DE2817656C2

DE2817656C2 - Elektronische Uhr

Info

Publication number: DE2817656C2
Application number: DE2817656A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Tokio/Tokyo Asano; Masaaki Mandai; Katsuhiko Satoh; Masaharu Shida; Akira Torisawa; Makoto Ueda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1987-01-29
Also published as: FR2388328B1; HK18584A; JPS6137588B2; JPS53132384A; CH628201GA3; US4272837A; GB1592896A; DE2817656A1; SG64583G; CH628201B; FR2388328A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine batteriegespeiste elektronische Uhr entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Durch DE-OS 27 33 351 gilt eine Anordnung als bekannt, bei der die Bewertungsspannung (detection voltage) durch die Spannungsschwelle (threshold voltage) von Invertern bestimmt ist. Diese Spannungsschwelle ist aber bauteilbestimmt und somit weitgehend unabhängig von Änderungen der Batteriespannung, wodurch die Größe der auswertbaren Bewertungsspannung begrenzt ist. Die Größe des von der Verdrehung des Rotors abhängigen Signals ist aber stets abhängig von der Größe der Batteriespannung, so daß die Bewertungsspannung von Änderungen der Speisespannung der die Uhr versorgenden Batterie nicht hinreichend unabhängig ist, auch wenn die Inverter an der gleichen Batteriespannung liegen müssen. Außerdem stellen aber die batteriegespeisten Inverter eine ständige Belastung der Batterie dar, was gerade bei batteriegespeisten Uhren zu vermeiden ist.
Durch DE-OS 24 09 925 ist eine Anordnung bekannt, bei der der Verdrehungszustand des Rotors des Schrittmotors durch eine Strombewertung während der Verdrehung und somit durch den Antriebsimpuls selbst bewertet wird, um nach erfolgter Verdrehung den Antriebsimpuls sofort zu beenden. Es erfolgt daher keine Bewertung durch einen am Ende des Antriebsimpulses auftretenden gesonderten Prüfimpuls, und es findet auch kein Einfügen eines Korrekturimpulses bei Feststellen einer Nichtverdrehung des Rotors statt. Die bekannte Anordnung arbeitet somit nicht mit zweierlei Antriebsimpulsen vorgegebener Energieinhalte. Im übrigen sind aber auch dort lediglich Inverter eingesetzt, deren Spannungsschwelle bauteilbedingt und somit unabhängig von der Batteriespannung ist, so daß die Größe der Eingangsspannung vorgegebene Grenzen nicht verlassen darf. Die Spannungsschwelle kann aber auch nicht durch den dort dargestellten Widerstand in einem Differenzierglied auf ein festes Bezugspotential geteilt werden und dieser Widerstand dient dort lediglich zum Festlegen der Zeitkonstanten des Differenzierglieds und ist somit kein Spannungsteilerwiderstand zum Teilen der Batteriespannung. Auch dort stellen die Inverter eine ständige Belastung der Batterie dar, was gerade bei batteriegespeisten Uhren zu vermeiden ist.
Die Erfindung dient dem Zweck, am Ende jedes normalen Antriebsimpulses relativ geringen Energieinhalts (geringer Dauer) die durchgeführte Verdrehung des Rotors des Schrittmotors zu erkennen und bei einer Nichtverdrehung einen außergewöhnlichen weiteren Antriebsimpuls von demgegenüber größerem Energieinhalt (längere Dauer) dem Rotor zuzuleiten.
Dabei liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Batterie möglichst wenig und mit möglichst geringem Energieaufwand zu beanspruchen, dabei aber von Anderungen der Batteriespannung durch Alterung o. ä. unabhängig eine stets gleichbleibende Bewertung der Rotorlge durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bekannten elektronischen Uhr;
Fig. 3 den Verlauf des Wicklungsstroms;
Fig. 4 bis 6 Darstellungen zur Erläuterung des Arbeitsprinzips eines Schrittmotors;
Fig. 7 den Verlauf des durch die Wicklung fließenden Stroms;
Fig. 8 das Verhältnis zwischen der Antriebsimpulsbreite des Antriebsimpulses des Motors, dem Strom und dem Drehmoment;
Fig. 9 das gesamte Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr;
Fig. 10 ein Blockschaltbild der verwendeten Impulse kombinierenden Schaltung;
Fig. 1 1 ein Zeitdiagramm für die Impulse, die der Schaltung nach Fig. 10 zugeführt bzw. von der Schaltung nach Fig. 10 erhalten werden;
Fig. 12 Einzelheiten der Impulse kombinierenden Schaltung, der Detektorschaltung und der Antriebsschaltung;
Fig. 13 ein Zeitdiagramm für Signale, die in der Schaltung nach Fig. 12 auftreten;
Fig. 14 den am Detektorwiderstand auftretenden Spannungsabfall abhängig von der Zeit;
Fig. 15 und 16 den Aufbau einer Komparatorschaltung; und
Fig. 17 und 18 Kennlinien der Feldeffekttransistoren der Komparatorschaltung.
