DE2453666A1

DE2453666A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2453666A1
Application number: DE19742453666
Authority: DE
Inventors: Shigeru Morokawa
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1973-11-13
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1975-05-28
Also published as: HK30282A; JPS5840149B2; DE2453666B2; DE2453666C3; GB1489589A; US4003198A; JPS5080167A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr und insbesondere eine elektronisch^ Uhr, die durch elektrische Leitung von mehreren elektrischen Zellen angetrieben wird.

Es sind viele Versuche unternommen worden, um eine elektronische Uhr zu schaffen, die mehrere elektrische Batterien oder Zellen zum Zwecke der Erzeugung einer großen elektrischen Leistung aufweist. Es gibt jedoch Probleme des wechselseitigen Ladens und Entladens und des Leistungsverbrauchs bei zusätzlichen Punktionen außer den Grundfunktionen der Uhr, wenn zwei oder mehr Zellen parallel geschaltet sind.

Andererseits ist die Parallelschaltung von Zellen d-eshalb vorteilhaft, weil die Behandlung von Signalen bei niedrigerer Spannung aufgrund des Anstiegs des Strompegels ohne Spannungsänderung ausgeführt werden kann und weil die Ausführung vieler zusätzlicher Funktionen ermöglicht werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektronische Uhr zu schaffen, die bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und des kontinuierlichen Arbeitszeitraums verbessert ist, wobei die oben erwähnten Probleme, die mit der Parallelschaltung von elektrischen Batterien oder Zellen verbunden sind, gelöst werden.

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Bei der elektronischen Uhr nach der Erfindung werden zwei oder mehr Zellen über einen Widerstand mit einem höheren Widerstand als der Innenwiderstand der Zellen parallel ■ geschaltet und werden die Klemmenspannungen jeder Zelle kontinuierlich bestimmt. Des weiteren werden die Pegel des Leistungsverbrauchs in jedem der Bauteile oder Abschnitte der Uhr bestimmt und die sich ergebenden Pegel werden verwendet, um die elektrischen Stromwege· von den Zellen zu den Bauteilen einzustellen.

Das Prinzip der Erfindung kann bei einer Uhr mit einer einzelnen Zelle als eine Gegenmaßnahme in der Weise angewendet werden, daß die kontinuierliche Zeitanzeigefunktion in eine intermittierende Punktion geändert wird, um den Leistungsverbrauch zu verringern, wenn ein Strom zu der Zeitanzeigeeinrichtung.auf einen höheren Pegel als im Normalzustand ansteigt.

Die Uhr nach der Erfindung kann in der Weise aufgebaut werden, daß der Hauptbauteil der Uhr getrennt von wahlweisen Einrichtungen, wie einer Weckvorrichtung, mit ein oder mehreren elektrischen Zellen gebildet wird. Ein solcher Aufbau kann verschiedene Anforderungen des Benutzers erfüllen.

Bezüglich der Leistungsfähigkeit der Zellen ist darauf zu verweisen, daß verbesserte Zellen, wie eine Quecksilberoder Silberzelle, die eine Klemmenspannung von etwa 1,5V und eine Leistungsfähigkeit von 200 mA pro Stunde aufweisen, kontinuierlich den Hauptteil der elektronischen Uhr für ein bis drei Jahre mit einem durchschnittlichen Strom von 5 bis 15 /UA antreiben können. Andererseits erfordert ein typischer Summer für eine Weckeinrichtung einen Arbeitsstrom von etwa 1 bis 5 mA bei 1,5 V, so daß eine elektronische Uhr mit einem Summer nur 20 bis 200 Stunden angetrieben werden kann.

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Einer der rationellsten Wege ist es, zwei Gruppen von Zellen vorzusehen, wobei eine für den Hauptteil und die andere für wahlweise oder zusätzliche'Einrichtungen, die eine Alarmeinrichttmg, vorgesehen werden,und die Zellen der Gruppen miteinander in zweckmäßiger Weise zu verbinden, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird, indem die Leistung von den Zellen in einem gewünschten Verteilungsverhältnis zwischen dem Hauptteil und den wahlweisen Einrichtungen verbessert wird,

Beispiele von wahlweisen Einrichtungen, die bei einer Uhr nach der Erfindung verwendet werden können, sind eine Alarmvorrichtung, ein Zeitschrittsignalgenerator mit hoher Genauigkeit, eine automatische Zeitkorrekturvorrichtung, eine Recheneinrichtung, eine Numeriervorrichtung, eine Datenbankvorrichtung und eine Terminzeitvorrichtung.

