DE2817645C2

DE2817645C2 -

Info

Publication number: DE2817645C2
Application number: DE2817645A
Authority: DE
Inventors: Makoto Ueda; Masaharu Shida; Akira Tokio/Tokyo Jp Torisawa
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1988-07-28
Also published as: CH635477B; US4368990A; FR2388327A1; GB1592893A; JPS629877B2; FR2388327B1; CH635477GA3; JPS53136870A; US4209971A; DE2817645A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einer Treiberschaltung zum Antrieb eines Schrittmotors entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten elektronischen Uhr dieser Art (DE-OS 24 09 925) ist eine Nachweisschaltung zur Feststellung vorgesehen, ob sich der Rotor des Schrittmotors nach Zuführung eines Antriebsimpulses um 180° gedreht hat. Sobald dies der Fall ist, wird der Antriebsimpuls durch die zugeordnete Steuerschaltung beendet, so daß entsprechend der unterschiedlichen Last des Schrittmotors Antriebsimpulse mit entsprechend unterschiedlicher Impulsbreite zuführbar sind. Bei Verwendung einer derartigen Nachweisschaltung ist deshalb ein verringerter Stromverbrauch im Vergleich zu elektronischen Uhren möglich, bei denen Antriebsimpulse mit konstanter Impulsbreite zugeführt werden, welche der Impulsbreite bei maximal möglicher Last des Schrittmotors entspricht, die beispielsweise bei Fortschaltung der Datumsanzeigeeinrichtung auftritt. Bei Anwendung dieser Nachweismethode zur Beendigung des Antriebsimpulses nach erfolgter Drehung des Rotors wird noch als nachteilig angesehen, daß der Antriebsimpuls erst zu einem verhältnismäßig späten Zeitpunkt beendet werden kann, da es zur Drehung des Rotors an sich nicht erforderlich ist, den Antriebsimpuls so lange zuzuführen, bis sich der Rotor um 180° gedreht hat.

Eine ältere nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung (DE-OS 27 33 351) enthält ferner bereits den Vorschlag, bei einer elektronischen Uhr entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Nachweisschaltung zur Feststellung einer fehlenden Drehung des Rotors nach beendeter Zufuhr eines Antriebsimpulses mit einer vorherbestimmten minimalen Impulsbreite vorzusehen, wobei beim Nachweis einer nicht aufgetretenen Drehung des Rotors ein Korrektur-Antriebsimpuls mit vergrößerter Impulsbreite vor der Zufuhr des nächsten Antriebsimpulses mit der vorherbestimmten minimalen Impulsbreite zuführbar ist.

Die Nachweisschaltung enthält ein Widerstandselement, das über zwei Schalttransistoren wechselweise nach Beendigung des jeweiligen Antriebsimpulses an einer der beiden Spulenenden angeschaltet und dadurch zur Spule in Serie geschaltet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Uhr der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der insgesamt erforderliche Stromverbrauch zum Antrieb des Schrittmotors weiter verringert werden kann. Diese Aufgabe wird bei einer elektronischen Uhr der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung im Vergleich zu dem genannten älteren Vorschlag ist darin zu sehen, daß für die Transistoren 115 und 116 in Fig. 11a eine kleinere Flächengröße (10 Mikrometer × 240 Mikrometer) im Vergleich zu Transistoren 215 und 216 in Fig. 13 (10 Mikrometer × 1000 Mikrometer) erforderlich ist.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der elektronischen Uhr anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Anzeigemechanismus einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Schaltungsaufbaus einer bekannten elektronischen Uhr,

Fig. 3 den Stromverlauf des durch die Wicklung des Schrittmotors fließenden Stroms,

Fig. 4 bis 6 Bilder zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des Schrittmotors,

Fig. 7 den Stromverlauf in der Wicklung abhängig von der Zeit,

Fig. 8 eine Darstellung von Strom und Drehmoment in Abhängigkeit von der Antriebsimpulsbreite des Antriebsimpulses des Motors,

Fig. 9 das gesamte Schaltbild der elektronischen Uhr,

Fig. 10a und Fig. 10b ein Blockschaltbild und ein Zeitdiagramm für eine Impulse kombinierende Schaltung,

Fig. 11a und 11b ein Schaltungsdiagramm und ein Zeitdiagramm einer Impulse kombinierenden Schaltung, einer Detektorschaltung und einer Antriebsschaltung,

Fig. 12 den Spannungsabfall am Detektorwiderstand bei sich drehendem Rotor und sich nicht drehendem Rotor, und

Fig. 13 die Schaltung eines aus der älteren Anmeldung nach DE-OS 27 33 351 bekannten Detektors.