Der in Fig. 1 gezeigte Anzeigemechanismus einer Quarzkristalluhr mit Analoganzeige weist einen Motor mit einem Stator 1, einer Wicklung 7 und einem Rotor 6 auf; die Ausgangsleistung des Motors wird an ein fünftes Rad 5, ein viertes Rad 4, ein drittes Rad 3 und ein zweites Rad 2 übertragen. Von dort aus wird die Ausgangsleistung des Motors an ein zylindrisches Glied, ein zylindrisches Rad und einen Kalender-Mechanismus übertragen, so daß ein Sekundenzeiger, ein Minutenzeiger, ein Stundenzeiger und der Kalender angetrieben werden.
Bei einer Armbanduhr ist die auf den Schrittmotor wirkende Belastung mit Ausnahme des Zeitraumes, der zum Weiterschalten des Kalenders auftritt, sehr klein, infolgedessen ein Drehmoment von 10 g×cm für das Sekundenrad für dessen Antrieb ausreicht. Wenn jedoch der Kalender weitergeschaltet wird, ist das Drehmoment einige Male höher als das normal erforderliche Drehmoment. Die Zeit zum Weiterschalten des Kalenders bei einem 24-Stunden-Betrieb pro Tag beträgt jedoch höchstens etwa sechs Stunden. Aus den genannten Gründen besteht somit bei den bekannten elektronischen Uhren der Nachteil, daß die elektrische Leistung ständig angelegt werden muß, die zum Antrieb des Kalender-Antriebsmechanismus ausreicht, damit dieser Antriebsmechanismus in einem stabilen Zustand betrieben werden kann.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung einer bekannten elektronischen Uhr weist eine Oszillatorschaltung 10 zur Abgabe eines Signals mit 32,768 KHz auf, das durch eine Frequenzteilerschaltung 11 in ein 1-Sekunden-Signal umgewandelt wird. Durch eine nachfolgende, Impulse kombinierende Schaltung 12 wird das 1-Sekunden-Signal in ein Signal mit 7,8 Millisekunden (Impulsbreite) und einer Periode von 2 Sekunden umgewandelt, infolgedessen zwei Signale mit dieser Impulsbreite und Impulsperiode, jedoch um eine Sekunde phasenverschoben, an Eingänge 15 bzw. 16 von Invertern 13 a, 13 b angelegt werden. Demzufolge wird jede Sekunde ein invertierter Impuls an eine Wicklung 14 des Schrittmotors angelegt, der die Richtung des Stromes ändert, so daß der Rotor 6, der zwei Pole aufweist, sich in einer Richtung dreht. Bei dieser elektronischen Uhr werden zwei Signale mit der gleichen Periode und Impulsbreite, die jedoch um eine Sekunde phasenverschoben sind, an Inverter angelegt, so daß ein invertierter Impuls, der die Stromrichtung ändert, jede Sekunde an die Wicklung des Schrittmotors angelegt wird.
Den Stromverlauf des durch die Wicklung fließenden Stromes zeigt Fig. 3. Die Impulsbreite des Antriebsimpulses der bekannten elektronischen Uhren ist dadurch durch das erforderliche maximale Drehmoment als Richtwert vorgegeben. In dem Zeitintervall, in welchem kein hohes Drehmoment erforderlich ist, wird somit bei den bekannten elektronischen Uhren elektrische Leistung vergeudet.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Schrittmotors der elektronischen Uhr gemäß der Erfindung näher erläutert. In Fig. 4 weist der Schrittmotor einen Stator 1 auf, der einen einteiligen Körper bildet und einen Magnetkreis 17 aufweist, der leicht sättigbar ist. Der Stator steht über die Wicklung 7 mit dem Magnetkern in magnetischer Kopplung. Zur Bestimmung der Drehrichtung des Rotors 6, der zwei Magnetpole in Richtung seines Durchmessers aufweist, enthält der Stator 1 eine Einkerbung 18. Fig. 4 zeigt den Zustand des Motors, in welchem der Strom an die Wicklung 7 angelegt wird. Wird kein Strom an die Wicklung 7 angelegt, bleibt der Rotor 6 stationär in einer Stellung, in welcher ein Winkel von etwa 90° zwischen der Einkerbung 18 und den Magnetpolen des Rotors eingehalten wird. Wenn in diesem Zustand ein Strom durch die Wicklung in der durch einen Pfeil gezeigten Richtung fließt, ergeben sich Magnetpole im Stator 1, infolgedessen sich der Rotor 6 im Uhrzeigersinn dadurch dreht, daß sich die Pole gegeneinander abstoßen. Wenn der durch die Wicklung 7 fließende Strom unterbrochen wird, bleibt der Rotor 6 in einem umgekehrten Zustand, in welchem die Magnetpole eine zu Fig. 4 entgegengesetzte Lage einnehmen. Danach dreht sich der Rotor 6 aufeinanderfolgend weiter im Uhrzeigersinn, wenn ein Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Da der bei der elektronischen Uhr verwendete Schrittmotor einen einteiligen Körper bildet, der einen sättigungsfähigen Abschnitt 17 aufweist, liefert der durch die Wicklung 7 fließende Strom eine Kennlinie mit langsamem Anstieg, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Grund dafür ist, daß vor der Sättigung des Abschnitts 17 des Stators 1 der magnetische Widerstand des Magnetkreises von der Wicklung 7 aus gesehen sehr klein ist, infolgedessen die Zeitkonstante τ der Serienschaltung aus dem Widerstand und der Wicklung sehr groß ist. Die Gleichung für diese Bedingung ergibt sich zu:
Daraus kann folgende Gleichung abgeleitet werden:
In vorstehender Gleichung bedeuten R die Induktivität der Wicklung 7, N die Zahl der Windungen der Wicklung 7 und R _m den magnetischen Widerstand.
