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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf analoge
elektronische Uhren mit Ladefunktion.
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Ein Beispiel einer bisher verwendeten Ladeschaltung einer
elektronischen Uhr mit Ladefunktion ist in Fig. 2
dargestellt. Siehe dazu auch XIe Congres International De
Chronometrie, Besançon, 4.-6.10.1984, Vol. 1, Seiten 75-79.
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In einem ersten Ladezustand ist jeder Schalter einer
Vielzahl von Schaltern a, b, c, welche MOSFETs sein können,
offen. Daher wird ein Kondensator 2 mit relativ kleiner
Kapazität mit durch eine Solarzelle 1 erzeugter
elektrischer Energie aufgeladen. Wenn die Spannung VC&sub2; am
Kondensator 2 ansteigt beginnt eine integrierte Schaltung 3 zu
arbeiten. Dies wird als Zustand (1) bezeichnet. Wenn die
Spannung VC&sub2; am Kondensator 2 nach dem Beginn des Betriebs
der integrierten Schaltung 3 einen vorgegebenen Wert
übersteigt wird der Schalter a geschlossen und es beginnt sich
ein Kondensator 4 mit relativ großer Kapazität aufzuladen.
Dies wird als Zustand (2) bezeichnen. In der Zwischenzeit
steuert die integrierte Schaltung 3 einen Schrittmotor
(nicht dargestellt) , um eine Zeitnahmeoperation
durchzuführen.
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In den Zuständen (1) und (2) werden die integrierte
Schaltunng 3 und der Schrittmotor durch die im Kondensator 2
gespeicherte Ladung angesteuert.
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Die Kapazität des hier verwendeten Kondensators 2 ist sehr
klein, beispielsweise etwa 6,8 uF gewählt, um die Zeit für
den Start der Operation der integrierten Schaltung 3 zu
reduzieren.
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Es sei angenommen, daß der Übergang vom Zustand (1) zum
Zustand (2) auftritt, wenn der Absolutwert der
Klemmenspannung VC&sub2; des Kondensators 2 2,0 V übersteigt. Weiterhin
sei angenommen, daß die Solarzelle 1 im Augenblick des
Anstiegs der Klemmenspannung VC&sub2; über 2,0 V, was den
Übergang zun Zustand (2) mit sich bringt, für mehrere Sekunden
nicht mehr mit Licht bestrahlt wird, so daß die Solarzelle
keine elektrische Energie mehr erzeugt. Die Kleminenspannung
VC&sub2; des Kondensators 2 fällt nach mehrfachem Ansteuern des
Schrittmotors auf etwa 0,9 V. Werden in diesen Zustand keine
Maßnahmen ergriffen, so fällt die Spannung VC&sub2; unter die
kleinste Betriebsspannung des Schrittmotors, was dazu führt,
daß die durch den Schrittmotor angetriebenen
Zeitanzeigezeiger (nicht dargestellt) nicht mehr arbeiten oder ihre
rythmische Bewegung ausfällt.
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Selbst wenn die Solarzelle wieder mit Licht bestrahlt wird,
steigt die Klemmenspannung VC&sub2; des Kondensators 2 sehr
langsam an, da der Kondensator 4 mit großer Kapazität der
Solarzelle 1 parallelgeschaltet ist. Der Schrittmotor
arbeitet daher für eine relativ lange Zeit nicht mehr. Die
Kapazität des hier verwendeten Kondensators 4 ist
beispielsweise zu etwa 0,3 uF gewählt. Es dauert daher etwa 10 Minuten,
daß die Spannung des Kondensators 4 bei einem Strom von
200 uA, beispielsweise von 0,9 V auf 1,3 V ansteigt, um den
Schrittmotor wieder in Funktion zu setzen. Während dieser
Periode kann die elektronische Uhr nicht neu gestartet
werden.
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Um dies zu verhindern, wird das Auftreten der Spannung VC&sub2;
im Zustand (2) detektiert; fällt VC&sub2; auf einen vorgegebenen
Wert oder unter diesen Wert, so wird der Schalter a zur
Wiederherstellung des Zustandes (1) geöffnet. Daher nimmt
der Kondensator 2 die gesamte durch die Solarzelle 1
erzeugte elektrische Energie auf, so daß seine Klemmenspannung
VC&sub2; in relativ kurzer Zeit vergrößert wird. Die Zustände
(1) und (2) wechseln daher in Abhängigkeit von einem
Gleichgewicht zwischen der durch die Solarzelle erzeugten
elektrischen Energie und der durch die elektronische Uhr
verbrauchten elektrischen Energie im Anfangszustand der Aufladung ab.