In Fig. 1 ist der Schalt- und Anzeigemechanismus für eine Armbanduhr mit Analoganzeige und einem Quarzkristall-Antrieb dargestellt. Der Motor besteht aus einem Stator 1, einer Wicklung 7 und einem Rotor 6. Die Ausgangsleistung des Motors wird über mehrere Zahnräder und zugehörige Antriebsritzel (5, 4, 3, 2) übertragen und dann (dies ist in Fig. 1 nicht dargestellt) zu einem Viertelantriebsrad, einem Viertelzahnrad und einem Kalendermechanismus übertragen, wodurch ein Sekundenrad, ein Minutenrad, ein Stundenrad und ein Kalender angetrieben werden. Die Last eines Schrittmotors einer Armbanduhr ist mit Ausnahme der Weiterschaltung des Kalenders sehr klein, beispielsweise ist ein Drehmoment von 10 N · cm für ein mittig angeordnetes Rad und Antriebsritzel ausreichend. Das Drehmoment muß jedoch zweimal so groß sein, wenn der Kalender weitergeschaltet wird.

In Fig. 2 ist der Aufbau der Schaltung einer bekannten elektronischen Uhr dargestellt.

Eine Oszillatorschaltung 10 liefert ein 32,768-KHz-Signal, welches durch eine Teilerschaltung 11 in ein 1-Sekunden-Signal umgewandelt wird. Dieses 1-Sekunden-Signal wird mittels einer Schaltung 12, die Impulse kombiniert bzw. Impulse mit verschiedenen Impulsbreiten erzeugt, in Signale mit 7,8 msec und einer Periode von 2 sec umgewandelt und an Eingänge 15, 16 von Invertern 13 a, 13 b gelegt; demzufolge werden Signale mit der gleichen Periode und gleichen Impulsbreite an die Inverter geführt, wodurch jede Sekunde ein invertierter Impuls, dessen Richtung, die der Stromrichtung entspricht, sich ändert, an die Wicklung 14 angelegt wird. Auf diese Weise wird der Rotor 6 mit zwei Magnetpolen in einer Richtung gedreht.

Fig. 3 zeigt den Stromverlauf des durch die Wicklung fließenden Stroms. Bei den bekannten elektronischen Uhren ist somit die Breite des Antriebsimpulses abhängig vom maximalen Drehmoment als Richtwert festgelegt, infolgedessen ein unnötiger Energieverbrauch während solcher Zeitperioden erfolgt, während welcher kein großes Drehmoment erforderlich ist.

Im folgenden wird das Arbeitsprinzip des Schrittmotors und das Prinzip der Erfassung der Drehung oder Nichtdrehung des Schrittmotors beschrieben, das bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr Anwendung findet.

In Fig. 4 ist der Stator mit 1 bezeichnet und besteht aus einem einzigen Körper mit leicht sättigungsfähigen Abschnitten 17 a, b. Der Stator steht über der Wicklung 7 mit dem Magnetkern in Verbindung, obgleich dies aus der Zeichnung nicht deutlich hervorgeht. In dem Stator sind Auskerbungen 18 a, b ausgebildet, welche zur Bestimmung der Drehrichtung des Rotors 6 dienen, der zwei magnetisierte Pole aufweist. Fig. 4 zeigt den Zustand kurz nach Anlegen des Stromes an die Wicklung 7. Wenn kein Strom an die Wicklung 7 angelegt wird, wird der Rotor 6 nicht bewegt; er befindet sich in einer Position, in welcher die Auskerbungen 18 a, b gegenüber dem Magnetkern des Rotors etwa einen 90°- Winkel einschließen. Wenn der Strom an die Wicklung 7 in der in der Zeichnung durch einen Pfeil gezeigten Richtung angelegt wird, werden im Stator 1 entsprechend Fig. 4 Magnetpole erzeugt, und zwar entsprechend dem angelegten Strom pulsierend und mit wechselnder Polarität, infolgedessen der Rotor 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Stromfluß durch die Wicklung 7 unterbrochen wird, ist der Rotor 6, nach vollendeter Bewegung, in einer Lage, in welcher die Magnetpole eine zu Fig. 4 entgegengesetzte Stellung einnehmen. Daraufhin dreht sich der Rotor 6 weiterhin im Uhrzeigersinn auf Grund des Stromflusses durch die Wicklung 7 in entgegengesetzter Richtung.

Der bei der erfindungsgemäßen elektronischen Armbanduhr verwendete Schrittmotor besteht aus einem Stator, der einen einzigen Körper mit sättigungsfähigen Abschnitten 17 a, b darstellt, so daß der Stromverlauf durch die Wicklung 7 eine langsam ansteigende Charakteristik gemäß Fig. 3 hat. Der Grund dafür ist, daß der magnetische Widerstand R _m des Magnetkreises, von der Richtung der Wicklung 7 her gesehen, sehr klein ist, wenn die sättigungsfähigen Abschnitte des Stators nicht gesättigt sind; demzufolge ist die Wicklungsinduktivität L und damit die Zeitkonstante τ der Serienschaltung von Wicklungsinduktivität und Schaltkreiswiderstand R sehr groß. Es gilt folgende Gleichung:

τ = L/R, L ≈ N²/R _m; τ = N²/(R · R _m).