Wenn der sättigbare Abschnitt des Stators 1 gesättigt ist, ist die Permeabilität dieses Abschnitts die gleiche wie die in Luft. Der magnetische Widerstand R _m erhöht sich demzufolge und die Zeitkonstante τ der Schaltung wird klein, so daß sich ein plötzlicher Anstieg des Stromes ergibt, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Die Feststellung der Drehung oder Nichtdrehung des Rotors bei einer elektronischen Armbanduhr wird als Differenz der Zeitkonstante der Schaltung aus dem Widerstand und der dazu in Serie liegenden Wicklung erfaßt. Der Grund, daß eine Differenz der Zeitkonstanten hervorgerufen wird, wird im folgenden erklärt.
Fig. 5 zeigt den Zustand des Magnetfeldes zu dem Zeitpunkt, zu welchem ein Strom durch die Wicklung 7fließt. Der Rotor 6 nimmt eine Position ein, in der er gegen die Magnetpole drehfähig ist. Der Magnetfluß 20 ergibt sich auf Grund des Rotors 6. Darüber hinaus besteht ein Magnetfluß, der durch die Wicklung 7 fließt, der jedoch in diesem Fall vernachlässigt ist. Die Magnetflüsse 20 a und 20 b ergeben sich nach den Zeichnungen aus den sättigungsfähigen Abschnitten 17 a und 17 b des Stators 1 und haben die durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung. In den meisten Fällen ist jedoch der Abschnitt 17 nicht gesättigt. Unter den dargestellten Bedingungen fließt der Strom in der durch den Pfeil gezeigten Richtung durch die Wicklung 7, so daß sich der Rotor 6 im Uhrzeigersinn dreht. Die Magnetflüsse 19 a und 19 b, die durch die Wicklung 7 hervorgerufen werden, addieren sich in den Abschnitten 17 a und 17 b zu den Magnetflüssen 20 a, 20 b, die durch den Rotor 6 erzeugt werden, so daß sich der Abschnitt 17 des Stators 1 schnell sättigt. Danach liegt somit ein Magnetfluß vor, der ausreicht, um den Rotor 6 zu drehen. Dies ist jedoch in Fig. 5 nicht dargestellt.
Fig. 7 zeigt den Verlauf des durch die Wicklung fließenden Stromes durch das Bezugszeichen 22. Fig. 6 zeigt den Zustand des Magnetflusses, in welchem der Strom durch die Wicklung 7 zu einem Zeitpunkt fließt, wenn sich der Rotor 6 aus bestimmten Gründen nicht drehen kann und in die Ursprungsstellung zurückgekehrt ist. Damit sich der Rotor 6 dreht, muß ein Strom durch die Wicklung 7 in der entgegengesetzten Richtung fließen, als dies durch den Pfeil gezeigt ist, d. h. in der gleichen Richtung, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Da jedoch in diesem Fall ein invertierter Wechselstrom an die Wicklung 7 bei jeder Drehung angelegt wird, tritt dieser Zustand immer dann auf, wenn sich der Rotor 6 nicht drehen kann. Wenn sich der Rotor 6 in diesem Fall nicht drehen kann, ist die Richtung des Magnetflusses, der sich auf Grund des Rotors 6 ergibt, der gleiche, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Da in diesem Fall der Strom in der zu Fig. 5 entgegengesetzten Richtung fließt, ergeben sich Magnetflüsse 21 a und 21 b mit der in Fig. 6 gezeigten Magnetflußrichtung.
