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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einem
Stromerzeugungselement und insbesondere eine elektronische Uhr,
welche angetrieben werden kann, selbst wenn die elektromotorische
Kraft des Stromerzeugungselements gering ist. Konkret betrifft die
vorliegende Erfindung eine elektronische Uhr, in welcher eine Verbesserung
einer elektronischen Uhr bereitgestellt wird, um einen Stromverbrauch
des peripheren Schaltkreises des Stromerzeugungselements zu verringern.
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Bis
jetzt war bekannt, dass ein Stromerzeugungselement, das aus einem
thermoelektrischen Element oder einer Solarbatterie besteht, als
ein Stromerzeugungselement einer elektronischen Uhr eingesetzt wurde. 2 stellt
ein Blockdiagramm einer herkömmlichen
elektronischen Uhr mit einem Stromerzeugungselement dar. Dies ist
ein Beispiel, in welchem das thermoelektrische Element als das Stromerzeugungselement
eingesetzt wird. Eine Ladeschaltung 204 lädt eine
elektromotorische Kraft (Spannung), die durch ein thermoelektrisches
Element 201 erhalten wird. Ein elektronisches Uhrwerk 202 besteht
aus einem Schwingkreis 202a, einer Teilungsschaltung 202b und
Zeitanzeigemitteln 202c als strukturellen Hauptelementen
und wird durch die Spannung angetrieben, die in der Ladeschaltung 204 geladen
wird. Eine Aufwärtstransformationsschaltung 203 empfängt die
Spannungsausgabe von der Ladeschaltung 204 und gibt eine
Spannung aus, die durch einen Takt aufwärts transformiert ist, der
durch den Schwingreis 202a geschwungen wird, an eine Schaltung
aus, wie beispielsweise die Zeitanzeigemittel 202c, welche
eine höhere
Antriebsspannung benötigen
als jene, die durch den Schwingkreis oder die Teilungsschaltung
benötigt
wird.
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Die
zuvor beschriebene elektronische Uhr mit dem Stromerzeugungselement
benötigt
als die elektromotorische Kraft des Stromerzeugungselements eine
Spannung, die notwendig ist, um die Schaltungen der elektronischen
Uhr betriebsfä hig
zu machen. Diese notwendige Spannung beträgt normalerweise etwa 0,6 bis
1 V. Um außerdem
den Betrieb der elektronischen Uhr aufrechtzuerhalten, selbst wenn
die elektronische Uhr sich in einer Umgebung befindet, in welcher
das Stromerzeugungselement keinen Strom erzeugen kann, wird die
elektromotorische Kraft des Stromerzeugungselements in der Ladeschaltung
geladen.
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Da
jedoch die zuvor beschriebene herkömmliche elektronische Uhr mit
dem Stromerzeugungselement etwa 0,6 bis 1 V oder mehr als die elektromotorische
Kraft des Stromerzeugungselements benötigt, muss eine große Anzahl
von Stromerzeugungselementen in Reihe geschaltet werden, um die
elektromotorische Kraft zu erhalten. Dies führt zu einer Vergrößerung ihrer
Fläche
und ihres Volumens, was zu einem Problem führt, wenn die große Anzahl
von Stromerzeugungselementen auf einem kleinformatigen elektronischen
Gerät (zum
Beispiel einer elektronischen Uhr) angebracht wird.
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Ein
Beispiel für
solch eine herkömmliche elektronische
Uhr ist in
GB 2 017 359 zu
finden.
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Außerdem kann
die Uhr nicht angetrieben werden, bis eine Ausgangsspannung der
Ladeschaltung, wie beispielsweise eines Kondensator oder einer Sekundärbatterie,
bis zu einer Spannung aufgeladen wird, bei welcher die Uhr angetrieben
werden kann. Das Stromerzeugungselement wandelt eine externe Energie,
wie beispielsweise Licht oder Wärme,
in elektrische Energie um. Wenn jedoch ein geringer Unterschied
in der Leuchtdichte, Temperatur oder dergleichen erhalten wird,
braucht es Zeit, die Ladeschaltung zu laden. Aus diesem Grund dauert es,
wenn zugelassen wird, dass die Ladeschaltung aus einem Zustand,
in dem keine Kapazitanz (Spannung) in der Ladeschaltung ist, geladen
wird, lange, bis die Uhr zu funktionieren beginnt (im Folgenden als „Schwingungsbeginnzeit" genannt).
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Das
nicht vorveröffentlichte
Dokument
EP 0 853 265 offenbart
eine elektronische Uhr mit einer fotovoltaischen Zelle als einem
Stromerzeugungselement.