N ist die Zahl der Windungen der Wicklung 7.

Wenn sich die sättigungsfähigen Abschnitte 17 a, b des Stators 1 sättigen, ist ihre die magnetische Permeabilität die gleiche wie die von Luft, so daß sich der magnetische Widerstand R _m erhöht und die Zeitkonstante des Kreises kleiner wird; der Strom steigt steil an, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Feststellung einer Drehung oder Nichtdrehung des Rotors 6 wird durch die Unterschiede der Spannung am Widerstand R aufgrund der unterschiedlichen Zeitkonstanten der genannten Serienschaltung erfaßt.

Der Grund für das Auftreten einer Differenz in der Zeitkonstante wird im folgenden näher erläutert:

Fig. 5 zeigt den Zustand des Magnetfeldes, wenn ein Strom in Richtung des dargestellten Pfeiles durch die Wicklung 7 fließt, wobei der Magnetpol des Rotors 6 eine drehfähige Lage einnimmt. Die Magnetflußlinien 20 a, b zeigen den durch den Rotor 6 erzeugten Magnetfluß; darüber hinaus besteht auch ein die Wicklung 7 schneidender Magnetfluß, der jedoch nicht dargestellt ist. Die Magnetflußlinien 20 a und 20 b durchsetzen die Abschnitte 17 a und 17 b des Stators 1 und haben die durch einen Pfeil in Fig. 5 gekennzeichnete Richtung. In den meisten Fällen befinden sich die Abschnitte 17 a, b nicht im gesättigten Zustand. Bei Stromfluß in Pfeilrichtung werden durch die Wicklung 7 Magnetflüsse 19 a, b erzeugt. Der Rotor 6 wird im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Magnetflüsse 19 a und 19 b und die durch den Rotor 6 hervorgerufenen Magnetflüsse addieren sich nun, wodurch sich die sättigungsfähigen Abschnitte 17 a, b sehr schnell sättigen. Dadurch wird ein Magnetfluß über den Rotor 6 erzeugt, der ausreicht, um diesen im Uhrzeigersinn zu drehen; dieser Magnetfluß ist in Fig. 5 nicht dargestellt. Der Verlauf des durch die Wicklung 7 in diesem Augenblick fließenden Stromes ist in Fig. 7 mit 22 bezeichnet.

Fig. 6 zeigt den Zustand des Magnetflusses in dem Fall, in welchem der Rotor 6 aus irgendwelchen Gründen sich halb zurückgedreht hat und ein Strom in der Wicklung 7 vorliegt, der in zu dem Pfeil in Fig. 6 entgegengesetzten Richtung fließt, d. h. die gleiche Richtung wie in Fig. 5 durch den Pfeil gezeigt hat. Der Magnetfluß bei Vorliegen eines Rotor-Stillstands ist in Fig. 6 dargestellt. Die Richtung der Magnetflüsse 20 a, b, die durch den Rotor 6 hervorgerufen werden, entsprechen den Richtungen wie in Fig. 5 gezeigt, da sich der Rotor 6 nicht dreht. Die Richtung des durch die Wicklung 7 fließenden Stromes ist jedoch entgegengesetzt zu der Richtung, die in Fig. 5 eingezeichnet ist, infolgedessen sich die in Fig. 6 gezeigte Richtung der Magnetflüsse ergibt, wie sie durch die Bezugszeichen 21 a und 21 b angegeben sind. Die Magnetflüsse, die sich durch den Rotor 6 und die Wicklung 7 ergeben, sind in den sättigungsfähigen Abschnitten 17 a und 17 b des Stators 1 gegeneinander gerichtet, und es benötigt daher eine längere Zeit, bis diese Abschnitte gesättigt werden. Die Kurve 23 in Fig. 7 zeigt den vorstehend beschriebenen Zustand. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Schrittmotor mit einer Drahtwicklung verwendet, deren Drahtdurchmesser 0,23 mm hat, wobei die Windungszahl 10 000 ist, der Gleichstromwiderstand der Wicklung 3 kΩ beträgt, der Durchmesser des Rotors 1,3 mm beträgt und die minimale Breite des sättigungsfähigen Abschnitts 0,1 mm ist; die Zeitdifferenz D (Fig. 7) bis zur Sättigung der Abschnitte 17 a, b des Stators 1 beläuft sich dann auf 1 msec. Durch die Stromverläufe 22 und 23 in Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Induktivität der Wicklung 7 klein ist, wenn sich der Rotor dreht, während die Induktivität der Wicklung groß ist, wenn sich der Rotor nicht dreht, und zwar jeweils über den Bereich C betrachtet (vgl. Fig. 7). Bei einem Schrittmotor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich die Ersatzinduktivität im Bereich D zu L = 5 H für den Stromverlauf 22, d. h. für eine Drehung des Rotors 6, und zu L = 40 H bezüglich des Stromverlaufes 23, d. h. wenn sich der Rotor 6 nicht dreht. Wenn der Gleichstromwiderstand R und der Widerstand r des Detektorelements, z. B. in Form eines passiven Elements, mit der Induktivität in Serie geschaltet und die gesamte Schaltung an die Speisequelle angeschlossen ist, ergibt sich eine Änderung der Induktivität, die leicht dadurch festgestellt werden kann, daß die Spannung am Widerstandselement r in Form der Schwellwertspannung V _th eines C-MOS-Gatters erfaßt wird, d. h. die Spannung ½ V _D. Dabei hat folgende Gleichung Gültigkeit:

½ V _D = r/(R + r) · [1-exp(-(R + r) · t/L)].

Für R = 3 kΩ, t = 1 msec und L = 40 H ergibt sich aus vorstehender Gleichung r = 29 kΩ. Da die Sättigungsperiode des Stromes 22 in Fig. 7 etwa 0,4 msec beträgt, ergibt sich für R = 3 kΩ, t = 0,6 msec und L = 5 H der Widerstand r zu 7,1 kΩ. Der Wert des Widerstands r für die Feststellung der Drehung oder Nichtdrehung liegt somit zwischen 7,1 kΩ und 29 kΩ. Die sich aus vorstehender Gleichung ergebenden Werte stimmen mit den experimentellen Ergebnissen überein.

Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich, daß zur Feststellung der Drehung bei der beschriebenen Ausführungsform der elektronischen Uhr ein Widerstandselement verwendet wird. An Stelle des Widerstandselements können passive Elemente, beispielsweise eine Wicklung, ein Kondensator oder dergleichen sowie ein aktives Element, beispielsweise ein MOS-Transistor oder dergleichen, ebenfalls verwendet werden.

Die Drehung oder der Stillstand des Rotors werden bei der erfindungsgemäßen Schaltung dadurch festgestellt, daß ein Detektorsignal an die Wicklung angelegt wird. Der Motor wird normalerweise mit einem geringen Drehmoment durch einen Impuls kurzer Impulsbreite angetrieben, während zur Korrektur ein hohes Drehmoment durch einen Impuls mit großer Impulsbreite erzeugt wird, wenn festgestellt wurde, daß sich der Rotor 6 nicht gedreht hat.

Die Impulsbreite des Antriebsimpulses wird durch die Impulsbreite- Strom- und -Drehmoment-Linie gemäß Fig. 8 folgendermaßen bestimmt: Der Antriebsimpuls kurzer Impulsbreite (t₁) wird durch ein minimales Drehmoment bestimmt, das für den normalen Schrittschaltbetrieb des Motors erforderlich ist, wobei der Motor so konzipiert ist, daß er mit maximalem Wirkungsgrad bei dieser Impulsbreite arbeitet, infolgedessen eine wesentliche Reduzierung des Stromverbrauchs möglich ist. Die Länge des Antriebsimpulses langer Impulsbreite (t₂) für einen Korrekturantrieb ist so bestimmt, daß der Wert des Drehmoments eine Höhe erreicht, die für einen sicheren Betrieb der Uhr erforderlich ist. Durch die Bestimmung der Impulsbreiten t₁ und t₂ für die Antriebsimpulse läßt sich damit ein sehr geringer Leistungsverbrauch bei einer Uhr erreichen.

Ein weiterer Vorteil des Detektorabschnittes der elektronischen Uhr besteht darin, daß die Drehung und der Stillstand des Schrittmotors insbesondere ohne Verwendung eines Verstärkers festgestellt werden können. Die Drehung und der Stillstand des Motors werden folgendermaßen erfaßt: Der Widerstand, dessen Gleichstromwiderstandswert der gleich oder größer ist als derjenige der Wicklung 7, wird zeitweilig in Serie zur Wicklung 7 am Punkt S in Fig. 7 eingeschaltet; die an der Induktivität der Wicklung 7 erzeugte Spannung und die Spannung des Widerstands, die durch das Spannungsteilerverhältnis des Widerstands bestimmt wird, wird an das C-MOS-Gatter angelegt. Das vorstehend erläuterte Verfahren wird nachfolgend näher beschrieben.

