodurch die von dem Pufferteil nutzlos verbrauchte elektrische Leistung verringert werden kann.

Die elektronische Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung soll auch eine integrierte Schaltung verwenden, die sowohl für einen Hochfrequenzkristalloszillator zum Erzeugen

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einer Frequenz im Bereich, von z.B. 1 MHz bis 10 MHz als auch, für einen Mederfrequenzkristalloszillator zum Erzeugen einer Frequenz von z.B. höchstens 100 kHz verwendet werden kann. Es soll des weiteren eine Standardschaltung für die elektronische Uhr mit Kristalloszillator geschaffen werden und die elektronische Uhr mit Kristalloszillator soll in Massenproduktion herstellbar sein.

Des weiteren soll eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator geschaffen werden, bei der die Frequenzteilersehaltung aus einem Frequenzteilerkreis mit mehreren Stufen besteht und eine Frequenzteilung von wenigstens 1/3 durch eine Stufe ausführt und bei der die Zahl der Stufen als Ganzes verringert, die Frequenzteilerschaltung vereinfacht und die durch diese verbrauchte elektrische Leistung verringert werden kann.

Gemäß der Erfindung enthält die elektronische Uhr einen Kristalloszillator u.dgl., der als Zeitstandardquelle verwendet werden kann, eine Zeitanzeigevorrichtung und eine logische Schaltung eines komplementären MOS-Transistors mit Einrichtungen zum Teilen einer Frequenz des Kristalloszillators in eine solche Frequenz, die für den Betrieb der Zeitanzeigevorrichtung erforderlieh ist.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer bekannten elektronischen Uhr mit Kristalloszillator,

Fig. 2 ein Schaltbild des bekannten Pufferteils,

Fig. 3 eine Kurve der Form der Spannung, die an den in Fig. 2 dargestellten Pufferteil angelegt ist,

Fig. 4 Spannungs-Strom-Kennlinien eines F-Kanal- und P-Kanal-MOS-Transistors,

Fig. 5 ein Blockschaltbild des Prinzips des Pufferteils nach der Erfindung,

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Pig. 6(a), (b), (c) Kurven der Formen der Spannungen unter Bezugnahme auf den in Pig. 5 gezeigten Pufferteil,

Pig. 7 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Pufferteils nach der Erfindung,

Pig. 8 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform des Pufferteils nach der Erfindung,

Pig. 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Pufferteils nach der Erfindung,

Pig. 10 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der

elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung,, die eine integrierte Schaltung verwendet,

Pig. 11 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung, die eine integrierte Schaltung verwendet,

Pig. 12 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung, die eine integrierte Schaltung verwendet ,

Pig* 13 ein Blockschaltbild der elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung, die einen Frequenzteiler zum Ausführen einer Prequenzteilung von wenigstens 1/3 verursacht,

Pig. 14 ein Blockschaltbild der elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung, die einen zweiten Oszillator verwendet, um einen Frequenzteiler zu bilden, um eine Frequenzteilung von wenigstens 1/3 auszuführen, und

Pig. 15 ein Blockschaltbild der elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung, die einen weiteren Frequenzteiler zum Ausführen einer Frequenzteilung von wenigstens 1/3 verwendet.

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Pig. 1 zeigt die elektronische Uhr mit Kristalloszillator, die eine integrierte Schaltung verwendet, die einen Kristalloszillator 1, :einen Schwingungsteil 2, einen Pufferteil 3, einen Frequenzteiler 4 mit einem Prequenzteilverhältnis 1/2, einen Anzeigeantriebsteil 5 und eine Zeitanzeigevorrichtung 6 enthält.

Pig. 2 zeigt ein Schaltbild des Aufbaus des Kristalloszillators 1, des Schwingungsteils 2 und des Pufferteils 3, um den Pufferteil im Hinblick auf die Aufgabe der Erfindung zu beschreiben.

