DE2657122A1

DE2657122A1 - Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE2657122A1
Application number: DE19762657122
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kawashima
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1976-12-16
Publication date: 1977-06-30
Also published as: JPS5275252A; GB1554665A; FR2336000B1; US4178566A; FR2336000A1

Description

Die Erfindung "betrifft eine Oszillatorschaltung Oberbegriff des Hauptanspruchs.

gemäß dem

Im allgemeinen ist der Kopplungsfaktor K eines Quarzkristallschwingers sehr klein, d.h. er beträgt etwa 10 % bei maximalem Wirkungsgrad. Wenn daher die IC-Technik, d.h. die integrierte Schaltungstechnik nicht voll ausgenützt ist, ist es nicht möglich, eine stabile Oszillatorschaltung zu erhalten, falls der erwähnte Wirkungsgrad nicht bis zum Äußersten ausgenützt wird. Bei den bekannten Quarzkristall-Schwingern nach Art einer Stimmgabel beträgt der Kopplungsfaktor typischerweise 0,04, was nahezu der Grenzwert ist. Demzufolge ist, wie

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nachstehend unter Bezugnahme auf Fig· Λ näher erläutert wird, die Frequenzänderung abhängig von der Kapazität sehr groß, wenn der Kopplungsfaktor K groß ist, weshalb auch eine geringe Kapazitätsänderung eine hohe Fre querverschiebung mit sich bringt, wenn die Kapazität nur geringe Stabilität bzw. Zuverlässigkeit aufweist. Wenn demzufolge der Wert herangezogen wird, bei dem die Frequenzänderung abhängig von der Kapazität vergleichsweise gering ist, dann wird die Kapazität groß und der Energieverbrauch wird ebenfalls groß, wodurch die Lebensdauer der Batterie verkürzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oszillatorschaltung insbesondere für elektronische Armbanduhren zu schaffen, die eine lange Lebensdauer der Batterie sicherstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft eine Oszillatorschaltung mit einem Quarzkristall, inbesondere für elektronische Armbanduhren, wobei der Energieverbrauch durch geeignete Wahl des elektromechanischen Kopplungsfaktors K maximal reduziert ist und wobei die Kapazität des in der Oszillatorschaltung benützten Kondensators auf ein Minimum gebracht ist.

Bei der Erfindung wird somit der Kopplungsfaktor gegenüber dem normalerweise verwendeten Wert auf ein Minimum reduziert, was mit Unterstützung der integrierten Schaltungstechnik erreicht wird. Die Kapazität des Kondensators der Oszillatorschaltung liegt im kleinsten Bereich, wodurch der Energieverbrauch äußerst stark reduziert wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand" von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 das Verhältnis zwischen der Kapazität und der Frequenzänderung ,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Quarzkristall-Schwingers,

Fig. 3 einen Schnittwinkel des Quarzkristalls,

Fig. 4 eine Elektrodenanordnung des Quarzkristalls, und

Fig. 5 das Verhältnis zwischen dem Schnittwinkel θ und dem Kopplungsfaktor K.

Fig. 1 zeigt das Verhältnis zwischen der Kapazität und der Frequenz und somit der Frequenzänderung, wenn der in Fig. als variabler Kondensator C gezeigte Kondensator hinsichtlich seiner Kapazität variiert wird. Außerdem zeigt Fig. 1, daß die Abstimmfähigkeit abhängig vom Kopplungsfaktor des Quarzkristalls unterschiedlich ist. Bei den bekannten Oszillatorschaltungen wird ein Quarzkristall bzw. Quarzkristallschwinger mit einem Kopplungsfaktor von 0,04 verwendet. Die Frequenzänderung abhängig von der Kapazität wird demzufolge groß und die Kapazität wird automatisch groß, wenn der Quarzkristall in einem Bereich benützt wird, in dem die Frequenzänderung klein ist. Demzufolge wird bei den bekannten Oszillatorschaltungen mit einem Quarzkristall herkömmlicher Art der Energieverbrauch bzw. Stromverbrauch sehr groß, da der Strom I proportional zu dem Produkt aus f · c · ν ist, wobei f die Resonanzfrequenz, ν die Spannung und c die Kapazität bedeuten; dies ist jedoch unbefriedigend, da aufgrund des hohen Energieverbrauchs die Lebensdauer einer Batterie, insbesondere im Beispiel einer Uhr sehr klein wird. Bei der Erfindung wird zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ein Quarzkristall verwendet, der einen kleinen Kopplungsfaktor K hat, in^dem die Elektrodenform des Quarzkristalls derart verändert wird, daß die. Frequenzabhängigkeit klein ist und

