JPS58143292A - 温度補償付電子時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｍ、ＯＳ　）ランジスタによって構成され、
モノリシックＩｃ化された温度補償回路を有する温度補
償付電子時計に関するものである。

従来より、電子時計に温度検出回路を搭載し、携帯中の
温度を感知して基準信号源の温度補償な行なう方法は数
多く提案されているが、部品点数の増加や調整の困難さ
のために実用化に至ったものは少ない。

しかし、近年の消費者は水晶発振式電子時計の精度の高
さを認識しており、複数個の時計を所有しているような
場合には、携帯しないで机などにしまい込んである電子
時計に対しても携帯中と同じ精度を要求するようになっ
てきている。長期間放置されている場合にも精度を保た
なければならないとすると、温度補償を施すことがどう
しても必要となり、ローコストの温度補償回路の開発が
強く望まれている。従来から行なわれている温度補償コ
ンデンサ一方式や温度特性はりいが高価なＡＴ板水晶振
動子を用いた高周波発振式などに加えて、温度特性が互
いに異なる２個の低周波音叉型水晶振動子を用いて温度
補償を行なう電子時計が新しく開発されたのは、前述の
ような状況にあるからである。しかし、この新しい方式
でも、温度補償帯域かせいぜいＯＣ〜４０Ｃであったり
、広帯域を補償したとしても分周器に対して細かい補正
を行なうため補正動作のサイクルタイムが長く、特別な
測定器を用いなければ歩度測定ができないなどの欠点を
有して℃・た。つまり、通常の歩度測定器のゲートタイ
ムは２秒あるいは４秒、場合によっては１０秒ゲートが
選べるが、いづれにしても温度補償動作のヤイクルタイ
ムはこの歩度測定器に合わせるべきで元り、そうしなけ
ればアフターサービスの上で不都合が生じるだけでなく
、生産工程上も有利とはいえないのである。さらに、２
個の水晶振動子の差周波数から温度情報を得る方法であ
ると、２個の発振器同志の干渉によるノイズの可能性が
あり、これを避けようとして互いの物理的距離を遠ざけ
ると熱平衡□状態か保証されないため温度情報に狂し・
を生じる可能性が出てくるとい−・た問題も有していた
。。

本発明の目的は、上記問題を解決するものであり、従来
になく広い温度帯域につい−Ｃ温度補償し、さらに出荷
検査及び時計店での゛歩度測定及び歩度調整を普通の電
子時計と同様に行なうことができる、扱い易くしかも量
産扛に優れた温度補償付電子時計を提供することである
。

上記目的を達成するため、本発明は、ＭＯＳトランジス
タにより構成される温度センサーを有する温度補償回路
を時計回路と同−丁Ｃチップ内に設け、さらに水晶振動
子を前記Ｔ　Ｃチップが実装された回路基板上に密着す
るように実装し、感温センサーと水晶振動子とが熱平衡
状態にあるようにしたことを一つの特徴としている。ま
た、さらには、短時間に緻密な補正を行なう第１の補正
手段と、一度に大きな補正を行なう第２の補正手段とを
設け、極めて広い温度領域に於いて細かな補正を短時間
に行なうことを特徴としている。

以下、不発ψ」の構成を図に従って説明する。

第１図は、本発明による電子時計の構成を示すブロック
図である。１は発振用コンデンサー容量を切換えるスイ
ッチを備えろことにより２種類の周波数で完像し得るよ
うになっている水晶発振器、２は前記水晶発振器１から
の信号を分周すると同時に割り込みゲートを有すること
により、途中の分周信号を任意に反転させ得るようにな
っている分周回路、６は前記分周回路２からの信号を合
成１−て計時信号を作り、時刻を表示するための信号を
出力する計時回路、４は前記水晶発振器１のスイッチと
、前記分周回路２の割り込みゲートに対し７て制御信号
を送る温度補償回路である。前記温度補償回路４を構成
する部分のうち、５は感温発振器を有し、温度にほぼ比
例・したデジタル情報を出力する温度測定回路、６は前
記温度測定回路５からの情報値を変数とする２次関数の
デジタル情報を出力する演算回路、７は前記演算回路６
の出力情報の一部を参照しながら、前記水晶発振器１の
有するスイッチに制御パルスを送る時分割回路であり、
前記水晶発振器１のスイッチと共に第１の補正手段を構
成するものである。８は同様に前記演算回路乙の出力情
報の別の一部を参照しながら、前記分周回路２０割り込
みゲートに制御信号を送る割込回路であり、前記分周回
路２０割込みゲートと共に第２の補正手段を構成するも
のである。９は前記温度測定回路５の動作レベルを規制
するための数値情報を記憶しておく記憶装置であり、外
部から設定値をセットすることかできろ。