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Um
die zuvor dargelegten Probleme zu lösen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine elektronische Uhr mit einem Stromerzeugungselement
bereitgestellt, umfassend: Signalerzeugungsmittel mit einem Schwingkreis
und Teilungsmitteln; ein elektronisches Uhrwerk mit Zeitanzeigemitteln zum
Anzeigen einer Zeit auf der Basis eines Ausgangssignals der Signalerzeugungsmittel;
ein Stromerzeugungselement zum Erzeugen von Strom; einen Niederspannungsschwingkreis,
welcher als Folge einer Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements
schwingt; eine Spannungserfassungsschaltung, welche so konfiguriert
ist, dass sie eine Ausgangsspannung einer Ladeschaltung zum Erfassen eines
vorbestimmten Spannungswerts empfängt, um ein Erfassungssignal
an den Niederspannungsschwingkreis auszugeben; eine Wählschaltung,
welche so konfiguriert ist, dass sie das Erfassungssignal von der
Spannungserfassungsschaltung zum Auswählen irgendeines des Ausgangssignals
des Niederspannungsschwingkreises und des Ausgangssignals der Signalerzeugungsmittel
empfängt,
um ein Ausgangssignal auszugeben; eine Aufwärtstransformationsschaltung,
welche so konfiguriert ist, dass sie die Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements
und das Ausgangssignal der Wählschaltung zum
Aufwärtstransformieren
der Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements auf eine vorbestimmte
Spannung empfängt,
um eine aufwärts
transformierte Ausgabe auszugeben; eine Ladeschaltung zum Laden
der aufwärts
transformierten Ausgabe der Aufwärtstransformationsschaltung,
um eine geladene Aufwärtstransformationsausgabe
an das elektronische Uhrwerk zu liefern; und wobei das Stromerzeugungselement
ein Thermoelement aufweist, welches wenigstens einen n-Halbleiter
und einen p-Halbleiter aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet
sind.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Ansprüchen
berücksichtigt.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird auf die ausführliche Beschreibung Bezug
genommen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu
lesen ist, wobei:
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1 in
Blockdiagramm ist, welches eine elektronische Uhr mit einem Stromerzeugungselement
darstellt;
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2 ein
Blockdiagramm ist, welches eine herkömmliche elektronische Uhr mit
einem Thermoelement darstellt;
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3 ein
erläuterndes
Strukturdiagramm ist, welches die Struktur eines Thermoelements
und eines Stromerzeugungsprinzips darstellt;
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4 ein
Blockdiagramm ist, welches eine elektronische Uhr darstellt, die
ein Stromerzeugungselement in der Form eines Thermoelements aufweist und
eine analoge elektronische Uhr als ein elektronisches Uhrwerk einsetzt;
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5 ein
Schaltbild ist, welches ein Beispiel für einen Niederspannungsschwingkreis
darstellt;
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6 ein
Blockdiagramm ist, welches eine elektronische Uhr mit einem Stromerzeugungselement
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ein
Blockdiagramm ist, welche eine elektronische Uhr darstellt, die
ein Stromerzeugungselement wie ein Thermoelement gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist und eine analoge elektronische
Uhr als ein elektronisches Uhrwerk einsetzt;
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8 ein
Schaltbild ist, welches ein Beispiel eines Niederspannungsschwingkreises
darstellt, der in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet wird; und
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9 ein
Schaltbild ist, welches ein Beispiel einer Wählschaltung darstellt, die
in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches solch eine elektronische Uhr darstellt,
die zum Verständnis der
vorliegenden Erfindung nützlich
ist.
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Die
elektronische Uhr besteht aus einem Stromerzeugungselement 101,
welches durch Licht, Wärme
usw. Strom erzeugt; einem elektronischen Uhrwerk 103, das
einen Niederspannungsschwingkreis 102, der durch eine Niederspannungsausgabe des
Stromerzeugungselements 101 schwingt, Signalerzeugungsmittel 103a mit
einem Schwingkreis 103aa und einem Teilungsmittel 103ab und
ein Zeitanzeigemittel 103, das eine Zeit auf der Basis
eines Ausgangssignals der Signalerzeugungsmittel 103a anzeigt,
umfasst; einer Aufwärtstransformationsschaltung 104,
welche die Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements 101 und
ein Ausgangssignal des Niederspannungsschwingkreises 102 zum Aufwärtstransformieren
der Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements 101 bis
zu einer vorbestimmten Spannung empfängt, um eine Aufwärtstransformationsspannung
an eine Ladeschaltung auszugeben; und der Ladeschaltung 105,
wie beispielsweise einem Kondensator oder einer Sekundärbatterie,
welche eine elektromotorische Kraft darin lädt, um eine Ausgangsspannung
an das elektronische Uhrwerk 103 auszugeben.