Fig. 9 zeigt das Schaltungsdiagramm der gesamten elektronischen Uhr. Mit 51 ist eine Quarzkristall-Oszillatorschaltung bezeichnet, die ein als Referenzsignal der Uhr benutztes Signal abgibt. Eine Teilerschaltung 52 besteht aus in mehrstufiger Anordnung vorgesehenen Flipflops, welche das Signal der Oszillatorschaltung in 1-Sekunden-Signal herabteilen, das für den Betrieb der Uhr erforderlich ist. Eine Schaltung 53, die Impulse kombiniert bzw. zusammensetzt, liefert einen normalen Antriebsimpuls mit einer für den normalen Antrieb erforderlichen Impulsbreite sowie einen Korrektur-Antriebsimpuls, der für einen korrigierenden Antrieb erforderlich ist, und schließlich einen Detektorimpuls zur Erfassung der Ausgänge der Flipflops der Teilerschaltung 52. Die Schaltung 53 kombiniert die vorstehend erwähnten Signale und wandelt sie in Signale um, die zur Aktivierung der Antriebsschaltung 54 und einer Detektorschaltung 56 geeignet sind.

Die Antriebsschaltung 54 steuert den Schrittmotor 55 bei Empfang eines normalen Antriebsimpulssignales von der Schaltung 53.

Die Detektorschaltung 56 empfängt den Detektorimpuls der Schaltung 53 zur Erfassung einer Drehung oder eines Stillstandes des Schrittmotors 55, und das betreffende Ergebnis wird zur Schaltung 53 geleitet.

Der Rotor des Schrittmotors 55 dreht sich bei Vorliegen einer geringen Belastung, wenn ein normaler Antriebsimpuls angelegt wird, während er sich bei Vorliegen einer hohen Belastung nicht dreht. Wenn das Detektorsignal an die Detektorschaltung 56 angelegt wird, läßt sich die Drehung oder der Stillstand des Rotors auf Grund der Differenz zwischen den Wicklungsinduktivitäten feststellen, die durch die Drehung und den Stillstand des Rotors hervorgerufen wird. Die Schaltung 53 empfängt das von der Detektorschaltung 56 abgegebene Signal und legt den Korrektur-Antriebsimpuls an die Antriebsschaltung 54 an, wenn sich der Rotor nicht dreht.

Die Impulsbreite des Korrektur-Antriebsimpulses ist größer als die des normalen Antriebsimpulses, infolgedessen das Drehmoment größer als im Normalfall ist. Der Korrektur-Antriebsimpuls wird also bei Vorliegen einer hohen Belastung des Schrittmotors abgegeben.

In Fig. 9 wird das Signal der Oszillatorschaltung 51 der Teilerschaltung 52 zugeführt, die aus in mehreren Stufen angeordneten Flipflops besteht und dann in das 1-Sekunden-Signal geteilt, welches das Normal- oder Bezugssignal der Uhr darstellt. Die Schaltung 53 führt das normale Antriebssignal und ein Korrektursignal als Sekundenimpulse an eine Antriebsschaltung 54 und erhält ein den Stillstand anzeigendes Signal von der Detektorschaltung 56. Von der Antriebsschaltung 54 wird ein Antriebssignal zu einem Wicklungsabschnitt des Schrittmotors 55 geleitet. Die Detektorschaltung 56 stellt die Drehung und den Stillstand des Rotors 6 durch die Änderung der Induktivität fest und führt das dieses Ergebnis anzeigende Signal zu der Schaltung 53.

Die Schaltung 53, 54 und 56 bilden einen Hauptteil der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr.

Fig. 10 zeigt ein Teil-Zeitdiagramm der Impulse der Schaltung 53 sowie ein Blockschaltbild dieser Schaltung (Fig. 10a). Gemäß Fig. 10a und 10b werden ein 1′′-Impuls, ein 1′′-Korrekturimpuls und ein Detektorimpuls Φ angegeben.

Diese Signale können leicht durch die Zusammenfassung von Gattern, die Ausgangssignal Q _n von der Teilerschaltung 52 empfangen, erzeugt werden. Der logische Aufbau der vorstehend bezeichneten Signale wird im folgenden angegeben:

1′′-Impuls = Q₈ · Q₉ · Q₁₀ · Q₁₁ · Q₁₂ · Q₁₃ · Q₁₄ · Q₁₅
1′′-Korrekturimpuls = ₉ · ₁₀ · ₁₁ · ₁₂ · ₁₃ · ₁₄ · ₁₅
Φ = Q₅ · Q₆ · Q₇ · Q₈ · Q₉ · Q₁₀ · ₁₁ · ₁₂ · ₁₃ · ₁₄ · ₁₅

Dabei wird vorausgesetzt, daß das Signal Q₅ 1024 Hz, das Signal Q₄ 512 Hz usw., Q₁₅ 1 Hz als Frequenz haben (1′′ bedeutet 1-Sekunden- Impuls).

Die Impulsbreite der Impulse ergibt sich dann zu:

1′′-Impuls = 3,9 msec,
1′′-Korrekturimpuls = 7,8 msec,
Φ = 0,5 msec.