In Pig. 2 bezeichnen 101 eine CMOS-Inverter, der den Schwingungsteil 2 bildet, und 102 einen Puffer-CMOS-Inverter, der den Pufferteil 3 bildet. Bisher ist es in der Praxis üblich, ein Schwingungsausgangssignal 103 für sich zu dem Puffer-CMOS-Inverter 102 abzugeben.-

Die durch den Puffer-CMOS-Inverter 102, der den Pufferteil 3 bildet, verbrauchte Leistung wird nun erläutert. Die Spannungskurve des Schwingungsausgangssignals 103 von dem Schwingungsteil 2 ist nicht eine vollständig gesättigte Rechteckwellenform, vielmehr im wesentlichen eine Sinuswellenform, wie in Pig. 3 gezeigt ist. In Pig. 3 ist YDD die Spannung einer elektrischen Quelle, VTH eine Schwellwertspannung eines N-Kanal-MOS-Transistors und YTP eine Schwellwertspannung eines P-Kanal-MOS-Transistors.

In Pig.4 zeigt die Kurve 104 eine Spannungs-Strom-Kennlinie des N-Kanal-Transistors und zeigt die Kurve 105 eine Spannungs-Strom-Kennlinie des P-Kanal-Transistors.

Wenn eine solche Spannung, wie sie in Pig. 3 gezeigt ist, dem Eingang des Puffer-CMOS-Inverters 102 zugeführt wird, werden der P-Kanal-Transistor und der IT-Kanal-Transistor des CMOS-Inverters 102 gleichzeitig für eine bestimmte Zeitperiode leitfähig. Als Ergebnis fließt ein Blindstrom durch die Transistoren und der Vorteil der logischen

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CMOS-Schaltung, daß nämlich die von der elektrischen Schaltung verbrauchte Leistung minimal ist, kann nicht ausgenutzt werden. Das bedeutet, daß der P-Kanal-Transistor und der iF-Kanal-Transistor des CMOS-Invert er s 102 gleichzeitig für Zeitperioden ti und t2 leitfähig werden, die in Fig. 3 gezeigt sind und die zwischen dem Schwellwertpegel YTU des N-Kanal-Transistors einerseits und der Differenzspannung zwischen der Spannung der elektrischen Quelle YDD und dem absoluten Wert der Schwellwertspannung des P-Kanal-Transistors I VTPl andererseits, d.h. zwischen VMT und YDD - IVTPj , liegen. Als Ergebnis ist, je kurzer diese Zeitperioden ti und t2 sind, desto besser die logische CMOS-Schaltung in bezug auf den Leistungsverbrauch.

Wie oben beschrieben wurde, ist es unmöglich, die durch den CMOS-Inverter 102 verbrauchte Leistung zu reduzieren, wenn der CMOS-Inverter 102 nur für den Pufferteil 3 verwendet wird, dessen Eingang die Spannung der langsam ansteigenden und langsam abfallenden Sinuswelle zugeführt wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die elektronische Uhr mit !Kristalloszillator mit einem verbesserten Pufferteil versehen ist, der den vorstehenden Maehteil vermeiden kann.

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Fig. 5. zeigt einen Puffert eil "nach der Erfindung und eine Ausführungsform davon ist in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 5 bezeichnen 8 eine Phasenschieberschaltung und 9 eine Gate-Schaltung. Es ist zu berücksichtigen, daß die in Fig. ; gezeigte Spannung der Pufferschaltung 7 gemäß der Erfindung zugeführt wird. Die in Fig. 5 gezeigte Phasenschieberschaltung 8 besteht aus eine.m Widerstand 109 und einer CMOS-Gatekapazität 110, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

In Fig. 6(b) ist die Kurve 106 einer Wellenform einer Spannung gezeigt, die über die Phasenschieberschaltung 8 der Gateschaltung 9 zugeführt wird. In Fig. 6(a) ist eine

