DE2749512C2

DE2749512C2 - Schaltvorrichtung für elektronische Uhren

Info

Publication number: DE2749512C2
Application number: DE2749512A
Authority: DE
Inventors: Jean Neuenburg/Neuchâtel Fellrath; Jean-Felix Hauterive Perotto
Original assignee: Centre Electronique Horloger S.A., Neuenburg/Neuchâtel
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1977-11-04
Publication date: 1987-04-30
Also published as: DE2749512A1; CH607872B; US4228534A; JPS5394978A; CH607872GA3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine von Hand zu betätigende Schaltvorrichtung für elektronische Uhren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Schaltvorrichtungen dienen dazu, die Uhr als Chronograph zu verwenden oder die Anzeige von verschiedenen Zeitangaben wie Sekunden, Minuten, Stunden, Datum und andere auszulösen, wenn die Uhr abgelesen wird, wodurch der Energieverbrauch verringert und das aufeinanderfolgende Ablesen verschiedener Angaben möglich wird.
Aus der DE-OS 24 29 193 ist es bekannt, ein kapazitives Betätigungselement bei einer solchen Schaltvorrichtung bei Uhren anzuwenden, welches eine auf der Innenseite des Uhrglases aufgebrachte leitende Schicht aufweist. Die Kapazitätsänderung, die bei der Berührung des Uhrglases mit einem Finger entsteht, sollte den Zustand einer bistabilen Kippschaltung ändern. Eine solche, im übrigen in der genannten Veröffentlichung nicht näher beschriebene Anordnung ist jedoch praktisch kaum funktionsfähig, wie dies weiter unten im Rahmen der Erfindungsbeschreibung erläutert wird.
Aus der DE-OS 21 22 218 ist eine von Hand zu betätigende Schaltvorrichtung mit einem kapazitiven Betätigungselement bekannt, welche insbesondere in Zusammenhang mit Programmschaltungen in Fernsehempfängern verwendet werden kann. Das kapazitive Betätigungselement ist Teil eines kapazitiven Spannungsteilers, über den die Wechselspannung eines Zeilenfrequenzgenerators des Fernsehempfängers einem Gleichrichter zugeführt wird. Der Gleichrichter ist mit der Basis eines Transistors verbunden, der so vorgespannt ist, daß durch die gleichgerichtete Wechselspannung der Transistor normalerweise gesperrt ist. Wird das Betätigungselement durch Auflegen eines Fingers aktiviert, so bricht die Wechselspannung zusammen und der Transistor wird durchlässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässig arbeitende Schaltvorrichtung der in Rede stehenden Art zu schaffen, mit der eine oder mehrere Funktionen einer elektronischen Uhr geschaltet werden können.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Demgemäß ist wesentlicher Bestandteil der Schaltvorrichtung eine snychron arbeitende Detektorvorrichtung, deren Schalter an die Klemmen des kapazitiven Betätigungselementes angeschlossen ist und die durch das Signal der Taktsignalquelle der Uhr gesteuert wird. Diese Taktsignalquelle der Uhr liefert gleichzeitig die Wechselspannung für den kapazitiven Spannungsteiler, und zwar direkt oder über einen Frequenzteiler mit einer Frequenz, die wesentlich höher als die übliche Netzfrequenz ist. Eine solcherart ausgebildete Schaltvorrichtung wird von normalerweise vorhandenen äußeren Einflüssen, wie dem elektrischen Feld des Netzstromes nicht gestört.
Bei der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung richtet die synchron arbeitende Detektorvorrichtung die am kapazitiven Betätigungselement abfallende Hochfrequenzspannung gleich und führt dieses Signal einer Vergleichsschaltung zu, wo es mit einer Bezugsspannung verglichen wird. Das Ausgangssignal dieser Vergleichsvorrichtung ist dann ein Schaltsignal, welches davon abhängt, ob das Betätigungselement durch Auflegen des Fingers auf das Uhrglas betätigt wird oder nicht.
Eine der in den Unteransprüchen angegebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung bewirkt, daß die präzise Schaltfunktion der Vorrichtung unabhängig von Änderungen der Batteriespannung sowie von Alterungserscheinungen wird (Anspruch 4).