第１図の動作を説明すると、水晶発振器１は時分割回路
７からの制御信号電位がローレベルの時には低い方の周
波数、ハイレベルの時には高い方の周波数で発振するよ
うになっており、分周回路２は割込回路８からの制御信
号が反転する度に加速されるようになっている。そして
、計時回路６と共に通常の時計動作を常に行なっている
。一方、温度測定回路５と演算回路６は間欠的に動作し
、前者は内部に有する感温発振器を発振させ、その信号
周期を測定し、さらに記憶装置９からの数値情報を乗じ
、あるいは加算して、その結果得られるデジタル情報を
出力する。後者の演算回路６は前述のデジタル情報に２
乗演算を施し、中央が零となる下に凸の２次関数に変換
する回路で、演算結果を桁によって異なる回路へ出力す
ることを特徴としている。すなわち、最上位から数桁す
なわち上位桁は割込回路８へ、それに続く複数桁すなわ
ち下位桁は時分割回路７へ出力するようになっている。

割込（ロ）路δは、前記２乗演算結果のうちの上位桁を
参照し、この値に比例した回数だけ前記分周回路２の割
込みゲートを反転させるように動作し、時分割回路７は
、前記２乗演算結果のうちの下位桁を参照して、この値
に比例した時間巾のパルスを前記水晶発振器１の切換ス
イッチに印加するように動作する１、このとき、割込回
路８も時分割回路７もザイクルタイ′ムは２秒であり、
従ってこの時間内での平均歩度は、無限時間の平均歩度
に一致することになる。

第２図は、本発明における温度補償回路の補償特性を示
す特性図である。

ｆ、は第１の補正手段のみか働いた場合の特性を示し、
細かい補正により水晶本来の特性である２次曲線が階段
状の特性に補正される様子を表わしている１、ｆ２は第
１の補正手段と第２の補正手段の両方が働いた場合を示
し、第１の補正手段によって階段状になった特性がさら
に第２の補正子段によって補正され、広い温度領域にわ
たってフラットな温度特性となる様子を表わしている。

同図に於いて破線で示した２本の曲線は時分割回路７が
らの制御パルスがローレベルのときとハイレベルのとき
に生ずる水晶発振器１の低い周波数と高い周波数をそ７
ｔぞれ偏差で表わしたもので、両者の差（以降、切換周
波数偏差（ト・い４つ）はどの温度に於いてもほぼ一定
である。本実施例ではこの切換周波数偏差（オ、１５ｐ
ｐｍ＜らいの値となるように設計されている。したがっ
て、［、の階段の段差は１５１）　ｌ）　Ｉｌ＋となり
、第２補正手段を構成する割込回路８もまた、２の１６
来分の１すなわち１５、２５９　ｐ　ｐ　ｍきざみの補
正を行ない、前記ｆ１の段差を丁度補うようになってい
るのである。

第３図は、第１図の構成をより許可に示す回路ブロック
図である。

水晶発振器１は、発振用インバータ等を有する発振回路
１１に水晶振動子１２が接続され、トリマーコンテンサ
ー１６の反対側には切換スイッチ１４によって断続可能
なコンデンサー１５が接続された構成となっている。− 分周回路２は、前記水晶発振器１からの信号を入力とし
て１／２分周を行なう分周器２１と、この出力信号Ｆ１
を外部からの制御信号によって反転させるための割込み
ゲート２２と、この割込ゲート２２の出力信号をさらに
分周して計時単位信号等を作成する分周器２６とにより
構成されている。