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Kurve 107 einer Wellenform einer Spannung gezeigt, die direkt von dem Schwingungsteil 2 der Gateschaltung 9 zugeführt wird. In Pig. 6(c) ist eine Kurve 108 einer Wellenform einer Ausgangsspannung gezeigt, die von der Gateschaltung 9 abgeleitet wird. Wie aus Pig. 6 ersichtlich ist, macht die Spannung 106, die über die Phasenschieberschaltung 8 läuft und die zeitlich nacheilt, einen P-Kanal-Transistor 111 und F-Kanal-Transistor 112 gleichzeitig jeweils für Zeitperioden t3 und t4 leitfähig, während die der Gateschaltung 9 direkt zugeführte Spannung 107 einen P-Kanal-Transistor 113 und N-Kanal-Transistor 114 gleichzeitig jeweils für die Zeitperioden ti und t2 leitfähig macht.Als Ergebnis ist der Pufferteil 7 gemäß der Erfindung in der Lage zu verhindern, daß die P-Kanal- und H-Kanal-Transistoren 111 bis 114 gleichzeitig aufgrund der Anwesenheit der Zeitverschiebung zwischen ti und t3 einerseits und zwischen t2 und t4 andererseits leitfähig werden, auch wenn -diesen Transistoren eine Schwingungsausgangsspannung zugeführt wird, die keine Rechteckwellenform aufweist. Selbstverständlich ist die Ausgangsspannung 108, die an den Eingang des Prequenzteilers 4-1 abgegeben wird, ein vollständiges digitales Signal.

In Pig. 8 und 9 sind weitere Ausführungsformen des Pufferteils 7 nach der Erfindung gezeigt. Der in Pig. 8 gezeigte Pufferteil 7 enthält einen P-Kanal-Transistor 113 und zwei IT-Kanal-Transistoren 112 und 114. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Zeitperiode, während der alle Transistoren leitfähig werden, zur Zeit des Anstiegs der an die Pufferschaltung 7 angelegten Eingangsspannung nicht vorhanden. Als Ergebnis kann der in Pig. 8 gezeigte Pufferteil 7 wirksam arbeiten, wenn die dem Pufferteil 7 zugeführte Eingangsspannung langsam angehoben und stark abgesenkt wird.

Der in Pig. 9 gezeigte Pufferteil 7 entspricht im wesentlichen dem in Pig. 7 gezeigten Pufferteil. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die in der Phase nacheilende

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Spannung über den Widerstand 109 an die beiden Zwischentransistoren 113 und 114 der Gateschaltung 9 angelegt, während bei der in Pig. 7 gezeigten Pufferschaltung 7 die in der Phase nacheilende Spannung über den Widerstand 109 an die beiden Außentransistoren 111 und 112 der Gateschaltung 9 angelegt wird.

Die Phasenschieberschaltung 8 nach der Erfindung besteht aus einer Integralschaltung mit dem Widerstand 109 und der Gatekapazität 110 des CMOS-Inverters. Dieselbe Phasenschieberwirlcung kann auch bei Verwendung einer anderen Phasenschieberschaltung erhalten werden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die elektronische Uhr mit Kristalloszillator unter Verwendung der logischen CMOS-Schaltung, die bei einigen/uW betätigt werden muß und die den Pufferteil 7 gemäß der Erfindung enthält, in der Lage, das Schwingungsausgangssignal zu der Frequenzteiler-Schaltung zu übertragen, ohne Leistung in unnützer Weise zu verbrauchen. Diese Wirkung ist für die Praxis sehr wesentlich.

Es wird nun ein weiterer Zweck der Erfindung erläutert.

Bei einer bekannten elektronischen Uhr mit Kristalloszillator werden eine Schwingungsfrequenz in der Größenordnung von höchstens 100 kHz und ein Stimmgabel- oder Preitakt-Niederfrequenz-Oszillator verwendet. In letzter Zeit ist es üblich, eine Schwingungsfrequenz in der Größenordnung von MHz, z.B. 1 MHz bis 10 MHz, und einen temperaturabhängigen Hochfrequenz-^Kristalloszillator zu verwenden. Die elektronische Uhr nach der Erfindung verwendet eine integrierte Schaltung, die sowohl bei einem Niederfrequenz-Kristalloszillator als auch bei einem Hochfrequenz-Kristalloszillator anwendbar, ist.