Weitere Vorteile und verschiedene spezielle Ausführungsformen der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt durch eine Uhr mit kapazitivem Betätigungselement,
Fig. 2 im wesentlichen als Blockschaltbild die elektrische Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
Fig. 3A bis 3D Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung von Fig. 2,
Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
Fig. 5 einen Teil der Anordnung von Fig. 4 gemäß einer anderen Ausführungsform,
Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild eines Teils der Anordnung von Fig. 2 oder 4 mit einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Bezugsspannung,
Fig. 7 ein Zeitdiagramm der in verschiedenen Funktionszuständen in der Anordnung von Fig. 6 auftretenden Bezugsspannung,
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Erzeugung von Taktsignalen für die Vorrichtung von Fig. 6, und
Fig. 9 ein Zeitdiagramm der von den Taktsignalen abgeleiteten Signale, die in den Anordnungen von Fig. 6 und 8 auftreten.
Der schematische Querschnitt von Fig. 1 zeigt eine Armbanduhr 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Uhrglas 3. Eine Platte 4 mit einer elektronischen Schaltungsanordnung ist innerhalb des Uhrengehäuses befestigt. Eine leitende Schicht 5, die durchsichtig oder auch undurchsichtig sein kann, ist auf der Innenseite des Uhrglases angebracht und elektrisch durch einen Leiter 6 mit der Schaltungsanordnung 4 verbunden. Die leitende Schicht 5 weist eine bestimmte Kapazität gegenüber dem Uhrgehäuse auf, welche durch die geometrische Anordnung dieser beiden Teile bestimmt ist.
Wenn der Träger der Armbanduhr eine Fingerspitze auf das Uhrglas 3 gegenüber der leitenden Schicht 5 legt, so verändert sich die Kapazität des letzteren gegenüber dem Uhrgehäuse, da der Finger so wie das Uhrgehäuse Massepotential aufweist und von der leitenden Schicht 5 durch das ein Dielektrikum darstellende Uhrglas 3 getrennt ist. Es ist daher möglich, die erwähnte Kapazitätsänderung zur Erzeugung eines Schaltsignals zu verwenden, welches auftritt, wenn das Uhrglas mit dem Finger berührt wird, und somit ein kapazitives Betätigungselement zu schaffen.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Betätigung eines kapazitiven Betätigungselements der erwähnten Art. Ein solches ist in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, wobei die leitende Schicht 5 über den Leiter 6 mit einer Elektrode eines Kopplungskondensators 11 verbunden ist. Die Kondensatoren 10 und 11 bilden einen kapazitiven Spannungsteiler zwischen Masse und einer Ausgangsklemme einer Wechselstromquelle 12. Das Potential des Verbindungspunktes 13 zwischen dem Betätigungselement 10 und dem Kopplungskondensator 11, beziehungsweise der Spannungsabfall der Wechselspannung an dem Betätigungselement 10 ist daher kennzeichnend für den betätigten oder unbetätigten Zustand des Betätigungselements.
Der Verbindungspunkt 13 könnte direkt mit einem ersten Eingang einer Vergleichsvorrichtung 14 verbunden werden, während an den zweiten Eingang dieser Vergleichsvorrichtung eine Bezugsspannung U _R angelegt wird. Der Ausgang 15 der Vergleichsvorrichtung 14 könnte dann ein Schaltsignal liefern, je nachdem, ob der Spannungsabfall zwischen dem Punkt 13 und Masse und die Bezugsspannung U _Rübersteigt oder nicht.
Eine solche relativ einfache Anordnung würde jedoch nicht mehr richtig arbeiten, sobald der Träger der Uhr sich in einer Umgebung aufhält, in der das elektrische Feld des Netzstromes von beispielsweise 50 Hz einigermaßen stark ist. Ein solches elektrisches Feld führt zu einer hohen Störspannung am Betätigungselement und würde die Schaltvorrichtung funktionsunfähig machen. Um dies zu vermeiden, ist die Wechselspannungsquelle 12 von Fig. 2 so ausgebildet, daß sie ein Signal von wesentlich höherer Frequenz als die Netzfrequenz liefert und ist ferner eine synchron arbeitende Detektorvorrichtung zwischen Punkt 13 und den ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 geschaltet. Wie nachstehend näher erläutert wird, kann in diesem Fall die Anordnung so getroffen werden, daß beispielsweise der Mittelwert des hochfrequenten Spannungsabfalls am kapazitiven Betätigungselement unter Ausschaltung des störenden Einflusses eines Feldes der Netzfrequenz zur Auswertung gelangt.