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

Fig. 1 ein Schaltbild der elektrischen Stromwege zwischen den elektrischen Zellen, dem Hauptteil und den wahlweisen Einrichtungen der elektronischen Uhr nach der Erfindung,

Pig. 2 ein Schaltbild der Uhr nach der Erfindung,

]?ig. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Uhr nach der Erfindung und

Fig. 4 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Uhr nach der Erfindung.

!Fig. 1 zeigt schematisch die elektrischen Stromwege zwischen einer Zeittakteinrichtung TK, einer wahlweisen Einrichtung OPT und einem Paar elektrischer Zellen 31 und B2. Die Bezeichnung "Zeittakteinrichtung" soll einen Hauptteil oder einen Abschnitt der Uhr bedeuten, der einen Zeitschrittsignalgenerator, einen Zeiteinheitssignalgenerator und eine Zeitanzeigeeinrichtung enthält. Unter der Annahme, daß die Zeittakteinrichtung TK eine relativ kleine Leistung

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in konstantem Umfang und die wahlweisen Einrichtungen eine relativ große Energie im Bedarfsfall verbrauchen, was durch die Beziehung zwischen den Verbindungen C1, 02 .. C6 zum Ausdruck kommt, ist es vorteilhaft, die wahlweise Einrichtung OPT und die Zelle B2 zusammen mit der Zeittakteinrichtung TK und der Zelle B1 und dem Betrieb der Uhr unter einer solchen Bedingung zu verwenden, daß der Betrieb der Zeittakteinriehtung vorzugsweise gemäß der folgenden Tabelle 1 gegeben ist.

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en

co OO to

Zus t and s funkt i onen	J1	Yerbindungsfunktionen	01	Zustände	Funkt i ons vie rt e	0	0	0	0	1	1	I Bemerkungen
JI = 1 : V2 - V1 >£V	J2	C1 = 1 :■ B1 * TK	C2	0	0	1	1	0	0	B1 verbraucht
J2 = 1 : Y1 - Y2 > AV	J5	02 =. 1 : B2 -» TK	03	0	1	0	1	0	1	B2 verbraucht
J3 = 1 : OPT im Betrieb	J4	C3 = 1 : B1 ■» OPT	04	1	1.	1	1	1	1
J4 = 1 : TK im Betrieb	04 = 1 : B2 * OPT	05
	05 = 1 : B2 * B1	06	1	1	1	1	0	0	Wege
06 = 1 : B1 ■> B2	(D	(D	0	0	1	1	regulärer Weg
0	0	0	0	0.	0	Hilfsweg
0	1	0	(0)	0	(D	Hilfsweg
0	0	0	0	0	0	regulärer Weg
0	0	0	0	0	0	Lade-Entladeweg
a	b	C	d	e	f	Lade-Entladeweg

VJl

TO

cn

GO CD CD CD

In Tabelle 1 bedeuten:

a = Zustand, in dem Leistung nach TK von sowohl B1 als auch B2 geliefert wird,

b = Zustand, in dem Leistung nach OPT von sowohl B1 als auch B2 geliefert wird,

c = Zustand, in dem Leistung nach TK nur von B1 geliefert wird,

d = Zustand, in dem TK unter Verwendung einer Leistung von B1 im Betrieb gehalten wird und in dem der Betrieb von OPT angehalten wird,

e = Zustand, in dem Leistung nach TK nur von B2 geliefert wird,

f = Zustand, in dem Leistung nach TK und OPT nur von B2 geliefert wird.

In Tabelle 1 zeigen die jeweiligen Angaben "1" und "0" einen Wert der Punktion des Zustande oder der Verbindung und "(1)" und "(0)" zeigen einen Wert in dem Fall, bei dem der Wert "1" und "O" gewählt werden kann, jedoch ist der angezeigte Wert mehr bevorzugt.

Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt Beispiele der bevorzugten Verbindungen unter Verwendung von logischen Gleichungen.

Tabelle 2

Pail 1	Pail 2	Pail 3
01 = J1	01 = J1	01 = 71
02 = J2	02 = J2	02 β J1
03 = 0	03 = 0	03 = 0
04 = J2-J3	04' = J3	04 = J3
05 = 0	05 = 0	05 = 0
06 = 0	06 = 0	06 = 0

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In der Schaltung in Pig. 2 ist jede elektrische Zelle B1 und B2 eine Silberoxydzelle mit einer Klemmenspannung von 1,5 V, wobei deren positiver Anschluß wechselseitig über eine Diode D1 angeschaltet wird, die einen geringen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung aufweist, wie eine Germanium- oder Kupferoxyddiode. Die Zeittakteinrichtung TK wird auch als integrierte GMOS-Schaltung gebildet, die bei einer minimalen Spannung von 1,35 V arbeiten kann und die einen Energieverbrauch, von 3/uA bei 1,5 V hat. Auch die wahlweise Einrichtung OPT kann bei einer Minimalspannung von 1,35 V arbeiten und hat einen normalen Leistungsverbrauch, von 3/uA und einen Arbeitsleistungsverbrauch von 2 mA.

Wenn die Leistungsfähigkeit der Zelle B2 im Vergleich zu der der Zelle B1 abgenommen hat, kann das Verhältnis zwischen den Klemmenspannungen V1 und V2 der Zellen B1 und B2 in folgender Weise ausgedrückt werden:

• Y1 - V2 = AY = 0 .

In diesem Falle wird die Diode D1 in Sperrichtung vorgespannt und unterbricht den elektrischen Strom von der Zelle B1 zur Zelle B2 und auch von der Zelle B1 zu der wahlweisen Einrichtung OPT, so daß verhindert werden kann, daß die Zelle B1 einen übermäßigen Leistungsverbrauch hat. der durch die wahlweise Einrichtung OPT gefordert werden kann. Wenn andererseits die Zelle B1 mehr als die Zelle B2 verbraucht ist, fließt der elektrische Strom von der Zelle B2 über die Diode D1, die nun in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, zu der Zelle B1 und der wahlweisen Ein .-richtung OPT, wodurch verhindert wird, daß die wahlweise Einrichtung OPT fehlerhaft arbeitet. Die vorstehend erwähnten zweckmäßigen Wirkungen werden sichergestellt, mit Ausnahme der seltenen Fälle, wie einem Kurzschluß im Inneren der Zelle.

Die bei der Ausführungsform in Fig. 2 verwendete Diode D1 kann durch einen Widerstand mit einem Widerstandswert von z.B. 1 bis 10 kOhm ersetzt werden. In diesem Falle wird

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— σ —

ein guter Schaltvorgang mittels des Widerstands aufgrund des großen Verhältnisses des Stromes zwischen der Zeittakteinrichtung und der wahlweisen Einrichtung OPT und auch der Widerstandswerte zwischen den Zellen und dem Widerstand ausgeführt. Darüber hinaus würde die kontinuierliche Arbeitsperiode der Zeittakteinrichtung TE im Vergleich mit dem Falle unter Verwendung nur der Zelle B1 aufgrund der Tatsache verlängert, daß die Zeittakteinrichtung TK durch die leistung sowohl von der Zelle B1 als auch von der Zelle B2 betätigt wird, es sei denn, die wahlweise Einrichtung OPT ist in Betrieb.

Fig. J zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein P-Kanal-Feldeffekttransistor P des Anreicherungstyps als Schaltelement anstelle der Diode D1 der Fig. 1 verwendet wird, wobei bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendete gleiche oder gleichartige Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und deshalb deren Detailbeschreibung unterlassen wird.