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Als
das Stromerzeugungselement 101 wird ein Thermoelement verwendet,
das eine Mehrzahl von n-Halbeitern und p-Halbleitern umfasst, die
miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei jeden zweiten Knoten
der n-Halbleiter und der p- Halbleiter
wärmebindungsseitige
Isolatoren angebracht sind und jeden anderen zweiten Knoten der
n-Halbleiter und der p-Halbleiter wärmestrahlungsseitige Isolatoren angebracht
sind, wie in 3 dargestellt. Das Stromerzeugungselement
101 kann aus einem Thermoelement bestehen, das wenigstens ein Paar
von n-Halbleiter und p-Halbleiter umfasst, die in Reihe geschaltet
sind.
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Im
Folgenden wird nun eine elektronische Uhr mit einem Stromerzeugungselement
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist ein
Blockdiagramm, welches solch eine elektronische Uhr darstellt.
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Die
elektronische Uhr besteht aus einem Stromerzeugungselement 101,
das durch Wärme oder
dergleichen einen Strom erzeugt; einem elektronischen Uhrwerk 103,
das einen Niederspannungsschwingkreis 102, der durch eine
Niederspannungsausgabe des Stromerzeugungselements 101 schwingt,
Signalerzeugungsmittel 103a mit einem Schwingkreis 103aa und
einem Teilungsmittel 103ab und ein Zeitanzeigemittel 103b,
das eine Zeit auf der Basis eines Ausgangssignals der Signalerzeugungsmittel 103a anzeigt,
umfasst; einer Aufwärtstransformationsschaltung 104,
welche die Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements 101 und
ein Ausgangssignal einer Wählschaltung 107 zum
Aufwärtstransformieren
der Ausgangsspannung des Stromerzeugungselements 101 bis
zu einer vorbestimmten Spannung empfängt, um eine Aufwärtstransformationsspannung
an eine Ladeschaltung 105 auszugeben; einer Ladeschaltung 105,
wie beispielsweise einem Kondensator oder einer Sekundärbatterie,
welche eine elektromotorische Kraft darin lädt, um eine Ausgangsspannung
an das elektrische Uhrwerk 103 und eine Spannungserfassungsschaltung 106 auszugeben;
einer Spannungserfassungsschaltung 106, welche eine Ausgangsspannung
der Ladeschaltung 105 zum Erfassen eines Spannungswerts
empfängt,
um ein Erfassungssignal an den Niederspannungsschwingkreis 102 und die Wählschaltung 107 auszugeben;
und einer Wählschaltung 107,
die eines des Ausgangssignals des Niederspannungsschwingkreises 102 und
des Ausgangssignals der Signalerzeugungsmittel 103a gemäß dem Ausgangssignal
der Spannungserfassungsschaltung 106 auswählt, um
ein Ausgangssignal an die Aufwärtstransformationsschaltung 104 auszugeben.
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Als
das Stromerzeugungselement wird ein Thermoelement verwendet, das
eine Mehrzahl von n-Halbeitern und p-Halbleitern umfasst, die miteinander
in Reihe geschaltet sind, wobei jeden zweiten Knoten der n-Halbleiter
und der p-Halbleiter
wärmebindungsseitige
Isolatoren angebracht sind und jeden anderen zweiten Knoten der
n-Halbleiter und der p-Halbleiter wärmestrahlungsseitige Isolatoren
angebracht sind, wie in 3 dargestellt. Das Stromerzeugungselement 101 kann
aus einem Thermoelement bestehen, das wenigstens ein Paar eines n-Halbleiters
und eines p-Halbleiters umfasst, die in Reihe geschaltet sind.
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Es
erfolgt nun eine ausführlichere
Beschreibung davon, wenn ein Stromerzeugungselement aus einem Thermoelement
gebildet ist und ein elektronisches Uhrwerk aus einem analogen Werk
in einer elektronischen Uhr gemäß einem
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
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Die
Struktur von 4 wird nun beschrieben. Ein
Thermoelement 401 gibt eine Ausgangsspannung an einen Niederspannungsschwingkreis 402 und
eine Aufwärtstransformationsschaltung 404 aus.
Der Niederspannungsschwingkreis 402 empfängt eine
Ausgangsspannung des Thermoelements 401 und gibt ein Ausgangssignal
an die Aufwärtstransformationsschaltung 404 aus.
Eine Teilungsschaltung 403b empfängt ein Ausgangssignal eines Schwingkreises 403a und
gibt ein Ausgangssignal an eine Impulssynthetisierschaltung 403c aus.
Eine Treiberschaltung 403d empfängt ein Ausgangssignal der
Impulssynthetisierschaltung 403c und gibt ein Ausgangssignal
an einen Schrittmotor 403e aus. Ein analoges Werk 403 besteht
aus dem Schwingkreis 403a, der Teilungsschaltung 403b,
der Impulssynthetisierschaltung 403c, der Treiberschaltung 403d und dem
Schrittmotor 403e. Die Aufwärtstransformationsschaltung 404 empfängt die
Ausgangsspannung des Thermoelements 401 und das Ausgangssignal des
Niederspannungsschwingkreises 402 und gibt eine Aufwärtstransformationsausgabe
an die Ladeschaltung 405 aus. Die Ladeschaltung 405 empfängt die
Aufwärtstransformationsausgabe
der Aufwärtstransformationsschaltung 404 und
gibt eine Ausgangsspannung an das analoge Werk 403 aus.