Eine synchron arbeitende Detektorvorrichtung kann, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Schalteranordnung 16 aufweisen, welche durch das Hochfrequenzsignal der Quelle 12 gesteuert wird und von einem Tiefpaß-Filter 17 gefolgt ist. Die Schalteranordnung 16 schaltet den Punkt 13 abwechselnd an Massepotential, das in Fig. 2 am Punkt 18 auftritt, und an eine Klemme 19, die mit dem Filter 17 verbunden ist. Die Steuerung der Schalteranordnung 16 durch die vorzugsweise aus Rechteckpulsen bestehende Hochfrequenzspannung erfolgt derart, daß Punkt 13 mit der Klemme 19 verbunden wird, wenn die Steuerspannung hoch ist, und Punkt 13 mit der Masseklemme 18 verbunden wird, und damit das kapazitive Betätigungselement 10 kurzgeschlossen wird, wenn die Steuerspannung tief ist. Das Filter 17 liefert ein Signal, welches den Mittelwert des hochfrequenten Spannungsabfalls am Betätigungselement 10 darstellt.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung nach Fig. 2 läßt sich anhand der Zeitdiagramme der Fig. 3A bis 3D erläutern. Fig. 3A zeigt ein rechteckförmiges Hochfrequenzsignal, wie es von der Quelle 12 geliefert wird. Fig. 3B zeigt als strichlierte Linie B 1 die am Betätigungselement durch ein elektrisches Feld der Netzfrequenz induzierte Spannung, wenn der Träger der Uhr sich im Bereich eines solchen Feldes aufhält, und einen Finger auf das Uhrglas legt. Die in Fig. 3B gezeigten Impulse B 2 sind die Teile der Spannung B 1, die an der Ausgangsklemme 19 der Schalteranordnung 16 noch tatsächlich auftreten. Es ist zu erkennen, daß das Störungssignal periodisch, synchron mit den Hochfrequenzpulsen von Fig. 3A auf 0 zurückgebracht wird und daß sein Einfluß (Zeitintegral) umso kleiner wird, je höher die Frequenz der Steuerpulse gewählt wird.
Die Fig. 3C und 3D weisen zwei Teile auf, wovon der linke Teil I dem nicht betätigten Zustand des Betätigungselements und der rechte Teil II dem betätigten Zustand desselben, d. h. den Fall der Berührung des Uhrglases mit dem Finger, entsprechen.
Die Rechteckimpulse C 3 stellen das an Punkt 13 auftretende Signal dar. Es ist zu bemerken, daß sich die Amplitude dieses Signals in Abhängigkeit vom betätigten oder unbetätigten Zustand des Betätigungselements ändert. Der Wert C 4 stellt den Mittelwert des Signals dar, der durch das Filter 17 am ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 auftritt. Es werden in dieser Darstellung ideale Verhältnisse angenommen, um das Funktionsprinzip noch deutlicher zu machen. Der Wert C 5 stellt die Bezugsspannung U _R dar, die an den zweiten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 von Fig. 2 angelegt wird.
Fig. 3D zeigt das Ausgangssignal der Vergleichsvorrichtung 14, das am Punkt 15 auftritt. Dieses eigentliche Schaltsignal besitzt einen niedrigen Wert, wenn die Spannung am ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung höher ist als die Bezugsspannung und nimmt einen hohen Wert an, wenn die Spannung am ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung niedriger ist als die Bezugsspannung.
Es zeigt sich, daß die synchrone, hochfrequenzgesteuerte Gleichrichtung den Einfluß von Störfeldern der Netzfrequenz auf einen praktisch vernachlässigbaren Wert im Vergleich zum Nutzsignal reduziert und daß dieser Einfluß selbst bei sehr starken Störfeldern erträglich bleibt. Das Signal-Störverhältnis wird durch die beschriebene synchron arbeitende Detektorvorrichtung um einen Faktor verbessert, der gleich dem Verhältnis der Frequenzen des hochfrequenten Steuersignals und des niederfrequenten, auszuscheidenden Störsignals ist. Wenn beispielsweise bei einer Netzfrequenz von 50 Hz die Hochfrequenz der Quelle 12 20 kHz beträgt, so wird das Signalstörspannungsverhältnis um einen Faktor 400 verbessert.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung für eine Quarzuhr. Die Quelle 12 liefert ein Taktsignal H, welches direkt oder über einen Frequenzteiler vom Quarzoszillator der Uhr hergeleitet werden kann.