In Pig. 10 ist eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung gezeigt, die aus einer durch gestrichelte Linien gezeigten integrierten Schaltung und einer

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Zeitanzeigevorrichtung 6 besteht, wobei die integrierte Schaltung einen Hochfrequenzschwingungsteil 13, einen Pufferteil 14, einen Hochfrequenzteiler 15, der eine Hochfrequenz in eine Frequenz teilen kann, die gleich der Frequenz in der Größenordnung von 100 kHz des BTiederfrequenz-Kristalloszillators ist, einenlTiederfrequenzschwingungsteil 16, einen Pufferteil 17, einen Mederfrequenzteiler 18 und einen Anzeigeantriebsteil 5 aufweist. Im Falle der Verwendung eines Hochfrequenzkristalloszillators ist dieser mit dem Hochfrequenzschwingungsteil verbunden und alle anderen Teile werden auch verwendet, wobei die Außenanschlüsse a und b der integrierten Schaltung kurzgeschlossen sind. Im Falle der Verwendung eines ITiederfrequenzkristalloszillators ist der Oszillator mit dem Fiederfrequenzschwingungsteil 16 und dem Hoehfrequenzschwingunsteil 13 verbunden, wobei der Hochfrequenzpufferteil 14 und der Hochfrequenzteiler 15 nicht verwendet werden, wogegen die anderen Teile verwendet werden, und wobei die Außenanschlüsse a und b der integrierten Schaltung offen sind.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die elektronische Uhr mit Kristalloszillator, welche die nach der Erfindung ausgebildete integrierte Schaltung verwendet, in der lage, sowohl den Mederfrequenzkristalloszillator als auch den Hochfrequenzkristalloszillator zu verwenden und elektronische Uhren mit Hochfrequenzkristalloszillator und mit Niederfrequenzkristalloszillator durch Anwendung einer gemeinsamen elektronischen Schaltung zu schaffen,, und eine Standardschaltung in Massenproduktion herzustellen, wodurch eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator geschaffen wird, die billiger und im Betrieb zuverlässig ist.

In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher der Schwingungsteil 2 sowohl dem Hochfrequenzkristalloszillator als auch dem Siederfreuenzkristalloszillator gemeinsam ist. Die vorliegende

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Ausführungsform enthält eine integrierte Schaltung, die durch einen Block in gestrichelten Linien gezeigt ist und die den Schwingungsteil 2, den Pufferteil 14, den Hochfrequenzteiler 15, einen weiteren Pufferteil 17, einen Niederfrequenzteiler 18, einen Anzeigeantriebsteil 5 und des weiteren die Zeitanzeigevorrichtung 6 enthält. Bei dieser Ausführungsform sind, wenn der Schwingungsteil 2 für den Hochfrequenzkristalloszillator verwendet wird, jeweils einerseits die Außenanschlüsse c und d und andererseits die Außenanschlüsse e und f der integrierten Schaltung kurzgeschlossen. Wenn der Schwingungsteil 2 für den Niederfrequenzkristalloszillator verwendet wird, ist der Außenanschluß c direkt mit dem Außenanschluß f verbunden, während der Außenanschluß d geerdet ist und der Außenanschluß e offen ist.

In I"ig. 12 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die integrierte Schaltung in einen durch gestrichelte Linien dargestellten Hochfrequenzblock und einen durch gestrichelte Linien dargestellten Niederfrequenzblock 20 aufgeteilt ist. Bei dieser Ausführungsform sind, wenn der Hochfrequenzkristalloszillator verwendet wird, die Außenanschlüsse a und b des Hoch- und Niederfrequenzblocks 19 und 20 miteinander kurzgeschlossen, so daß eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator unter Verwendung sowohl des Hoch- als auch des Niederfrequenzblocks 19 und 20 geschaffen wird. Wenn der Niederfrequenzkristalloszillator verwendet wird, wird eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator geschaffen, die nur den Niederfrequenzblock 20, jedoch nicht den Hochfrequenzblock 19 verwendet. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, enthält der Hochfrequenzblock 19 den Hochfrequenzschwingungsteil 13, den Pufferteil 14 und einen Hochfrequenzteiler 15. Der Niederfrequenzblock 20 enthält den Niederfrequenzschwingungsteil 16, den Pufferteil 17, den Niederfrequenzteiler 18 und den Anzeigeantriebsteil 5.