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Nun
wird das Stromerzeugungsprinzip des Thermoelements 401 unter
Bezugnahme auf 3 beschrieben. In der Annahme,
dass erste Isolatoren 301 an einer Wärmebindungsseite sind und zweite Isolatoren 302 an
einer Wärmestrahlungsseite
sind, wird in dem Fall, in dem ein Unterschied in der Temperatur
besteht, derart dass die wärmebindungsseitige
Temperatur höher
als die wärmestrahlungsseitige Temperatur
gemacht ist, Wärme
von den ersten Isolatoren 301 zu den zweiten Isolatoren 302 übertragen.
In dieser Situation bewegen Elektronen sich zu den wärmestrahlungsseitigen
Isolatoren 302 in den jeweiligen n-Halbleitern 303.
In den jeweiligen p-Halbleitern 304 bewegen Löcher sich
zu den wärmestrahlungsseitigen
Isolatoren 302. Da die n-Halbleiter 303 und die p-Halbleiter 304 durch
Knoten 305 elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind,
wird die Übertragung
von Wärme
in einen elektrischen Strom umgewandelt, um dadurch eine elektromotorische
Kraft von Endausgangsanschlussabschnitten 306 bereitstellen
zu können.
Wenn zum Beispiel etwa 1.000 Halbleiter, die aus Bismut-tellurium
hergestellt sind, miteinander in Reihe geschaltet sind, ist ein Temperaturunterschied
zwischen der Wärmebindungsseite
und der Wärmestrahlungsseite
von einem Grad genug, um eine elektromotorische Kraft von etwa 0,2
V zu entwickeln.
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Der
Niederspannungsschwingkreis 402 besteht aus einer Ringoszillatorschaltung,
in welcher eine ungerade Anzahl von Wechselrichtern, die aus CMOS-Transistoren
gebildet sind, in Reihe geschaltet ist, und ein Ausgangssignal eines
Ausgangsstufenwechselrichters dient als Eingangssignal eines Anfangsstufenwechselrichters,
und eine elektromotorische Kraft, die durch das Thermoelement 401 erhalten
wird, wird als eine Stromversorgung eingesetzt.
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5 stellt
ein Beispiel für
eine Ringoszillatorschaltung dar, in welcher drei Wechselrichter
in Reihe geschaltet sind und welche als der Niederspannungsschwingkreis 402 verwendet
werden kann. Ein Ausgang eines ersten Wechselrichters 501 ist
mit einem Eingang eines zweiten Wechselrichters 502 verbunden.
Ein Ausgang des zweiten Wechselrichters 502 ist mit einem
Eingang eines dritten Wechselrichters 503 verbunden. Ein
Ausgang des dritten Wechselrichters 503 ist mit einem Eingang des
ersten Wechselrichters 501 verbunden, und ein Knoten zwischen
dem Ausgang des dritten Wechselrichters 503 und dem Eingang
des ersten Wechselrichters 501 bildet einen Ausgang des
Niederspannungsschwingkreises 402. Ein Stromversorgungsanschluss
jedes des ersten, des zweiten und des dritten Wechselrichters ist
mit dem Ausgang des Thermoelements 401 verbunden. Diese
Wechselrichter wirken mit der elektromotorischen Kraft (Spannung),
die durch das Thermoelement geliefert wird, als eine Stromversorgung.
Die anderen Stromversorgungsanschlüsse der jeweiligen Wechselrichter
sind geerdet.
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Der
erste Wechselrichter 501, der zweite Wechselrichter 502 und
der dritte Wechselrichter 503 bestehen aus jeweiligen CMOS-Transistoren.
Eine Schwellenspannung (Vth) der Wechselrichter beträgt etwa
0,2 V, und in dieser Situation beginnt der Niederspannungsschwingkreis 402 mit
dem Schwingvorgang, wenn eine Versorgungsspannung etwa 0,3 V beträgt. Die
Schwingungsfrequenz der Ringoszillatorschaltung kann durch die Anzahl
(ungerade Anzahl) von Wechselrichtern, die in Reihe geschaltet sind,
oder durch das Schalten von Kondensatoren zwischen die Knoten der
jeweili gen Wechselrichter und Erde eingestellt werden. Der Niederspannungsschwingkreis 402 kann
als ein Schwingkreis strukturiert sein, welcher mit einer Niederspannung
(elektromotorischen Kraft, die durch das Stromerzeugungselement
entwickelt wird) schwingt, die durch eine andere als die Ringoszillatorschaltung
bereitgestellt wird.