Das Taktsignal H wird einer Umkehrstufe zugeführt, welche zwei komplementäre Feldeffekttransistoren 21, 22 aufweist, deren Leitungsstrecken in Serie zwischen der positiven Speisespannungsklemme und Masse geschaltet sind. Die Gitter dieser Transistoren sind miteinander und mit dem Ausgang der Taktsignalquelle 12 verbunden. Am Verbindungspunkt der Senken der Transistoren 21 und 22 erscheint ein gegenüber dem Taktsignal H umgekehrtes Signal H. Dieses Signal wird dem bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen kapazitiven Spannungsteiler 11, 10 zugeführt. Die hochfrequenzgesteuerte Schalteranordnung 16 von Fig. 2 wird hier durch einen N-Kanal-Transistor 23 gebildet, dessen Senke mit dem Verbindungspunkt 13 der Kondensatoren 10 und 11 verbunden ist, dessen Quelle an Masse liegt und dessen Gitter mit dem Taktsignal H beaufschlagt wird. Das Tiefpaßfilter 17 von Fig. 4 weist einen Widerstand 24, der zwischen Punkt 13 und dem ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 liegt, sowie einen Kondensator 25 auf, welcher letztere zwischen dem ersten Eingang 14 und Masse liegt. Das Tiefpaßfilter 17 ist so bemessen, daß zumindest die Taktfrequenz H unterdrückt wird. Es schwächt gleichfalls Störsignale von einer höheren Frequenz als seine Grenzfrequenz. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Verringerung der durch ein elektrisches Feld der Netzfrequenz hervorgerufene Störung nicht vom Tiefpaßfilter abhängt und daher ohne eine Verringerung der Ansprechzeit der Schaltvorrichtung erzielt wird. Wenn eine Verlängerung der Ansprechzeit tragbar ist, kann eine Zusätzliche Filterwirkung durch ein unkritisches Tiefpaßfilter erreicht werden. Bezeichnet R den Wert des Widerstands 24 und C die Kapazität des Kondensators 25, so muß 1/RC in jedem Fall kleiner sein als die Taktfrequenz H.
Das Tiefpaßfilter 17 von Fig. 4 kann durch eine andere Anordnung ersetzt werden, welche entweder den Mittelwert oder den Spitzenwert des Spannungsabfalls am Betätigungselement 10 liefert. Die Schaltungsanordnung von Fig. 5 beispielsweise liefert ein dem Spitzenwert entsprechendes Signal. Bei dieser Anordnung ist ein Feldeffekttransistor 30 mit seiner Leiterstrecke zwischen Punkt 13 und den ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 geschaltet und sein Gitter wird von den in Fig. 4 gezeigten Pulsen &wedgeq; gesteuert. Ein Kondensator 25 ist analog zu Fig. 4 vorgesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung entsprechend Fig. 2, muß die Bezugsspannung U _R einen Wert besitzen, der eine klare Unterscheidung zwischen den Potentialen an den beiden Eingängen der Vergleichsvorrichtung 14 im betätigten, wie im unbetätigten Zustand des Betätigungselements ermöglicht. Die Vergleichsvorrichtung 14 kann beispielsweise ein Differentialverstärker sein. Es ist insbesondere notwendig, einen klar definierten Ausgangszustand der Vorrichtung zu bewirken, wenn das Betätigungselement nicht betätigt ist. Praktisch wird U _R vorzugsweise als Mittelwert der Spannung gewählt, welche im betätigten und im nicht betätigten Zustand am ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung auftreten.
Die Bezugsspannung kann beispielsweise, insbesondere durch einen Spannungsteiler, von der Speisespannung abgeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bezugsspannung jedoch von der Hochfrequenz-Spannung abgeleitet, mit der das kapazitive Betätigungselement beaufschlagt wird. In diesem Fall ändert sich der Wert U _R proportional zur Signalspannung, wenn sich die Speisespannung ändert. Dies ist ein wichtiger Vorteil bei batteriegespeisten Uhren. Es kann beispielsweise ein kapazitiver Bezugsspannungsteiler vorgesehen werden, der ähnlich dem Spannungsteiler des Betätigungselements aufgebaut ist, jedoch nicht betätigbar ist. Der Bezugskondensator, der in diesem Bezugsspannungsteiler dem kapazitiven Betätigungselement entspricht, kann ähnlich diesem unter dem Uhrglas angeordnet werden, jedoch an einer Stelle, wo er nicht mit dem Finger betätigt werden kann. Der Bezugskondensator kann beispielsweise auch Teil der integrierten Schaltung der Uhr sein. Ein kapazitiver Bezugsspannungsteiler ermöglicht auch eine Kompensation von Trifterscheinungen bei den verschiedenen Kapazitätswerten.