Im normalen Zustand wird ein "O"-Pegelsignal dem Tor G des Transistors P zugeführt, um diesen einzuschalten. Demgemäß werden die elektrischen Zellen B1 und B2 wechselseitig über den Transistor P mit dem EIM-Widerstand Ron verbunden, wobei der Wert von Ron 300 Ohm beträgt und der Innenwiderstand der beiden Zellen B1 und B2 100 Ohm ist und wobei das Verhältnis zwischen dem Strom von der Zelle B1 zu der Zeittakteinrichtung TK und dem Strom von der Zelle B2 zu der Zeittakteinrichtung TK etwa 4:1 bemessen ist, wodurch eine um 25 f» längere kontinuierliche Arbeitsperiode der Zeittakteinrichtung TK im Vergleich zu dem Fall erhalten wird, bei dem die Zelle B1 allein verwendet wird. In dem Fall, daß die Klemmenspannung V1 der Zelle B1 niedriger als die der Zelle B2 wird oder daß der Innenwiderstand der Zelle B1 größer als der der Zelle B2 wird, wird ein stabilerer und genauerer Betrieb der Zeittakteinrichtung TK erwartet. Wenn die wahlweise Einrichtung OPT

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ihren eigenen Betrieb startet, wird ein "1"-Peg.elsignal dem Tor des Transistors P zugeführt, um den Weg zwischen den Zellen B1 und B2 zu unterbrechen. Demgegemäß tritt kein Strom von der Zelle B1 zur Zelle B2 oder von der Zelle B1 zu der wahlweisen Einrichtung OPT auf.

Die in Pig. 3 gezeigte Ausführungsform ergibt den praktischen Vorteil, daß die Uhr mit mehreren parallel geschalteten Zellen durch einen einfachen Aufbau gebildet werden kann, soweit kein Kurzschluß der Zellen auftritt.

In Pig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Einschluß von Einrichtungen zum Verbinden der Zellen B1 und B2 in Abweichung von den oben beschriebenen Einrichtungen gezeigt, die einen solchen Betrieb ausführen kann, daß die Zeittakteinrichtung TK Leistung entweder von den Zellen B1 und B2, wenn die Klemmenspannungen V1 und V2 im wesentlichen gleich sind, oder von einer der Zellen B1 und B2 erhält, wenn die Differenz AV zwischen den Spannungen V1 und V2 größer als der vorbestimmte Wert ist, wobei auch die wahlweise Einrichtung OPT Leistung nur von der Zelle B2 erhält, bis die Leistungsfähigkeit der Zelle B2 voll verbraucht ist Die ausgewählte Art der Verbindung in der in Pig. 1 gezeigten Anordnung wird nachfolgend angegeben:

01 = J1

C2 = J1 . J2

04 = 1

03 =05 = 06 = 0

Bei der in Pig. 4 gezeigten Anordnung erzeugen Differentialverstärker A1 und A2 logische Ausgangssignale J1 und J2 jeweils mit dem Pegel "1", wenn die Spannungen an den mit (+) und (-) bezeichneten Anschlußklemmen die folgende Beziehung haben:

wobei Λ V ein vorbestimmter Wert größer als Null ist. Die

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Ausgangssignale J1 und J2 nehmen einen Pegel "0" in einem anderen Falle als dem obigen ein.

Die Differentialverstärker A1 und A2 können kontinuierlich oder intermittierend betrieben werden. Im letzteren Fall werden die Verstärker durch das Signal gesteuert, das unter Verwendung des Signals von der Zeittakteinrichtung I¹K vorbereitet wird, und die Ausgangssignale J1 und J2 werden in einem geeigneten Speicher gespeichert und davon im Bedarfsfall abgenommen. Die Kombinationen der Ausgangssignale J1, J2 und J3 sind wie folgt:

J1 + J2 = 0 V1 = V2

J1 · J2 = 1 .... V1 y V2
J1 · 12. = 1 .... V1 < V2 .

Die wahlweise Einrichtung OPT hat die Funktion, ein Ausgangssignal J3 zu erzeugen, dessen Pegel "0" im Betriebszustand und "1" in dem anderen Zustand ist. Die Signale J1, J2 und J3 werden verwendet, um ein Paar P-Kanal-Schalttransistoren P1 und P2 in Übereinstimmung .mit dessen Pegel zu steuern, wobei die Beziehung zwischen dem Pegel der Signale und dem Zustand der Transistoren wie folgt ist:

P1 = J1

P2 = J2 · 73 ..

Die Signale J1 und J2 können zur Anzeige der Leistungsfähigkeit jeweils der Zellen B1 und B2 verwendet werden.