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Der
Schwingkreis 403a erzeugt ein Bezugssignal (Takt) für den Takt
durch Quarzschwingung (im Falle von Taktschwingung im Allgemeinen
32 kHz), unter Verwendung einer Kippschwingung oder dergleichen,
die zum Beispiel durch einen Widerstand R und einen Kondensator
C bereitgestellt wird. Die Teilungsschaltung 403b teilt
das Ausgangssignal des Schwingkreises 403a. Falls ein Signal
von 1 Hz (eine Periode von 1 Sekunde) durch einen 32-kHz-Quarzoszillator
erzeugt wird, werden 15T-Flipflops miteinander verbunden, um den
Schaltkreis zu bilden. Die Impulssynthetisierschaltung 403c synthetisiert
einen Antriebsimpuls, einen Korrekturimpuls oder dergleichen von
der Ausgabe der Teilungsschaltung 403b, um solch einen
Impuls selektiv auszugeben. Die Treiberschaltung 403d empfängt das
Ausgangssignal der Impulssynthetisierschaltung 403c, um
den Schrittmotor 403e anzutreiben, der aus einem Stator, einem
Rotor und einer Spule besteht. Das analoge Werk 403 weist
den Schwingkreis 403a, die Teilungsschaltung 403b,
die Impulssynthetisierschaltung 403c, die Treiberschaltung 403d und
den Schrittmotor 403e als ein Minimum an strukturellen
Elementen auf.
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Die
Aufwärtstransformationsschaltung 404 ist
vom Schaltkondensatorsystem und empfängt den Ausgangstakt des Niederspannungsschwingkreises 402 mit
der elektromotorischen Kraft (Spannung), welche durch das Thermoelement 401 entwickelt wurde,
als eine andere Eingangsspannung. Die Aufwärtstransformationsschaltung 404 ist
vorzugsweise eine Aufwärtstransformationsschaltung,
welche aufgrund der Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft,
die durch das Thermoelement 401 erhalten wird, und der
Antriebsspan nung des analogen Werks 403 dreimal oder öfter aufwärts transformiert. Die
Ladeschaltung ist aus einem Lade/Entladekondensator, einem elektrischen
Zweischichtkondensator, einer Sekundärbatterie oder dergleichen
gebildet. Die Schwellenspannung (Vth) des n-MOS-Transistors und
des p-MOS-Transistors, welche verwendet werden können, um die Aufwärtstransformationsschaltung 404 zu
bilden, wird bei einem Wert eingestellt, welcher den Amplitudenbereich
des Ausgangssignals des Niederspannungsschwingkreises 402 erfüllen kann;
das heißt,
einem Schwellenspannungs- oder Vth-Wert, welcher „H"- und „L"-Ausgangssignale
des Niederspannungsschwingkreises 402 unterscheiden kann.
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Die
elektronische Uhr, die in 4 dargestellt
ist, ist ein Beispiel, in welchem ein analoges Werk als das elektronische
Uhrwerk angewendet wird. Alternativerweise kann ein digitales Werk,
das strukturelle Elemente bestehend aus einem Rechenoperationszeitzähler, Anzeigemitteln,
wie beispielsweise einer LCD oder einer LED, einer Anzeigetreiberschaltung
und einer Anzeigekonstantspannungsschaltung als den Zeitanzeigemitteln
besteht, umfasst, oder ein Kombinationswerk, in welchem ein analoges
Werk und ein digitales Werk kombiniert sind, bereitgestellt werden.
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Es
erfolgt nun eine ausführliche
Beschreibung der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Stromerzeugungselement aus
einem Thermoelement gebildet ist, und das elektronische Uhrwerk
aus einem analogen Werk in einer elektronischen Uhr gemäß der zuvor
erwähnten zweiten
Ausführungsform
gebildet ist. 7 ist ein Blockdiagramm, welches
die erste Ausführungsform darstellt.
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Die
Struktur von 7 wird nun beschrieben. Ein
Thermoelement 701 gibt eine Ausgangsspannung an einen Niederspannungsschwingkreis 702 und
eine Aufwärtstransformationsschaltung 704 aus.
Der Niederspannungsschwingkreis 702 empfängt eine
Ausgangsspannung vom Thermoelement 701 und ein Ausgangssignal
von einer Spannungserfassungsschaltung 706. Er gibt ein
Ausgangssignal an eine Wählschaltung 707 aus.
Eine Teilungsschaltung 703b empfängt ein Ausgangssignal von
einem Schwingkreis 703a und gibt ein Ausgangssignial an eine
Impulssynthetisierschaltung 703c aus. Eine Treiberschaltung 703d empfängt ein
Ausgangssignal der Impulssynthetisierschaltung 703c und
gibt ein Ausgangssignal an einen Schrittmotor 703e aus.
Ein analoges Werk 703 besteht aus dem Schwingkreis 703a,
der Teilungsschaltung 703b, der Impulssynthetisierschaltung 703c,
der Treiberschaltung 703d und dem Schrittmotor 703e.