Eine noch höheren Anforderungen genügende Lösung besteht darin, einen Kondensator auf eine Spannung aufzuladen, die von dem am kapazitiven Betätigungselement auftretenden Spannungsabfall abgeleitet ist und dem Wert desselben automatisch folgt. Die an diesem Kondensator auftretende Spannung kann dann als Bezugsspannung verwendet werden. Wenn der Kondensator und der entsprechende Schaltungsteil von hoher Güte sind, genügt es, die Wiederaufladung des Kondensators nur in relativ langen Zeitabständen vorzunehmen und die Bezugsspannung wird unabhängig von Trifterscheinungen und den absoluten Werten der Kondensatoren und anderen beteiligten Schaltungselemente.
Eine solche Vorrichtung zur automatischen Nachführung der Bezugsspannung für die Vergleichsvorrichtung 14 wird nachstehend anhand des Schaltschemas von Fig. 6 und der Zeitdiagramme von Fig. 7 beschrieben.
Der erste Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 ist mit einer Klemme 40 verbunden, der das Ausgangssignal E der Detektoranordnung 16, 17 von Fig. 2 oder 4 zugeführt wird. Die Anordnung von Fig. 6 wird durch 3 Taktsignale Φ&sub1;, Φ&sub2;, Φ&sub3; gesteuert, welche die Form periodischer Impulse haben, wie sie in Fig. 9, Zeilen k, l und m dargestellt sind. Die Schaltungsanordnung von Fig. 6 weist Kondensatoren 41 und 42, einen Widerstand 43 und Feldeffekttransistoren 401 bis 418 auf, von denen die Transistoren 401, 402, 405, 406, 408, 410, 413, 414, 416 und 417 von N-Kanal-Typ sind und die anderen vom P-Kanal-Typ. Die Speisespannung ist an die mit + und - bezeichneten Klemmen angelegt, welche jeweils einem positiven Potential U _A und Masse entsprechen.
Die Transistoren 407 und 408 sind in Serie zwischen die Speisespannungsklemmen +, - geschaltet und ihre Gitter werden vom Taktsignal Φ&sub3; gesteuert. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Senken dieser Transistoren tritt daher ein invertiertes Signal &wedgeq;F&sub3; auf. In analoger Weise sind die Transistoren 409 und 410 in Serie zwischen den +, - Klemmen geschaltet und wird ihren jeweiligen Gitterelektroden das Taktsignal Φ&sub1; zugeführt. Am Verbindungspunkt der Senken der Transistoren 409 und 410 tritt daher das invertierte Signal &wedgeq;F&sub1; auf. Die Feldeffekttransistoren 411, 412, 413 und 414 sind in dieser Reihenfolge in Serie zwischen die +, - Klemmen geschaltet. Das Signal &wedgeq;F&sub1; wird dem Gitter von Transistoren 411 zugeführt. Die Ausgangsklemme S&min; der Vergleichsvorrichtung 14 wird jeweils dem Gitter der Transistoren 412 und 413 zugeführt, wobei diese Gitter miteinander verbunden sind. Das Signal Φ&sub1; wird ferner dem Gitter von Transistoren 414 zugeführt. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Transistoren 412 und 413 bildet die Ausgangsklemme S&min;&min;, der durch die Transistoren 411 bis 414 gebildeten Inverterschaltung. Die Transistoren 415 bis 418 bilden eine Verstärkerschaltung mit einer den Widerstand 43enthaltenden Rückkopplungsschleife. Dieser Verstärker wird durch den Inverter 411 bis 414 gesteuert. Die Transistoren 415 und 416 sind in Serie zwischen die +, - Klemmen geschaltet und ihre Gitter sind mit S&min;&min; verbunden. Die Feldeffekttransistoren 417 und 418 sind ebenfalls in Serie zwischen die Speisespannungsklemmen geschaltet und ihre Gitter sind miteinander und mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Senken der Transistoren 415 und 416 verbunden. Der Widerstand 43 ist zwischen die Eingangsklemme S&min;&min; und die Ausgangsklemme S des Verstärkers geschaltet, wobei S der Verbindungspunkt der Senken der Transistoren 417 und 418 ist.
Am Beginn eines der in Fig. 7 dargestellten Abtastzyklen wird der Zustand der Ausgangsklemme S&min;&min; der Vergleichsvorrichtung 14 als Binärzustand synchron mit dem Taktsignal Φ ₁ gespeichert. Die Speicherung erfolgt durch den die Transistoren 415 bis 418 aufweisenden Verstärkerkreis, der durch den Inverterkreis 411 bis 414 gesteuert wird. Während der Zeitdauer in der Φ ₁ = 1 ist, liefert der Inverter an seiner Ausgangsklemme S&min;&min; den zum Zustand der Eingangsklemme S&min; invertierten logischen Zustand. Der Zustand der Ausgangsklemme S&min;&min; ist während Φ ₁ = 0 derselbe wie der der Ausgangsklemme S.