In den sättigbaren Abschnitten 17 a und 17 b heben sich die Magnetflüsse, die vom Rotor 6 und der Wicklung 7 hervorgerufen werden, gegenseitig auf, so daß zur Sättigung des Abschnittes 17 des Stators 1 eine längere Zeit erforderlich ist. Fig. 7 zeigt diesen Zustand durch das Bezugszeichen 23. Das Zeitintervall D bis zur Sättigung des Abschnittes 17 des Stators 1 beträgt in Fig. 7 1 Millisekunde, wenn der Durchmesser der Wicklung 0,23 mm, die Zahl der Windungen 10000, der Wicklungs-Serienwiderstand 3 KΩ, der Durchmesser des Rotors 1,3 mm und die minimale Breite des sättigbaren Abschnitts 0,1 mm ist. Durch die Kurven 22 und 23 der beiden in Fig. 7 gezeigten Ströme ist ersichtlich, daß die Induktivität der Wicklung 7 klein ist, wenn sich der Rotor 6 im Bereich C dreht, während die Induktivität zum Zeitpunkt einer Nichtdrehung des Rotors groß ist. Bei dem beschriebenen Schrittmotor wurde die Ersatzinduktivität des Bereiches D zu L = 5 H für die Stromwellenform 22 (Drehung des Rotors) gewählt, während L = 40 H für die Wellenform 23 für die Nichtdrehung des Rotors gewählt wurde.
Die Spannung, die zwischen den beiden Anschlüssen des Detektorelements erzeugt wird, wenn der Gleichstromwiderstand der Wicklung R (Ω), das Schaltelement und der Widerstand r (Ω) als Detektorelement mit der induktiven Komponente und der Spannungsquelle V _D verbunden sind, dann läßt sich folgende Gleichung aufstellen:
Somit läßt sich eine Änderung der Spannung V am Detektorelement auf Grund einer Änderung der Induktivität L feststellen. Der Widerstand r dient dabei als Detektorelement.
Wenn der Schwellenwert einer binären logischen Schaltung V _th ist und V = V_th, läßt sich eine Differenz der Induktivität L feststellen. Wenn in der vorstehenden Gleichung eine Schwellenspannung V _th sich auf Grund einer Änderung der Spannung der Speisequelle V _D ändern kann, ist es ferner möglich, daß die Detektorschaltung keine Änderung der Speisespannung erfaßt.
Zur Unterscheidung der Spannung können C-MOS-lnverter eingesetzt werden. Die Schwellenspannung eines solchen Inverters ergibt sich zu, wenn die Schwellenspannung eines P-Kanal- MOS-Feldeffekttransistors V _TP, die Schwellenspannung des N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors V _TN ist und K _p die Leitfähigkeitskonstante des P-Kanal-Feldeffekttransistors, K _N die Leitfähigkeitskonstante des N-Kanal- Feldeffekttransistors ist; dabei ist V _D die Spannung der Speisequelle und.
In der vorstehenden Gleichung ist für α = V_TP/VTN die Schwellenwertspannung V _th = α/(1 + α) eines C-MOS- Inverters proportional zur Speisespannung V _D, während jedoch in einem anderen Zustand diese Proportionalität nicht vorliegt. Entsprechend dem Herstellungsprozeß von integrierten Schaltungen (IC-Chips) wird die Schwellenspannung V _TN eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors sowie die Schwellenspannung V _TP eines P- Kanal-MOS-Feldeffekttransistors geändert; die Schwellenspannung V _th des C-MOS-Inverters wird von einem voreingestellten oder bestimmten Wert verschoben und die Schwellenspannung V _th des C-MOS-Inverters ist dann nicht proportional zur Anderung der Speisespannung V _D, so daß der Detektorwert bei einer Anderung der Speisespannung V _D verändert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Schwellenspannung V _th proportional mit der Änderung der Speisespannung V _D geändert; weiterhin wird die Schwellenspannung V _th dadurch erhalten, daß die Speisespannung V _D durch zwei Widerstände geteilt wird, um den Einfluß zu beseitigen, der sich durch Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ergibt. Ein Komparator wird als binäre logische Schaltung verwendet. Dadurch wird eine Änderung der Schwellenspannung V _th verhindert. Außerdem ist es möglich, exakt die Schwellenspannung V _th dadurch einzustellen, daß der Wert V _th entsprechend dem Verhältnis des Widerstandes eingestellt wird, infolgedessen ein Detektor-Widerstandselement mit großem Widerstandswert bzw. großer zulässiger Abweichung erhalten werden kann.
Die Impulsbreite des Antriebsimpulses wird entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 8 bestimmt: Der Antriebsimpuls kurzer Impulsbreite (t ₁) wird durch ein minimales Drehmoment bestimmt, das für den normalen Schrittschaltbetrieb des Motors 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 lmpulsbreite (t₂) für einen Korrekturantrieb ist so bestimmt, daß der Wert des Drehmoments ein Maximum ereicht. Durch die Festlegung der Impulsbreiten t ₁ und t₂ für die Antriebsimpulse läßt sich damit bei einer Uhr ein sehr geringer Leistungsverbrauch erreichen.