温度補償回路４を構成する部分のうち、温度測定回路５
は、Ｍ　ＯＳ−１？　Ｅ−Ｔ等で構成された感温発掘器
５１と、この発振信号を入力とし、後述する記憶装置９
内の第１記憶器９６から送られてくる第１数値情報に基
づき、前記発振信号周期を整数倍し、これに比例した時
間巾のパルスをゲート信号として出力するゲート信号カ
ウンター５２と、このゲート信号を一方の入力信号とし
、前記分周回路２からの分周信号Ｆ２の通過を制御する
ゲート回路５４と、通過した信号Ｆ２の数を数えると共
に、後述する記憶装置９内の第２記憶器９２からの第２
数値情報を前述の計数値に加算する加算カウンター５６
とから成っている。この加算カウンター５３に残った８
ビツトの数値が温度情報であり、次の演算回路乙に転送
される。演算（ロ）路６は、前記温度情報を２乗演算し
補訂−情報を作成する演算器と、この補正情報な演勢動
作σ）、１ｔｌ１間中も保持しておくための補正情報レ
ジスタＡ１とから構成されており、前記補正情報は、水
晶振動子の温度特性とは丁度逆向きの２次曲線となるよ
うになっている。

したがって、８ビツトの温度情報α）うち最十位の１ピ
ントは、下向きの頂点を有する左右対称形を作るための
、左右判定に使われ、残りの７ビノトが２乗されること
になる。２乗結果は１４ビツトとなるが、そのうち補正
情報として用いるのけ１１ビツトで十分であり、本実施
例では、卯、３図のように補正情報レジスタ６１は１１
ビツトである。そして、この補正情報レジスタ６１の上
位３ビツトが割込１ｕ路ｄに接続され、残り８ビツトが
時分割回路７に接続される。下位８ピントを第１補正情
報上位３ビットを第２補正情報ということにすると時分
割回路７は第１補正情報と分周回路２からの信号Ｆ、〜
Ｆ１６の８ビットの信号との一致を検出する一致回路７
２を有し、さらに前記信号Ｐ１６のネガティブエツジで
トリガーセットされ、前記一致回路７２からの一致信号
によってリセットされるト”　ト’　７　ｌを有するこ
とにより、２秒間に１発のパルスを出力する。前記第１
補正情報ば０〜２５５の値をとり得るので、前記出力パ
ルスがハイレベルになっている時間割合ばＯ〜２５５７
２５６であり、このパルスによって水晶発振器１の切換
スイッチ１４を制御すれば、２秒という短かい時間に細
かい補正をすることかできる。割込回路８は、３ビツト
の第２補正情報をそれぞれ入力信号とするＮＡＮＤゲー
ト８４〜８６と、分周回路２からの信号 Ｆ、　６−　Ｆ”＋　４の反転信号と前記ＮＡＮＤゲー
ト８４〜８６にそれぞれ入力するためのインバータ８ン
〜６９と、前１４ｉ２Ｎ　Ａ　Ｎ　Ｉ）ゲート８４〜８
６の出力を入力信号とするＮ　Ａ　Ｎ　１）ゲート８６
と、前記Ｎ　Ａ、　Ｎ　Ｉ）ゲート８６の出力信号と分
周信号Ｆ１．とを入力信号とするＡ　Ｎ　Ｄゲート８２
と、このＡ、　Ｎ　Ｉ）ゲート８２のネガティブエツジ
出力によって反転するトグルタイプＦＦＢ　１とにより
構成されてし・る。分周信号Ｆ１４、Ｆ１５．１・１６
はそれぞれ、２　ＩＩ　ｚ　、　　１　［−］　ｚ　Ｓ
ｏ、　５１−１　ｙ、　テあり、ＰＩ　４は前記インバ
ータ８９とＮ　Ａ　Ｎ　Ｉ’）ゲート８５と８４に入力
され、Ｆ、、ｔｌｌインパル８８とＮ　Ａ　Ｎ　Ｄゲル
ト８４に、ド１６はインバータ８７に入力されて）。こ
の結果、割込回路８の出力する制御信号Ｐ８が２秒間に
反転する回数すなわち補正回数は、３ビツトの第２補正
情報の数値０〜７に等しくなる。この制御信号Ｐ８は分
周回路２０割込みゲート２２に印加され、１６３８４Ｈ
ｚの信号Ｆ、を反転させるように働らくため、２秒間に
１回の補正は１５．２６ｐｐｍに相当し、最大補正量は
１０６．８ｐｐｍとなる。