Das Taktsignal Φ ₂ wird den Gittern der Feldeffekttransistoren 401 und 402 zugeführt, deren Senken mit dem ersten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14 verbunden sind. Die Quelle des Transistors 401 ist mit dem zweiten Eingang der Vergleichsvorrichtung 14, sowie über einen Kondensator 41 mit der - Klemme und über einen Kondensator 42 mit der Quelle von Transistor 402 verbunden. Das Taktsignal Φ ₂ steuert daher die Abtastung der Spannung E, welche vom kapazitiven Betätigungselement und der Detektorvorrichtung an der Klemme 40 geliefert wird. Die Spannung E wird über den Transistor 401 während der Dauer τ ₂ des Impulses Φ ₂ an den Kondensator 41 mit dem Kapazitätwert C&sub1; angelegt, so daß dieser auf die Spannung E aufgeladen wird. Die Zeitdiagramme von Fig. 7 zeigen in der linken Hälfte den Fall, in dem das Betätigungselement nicht betätigt ist (S&min; = 0) und in der rechten Hälfte den Fall der Betätigung (S&min; = 1).
Die Dauer τ ₂ des Impulses Φ ₂ muß genügend groß sein, um eine Rückkehr der Spannung E zu ihrem Normalwert zu erlauben, nachdem sie durch das Laden des Kondensators 41 gestört wurde. Es ist daher notwendig, daß die Periode der Taktsignale H wesentlich kleiner als die Zeitkonstante R (C ₁ + C) ist, wobei R und C die charakteristischen Größen des Tiefpaßfilters von Fig. 4 und C ₁ die Kapazität des Kondensators 41 sind. In der Praxis wird es genügen, daß τ ₂ = 3R (C ₁ + C) um sicherzustellen, daß der Kondensator 41 in diesem Intervall auf den Nominalwert der Spannung E aufgeladen wird.
Infolge der gleichzeitigen Ansteuerung der Transistoren 401 und 402, wird der Kondensator 42 während der Ladung des Kondensators 41 entladen.
Die Schaltungsanordnung von Fig. 6 weist ferner einen Inverter auf, welcher durch vier, in Serie zwischen die +, - Klemmen geschaltete Feldeffekttransistoren 403, 404, 405 und 406 gebildet wird. Das invertierte Signal &wedgeq;F ₃ wird dem Gitter vom Transistor 403 zugeführt, während das Gitter von Transistor 406 mit dem Signal Φ ₃ beaufschlagt wird. Die Gitter der Transistoren 404 und 405 sind miteinander und mit der Klemme S&min;&min; verbunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Senken der Transistoren 404 und 405 ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt X des Kondensators 42 und der Quelle des Transistors 402 verbunden. Der Taktimpuls Φ ₃ bringt daher die mit dem Punkt X verbundene Elektrode des Kondensators 42 auf das Potential der + oder - Klemme der Speisespannung, um eine Differenz zwischen der Spannung E und der Bezugsspannung U _R zu erzeugen, in dem die letztere nachgeregelt wird, so daß der Ausgangszustand der Vergleichsvorrichtung 14 bestätigt wird.
Es wird somit deutlich, daß in der Anordnung von Fig. 6 eine Bezugsspannung erzeugt wird, die aus dem Spannungsabfall am kapazitiven Betätigungselement hergeleitet wird und daß demzufolge die Bezugsgröße unabhängig vom Verbrauchszustand der Batterie, welche die Speisespannungsquelle darstellt, und von Trifterscheinungen der maßgeblichen Schaltungselemente wird.
Fig. 7 veranschaulicht verschiedene Phasen des beschriebenen Nachregelungsprozesses. Wird das Betätigungselement nicht mit dem Finger berührt, dann muß die Bezugsspannung U _R kleiner sein als die Spannung E (0) am Betätigungselement. Der Kondensator 42 (C ₂) muß daher in Richtung Massepotential geladen werden, und zwar geschieht dies über die Transistoren 405 und 406, die bei Φ ₃ = 1 und S&min;&min; = 1 leitend geworden sind. Dies verringert die Bezugsspannung U _R. Wird das Betätigungselement durch den Finger des Trägers der Uhr betätigt, dann muß die Bezugsspannung U _R höher sein als die Spannung E (1). Der Kondensator 43 muß daher gegen das positive Speisespannungspotential hin geladen werden, und zwar über die Transistoren 403 und 404, die bei &wedgeq;F ₃ = 1 und S&min;&min; = 0 leitend werden. Dies erhöht die Bezugsspannung U _R. Soll der Wert von U _R konstant gehalten werden, so muß die Bedingung C ₂ = C ₁ · Δ E/U _A erfüllt werden, wobei Δ E = E (0) - E (1) die Änderung von E zwischen dem betätigten und dem nicht betätigten Zustand des Betätigungselements und U _A die Speisespannung bezeichnen.