Im folgenden wird Bezug auf die in Fig. 9 gezeigte, bevorzugte Ausführungsform der Schaltung der elektronischen Uhr genommen.
Fig. 9 zeigt das gesamte Blockschaltbild der elektronischen Uhr. Diese Schaltung weist eine Oszillatorschaltung 51 auf, die ein Zeitnormalsignal abgibt. Eine Frequenzteilerschaltung 52, die aus in mehreren Stufen angeordneten Flipflops besteht, kann das Oszillatorsignal in ein 1-Sekunden-Signal herabteilen, das in der Uhr benötigt wird. Eine Impulse kombinierende Schaltung 53 kombiniert die von jedem Flipflop erhaltenen Ausgänge der Teilerschaltung, ein normales Antriebs-Impulssignal mit einer für den Antrieb erforderlichen Impulsbreite, ein Antriebs-Impulssignal für einen Korrekturantrieb, ein Detektor-Impulssignal mit einer für die Erfassung erforderlichen Impulsbreite, sowie ein Signal zur Einstellung eines Zeitintervalls zwischen dem normalen Antriebsimpuls und dem Detektorimpuls, sowie ein Signal zur Festlegung des Zeitintervalls zwischen dem Detektorimpuls und dem Korrektur-Antriebsimpuls usw.
Eine Antriebsschaltung 54 legt den normalen Antriebsimpuls der Impulse kombinierenden Schaltung 53 an den Schrittmotor 55 an und steuert auf diese Weise den Schrittmotor 55 an. Eine Detektorschaltung 56 empfängt einen Detektorimpuls von der Impulse kombinierenden Schaltung 53 und erfaßt die Drehung oder Nichtdrehung des Schrittmotors 55; ferner legt die Schaltung 56 das erfaßte Ausgangssignal an die Impulse kombinierende Schaltung 53 an.
Der Rotor des Schrittmotors 55 wird durch Anlegen des normalen Antriebsimpulses gedreht, wenn die Belastung niedrig ist. Der Rotor dreht sich jedoch bei Vorliegen einer hohen Last nicht, infolgedessen es möglich ist, den Drehzustand oder Nichtdrehzustand des Rotors durch die Differenz der Induktivität der Wicklung festzustellen, indem das Detektorsignal an die Detektorschaltung 56 angelegt wird. Die Schaltung 53 empfängt ein Signal von der Detektorschaltung 56 und legt einen Korrektur-Antriebsimpuls an die Antriebsschaltung 54 an. Der Korrektur-Antriebsimpuls hat eine längere lmpulsbreite als der normale Antriebsimpuls, wodurch es möglich ist, ein höheres Drehmoment zu erzielen und den Schrittmotor bei Vorliegen einer hohen Last anzutreiben.
Im folgenden wird die Arbeitsweise und der Aufbau der Schaltung 53, der Antriebsschaltung 54 und der Detektorschaltung 56 erläutert.
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild der Impulse kombinierenden Schaltung 53 und Fig. 11 ein Zeitdiagramm der dieser Schaltung 53 zugeführten und von der Schaltung 53 erhaltenen Signale; die Schaltung 53 (Fig. 10) gibt einen 1-Sekunden-Impuls (1&min;&min;-Impuls), einen 1-Sekunden-Korrekturimpuls (1&min;&min;) und einen Detektorimpuls Φ ab. Diese Signale werden leicht dadurch miteinander kombiniert, daß die Ausgänge Q _n der Teilerschaltung 52 durch Gatterschaltungen entsprechend verbunden werden. Die Impulse ergeben sich wie folgt:
Daraus ergeben sich die Impulsbreiten der Signale wie folgt:
1-Sekunden-Impuls: 3,9 Millisekunden; 1 -Sekunden-Korrekturimpuls: 7,8 Millisekunden; Φ: 0,5 Millisekunden.
Diese Signale werden an die Schaltung nach Fig. 12 angelegt und in ein bevorzugtes Signal zum Antrieb der Antriebsschaltung 54 umgewandelt.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform der Impulse kombinierenden Schaltung 53, der Antriebsschaltung 54 und der Detektorschaltung 56.
Diese Schaltung enthält ein Flipflop 100 zur Erzeugung eines 1/2-Hz-Signals, wobei ein Ausgang des Flipflops 100 mit NOR-Gliedern 102, 103 verbunden ist. Der negierte Ausgang Q des Flipflops 100 ist mit einem ersten Eingang von NOR-Gliedern 104, 105 verbunden. Ein 1-Sekunden-Impuls wird an das NOR-Glied 101 angelegt, der 1-Sekunden-Korrekturimpuls eines RS-Flipflops 112 im Falle einer Nichtdrehung des Rotors an das NOR- Glied 101, und das Ausgangssignal des NOR-Glieds 101 wird an den zweiten Eingang von NOR-Gliedern 103, 104 angelegt.