Diese Signale werden der in Fig. 11 gezeigten Schaltung zugeführt, wie nachfolgend noch beschrieben wird, und dann in Signale umgewandelt, die sich zur Steuerung der Antriebsschaltung 54 eignen.

In Fig. 11 ist eine Teilschaltung 53 b der Impulse kombinierenden, d. h. zusammenfassenden Schaltung 53, der Antriebsschaltung 54 und der Detektorschaltung 56 dargestellt. Die erstgenannte Schaltung weist ein Flipflop 100 auf, welches Signale mit ½ Hz erzeugt und dessen Signale am einen Ausgang NOR-Gliedern 102, 103 zugeführt werden, während die negierten Ausgangssignale des anderen Ausgangs ersten Eingängen von NOR-Gliedern 104, 105 zugeführt werden.

Einem NOR-Glied 101 wird ein Sekundenimpuls und ein Sekundenkorrekturimpuls eines RS-Flipflops 112 dann zugeführt, wenn sich der Rotor des Schrittmotors nicht dreht; der Ausgang des NOR-Glieds 101 ist mit einem Eingang der NOR-Glieder 103, 104 verbunden.

Der Detektorimpuls Φ, der ebenfalls von der Schaltung 53 (Fig. 10a) abgegeben wird, wird an den zweiten Eingang der NOR-Glieder 102, 105 über einen Inverter 120 angelegt.

Der Ausgang des NOR-Glieds 102 ist mit einem Eingang eines N-MOS-Feldeffekttransistors 114, einem Eingang eines ODER-Glieds 106 und einem Eingang eines UND-ODER-Glieds 110 verbunden.

Der Ausgang des NOR-Glieds 103 ist an den Eingang eines N-MOS- Feldeffekttransistors 114 zum Motorantrieb und an den zweiten Eingang des ODER-Glieds 106 angeschlossen.

Der Ausgang des NOR-Glieds 104 ist mit dem Eingang eines N-MOS- Feldeffekttransistors 119 zum Motorantrieb und mit dem ersten Eingang eines ODER-Glieds 107 verbunden.

Der Ausgang des NOR-Glieds 105 ist schließlich mit dem Eingang eines N-MOS-Feldeffekttransistors 116 sowie mit dem zweiten Eingang des ODER-Glieds 107 und des UND-ODER-Glieds 110 verbunden.

Der Ausgang des ODER-Glieds 106 ist mit einem P-MOS-Feldeffekttransistor 113 für den Motorantrieb und der Ausgang des ODER- Glieds 107 mit einem P-MOS-Feldeffekttransistor 118 für den Motorantrieb verbunden.

Ein Sekunden-Korrekturimpuls wird an den Rückstell-Anschluß eines RS-Flipflops 112 von einem Anschluß 131 über einen Inverter 121 angelegt.

Vorstehende Elemente bilden den Teil 53 b der die Impulse kombinierenden Schaltung 53. Im folgenden werden die Antriebsschaltungen 54 und die Detektorschaltung 56 beschrieben.

Mit 134 ist der (+)-Anschluß der Speisequelle bezeichnet, an den die Speisespannung V _D angelegt wird und an welchen die Source- Elektroden (Quellen) der P-MOS-Feldeffekttransistoren 113 und 118 angeschlossen sind.

Die Source-Elektroden der N-MOS-Feldeffekttransistoren 114 und 119 sind geerdet, während die Drain-Elektroden des P-MOS-Feldeffekttransistors 113 und des N-MOS-Feldeffekttransistors 114 miteinander verbunden und außerdem an ein Ende der mit 155 bezeichneten Wicklung des Schrittmotors 55 sowie an die Drain- Elektrode des N-MOS-Feldeffekttransistors 115 zur Erfassung des Stillstands oder der Drehung des Schrittmotors angeschlossen sind, wie aus Fig. 11a hervorgeht.

Die Drain-Elektroden des P-MOS-Feldeffekttransistors 113 und des N-MOS-Feldeffekttransistors 119 sind miteinander verbunden und außerdem an ein Ende der Wicklung 155 des Schrittmotors 55 sowie an die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 116 (der Detektorschaltung) angeschlossen. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 115 ist an Masse gelegt und seine Drain-Elektrode an eine Verbindung zwischen dem Feldeffekttransistor 113, 114 und der Wicklung 155 über einen Widerstand 117 a angeschlossen. Der Feldeffekttransistor 116 ist über einen Widerstand 117 b an eine Verbindung zwischen dem Feldeffekttransistor 118, 119 und der Wicklung 155 angeschlossen.