In der Anordnung gemäß Fig. 2 ändert sich Δ E im gleichen Verhältnis wie U _A, so daß ein korrektes Arbeiten der automatischen Nachregelungschaltung für die Bezugsspannung unabhängig vom Wert der Speisespannung U _A erzielt wird. Ferner verhindert die Verwendung von digitalen Speichermitteln am Ausgang der Vergleichsvorrichtung Schwankungen im Ausgangssignal während der Abtastdauer und erlaubt ein kontinuierliches Arbeiten des durch das Ausgangssignal S&min;&min; gesteuerten logischen Kreises.
Der Nachregelungszyklus der Bezugsspannung wird mit einer Frequenz wiederholt, die von der Güte des Analog-Speichers bestehend aus Transistor 401 und Kondensator 41 abhängt. Die Leckströme (Senken-Quellenstrom von Transistor 401 wenn Φ ₂ = 0 und Quellen-Substratstrom dieses Transistors), die derzeit erreicht werden, sind so niedrig, daß die Verwendung eines Kondensators 41 von 150 pF, wie in Integriertechnik herstellbar, ein Herabsetzen der Wiederholungsfrequenz der Nachregelung auf etwa 0.1 Hz erlaubt.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung, die zur Erzeugung der im Zusammenhang mit Fig. 6 erwähnten Taktsignale Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ verwendet werden kann. Fig. 9 zeigt die in verschiedenen Punkten der Anordnung von Fig. 8 auftretenden Signale. Eine Teilerkette 51 enthält binäre Frequenzteiler 51 ₁ bis 51 ₁₅ und dezimale Frequenzteiler 51 ₁₆ bis 51 ₂₁. Das Eingangssignal für diese Teilerkette ist ein Hochfrequenzsignal, welches vom Quarzoszillator der Uhr abgeleitet sein kann und im vorliegenden Fall eine Frequenz von 32&min;768 Hz (2¹⁵ Hz) hat. Mit dieser Eingangsfrequenz werden an den Ausgangsklemmen A, B und C der Teiler 51 ₅, 51 ₆ und 51 ₇ Frequenzen von respektive 1024, 512 und 256 Hz erhalten. Drei D-Flip-Flop-Kreise 52, 53 und 54 besitzen je einen Taktimpulseingang C&min;, einen Signaleingang D&min; und einen Rückstelleingang R&min;. Die jeweiligen Ausgangsklemmen dieser Flip-Flops sind mit Q _C, Q _B und Q _A bezeichnet. Die drei Rückstelleingänge R&min; der Flip- Flops 52, 53 und 54 sind an den Ausgang des Teilers 51 ₁₆ angeschlossen, der ein Signal F mit einer Frequenz von 0,1 Hz liefert. Die D&min;-Eingänge dieser Flip-Flops werden im logischen Zustand 1 gehalten. Die Ausgänge Q _A, Q _B und Q _C werden durch den ersten Eingangsimpuls, der den jeweiligen Eingängen C&min; zugeführt wird, nachdem ein Eingang R&min; durch das Signal F hoch geworden ist (logischer Zustand 1) in den logischen Zustand 1 versetzt. Der Flip-Flop 54 empfängt an seinem C&min;-Eingang das Signal A. Der Flip-Flop 53 empfängt an seinem C&min; -Eingang ein Signal A.B, welches durch ein UND-Tor 55 gebildet wird. Der Flip-Flop 52 empfängt an seinem C&min;-Eingang das Signal C.
Die Zeitdiagramme von Fig. 9 zeigen in Zeile a das Signal A, in Zeile b das Signal B, in Zeile c das Signal C, in Zeile d das Signal F, in Zeile e den aktiven Übergang des Signals A, welcher den Flip-Flop 54 steuert, in Zeile f den aktiven, den Flip-Flop 53 steuernden Übergang des Signals A.B, in Zeile g den aktiven, den Flip-Flop 52 steuernden Übergang des Signals C und in den Zeilen h, i und j die jeweiligen Ausgangssignale an Q _A, Q _B und Q _C der Flip-Flops 54, 53 und 52.