Der Detektorimpuls Φ, der im Ausgang der Impulse kombinierenden Schaltung 53 erhalten wird, wird über einen Inverter 120 an zweite Eingänge von NOR-Gliedern 102, 105 angelegt, sowie an die Gate-Elektrode eines zur Sperrung eines Komparators 110 dienenden N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 111. Der Ausgang des NOR-Glieds 102 ist mit ersten Eingängen eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 115 und einem NOR-Glied 106 verbunden. Der Ausgang des NOR-Glieds 103 ist mit einem Eingang eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 114 zum Antrieb des Schrittmotors und mit einem zweiten Eingang des ODER-Glieds 106 verbunden.
Der Ausgang des NOR-Glieds 104 ist mit einem Eingang eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 119 zum Antrieb des Schrittmotors und mit einem Eingang des ODER-Glieds 107 verbunden.
Der Ausgang des NOR-Glieds 105 ist mit den zweiten Eingängen eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 116 und dem ODER-Glied 107 verbunden. Ein Ausgang des ODER-Glieds 106 ist an einen P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 113 zum Antrieb des Schrittmotors angeschlossen und das ODER-Glied 107 ist mit einem P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor 118 zum Antrieb des Schrittmotors verbunden.
Der 1-Sekunden-Korrekturimpuls wird von einem Anschluß 131 über einen Inverter 121 an den Rückstellan- schluß R des Flipflops 112 angelegt.
Die vorstehend erwähnten Elemente bilden die Impulse kombinierende Schaltung 53. Im folgenden werden die Antriebsschaltung 54 und die Detektorschaltung 56 beschrieben.
Mit 134 ist der positive Anschluß einer Spannungsquelle bezeichnet, die eine Speisespannung V _D an die Schaltung anlegt; eine Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 113 ist mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 118 verbunden.
Aus Fig. 12 geht weiter hervor, daß die Source-Elektroden der N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 114 und 119 an Masse gelegt sind, während die Drain-Elektroden der Feldeffekttransistoren 113 und 114 miteinander verbunden sind. Die Feldeffekttransistoren 114 und 119 sind mit der Wicklung 155 des Schrittmotors 55 sowie mit der Drain-Elektrode des Detektor-Feldeffekttransistors 115 verbunden. Die Drain-Elektroden der Feldeffekttransistoren 118, 119 sind ebenfalls miteinander verbunden und die Feldeffekttransistoren 118 und 119 sind mit dem anderen Anschluß der Wicklung 155 sowie der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 116 verbunden.
Die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren 115 und 1 16 stehen miteinander in Verbindung; der Verbindungspunkt zwischen diesen Elektroden ist mit einem Anschluß eines Widerstands 117 verbunden. Der andere Anschluß dieses Widerstands 117 ist an Masse gelegt. Der Verbindungspunkt zwischen den Feldeffekttransistoren 115, 116 und dem Widerstand 117 ist an einem positiven Eingangsanschluß des Komparators angeschlossen. Ein Anschluß 134 eines Widerstands 108 ist an die die Spannung V _D liefernde Speisequelle angeschlossen, während der andere Anschluß des Widerstands 108 mit einem Widerstand 109 verbunden ist; der Verbindungspunkt zwischen beiden Widerständen 108, 109 ist an den negativen Anschluß des Komparators 110 geschaltet. Der andere Anschluß des Widerstands 109 ist an die Drain-Elektrode eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 111 zum Sperren des Detektorwiderstands angeschlossen und über die Source-Elektrode dieses Feldeffekttransistors an Masse gelegt. Der Masseanschluß des Komparators 110 ist nach Fig. 12 mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 111 verbunden und somit über die Source-Elektrode dieses Feldeffekttransistors an Masse gelegt. Der Ausgang des Komparators 1 10 ist mit dem Setz-Anschluß S des Flipflops 112 verbunden.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung der erfindungsgemäßen Uhr erläutert.
Wenn der Ausgang Q des Flipflops 100 das Signal "H" erzeugt, ergibt sich ein Ausgangssignal des NOR-Glieds 104 "H", wenn das NOR-Glied 101 ein Signal "L" abgibt, infolgedessen das ODER-Glied 107 das Signal "H" erzeugt, infolgedessen der Feldeffekttransistor 118 gesperrt und der Feldeffekttransistor 119 geöffnet werden.
Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Strom durch die Wicklung 155 und der Schrittmotor 55 befindet sich im Drehbetrieb. Wenn das Flipflop 100 am Ausgang Q ein Signal "L" abgibt, fließt der Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklung auf Grund des Ein-Zustandes des Feldeffekttransistors 114, wodurch der Schrittmotor 55 angetrieben wird.