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gleichzeitig auch der Kapazitätswert klein ist; gemäß der Erfindung wird die Dimensionierung der Abstimmgabel sowie der Schnittwinkel des Quarzkristalls in geeigneter Weise gewählt. Der Schnittwinkel des Quarzkristalls in Form einer Stimmgabel liegt in der CCW-Eichtung, wobei die Mitte durch die Y-Achse gebildet ist, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Der Schnittwinkel ist in Fig. 5 mit θ bezeichnet. Der in Fig. 4 gezeigte Quarzkristall weist zwei Elektrodenanschlüsse auf; der Kopplungsfaktor K ist dabei im Bereich zwischen 0,025 und 0,035 gewählt, in^dem ein elektrisches Feld zwischen die beiden Elektrodenanschlüsse gelegt wird. Je kleiner der Kopplungsfaktor K wird, um so größer wird der Widerstand R (Fig. 2). Daher ist es nicht möglich, daß der Quarzkristall auch bei Anwendung IC-Technik selbst schwingt. Bei der heutigen IC-Technik stellt der Kopplungsfaktor K gleich 0,025 einen Minimalwert dar; da außerdem der Quarzkristall stabil schwingen soll, sollte der Kopplungsfaktor K=0,035 sein. Erfindungsgemäß liegt somit die Wahl für den Kopplungsfaktor im Bereich zwischen 0,025 und 0,035. Es ist schwierig, einen Quarzkristall von der Art einer Stimmgabel auf die Grundfrequenz von 32 768 Hz während des Herstellungsprozesses abzustimmen, insbesondere wenn ein derartiger Quarzkristall in einer Uhr verwendet wird. Daher wird bei der Erfindung ein Kondensator C in der Oszillatorschaltung zur Feinabstimmung der Frequenz benutzt. Die Kapazität des Trimmkondensators liegt im Bereich zwischen 3 pF und 35 pF. Dies bedeutet, daß diese Kapazität durch die Sekundärschwingung des Quarzkristalls bestimmt wird; die Grundfrequenz des Quarzkristalls von der Art einer Stimmgabel liegt im Schwingbetrieb bei 32 768 Hz und die Sekundärfrequenz beträgt 180 KHz, d.h. etwa das 6-fache der Grundfrequenz. Demzufolge wird die kleinste Kapazität des Kondensators C auf 3 pF festgelegt, da die zweite Betriebs- oder Schwingart auftritt, wenn die Kapazität der Oszillatorschaltung zu klein gewählt ist, während

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als höchste Kapazität 35 Ρ? bestimmt wird, da der Energieoder Stromverbrauch groß ist, wenn die Kapazität der Oszillatorschaltung zu groß gewählt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung wird somit der Energieverbrauch dadurch reduziert, daß der elektromechanisch^ Kopplungsfaktor K und die Kapazität in geeigneter Weise ausgewählt werden, wodurch die Lebensdauer
einer Batterie, insbesondere bei einer elektrischen oder elektronischen Uhr erhöht werden kann.

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Claims

DIPL-PHYS F. ENDLICH υ - so34 unterpfahfenhofen IO.I2.I976

PATENTANWALT ^POSTFACH S/^lei

PHONE

TELEGRAMMADRESSE: _pATENDUCH „₀NCHEN CABLE ADDRESS:

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, D - 8Ο34 UNTERPFAFFENHOFEN, POSTF.

TELEX: 52 173Ο

Meine Akte: D-4127

Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokyo, Japan

Patentansprüche

Oszillatorschaltung mit einem Quarzkristall, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsfaktor (K) des Quarzkristalls auf den Bereich zwischen 0,025 und 0,035 festgelegt ist und daß der Quarzkristall zwei Elektrodenanschlüsse aufweist.
2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trimmkondensator (C) vorgesehen ist.

3· Oszillatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Trimmkondensators (C) im Bereich zwischen 3 P# und 35 P*¹ liegt·

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