Die Anordnung von Fig. 8 weist ferner ausschließliche ODER-Tore 56, 57 und 58 auf. Das Tor 56 empfängt die Ausgangssignale Q _B und Q _C der Flip-Flops 53 und 52 und liefert das Signal Φ ₃ = Q _B &oplus; Q _C. Das Tor 57 empfängt die Ausgangssignale Q _A und Q _B der Flip-Flops 54 und 53 und liefert das Signal Φ ₂ = Q _A &oplus; Q _B. Das Tor 58 empfängt das Ausgangssignal Q _A des Flip-Flops 54 und das Rückstellsignal F liefert das Signal Φ ₁ = Q _A &oplus; F. Es werden somit Signale Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ entsprechend den Zeilen k, l und m von Fig. 9 erzeugt, die geeignete Taktsignale zur Steuerung der Schaltung von Fig. 6 darstellen.
Aus der vorausgegangenen Beschreibung geht hervor, daß die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung die Verwendung eines kapazitiven Betätigungselements ermöglicht, welches durch Berührung des Uhrglases mit dem Finger betätigt wird. Eine synchron arbeitende Detektorvorrichtung scheidet niederfrequente Störsignale aus, ohne die Ansprechzeit der Vorrichtung zu vergrößern. Ferner erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung die Verwendung eines unkritischen Tiefpaßfilters zur zusätzlichen Filterung auf Kosten einer Vergrößerung der Ansprechzeit. Das Ausgangssignal kann mit Hilfe eines Differentialverstärkers erzeugt werden, wobei das Signal des Betätigungselements mit einem Bezugssignal verglichen wird. Wird das Bezugssignal mit Hilfe von Bezugskondensatoren erzeugt, so ist der absolute Wert der Kapazitäten nicht kritisch und die Alterung der Schaltungselemente wird kompensiert.
Wird das Bezugssignal durch Speicherung des Signals des Betätigungselements im unbetätigten Zustand erzeugt, so ist die Anordnung völlig unabhängig vom Wert der entsprechenden Schaltungselemente.

Claims

1. Von Hand zu betätigende Schaltvorrichtung für elektronische Uhren, mit einem kapazitiven Betätigungselement, das eine auf mindestens einem Teil der Innenseite des Uhrglases angeordnete leitende Schicht aufweist, deren Kapazität gegenüber der durch das Uhrgehäuse gebildeten Masse sich beim Berühren des Uhrglases mit dem Finger ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (10) Teil eines kapazitiven Spannungsteilers (10, 11) ist, und daß die Schaltvorrichtung Mittel (12) zum Anlegen einer von der Taktsignalquelle der Uhr hergeleiteten Wechselspannung an den genannten kapazitiven Spannungsteiler (10, 11) aufweist, wobei die Frequenz dieser Wechselspannung wesentlich höher als die Netzfrequenz ist, sowie eine synchron arbeitende Detektorvorrichtung (16, 17) zum Gleichrichten der am kapazitiven Betätigungselement (10) abfallenden Hochfrequenzspannung und eine Vergleichsvorrichtung (14) zum Vergleichen der gleichgerichteten Hochfrequenzspannung mit einer Bezugsspannung (U _R) aufweist, wobei die synchron arbeitende Detektorvorrichtung eine Schaltervorrichtung (16) umfaßt, die an die Klemmen des kapazitiven Betätigungselementes (10) angeschlossen ist und durch das Hochfrequenzsignal gesteuert wird, derart, daß abwechselnd das Betätigungselement (10) kurzgeschlossen, bzw. die an seinen Klemmen auftretende Spannung einem Tiefpaßfilter (17) zugeführt wird, und die Vegleichsvorrichtung (14) ein Schaltsignal liefert, welches davon abhängt, ob das Betätigungselement (10) durch Auflegen des Fingers auf das Uhrglas (3) betätigt wird oder nicht.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltervorrichtung (16) ein Feldeffekttransistor (23) ist, dessen Leitungsstrecke parallel zu dem kapazitiven Betätigungselement (10) geschaltet ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen kapazitiven Bezugsspannungsteiler aufweist, welcher einen Kondensator von ähnlichem Aufbau wie das Betätigungselement, aber in von außerhalb der Uhr nicht betätigbarer Form enthält und ferner Mittel zum Anlegen der Hochfrequenzspannung an den Bezugsspannungsteiler aufweist.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 für Quarzuhren, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Erzeugung einer Bezugsspannung aufweist, welche eine Speicheranordnung zur Speicherung der am Betätigungselement auftretenden Spannung im nicht betätigbaren Zustand desselben sowie Mittel zur periodischen, durch die Taktsignale der Quarzuhr gesteuerten Nachregelung der Größe der Bezugsspannung enthält.