Um zu verhindern, daß die Zeittakteinrichtung TK falsch arbeitet, ist es empfehlenswert, einen Kondensator vorzusehen, der zwischen den Punkt X und den negativen Anschluß der Zelle B1 geschaltet ist. Auch ist es wirksam, eine positive Rückkopplungsschleife von dem Ausgangsanschluß zu dem Eingangsanschluß jedes Differentialverstärkers A1 und A2 zu bilden, um Ausgangssignale mit Hysteresiseigenschaft zu erhalten.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform besitzt die Uhr nach der Erfindung einen Raum, der zum Einschluß mehrerer Zellen und eines oben beschriebenen Verbindungssysteme im Inneren des Gehäuses vorgesehen ist. Die Uhr kann aber auch alternativ einen Satz von Verbindungsanschlüssen aufweisen, an welche die jeweiligen Anschlüsse einer oder mehrerer zusätzlicher elektrischer Zellen und/oder des Verbindungssystems angeschlossen sind. Eine solche Anordnung macht es möglich, eine zusätzliche Zelle oder zusätzliche Zellen hinzuzufügen, ohne das abgedichtete Gehäuse der Uhr zu öffnen.

Die Uhr kann des weiteren so aufgebaut sein, daß sie Einrichtungen zum Verbinden eines wahlweisen Bauteils einschließlich einer Zelle oder Zellen aufweist. In diesem Fall kann die Uhr so aufgebaut sein, daß sie einen Hauptteil mit einer Zelle oder mit Zellen enthält, der in der lage sind, als Formaleinrichtung verwendet zu werden, an die eine oder mehrere wahlweise Einrichtungen mit einer Zelle im Bedarfsfalle angeschlossen werden.

Das Verbindungssystem nach der Erfindung ist vorzugsweise in der Form einer integrierten CMOS-Schaltung mit oder ohne Hauptteil der Uhr aufgebaut.

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Claims

Patentansprüche

Elektronische Uhr mit einem Uhrenhauptteil und einem Verbindungssystem zum Parallelschalten mehrerer elektrischer Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem ein Element aufweist, das die Anschlüsse der Zellen verbindet und das einen Widerstand aufweist, der größer als der Innenwiderstand der Zellen ist.
2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Diode ist.
3. Elektronische Uhr mit einem Uhrenhauptteil und wenigstens einer elektronischen Zelle für den Uhrenhauptteil, gekennzeichnet durch eine wahlweise Einrichtung, durch wenigstens eine elektrische Zelle für die wahlweise Einrichtung und durch ein Verbindungssystem mit einem Schaltelement zum selektiven Parallelschalten der Zellen für den Hauptteil und die wahlweise Einrichtung in Übereinstimmung mit dem Zustand der wahlweisen Einrichtung, wobei der Widerstand des Sehaltelements einen EIN-Widerstand aufweist, der größer als der Innenwiderstand der Zellen ist.
4. Uhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Feldeffekttransistor ist.
5. Elektronische Uhr mit einem Uhrenhauptteil und mit wenigstens einer elektrischen Zelle für den Uhrenhauptteil, gekennzeichnet durch eine wahlweise Einrichtung, durch wenigstens eine elektrische Zelle für die wahlweise Ein ·- richtung, durch ein Verbindungssystem mit einem Schaltelement zum selektiven Parallelschalten der Zellen für den Hauptteil und die wahlweise Einrichtung, durch eine Einrichtung zum Bestimmen der Differenz der Klemmenspannungen zwischen den Zellen und durch Einrichtungen zum Steuern des Schaltelements in Übereinstimmung mit dem Signal von der Einrichtung zum Bestimmen der Differenz.

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6. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der Differenz ein Differentialverstärker ist, dessen Ausgangssignal zum Steuern des Schaltelements verwendet wird.
7. Uhr nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ein richtung zum Steuern wenigstens der Einrichtung zum Bestimmen der Differenz, um ein Ausgangssignal intermittierend unter Verwendung des Zeitsteuersignals zu erzeugen, das in iJbereinstimmung mit dem Signal von dem Hauptteil behandelt wird, und durch eine Speichervorrichtung zum Speichern des Signals von der Einrichtung zum Bestimmen der Differenz.
8. Elektronische Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Feldeffekttransistor ist.

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