Die Aufwärtstransformationsschaltung 704 empfängt die
Ausgangsspannung des Thermoelements 701 und das Ausgangssignal der
Wählschaltung 707,
um eine Aufwärtstransformationsspannung
an die Ladeschaltung 705 auszugeben. Die Ladeschaltung 705 empfängt eine
Aufwärtstransformationsspannung
der Aufwärtstransformationsschaltung 704,
um eine Ausgangsspannung an die Spannungserfassungsschaltung 706 und
das analoge Werk 703 auszugeben. Die Spannungserfassungsschaltung 706 empfängt die
Ausgangsspannung der Ladeschaltung 705, um ein Ausgangssignal an
den Niederspannungsschwingkreis 702 und die Wählschaltung 707 auszugeben.
Die Wählschaltung 707 empfängt das
Ausgangssignal des Niederspannungsschwingkreises 702, das
Ausgangssignal des Schwingkreises 703a und das Ausgangssignal
der Spannungserfassungsschaltung 706, um ein Ausgangssignal
an die Aufwärtstransformationsschaltung 704 auszugeben.
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Der
Niederspannungsschwingkreis 702 besteht aus einer Ringoszillatorschaltung,
in welcher eine ungerade Anzahl von Wechselrichtern, die aus CMOS-Transistoren
gebildet sind, in Reihe geschaltet ist, und ein Ausgangssignal eines
Ausgangsstufenwechselrichters dient als Eingangssignal eines Anfangsstufenwechselrichters,
und eine elektromotorische Kraft, die durch das Thermoelement 701 erhalten
wird, wird als eine Stromversorgung eingesetzt. Außerdem kann
die Stromversorgung gemäß dem Ausgangssignal
der Spannungserfassungsschaltung 706 ein/ausgeschaltet
werden.
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8 stellt
ein Beispiel dar, in welchem eine Ringoszillatorschaltung, in welcher
drei Wechselrichter in Reihe geschaltet sind, als der Niederspannungsschwingkreis 702 verwendet
wird. Ein Ausgang eines ersten Wechselrichters 801 ist
mit einem Eingang eines zweiten Wechselrichters 802 verbunden.
Außerdem
ist ein Ausgang des zweiten Wechselrichters 802 mit einem
Eingang eines dritten Wechselrichters 803 verbunden. Ein
Ausgang des dritten Wechselrichters 803 ist mit einem Eingang des
ersten Wechselrichters 801 verbunden, und ein Knoten zwischen
dem Ausgang des dritten Wechselrichters 803 und dem Eingang
des ersten Wechselrichters 801 bildet einen Ausgang des
Niederspannungsschwingkreises 702. Ein Eingangsanschluss einer
UND-Schaltung 804 mit zwei Eingängen empfängt die Ausgangsspannung (elektromotorische Kraft)
des Thermoelements 701. Der andere Eingangsanschluss der
UND-Schaltung 804 mit zwei Eingängen empfängt das Ausgangssignal der
Spannungserfassungsschaltung 706 durch den Wechselrichter 805.
Der Ausgang der UND-Schaltung 804 mit zwei
Eingängen
ist mit einem Stromversorgungsanschluss des ersten, des zweiten
und des dritten Wechselrichters verbunden.
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In
dem auf diese Weise strukturierten Niederspannungsschwingkreis 702 wird,
wenn das Ausgangssignal der Spannungserfassungsschaltung 706 „L" ist, die Ausgabe
des Thermoelements 701 eine Ausgabe der UND-Schaltung 804 mit
zwei Eingängen,
derart dass an den ersten, den zweiten und den dritten Wechselrichter
Strom angelegt wird, um eine Schwingung zu erzeugen. Wenn das Ausgangssignal
der Spannungserfassungsschaltung 706 „H" ist, wird die Ausgabe der UND-Schaltung 804 mit zwei
Eingängen „L", derart dass der
erste, der zweite und der dritte Wechselrichter auf „AUS" geschaltet werden.
In diesem Beispiel ist die Stromversorgung der UND-Schaltung 804 mit
zwei Eingängen
eine elektro motorische Kraft, die durch das Thermoelement 7ß01 erhalten
wird. Außerdem
sind die anderen Stromversorgungsanschlüsse der jeweiligen Wechselrichter
geerdet.
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Der
erste Wechselrichter 801, der zweite Wechselrichter 802 und
der dritte Wechselrichter 803 bestehen aus jeweiligen CMOS-Transistoren.