Die Spannung an der Wicklung 155 wird einem UND-ODER-Glied 110 zugeführt, dessen Ausgang an den Setz-Anschluß des Flipflops 112 angelegt wird.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist folgendermaßen: Wenn der Ausgang Q des Flipflops 100 sich auf hohem Pegel (H) befindet, liefert das NOR-Glied 101 ein Signal "1" und an die Eingänge des NOR-Glieds 104 werden Signale "L" angelegt, so daß das NOR-Glied 104 als Ausgangssignal "H" abgibt; das Ausgangssignal des ODER-Glieds 107 ist "H", wodurch der Feldeffekttransistor 118 gesperrt und der Feldeffekttransistor 119 in den Ein- Zustand geschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom durch die Wicklung 155 und der Motor dreht sich. Die ähnliche Arbeitsweise ergibt sich, wenn der Ausgang Q des Flipflops 100 "L" ist, wobei dann der Feldeffekttransistor 114 im Ein-Zustand sich befindet und der Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt und sich der Motor dreht.

Wenn der Detektorimpuls Φ an den Anschluß 132 angelegt wird, dann ergibt sich bei einem Ausgangssignal Q des Flipflops 100 am NOR- Glied 105 ein Ausgangssignal "H" und das Signal gelangt über den Feldeffekttransistor 113, die Wicklung 155, den Widerstand 117 b, den Feldeffekttransistor 116 zu der dazu in Serie liegenden Masse und es entsteht eine zum Strom proportionale Spannung am Feldeffekttransistor 116 und dem Widerstand 117 b.

Der sich ergebende Verlauf der Spannung bei sich drehendem Rotor infolge des 1′′-Impulses ist in Fig. 12 mit 151 angegeben; während der Spannungsverlauf bei Stillstand des Motors in Fig. 12 mit 150 angegeben ist; dadurch, daß die Schwellenspannung des C-MOS-Gatters in die Mitte der beiden möglichen Spannungen bei 0,5 msec (Fig. 12) eingestellt ist, wird das den Stillstand des Rotors anzeigende Signal ohne weiteres von dem Komparator erzeugt. Wenn sich der Rotor nicht dreht, wird der Ausgang des UND-ODER-Glieds 110 auf "H" geschaltet; das RS-Flipflop wird gesetzt und der Ausgang Q wird "H", infolgedessen der Korrekturantrieb so lange fortgeführt wird, bis der Ausgang Q durch den 1′′-Korrekturimpuls gesetzt wird.

Im folgenden wird noch die bekannte Detektorschaltung nach Fig. 13 erläutert und mit der Erfindungsgemäßen verglichen. Bei dieser Schaltung wäre die Gate-Elektrode eines N-MOS- Feldeffekttransistors 215 an den Ausgang des NOR-Glieds 102 in Fig. 11a anzuschließen und die Gate-Elektrode des N-MOS-Feldeffekttransistors 216 an den Ausgang des NOR-Glieds in Fig. 11a. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 215 ist an ein Ende der Wicklung 155 und die Drain- Elektrode des Feldeffekttransistors 216 an das andere Ende der Wicklung 155 angeschlossen.

Die Source-Elektrode der Feldeffekttransistoren 215 und 216 sind miteinander verbunden und ein Anschluß eines Widerstands 217 der Detektorschaltung ist mit einer Verbindung zwischen den Feldeffekttransistoren 215, 216 verbunden, während der andere Anschluß des Widerstands 217 an Masse geschaltet ist. Die Verbindung zwischen den Feldeffekttransistoren 215, 216 ist ferner mit einem C-MOS-Gatter 210 verbunden und dessen Ausgang ist zu einem C-MOS-Gatter 211 geführt, dessen Ausgang an den Set-Eingang des Flipflops 112 (Fig. 11a) anzuschließen ist. Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Detektorschaltung ist nahezu die gleiche wie die der Detektorschaltung 56 in Fig. 11a. Wenn ein Detektorimpuls Φ an die Detektorschaltung angelegt wird, ergibt sich der gleiche Spannungsverlauf für die Spannung am Widerstand 217, wie er in Fig. 12 gezeigt ist.

Der Unterschied zwischen der üblichen Detektorschaltung nach Fig. 13 und der Detektorschaltung 56 in Fig. 11a, die erfindungsgemäß aufgebaut ist, besteht bezüglich der Größe, wenn sie als integrierte Schaltung ausgebildet ist, sowie bezüglich des spezifischen Widerstands des durch den N-MOS-Feldeffekttransistor gebildeten Widerstands im Einschaltzustand.

Die Größe der Feldeffekttransistoren 215 und 216 in Fig. 13 wird als Beispiel mit der Größe der Feldeffekttransistoren 115 und 116 in Fig. 11a bei dem Einsatz letzterer in einer integrierten Schaltung verglichen.