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Alle sowohl in dem Hoch- als auch dem Fiederfrequenzblock 19 und 20 enthaltenen Teile sind jeweils einstückig zu einer integrierten Schaltung gemacht.

¥ie vorstehend beschrieben wurde, ist die elektronische Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung, die eine integrierte Schaltung verwendet, die sowohl für Hochais auch für Mederfrequenzkristalloszillatoren verwendet werden kann, für die elektronische Uhrenindustrie sehr wesentlich.

Es wird nun auf einen weiteren Zweck der Erfindung eingegangen.

Die !Frequenz des Kristalloszillators, der bei der bekannten elektronischen Uhr mit Kristalloszillator verwendet wird, ist im wesentlichen höchstens 100 kHz und als Ergebnis muß die Erequenzteilung ausgeführt werden, indem mehr als zehn Stufen des Frequenzteilers zusammengeschaltet werden, um eine Frequenzteilung von 1/2 für den Zweck der Teilung der Frequenz in eine Frequenz auszuführen, die zum Betätigen der Zeitanzeigevorrichtung erforderlich ist. Es ist bekannt, daß für eine Standardfrequenz in der oben beschriebenen Größenordnung eine logische CMOS-Schaltung als Frequenzteiler verwendet werden kann, um eine Frequenzteilung von 1/2 aufgrund der Tatsache auszuführen, daß die logische CMOS-Schaltung bezüglich des LeistungsVerbrauchs verbessert ist. Das bedeutet, daß die durch den Frequenzteiler unter Verwendung der logischen CMOS-Schaltung verbrauchte Leistung unter idealen statischen Bedingungen vernachlässigt werden kann. Die durch eine Stufe des logischen Grund-Inverters zur Zeit der Ausführung der Frequenzteilung verbrauchte Energie P ist durch die folgende Gleichung gegeben:

^f (D,

worin C eine Lastkapazität, VDD die Spannung einer elektrischen Quelle und f eine Frequenz sind.

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Wenn die durch, die erste Stufe des Frequenzteilers verbrauchte Leistung Po ist, dann ist die durch die nachfolgenden Stufen bis zur η-ten Stufe verbrauchte Leistung pt durch, die folgende Gleichung gegeben:

Pt = Po(1+1/2+1/2² +1/2³¹"¹) = 2Po (2).

Hieraus ist ersichtlich., daß die durch die nachfolgenden Stufen bis zur sechsten Stufe, d.h. bei η = 6, verbrauchte Leistung 98$ der Leistung ist, die bei η = ©=» verbraucht wird. Der Wert der gesamten verbrauchten Leistung beträgt 1 /uW bis 2 /UW, wenn die Frequenz in der ersten Stufe in der Größenordnung von 3 IcHz liegt.

Es ist vorgeschlagen worden, bei einer elektronischen Uhr mit Kristalloszillator eine Hochfrequenz aufgrund der Tatsache zu verwenden, daß Bedarf nach elektronischen Uhren mit Kristalloszillator, die eine hohe Präzision aufweisen, besteht. Wenn aber die Frequenz des Kristalloszillators eine Frequenz der Größenordnung von MHz wird, kann die vorteilhafte Wirkung der bekannten logischen CMOS-Schaltung nicht erhalten werden. Das bedeutet, daß, wenn die Frequenz des Kristalloszillators hundertmal höher wird, die durch den Frequenzteiler als Ganzes verbrauchte Leistung hundertmal größer wird. Als Ergebnis ist es sehr schwierig, eine elektronische Uhr mit Kristalloszillator zu schaffen, die einen Hochfrequenzkristalloszillator unter der Bedingung verwendet, daß eine verwendete Batterie in ihrer Kapazität begrenzt ist.