Die Schwellenspannung (Vth) der Wechselrichter beträgt etwa
0,2 V, und in dieser Situation beginnt der Niederspannungsschwingkreis 702 mit
einem Schwingvorgang, wenn eine Versorgungsspannung etwa 0,3 V beträgt. Die
Schwingungsfrequenz der Ringoszillatorschaltung kann durch die Anzahl
(ungerade Anzahl) von Wechselrichtern, die in Reihe geschaltet sind,
oder durch das Schalten von Kondensatoren zwischen die Knoten der
jeweiligen Wechselrichter und Erde eingestellt werden. Der Niederspannungsschwingkreis 702 kann
durch einen Schwingkreis strukturiert sein, der mit einer anderen
Niederspannung (elektromotorischen Kraft, die durch das Stromerzeugungselement
entwickelt wird) als die Ringoszillatorschaltung schwingt.
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Der
Schwingkreis 703a erzeugt ein Bezugssignal des Takts durch
Quarzschwingung (im Falle von Taktschwingung im Allgemeinen 32 kHz),
Kippschwingung oder dergleichen infolge eines Widerstands R und
eines Kondensators C. Die Teilungsschaltung 703b teilt
das Ausgangssignal des Schwingkreises 703a. Falls ein Signal
von 1 Hz (Periode von 1 Sekunde) durch einen 32-kHz-Frequenz-Quarz
erzeugt wird, werden 15T-Flipflops miteinander verbunden. Die Impulssynthetisierschaltung 703c synthetisiert
einen Antriebsimpuls, einen Korrekturimpuls oder dergleichen durch
die Ausgabe der Teilungsschaltung 703b, um den Impuls selektiv auszugeben.
Die Treiberschaltung 703d empfängt das Ausgangssignal der
Impulssynthetisierschaltung 703c, um den Schrittmotor 703e anzutreiben,
der aus einem Stator, einem Rotor und einer Spule besteht. Das analoge
Werk 703 weist den Schwingkreis 703a, die Teilungsschaltung 703b,
die Impulssynthetisierschaltung 703c, die Treiberschaltung 703d und
den Schrittmotor 703e auf.
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Die
Aufwärtstransformationsschaltung 704 ist
vom Schaltkondensatorsystem, das irgendeinen der Takte vom Niederspannungsschwingkreis 702 und
dem Schwingkreis 703a, der durch die Wählschaltung 707 ausgewählt wird,
mit der elektromotorischen Kraft (Spannung), die durch das Thermoelement 701 entwickelt
wurde, als eine Eingangsspannung empfängt und sie aufwärts transformiert.
Außerdem
eignet sich die Aufwärtstransformationsschaltung 404 für eine Aufwärtstransformationsschaltung,
die aufgrund der Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft,
welche durch das Thermoelement 701 erhalten wird, und der
kleinsten Antriebsspannung des analogen Werks 703 dreimal oder öfter aufwärts transformiert.
Die Ladeschaltung 705 ist aus einem ladbaren/entladbaren
Kondensator, einem elektrischen Zweischichtkondensator, einer Sekundärbatterie
oder dergleichen gebildet.
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Die
Spannungserfassungsschaltung 706 weist wenigstens eine
Bezugsspannungserzeugungsschaltung und eine Vergleichsschaltung
auf und vergleicht die elektromotorische Kraft, die in der Ladeschaltung 706 geladen
ist, mit einer Bezugsspannung. Die Vergleichsschaltung gibt „L" aus, wenn die elektromotorische
Kraft, die in der Ladeschaltung 705 geladen ist, niedriger
als die Bezugsspannung ist, und sie gibt „H" aus, wenn die elektromotorische Kraft,
die in der Ladeschaltung 705 geladen ist, gleich oder höher als
die Bezugsspannung ist. Die Wählschaltung 707 gibt
das Ausgangssignal des Niederspannungsschwingkreises 702 an
die Aufwärtstransformationsschaltung 704 aus,
wenn die Ausgabe der Spannungserfassungsschaltung 706 „L" ist, und sie gibt
das Ausgangssignal des Schwingkreises 703a aus, wenn die
Ausgabe der Spannungserfassungsschaltung 706 „H" ist.
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9 stellt
ein Beispiel für
eine Wählschaltung 707 dar.
Die Wählschaltung 707 besteht
aus zwei UND-Schaltungen (902, 903), einer ODER-Schaltung
(904) und einem Wechselrichter (901). Das Ausgangssignal
der Spannungserfassungsschaltung 706 ist mit einem Eingangsanschluss
der UND-Schaltung 902 mit
zwei Eingängen durch
den Wechselrichter 901 verbunden. Außerdem ist das Ausgangssignal
der Spannungserfassungsschaltung 706 mit einem Eingangsanschluss
der UND-Schaltung 903 mit zwei Eingängen verbunden. Das Ausgangssignal
des Niederspannungsschwingkreises 702 ist mit dem anderen
Eingangsanschluss der UND-Schaltung 902 mit zwei Eingängen verbunden,
und das Ausgangssignal des Schwingkreises 703a ist mit
dem anderen Eingangsanschluss der UND-Schaltung 903 mit
zwei Eingängen
verbunden. Die ODER-Schaltung 904 mit zwei Eingängen empfängt das
Ausgangssignal der UND-Schaltung 902 mit zwei Eingängen und
das Ausgangssignal der UND-Schaltung 903 mit zwei Eingängen, um
diese Signale an die Aufwärtstransformationsschaltung 704 auszugeben.