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Der Zeittakt der Detektierung der Spannung VC&sub2;, speziell der
Zeittakt im Zustand (2) ist kritisch. Fig. 3 zeigt den
bekannten Spannungsdetektorzeittakt. Die Figur zeigt den
Zeittakt eines Treiberimpulses in einem kompensierten
Treiber-System, in dem ein kompensierter Treiberimpuls P&sub2; geliefert
wird, wenn der Schrittmotor nicht durch einen
Haupttreiberimpuls P&sub1; gedreht wird. Ein derartiges kompensiertes
Treibersystem ist zur Reduzierung des Leitungsbedarfs für eine
elektronische Uhr mit Ladefunktion erforderlich.
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Der bekannte Spannungsdetektorzeittakt wird nach dem Ende
der Ansteuerung des Schrittmotors durchgeführt, wie dies
durch einen Spannungsdetektorimpuls 12 in Fig. 3 dargestellt
ist (die Polarität des Impulses 12 ist speziell nicht von
Bedeutung). Dioden 7, 8 in Fig. 2 sind Rückstrom-Prüfdioden,
welche einen ineffektiven Parallelstrom zur integrierten
Schaltung 3 verhindern.
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Der Schalter b und der Schalter c werden in einem
fortgeschrittenen Ladezustand verwendet. Diese Schalter b und c
werden hier nicht beschrieben, da sie in keinem direkten
Zusammenhang mit der Erläuterung der Erfindung stehen.
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Wird die Spannungsdetektierung nach der Erzeugung eines
kompensierenden Treiberimpulses P&sub2; durchgeführt, wie dies in
Fig. 3 dargestellt ist, so geschieht es manchmal, daß der
kompensierende Impuls P&sub2; den Schrittmotor nicht drehen kann.
Es sei beispielsweise angenommen, daß als Bedingung für
einen Übergang vom Zustand (2) zum Zustand (1) VC&sub2; ≤ 1,3 V
gilt. Ist VC&sub2; = 1,31 V und die Impulsbreite des
Haupttreiberimpulses P&sub1; gleich 4 ins, so treibt der nächste
Haupttreiberimpuls P&sub1; den Schrittmotor an, wobei jedoch VC&sub2; durch
die Erzeugung des Haupttreiberimpulses P&sub1; auf etwa 1,05 V
abgesenkt wird. Ist die kleinste Treiberspannung zur Drehung
des Schrittmotors gleich 1,2 V, so treibt der nächste
Treiberimpuls den Schrittmotor nicht mehr an. Da die
Klemmen-Spannung des kleinen Kondensators 2 klein ist, wird der
Schrittmotor auch durch den kompensierenden Treiberimpuls P&sub2;
nicht gedreht.
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Da die Bedingung VC&sub2; ≤ 1,3 V durch den
Spannungsdetektorimpuls 12 detektiert wird und danach der Übergang vom Zustand
(2) zum Zustand (1) erfolgt, steigt das Potential VC&sub2;
schnell an, so daß zur Erzeugung des nächsten
Treiberimpulses ausreichend Energie zur Verfügung steht. Der nächste
Treiberimpuls dreht jedoch aufgrund des Ausfalls des
vorhergehenden Treiberimpulses den Schrittmotor nicht, was zu
einer Verzögerung von 2 s führt.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine analoge elektronische
Uhr mit Ladefunktion, die einen Energiegenerator zur
Erzeugung der Energie zur Ansteuerung eines Schrittmotors über
eine Schrittmotor-Treiber- und Detektoranordnung sowie eine
Anzeige besitzt mit
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einem Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen für die
Schrittmotor-Treiber- und Detektoranordnung und/oder die
Anzeige,
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einem ersten und zweiten Kondensator, von denen jeder an den
Energiegenerator und den Impulsgenerator angekoppelt ist,
wobei der erste Kondensator eine relativ kleine Kapazität
besitzt und sich damit schnell auf lädt und der zweite
Kondensator eine relativ große Kapazität besitzt und damit
einen großen Betrag an Energie speichert,
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einer Anordnung zur Detektierung der im zweiten Kondensator
gespeicherten Energie sowie zur Detektierung einer
Klemmen-Spannung VC&sub2; am ersten Kondensator,
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einem Schalter, der bei einer im zweiten Kondensator
gespeicherten Energie, die unter einem vorgegebenen Wert liegt
den ersten Kondensator mit dem Energiegenerator verbindet,
wenn die Klemmenspannung VC&sub2; kleiner als eine obere
Schwell-Spannung ist, und der den zweiten Kondensator mit dem
Energiegenerator verbindet, wenn die Klemmenspannung VC&sub2; des
ersten Kondensators oberhalb einer unteren Schwellspannung
liegt und ist gekennzeichnet durch
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eine an den Impulsgenerator und die Detektoranordnung
angekoppelte Zeittaktanordnung zur Steuerung des Zeittaktes der
Detektoranordnung zwecks Detektierung der Klemmenspannung
VC&sub2; des ersten Kondensators nach dem Ausfall der Ansteuerung
des Schrittmotors durch einen Treiberimpuls, um die
Verbindung des ersten Kondensators mit dem Energiegenerator zu
ermöglichen und ihn solange als möglich aus diesem auf
zuladen, bevor der nächste Impuls zu erzeugen ist.