Ein Merkmal der Erfindung besteht deshalb darin, eine elektronische Uhr mit Hochfrequenzkristalloszillator zu schaffen, die einen Frequenzteiler verwendet, der in der Lage ist, ein Frequenzteilerverhältnis von 1/3 bis 1/100 zu schaffen, und die eine Frequenz in der Größenordnung von MHz in eine Frequenz teilen kann, die 1/3 bis 1/100 kleiner als die Frequenz ist, und welche die vorteilhaften

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Eigenschaften der bekannten logischen CMOS-Schaltung mittels einer oder mehrerer Stufen des Frequenzteilers erreichen kann. Die auf diese Weise erhaltene elektronische Uhr mit Kristalloszillator ist in ihrer Schaltungsanordnung einfach und ermöglicht eine Verringerung der durch sie verbrauchten Leistung.

In Mg. 13 und I4 sind verschiedene Ausführungsformen der elektronischen Uhr mit Hochfrequenzkristalloszillator nach der Erfindung gezeigt, die einen Frequenzteiler verwenden, der in der lage ist, ein Frequenzverhältnis von 1/3 bis 1/100 zu erhalten. Die Bezugszeichen 19^! in Pig. und 20^f in Fig. Η bezeichnen einen Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/3. Gemäß Fig. Η ist ein zweiter Oszillator 21 vorgesehen. Die in den Fig. 13 und 14· gezeigte elektronische Uhr mit Hochfrequenzkristalloszillator nach der Erfindung verwendet einen Frequenzteiler, der in der lage ist, ein Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/3 auf der Hochfrequenzseite zu erhalten. Wenn z.B. ein Hochfrequenzkristalloszillator, der eine Frequenz von 4 MHz erzeugen kann, und ein Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von 1/100 verwendet werden, kann eine Stufe eine Frequenz von 4 MHz in eine Frequenz von 40 kHz teilen. Als Ergebnis ist es möglich, einen Frequenzteiler zu verwenden, der aus der bekannten logischen CMOS-Schaltung als nachfolgende Stufe besteht.

Wenn im Gegensatz dazu der bekannte Frequenzteiler verwendet wird, wird die gesamte leistung Pt, die durch die obige Gleichung (2) gegeben und durch die nachfolgenden Stufen bis zur sechsten Stufe bzw. 1/2 verbraucht wird, sehr groß. Als Ergebnis hat die elektronische Uhr mit Hochfrequenzkristalloszillator, die einen Frequenzteiler verwendet, der in der lage ist, ein Frequenzteilungsverhältnis in der Größenordnung von 1/100 zu erhalten und einige /uW zu verbrauchen, eine sehr vorteilhafte Wirkung.

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In der Praxis kann der frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/3 aus einer unstabilen Multivibratorschaltung bestehen, die mit einem Ausgangssignal von einem Standardkristalloszillator synchronisiert ist. Es ist bekannt, daß ein unstabiler Multivibrator derart eingestellt werden kann, daß er mit einem Hochfrequenzeingangssignal synchronisiert wird und bei einer Frequenz schwingen kann, die einem Bruchteil, z.B. 1/10 oder 1/100,der Frequenz des oben erwähnten Eingangssignals entspricht. Da der Frequenzteiler ein Frequenzteilerverhältnis von wenigstens 1/3 hat, kann eine dynamische Frequenzteilerschaltung verwendet werden, welche die Frequenzteilung von wenigstens 1/3 ausführen kann und welche aus einem dynamischen Rückkopplungs-Schiebewiderstand besteht.

Bei der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform ist als unstabiler Multivibrator ein zweiter Oszillator 21 verwendet, der bei einer zweiten Frequenz schwingt, die 1/3 bis 1/100 kleiner als die Frequenz des Standardkristalloszillators ist, und wird eine Schaltung zum Synchronisieren der zweiten Frequenz des zweiten Oszillators 21 mit der Standardoszillatorfrequenz vorgesehen.