Wenn ein Detektorimpuls M an den Anschluß 132 angelegt wird, erzeugt das NOR-Glied 105 ein Signal "H", wenn sich der Ausgang Q auf dem Pegel "H" befindet; in diesem Fall fließt ein Strom zum Feldeffekttransistor 113, zur Wicklung 155, durch den Feldeffekttransistor 116, den Widerstand 117 zu Masse, wodurch ein Spannungsabfall am Widerstand 1 17 zwischen den beiden Anschlüssen auftritt.
Wenn der Rotor durch ein 1-Sekunden-Impulssignal angetrieben wird, ergibt sich der in Fig. 14 mit 151 bezeichnete Spannungsverlauf, während sich die Spannungskurve 150 nach Fig. 14 bei einer Nichtdrehung des Rotors ergibt. Dadurch ist ein Ausgangssignal des Komparators erhältlich, welches die Drehung oder Nichtdrehung des Rotors anzeigt, wenn vorzugsweise die Schwellenspannung des Komparators 110 auf den mittleren Wert zwischen diesen beiden Spannungskurven für die Zeit 0,5 Millisekunden festgelegt wird.
Bei einer Nichtdrehung des Rotors ergibt sich am Ausgang des Komparators 110 ein Signal "H". Das RS-Flipflop 112 wird gesetzt, so daß dessen Ausgang Q das Signal "H" abgibt, infolgedessen ein Korrekturantrieb durch einen Korrekturimpuls erreicht wird. Wenn das Flipflop 100 am Ausgang Q ein Signal "L" abgibt, wird der gleiche Betrieb erreicht. Durch den Teilerwiderstand und den Komparator fließt ständig ein elektrischer Strom, infolgedessen die notwendige Zeit zur Feststellung der Drehung bzw. Nichtdrehung des Rotors nur etwa 0,5 Millisekunden in einem Zeitintervall von 1 Sekunde erfordert; dadurch ist es möglich, den Strom für die Erfassung der Drehung bzw. Nichtdrehung auf ein Minimum zu reduzieren, indem eine Sperrschaltung zum Sperren des zum Komparator und zum Teilerwiderstand fließenden Stroms mit Ausnahme des Detektor-Zeitintervalls verwendet wird. Die erforderliche Zeit zur Ausführung eines Vergleichs ist vorzugsweise kürzer als der Detektorimpuls Φ, wie aus Fig. 14 ersichtlich ist.
Nachfolgend wird der Aufbau und die Arbeitsweise des Komparators 110 beschrieben, der erfindungsgemäß einen C-MOS-Aufbau hat. Eine Ausführungsform des Komparators 110 ist in Fig. 15 und 16 dargestellt. Ein Anschluß 164 (Fig. 16) stellt den positiven Eingang dar, während der Anschluß 165 den negativen Anschluß bildet. Ein Anschluß 166 repräsentiert den Ausgangsanschluß und ein Anschluß 136 stellt den Freigabeanschluß dar.
Die Funktionsweise dieses Operators ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:
Bei der in Fig. 15 gezeigten Detailansicht des Komparators 110 ist mit 167 ein Speiseanschluß bezeichnet, der an die Source-Elektroden von P-Kanal-Feldeffekttransistoren 160, 162 angeschlossen ist. Die Gate und die Drain des Feldeffekttransistors 160 sind miteinander verbunden und der Verbindungspunkt zwischen diesen Elektroden ist mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 162 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 161 verbunden.
Die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 161 ist mit einem Anschluß 169 verbunden, während die Source- Elektrode des Feldeffekttransistors 161 mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 124 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 162 ist an die Drain-Elektrode eines N-Kanal- MOS-Feldeffekttransistors 163 sowie an den Ausgang 166 angeschlossen. Die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 163 ist mit dem Anschluß 165 verbunden, während seine Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 161 in Verbindung steht. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 124 ist an Masse geschaltet, während seine Gate-Elektrode mit dem Anschluß 136 verbunden ist. Die Kennlinien der Feldeffekttransistoren 160 und 162 sind einander gleich.
Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Komparators ist wie folgt: Der Feldeffekttransistor 124 wird gesperrt, wenn der Freigabeanschluß 136 ein Signal "L" empfängt, wodurch der Komparator sich außer Betrieb befindet. Der Feldeffekttransistor 124 wird in den Ein-Zustand geschaltet, wenn der Anschluß 136 ein Signal "H" empfängt, wodurch der Komparator in Betrieb gesetzt wird. Die Spannung und der Strom am Verbindungspunkt 168 sind in Fig. 17a dargestellt, wenn eine Eingangsspannung V an den Anschluß 167 angelegt wird. Mit V 168 ist die Spannung am Anschluß 168 und mit I 168 der am Anschluß 168 fließende Strom bezeichnet.