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Der elektrische Energiegenerator kann eine Solarzelle oder
einen manuell betätigten Generator umfassen.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren der Zeichnung
beispielsweise erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 den Zusammenhang zwischen Treiberimpulsen und dem
Zeittakt der Spannungsdektierung in einer
elektronischen Uhr gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 ein Schaltbild einer konventionellen Ladeschaltung
einer elektronischen Uhr;
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Fig. 3 den Zeittakt der Spannungsdetektierung bei der
konventionellen elektronischen Uhr;
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Fig. 4 den Zeittakt der Spannungsdetektierung einer
elektronischen Uhr gemäß der Erfindung;
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Fig. 5 ein Blockschaltbild, aus dem schematisch die
Funktion einer integrierten Schaltung einer
elektronischen Uhr gemäß der Erfindung ersichtlich
ist; und
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Fig. 6 Ansteuersignalverläufe und den Zeittakt der
Spannungsdetektierung für den Fall, in dem in einer
elektronischen Uhr gemäß der Erfindung eine
Zellenlebensdaueranzeige durchgeführt wird.
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Um das oben erläuterte Problem einer bisher verwendeten
analogen elektronischen Uhr mit Ladefunktion zu lösen, sieht
die Erfindung die Detektierung der Spannung zwischen dem
Haupttreiberimpuls P&sub1; und dem kompensierenden Treiberimpuls
P&sub2; vor, um sicherzustellen, daß der kompensierende
Treiberimpuls P&sub2; den Schrittmotor dreht.
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Der Zeittakt des Spannungsdetektorimpulses 13 wird gemäß
Fig. 4 zwischen den Haupttreiberimpuls P&sub1; und den
kompen-Sierenden Treiberimpuls P&sub2; gelegt. Da die
Spannungsdetektierung
vor dem kompensierenden Treiberimpuls P&sub2;
durchgeführt wird, wird daher der Zustand (1) wieder erreicht,
obwohl das Potential VC&sub2; bei der gleichen Bedingung wie oben
beschrieben unter die kleinste Betriebs Spannung des
Schrittmotors fällt.
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Unter der Annahme, daß die Zeit von der
Spannungsdetektierung bis zur Ausgabe des kompensierenden Treiberimpulses P&sub2;
beispielsweise gleich 10 ins ist und der Generatorstrom von
200 uA fließt, kann bis zum Anstieg des kompensierenden
Treiberimpulses P&sub2; die Klemmenspannung VC&sub2; wieder von
1,05 V auf etwa 1,31 V zurückgebildet werden. Der Motor wird
daher normalerweise durch den kompensierenden Treiberimpuls
P&sub2; angetrieben.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine integrierte Schaltung einer
elektronischen Uhr gemäß der Brfindung. Ein durch eine
Oszillatorschaltung 14 erzeugtes Bezugszeittaktsignal wird
durch eine Frequenzteilerschaltung 15 in der Frequenz
geteilt. Ein Ausgangssignal der Frequenzteilerschaltung 15
wird in eine Spannungsdetektorzeittakt-Generatorschaltung 16
und eine Treiberimpuls-Generatorschaltung 18 eingespeist.
Eine Spannungsdetektorschaltung 17 detektiert Spannungen VC&sub2;
und VC&sub1; gemäß einem von der
Spannungsdetektorzeittakt-Generatorschaltung 16 ausgegebenen Zeittakt.
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Die Treiberimpuls-Generatorschaltung 18 liefert
Treiberimpulse für eine Schrittmotor-Treiberschaltung 19. Diese
Schaltung 19 detektiert die Drehung und Nichtdrehung eines
Schrittmotors bei dessen Antrieb und fordert bei
Detektierung einer Nichtdrehung einen kompensierenden Treiberimpuls
P&sub2; von der Treiberimpuls-Generatorschaltung 18.