Wenn, wie vorstehend beschrieben, die elektronische Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung einen Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/3 aufweist und an der Hochfrequenzseite vorgesehen ist und wenn der Frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschaltung zum Ausführen einer Frequenzteilung von 1/3 bis 1/100 durch eine Stufe oder aus einer Frequenzteilerschaltung zum Ausführen einer Frequenzteilung in der Größenordnung von 1/100 durch mehrere Stufen besteht, kann die verbrauchte leistung in weit größerem Umfange im Vergleich zu der bekannten elektronischen Uhr mit Kristalloszillator, die einen Frequenzteiler enthält, der aus

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einer Frequenzteilerschaltung zum Ausführen einer frequenzteilung von 1/2 durch alle Stufen besteht, verringert werden.

Bei einer elektronischen Uhr mit Kristalloszillator, die Zeiten durch mechanischen Antrieb eines Zeigers in Jeder Sekunde anzeigen kann, oder bei einer elektronischen Uhr mit Kristalloszillator, die Sekunden digital anzeigen kann, wird die Schwingungsfrequenz des Kristalloszillators, wenn, ein Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/5 an der kommerziellen Frequenzseite und ein Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 an der Niederfrequenzseite verwendet wird, in einem bestimmten umfang begrenzt und der Aufbau des Frequenzteilers wird unter Berücksichtigung der maximalen Betriebsfrequenz des Frequenzteilers, der verbrauchten leistung und der Art und Leichtigkeit der Herstellung des Kristalloszillators bestimmt.

Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform der vorstehend beschriebenen elektronischen Uhr mit Kristalloszillator nach der Erfindung. Bei dieser Aus führungs form kann, wenn die Frequenz des Kristalloszillators 1 4 423 680 Hz beträgt und der Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 aus 15 Stufen besteht, ein Ausgangsimpuls von 1 Sekunde an der letzten Stufe erhalten werden. In Fig. 15 bezeichnen 19 einen Frequenzteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis von 1/3, 19 - 1 bis 19-3 Frequenzteilerschaltungen, von denen jede ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/3 aufweist, und 19-4 eine Frequenzteilerschaltung mit einem Frequenzverhältnis von 1/5.

Wie aus Vorstehendem ersichtlich ist, ist diese Ausführungsform auch in der lage, eine elektronische Uhr mit Hochfrequenzkristalloszillator zu schaffen, die unter Verwendung einer Batterie mit begrenzter Kapazität eine sehr wesentliche und vorteilhafte Wirkung zeigt.

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Claims

Patentansprüche

■Ί j Elektronische Uhr mit Kristalloszillator, gekennzeichnet "durch einen Kristalloszillator u.dgl., der als Standardzeitquelle verwendet werden kann, durch eine Zeitanzeigevorrichtung und durch eine logische Schaltung eines komplementären MOS-Transistors mit Einrichtungen zum Teilen einer Frequenz des Kristalloszillators in eine solche Frequenz, die zum Betätigen der Zeitanzeigevorrichtung erforderlich ist.
2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schwingungsteil, der mit dem Kristalloszillator verbunden ist, und durch einen Pufferteil, der zwischen den Schwingungsteil und die Frequenzteileinrichtung gekoppelt ist, wobei dem Pufferteil das Schwingungsausgangssignal von dem Schwingungsteil und ein Ausgangssignal zugeführt werden, das in der Phase gegenüber dem Schwingungsausgangssignal nacheilt.
3. Elektronische Uhr mit Kristalloszillator, gekennzeichnet durch eine integrierte Schaltung mit einem Hochfrequenzschwingungsteil, einem Hochfrequenzteiler zum Ausführen einer Frequenzunterteilung auf eine Frequenz eines Niederfrequenzoszillators, einem Niederfrequenzoszillatorteil, einem Niederfrequenzteiler und einem Zeitanzeigeantriebsteil und durch eine Zeitanzeigevorrichtung, wobei eine Wirkung entweder als Hochfrequenzkristalloszillator oder als Uiederfrequenzkristalloszillator erreicht wird.
4. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Hoch- und Niederfrequenzoszillator gemeinsamen Schwingungsteil und durch Außenanschlüsse zum selektiven Anschließen des Schwingungsteils an einen der Hoch- und Niederfrequenzteiler.