第４図は、第２補正手段の補正信号Ｐ８の波形を示すタ
イムチャートであり、参考のため、Ｐ８を出力するＦＦ
８１の入力信号をＰ８′として示しである。また、時計
の動作との関係を示すため１Ｈｚの分周信号Ｆ１５と０
．５　）−１ｚの分周信号Ｆ、６もボしである。Ｐ８は
第２補正情報の値により反転する回数が異なり、図のよ
うに２秒間の反転回数は前記第２補正情報の値Ｎ２に等
しい８第５図は、記憶装置９に適切な値がセットされ、
温度測定回路５からの温度情報が水晶発振器１の温度特
性に合ったものである場合の補正量の特性図で、破線で
ボした階段状の特性は第２補正手段のみによる割込補正
の特性を示している。前記記憶装置９にセントされるべ
き第１及び第２数値情報は、頂点温度より低い温度にお
ける１点と高い温度における１点とで補正量が適当な値
になると同時に、この２点の間に補正量が零となる点が
存在するように算出される。

第６図は、さきに説明した切換筒波数偏差ｆＲＷが割込
周波数偏差ｆＤよりもｌｐｐｍ程度大きい場合の補正量
特性を示した特性図で、第１補正手段と第２補正手段の
連掃が完全でない場合である。しかし、記憶装置９にセ
クトする数値情報を適当に選ぶことにより進み方向の誤
差と遅れ方向の誤差に振り分けることか可能である。

第７図は第６図のようななめらかでない補正を行なった
場合の補正結果の温１度特性を示す特性図であるが、時
計の温度特性としては従来にない高い精度を保つことが
できることに変わりはない。

このように、本発明の電子時計は、水晶発振器の周波数
を制御する第１の補正手段と、分周回路の動作を制御す
る第２の補正手段と、温度にほぼ比例した温度情報を２
乗する演算回路とを設け、前記演算回路の２乗演算結果
の上位桁を第２補正手段へ、下位桁を第１補正手段へ供
給することによって、従来にない広℃・温度領域の温度
補償を行なえるものである。したがって、本発明によれ
ば、南極のように寒い所あるいは日中の自動車内などに
放置された場合でも高い精度を保つ電子時計を、外付部
品を追加することなく安いコストで供給することかでき
るので、電子時計の商品価値を飛躍的に高める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子時計の構成を示すブロック図
、第２図は本発明の温度補償特性を示す特性図、第３図
は第１図の構成をさらに詳しく示す回路ブロック図、第
４図は第２補正手段の補正信号波形を示すタイムチャー
ト、第５図は補正量の温度特性をネオ特性図、第６図は
第１補正手段と第２補正手段の連係に誤差がある場合の
補正量温度特性図、第７図は第６図の補正量による補正
結果を示す特ｆＦ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数温度特性が２次カーブとなる水晶発振器と、該水
   晶兄振器出力から計時単位信号を作成する分周回路と、
   温度測定回路とを備えた温度補償付電子時計に於いて、
   前記水晶発振器の発振周波数を制御する第１の補正手段
   と、前記分周回路の動作を制御する第２の補正手段と、
   前記温度測定回路からの情報を２乗する演算手段とを設
   け、前記演算手段の出力信号が、前記第１の補正手段と
   第２の補正手段を制御し、広帯域な温度補償を行なうこ
   とを特徴とする温度補償付電子時計。