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Der Zusammenhang zwischen dem Zeittakt eines Ausgangssignals
der Spannungsdetektorzeittakt-Generatorschaltung 16 und dem
Zeittakt des Ausgangssignals der Treiberimpuls-Generator-
Schaltung 18 ist in Fig. 1 dargestellt. Beispielsweise ist
der Zeittakt eines Detektorimpulses 13 der
Spannungsdetektorschaltung 17, wobei es sich um das Ausgangssignal der
Spannungsdetektorzeittakt-Generatorschaltung 16 handelt, auf
7,8 ms nach dem Anstieg des Haupttreiberimpulses P&sub1;
eingestellt, während der Zeittakt für den Übergang zwischen den
Zuständen (1) und (2) auf 0,48 ms nach dem Beginn der
Spannungsdetektierung eingestellt ist. Durch diese
Einstellungen verbleibt eine Zeit von 22,97 ms, bis der
kompensierende Treiberimpuls P&sub2; nach dem Übergang zwischen den
Zuständen geliefert wird.
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Die in der vorgenannten Zeitperiode im Kondensator 2
gespeicherte Ladung beträgt bei einem Ladestrom von 200 uA
4,59 uC. Diese Ladung von 4,59 uC kann die Klemmenspannung
VC&sub2; des Kondensators 2 um etwa 0,67 V annehmen, wenn die
Kapazität des Kondensators 2 beispielsweise 6,8 uF beträgt.
Selbst wenn die Klemmenspannung VC&sub2; des Kondensators 2
durch Erzeugung des Haupttreiberimpulses P&sub1; scharf
abgesenkt wird, kann die Spannung VC&sub2; im Zeitpunkt der
Erzeugung des folgenden kompensierenden Treiberimpulses P&sub2;
erhöht werden, wenn die Solarzelle mit Licht bestrahlt wird.
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Die Erfindung ist nicht nur für ein kompensiertes Treiber-
System einer elektronischen Uhr sondern auch für eine
Ausführungsform vorgesehen, bei der die Zellenlebensdauer durch
eine elektronische Uhr angezeigt wird.
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Fig. 6 zeigt einen Signalverlauf für den Fall, in dem die
Zellenlebensdauer der elektronischen Uhr angezeigt wird.
Dabei passiert es auch manchmal, daß der zweite
Treiberimpuls von mit einer Periode von 2 s vorliegenden Impulsen
nicht kompensiert werden kann, wenn die
Spannungsdetektierung während einer Periode von 1,825 s nach einem ersten
Treiberimpuls P bis zu einem folgenden Treiberimpuls A
durchgeführt wird. Die Spannungsdetektierung wird daher
während einer Periode von 125 ms durchgeführt, wodurch gemäß
Fig. 6 ein schmales Treiberintervall gebildet wird.
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Wie oben beschrieben ist es zur Verbesserung der Qualität
bzw. des Wirkungsgrades von elektronischen Uhren notwwendig,
den Spannungsdetektorzeittakt in die ein schmales
Treiberintervall bildende Periode zu legen, und zwar für den Fall
einer analogen elektronischen Uhr mit auf dem kompensierten
Treibersystem basierender Ladefunktion oder mit
Zellenlebensdaueranzeige, welche in einem relativ breiten
Treiberintervall oder in einem relativ schmalen Treiberintervall
angesteuert wird.
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Es ist relativ sehr einfach, den Spannungsdetektorzeittakt
aus dem Ausgangszeittakt der
Treiberimpuls-Generatorschaltung 18 durch Modifizierung des Aufbaus einer logischen
Schaltung der Spannungsdetektorzeittakt-Generatorschaltung
16 festzulegen.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht die im kurzen Intervall
durchgeführte Spannungsdetektierung die Kompensation des
unmittelbar nach der Detektierung durchgeführten Antriebs in
dem Fall, in dem die Möglichkeit besteht, daß ein
Schrittmotor in einem Intervall angetrieben wird, das kürzer als
eine gewöhnliche Betriebsperiode von Zeitanzeigezeigern wie
im kompensierten Treibersystem ist. Die Wahrscheinlichkeit
eines Stehenbleibens der elektronischen Uhr oder eines
Ausfalls der rythmischen Bewegung von Zeitanzeigezeigern im
Anfangszustand der Aufladung kann reduziert werden, wodurch
der Wirkungsgrad der elektronischen Uhr mit Ladefunktion
verbessert werden kann.