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5. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung in zwei integrierte Schaltungen aufgeteilt ist, von denen eine den Hochfrequenzschwingungsteil und den Hochfrequenzteiler enthält, während die andere integrierte Schaltung den HTiederfrequenzschwingungsteil, den Mederfrequenzteiler und den Anzeigeantriebsteil enthält.

6. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristalloszillator bei einer Frequenz von 1 MHz bis 10 MHz schwingt und daß eine logische Schaltung des komplementären MOS-Transistors aus einer logischen Schaltung eines komplementären Silizium-Gate-MOS-Transistors besteht, dessen Gateelektrode aus Polysilizium besteht.

7. Elektronische Uhr nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Pufferteil zum Koppeln eines Schwingungsteils an einen Frequenzteiler, wobei dem Pufferteil ein Schwingungsausgangssignal von dem Schwingungsteil und ein Schwingungsausgangssignal zugeführt werden, das in der Phase gegenüber dem Schwingungsausgangssignal nacheilt.

8. Elektronische Uhr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteilereinrichtung eine Kombination eines Frequenzteilers mit wenigstens einer Stufe einer Frequenzteilerschaltung, die ein Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/3 durch eine Stufe erhalten kann und an der Hochfrequenzseite angeordnet ist, und eines Frequenzteilers ist, der mehrere Stufen enthält, von denen jede aus einer Frequenzteilerschaltung besteht, die ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 aufweist und an der Hiederfrequenzseite angeordnet ist.

9. Elektronische Uhr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler, der wenigstens eine Stufe einer Frequenzteilerschaltung enthält, die ein Frequenzteilungsverhältnis von wenigstens 1/3 erhalten kann, aus einer Frequenzteilerschaltung besteht, die einen zweiten

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Oszillator, vorzugsweise einen Kristalloszillator, verwendet, der mit einem Oszillator, der als Standardzeitquelle verwendet werden kann, vorzugsweise mit einem Kristalloszillator, synchronisiert ist.

10. Elektronische Uhr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschaltung mit mehreren Stufen besteht, wobei die erste bis dritte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/3 aufweisen, wobei die vierte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet ist und ein Frequenzteilungsverhältnis 1/5 aufweist und wobei die fünfte und folgenden Stufen an der Niederfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 aufweisen.

11. Elektronische Uhr nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschal tung mit wenigstens fünf Stufen besteht, wobei die erste bis dritte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/5 aufweisen und wobei die vierte und folgenden Stufen an der Mederfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 aufweisen.

12. Elektronische Uhr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschaltung mit wenigstens fünf Stufen besteht, wobei die erste bis vierte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/3 aufweisen und wobei die fünfte und folgenden Stufen an der Uiederfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 aufweisen·

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15. Elektronische Uhr nach. Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschaltung mit wenigstens fünf Stufen besteht, wobei die erste Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet ist und ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/5 aufweist, wobei die zweite und dritte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/5 aufweisen und wobei die vierte und folgenden Stufen an der Mederfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 aufweisen.

14. Elektronische Uhr nach .Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschaltung mit wenigstens fünf Stufen besteht, wobei die erste und zweite Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/5 aufweisen, wobei die dritte und vierte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/5 aufweisen und wobei die fünfte und folgenden Stufen an der Mederfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis 1/2 aufweisen.

15. Elektronische Uhr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler aus einer Frequenzteilerschaltung mit mehreren Stufen besteht, wobei die erste bis fünfte Stufe an der Hochfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/5 aufweisen und wobei die sechste und folgenden Stufen an der ITiederfrequenzseite angeordnet sind und jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis 1/2 aufweisen.

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