In diesem Beispiel ist die Schwellenspannung (Vth) des n-MOS-Transistors
und des p-MOS-Transistors, welche die Aufwärtstransformationsschaltung 704 und
die Wählschaltung 707 bilden,
bei einem Wert eingestellt, der sowohl den Amplitudenbereich des
Ausgangssignals des Niederspannungsschwingkreises 702 als
auch den Amplitudenbereich des Ausgangssignals des Schwingkreises 703a erfüllen kann,
das heißt,
einem Schwellenspannungs- oder Vth-Wert, der „H" und „L", welche Ausgangssignale des Niederspannungsschwingkreises 702 sind,
und „H" und „L", welche Ausgangssignale
des Schwingkreises 703a sind, ohne irgendwelche Erfassungsfehler
an die Aufwärtstransformationsschaltung 704 ausgeben
kann.
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Die
elektronische Uhr, die in 7 dargestellt
ist, ist eine Ausführungsform
in dem Fall, in dem das analoge Werk als das elektronische Uhrwerk
angewendet wird. Alternativerweise kann die vorliegende Erfindung
ebenso mit einem digitalen Werk, das einen Rechenoperationszeitzähler, Anzeigemittel, wie
beispielsweise eine LCD oder eine LED, eine Anzeigetreiberschaltung
und eine Anzeigekonstantspannungsschaltung als die Zeitanzeigemittel
umfasst, oder mit einem Kombinationsuhrwerk, wobei das analoge Uhrwerk
und das digitale Uhrwerk kombiniert sind, realisiert werden.
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Außerdem dient
in der Ausführungsform,
die in 7 dargestellt ist, das Eingangssignal der Wählschaltung 707 von
den Seiten des analogen Werks 703 als das Ausgangssignal
des Schwingkreises 703a. Alternativerweise kann die vorliegende
Erfindung selbst in dem Fall, in dem das Ausgangssignal der Teilungsschaltung 703b oder
der Impulssynthetisierschaltung 703c, welche das Ausgangssignal
der Teilungsschaltung 703b synthetisiert, als das Eingangssignal
der Wählschaltung 707 dient,
gleichermaßen
realisiert werden.
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Die
elektronische Uhr gemäß der vorliegenden
Erfindung ist derart ausgelegt, dass der Niederspannungsschwingkreis
bereitgestellt wird, der schwingen kann, selbst wenn eine Versorgungsspannung
niedrig ist, und das Laden erfolgt durch ein Schwingungssignal des
Schwingkreises. Selbst wenn die elektromotorische Kraft, die durch
das Stromerzeugungselement erhalten wird, eine Niederspannung ist,
braucht aus diesem Grund, da die elektronische Uhr betrieben werden
kann, keine große Anzahl
von Stromerzeugungselementen in Reihe geschaltet werden, wodurch
die Verkleinerung der elektronischen Uhr ermöglicht wird.
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Außerdem kann
unter Bedingungen, unter welchen die elektromotorische Kraft, die
durch das Stromerzeugungselement erhalten wird, klein ist, wenn
die elektronische Uhr verwendet wird, zum Beispiel unter hochsommerlichen
Bedingungen, wenn ein Temperaturunterschied zwischen einer Außenlufttemperatur
und einer Körpertemperatur
des Menschen schwer zu erhalten ist, wenn ein Thermoelement angewendet
wird, die Schwingungsbeginnzeit (eine Zeit, bis die Uhr zu laufen
beginnt) selbst in einem Zustand verkürzt werden, in dem keine Ladekapazität der Ladeschaltung
vorhanden ist, und die elektronische Uhr kann bald verwendet werden, wenn
der Benutzer sie zu verwenden wünscht.
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Ferner
stellt die elektronische Uhr gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Spannungserfassungsschaltung und eine Wählschaltung
zusätzlich
zu der zuvor dargelegten Struktur bereit. In dieser Struktur wird
ein Spannungswert, der höher
als der Spannungswert ist, mit dem die Schwingung der Signalerzeugungsmittel
aufrechterhalten werden kann, auf die Bezugsspannung der Spannungserfassungsschaltung
eingestellt und, wenn eine elektromotorische Kraft geladen wird,
die stärker
als die Bezugsspannung ist, kann der Betrieb des Niederspannungsschwingkreises
abgestellt werden. Folglich kann der Stromverbrauch, einschließlich des
Verluststroms, verringert werden, und die elektromotorische Kraft,
die durch das Stromerzeugungselement erhalten wird, kann in der
Ladeschaltung geladen werden.