Die Spannung V 168 wird an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 162 angelegt, wodurch der Sättigungsstrom gleich dem Strom I 168 ist. Dieser Zustand ist bezüglich des Stromes I 168 durch die Kennlinie in Fig. 17 veranschaulicht.
Wenn die an den Anschluß 165 angelegte Spannung V ₂ ist, ist der Sättigungsstrom des Feldeffekttransistors 163 größer für den Fall V ₂ > V₁. Eine Spannung V 166, die am Ausgang 166 auftritt, liegt somit in der Nähe des Signalpegels "L". Dieser Zustand ist in Fig. 18 durch den Buchstaben X dargestellt.
Im Fall V ₂ < V₁ ergibt sich am Anschluß 166 ein Signalpegel&min;&min;H&min;&min;. Dieser Zustand ist in Fig. 18 durch Y dargestellt; in diesem Zustand ergibt sich somit die in Fig. 18 gezeigte Funktion.
Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr wird der Rotor durch einen kurzen Antriebsimpuls bei Vorliegen eines niedrigen Lastzustandes angetrieben, während ein langer Antriebsimpuls an den Schrittmotor nur dann angelegt wird, wenn sich der Rotor im Falle einer großen Last bei Anlegen des kurzen Antriebsimpulses nicht dreht; dadurch ist ein lastabhängiger Antrieb des Schrittmotors möglich, wodurch sich eine beträchtliche Energieeinsparung bzw. Leistungsreduzierung gegenüber den bekannten elektronischen Uhren ergibt.
Die Schaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr kann als integrierte Schaltung aufgebaut und hergestellt sein, wodurch auch der Einfluß von Unregelmäßigkeiten der Speisespannung sowie durch Temperaturänderungen und durch die Herstellung als integrierte Schaltung beseitigbar ist, da die Schwellenspannung der binären logischen Schaltung durch Teilung der Speisespannung mittels eines Widerstands erhalten wird. Dadurch ist es möglich, einen zufriedenstellenden Toleranzbereich des Detektorwiderstands zu erreichen und die erfindungsgemäße Schaltung durch einen Diffusionswiderstand in einer integrierten Schaltung zu bilden.
Es ist sehr einfach, die erfindungsgemäße Schaltung in Form einer integrierten Schaltung aufzubauen, wodurch eine Kostensteigerung ausbleibt, obgleich eine elektronische Uhr mit niedrigem Leistungsverbrauch erreichbar ist. An Stelle eines Motors, der eine Differenz bezüglich der Induktivität der Wicklung im Falle einer Drehung und Nichtdrehung des Rotors ergibt, kann auch ein anderer Motor verwendet werden.

Claims

Batteriegespeiste elektronische Uhr mit einem Schrittmotor, einer ein Zeitnormalsignal erzeugenden Oszillatoreinrichtung, einer das Zeitnormalsignal in Steuersignale unterschiedlicher Form herunterteilenden Frequenzteilereinrichtung, einer die Steuersignale in normale Antriebsimpulse von vorgegebenem und für die normale Zeigerfortschaltung ausreichendem Energiegehalt sowie in außernormale Antriebsimpulse von gleichfalls vorgegebenem, jedoch gegenüber dem Energiegehalt der normalen Antriebsimpulse größerem und für die erschwerte Zeiger- und gegebenenfalls Kalenderfortschaltung ausreichendem Energiegehalt umwandelnden Pulskombinationseinrichtung, einer normalerweise den Schrittmotor mit normalen Antriebsimpulsen versorgenden Antriebseinrichtung und einer das Verdrehen oder Nichtverdrehen des Schrittmotors nach dem Zuführen jedes einzelnen normalen Antriebsimpulses prüfenden Detektoreinrichtung, die das beim Auftreten eines Prüfimpulses an einem in Reihe mit der Antriebsspule des Schrittmotors eingeschleiften Widerstand auftretende und von der Verdrehung des Rotors abhängige Signal bewertet und bei Erkennen einer Nichtverdrehung ein die Versorgung des Schrittmotors mit einem außernormalen Antriebsimpuls bewirkendes Steuersignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung als Komparator (110) ausgebildet ist, dessen einem Eingang (+) das an dem Widerstand (117) auftretende Signal (G) als Meßsignal und dessen anderem Eingang (-) das Teilpotential eines parallel zu den Speiseanschlüssen des Komparators (110) angeordneten Spannungsteilers (108, 109) als Vergleichssignal zugeführt ist und dessen Ausgang das Steuersignal (H) abgibt, und daß eine beim Auftreten des Prüfimpulses wirksamgeschaltete Durchschalteeinrichtung (111) zumindest den einen Speiseanschluß des Komparators (110) mit dem zugehörigen Speisepotential (Erde) der die Antriebsspule (155) speisenden Batterie zusammenschaltet.