Wenn das elektrische Potential der Source-Elektrode der Feldeffekttransistoren 215 und 216 nach Fig. 13 gleich der Hälfte der Speisespannung, d. h. 1,57 V/2 ist, dann ist die Schwellwertspannung desselben 0,5 V und der Widerstandswert im Einschaltzustand beträgt 1 kΩ, der Widerstandswert des Widerstands 217 ist 15 kΩ; der durch die Feldeffekttransistoren 215 und 216 fließende Strom beträgt dann

i = 1,57/2 × 15 000 = 52,3 µA

Das elektrische Potential zwischen der Drain- und Source-Elektrode beträgt

V _DS = 1000 Ω × 52,3 µA = 0,0523 V,

so daß sich als K-Wert ergibt:

K = i (µA)/[2 (V _D - V _SB - V _TH) · V _DS - V ²_DS].

Wenn V _D (Speisespannung) = 1,57 V beträgt, V _SB (elektrisches Potential zwischen Source-Elektrode und Platte) = 1,57/2 V, V _DS (elektrisches Potential zwischen Source- und Drain-Elektrode = 0,0523 V, und i (Strom zwischen Drain- und Source-Elektrode) = 52,3 µA beträgt, sowie K ≈ 2000 µA/V² beträgt, ergibt sich mit K = K′W/(L - 2 × j) und K′ des N-MOS-Feldeffekttransistors ungefähr gleich 20 µA/V², L (Länge) = 10 µm und 2 × j (Diffusionsbreite) = 5 µm, daß die Breite W dann ungefähr gleich 500 µm beträgt. Die Breite des Feldeffekttransistors 215 zuzüglich des Feldeffekttransistors 216 beläuft sich dann auf 1000 µm.

Auf ähnliche Weise wird die Größe der Feldeffekttransistoren 115 und 116 nach Fig. 11a berechnet. Wird V _SB = 0 in obiger Gleichung eingesetzt, dann ergeben sich die Einschaltwiderstände der Feldeffekttransistoren 115 und 116 zu 1 kΩ und die Widerstände 117 a und 117 b sind 14 kΩ, infolgedessen K ≈ 480 A/V², W = 120 µm, wodurch die Größe der Feldeffekttransistoren 115 und 116 insgesamt 240 µm beträgt.

Nachdem andererseits zwei Widerstände 117 a und 117 b im Falle der Ausführungsform nach Fig. 11a notwendig sind, ist die durch diese Widerstände bedeckte Fläche klein, wenn ein P-Quellendiffusionswiderstand mit einem Abschirm- oder Schutzwiderstand von 5 kΩ benutzt wird; auch die Fläche, welche durch zusätzliche Gatter eingenommen wird, ist klein, da die Zunahme der Zahl der Gatter klein ist.

Die in dem IC-Chip eingenommene Fläche (10 µm × 1000 µm) ist sehr groß, wodurch bei der in Fig. 13 gezeigten Methode sich Nachteile hinsichtlich der Produktionskosten und einer Verringerung der Produktion ergeben; demgegenüber vermeidet die in Fig. 11 gezeigte Methode diese Nachteile und ermöglicht eine verringerte Leistungsaufnahme der elektronischen Uhr.

Claims

1. Elektronische Uhr mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Zeitnormalsignals, mit einer Frequenzteilerschaltung der Teilung des Normalsignals, mit einer zwei Transistoren enthaltenden Treiberschaltung zum Antrieb eines Schrittmotors über seine Antriebsspule, wobei die beiden Transistoren zueinander in Serie geschaltet sind und in dieser Serienschaltung parallel zu den beiden Enden der Antriebsspule liegen, mit einer Nachweisschaltung zur Feststellung der Beendigung der Drehung des Rotors nach Zufuhr eines Antriebsimpulses, sowie mit einer der Nachweisschaltung und der Treiberschaltung zugeordneten Steuerschaltung zur Zufuhr von Antriebsimpulsen mit unterschiedlicher Impulsbreite, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachweisschaltung (56) zur Feststellung einer fehlenden Drehung des Rotors (6) nach beendeter Zufuhr eines Antriebsimpulses mit einer vorherbestimmten minimalen Impulsbreite vorgesehen ist, die zwei an den beiden Enden der Antriebsspule (155) parallel zu den beiden Transistoren (114, 119) der Treiberschaltung angeschlossene Reihenschaltungen aus jeweils einem Widerstand (117 a bzw. 117 b) und einem Schalttransistor (115 bzw. 116) enthält, der nach beendeter Zufuhr eines Antriebsimpulses für die Dauer eines Detektorimpulses leitend geschaltet wird, daß eine Einrichtung (110) zum Vergleich der Ausgangsspannung der Widerstände (117 a, 117 b) mit einer vorherbestimmten Spannung während dieser Zeit vorgesehen ist, und daß beim Nachweis einer nicht aufgetretenen Drehung des Rotors (6) ein Korrektur-Antriebsimpuls mit vergrößerter Impulsbreite zuführbar ist.

2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (117 a, 117 b) Diffusionswiderstände sind.