JPS58165080A - 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、感温発振器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を行なう方法は数
多く提案されているが、部品点数の増加や、感温部の特
性゛のバラツキと水晶発振器のバラツキとを抑制するこ
との困難さのために実用化に至ったものは少ない。

近年、従来から行なわれている温度補償コンデンサ一方
式や、ＡＴカット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開発された。

この新しい方式のうち、単一の増巾器に対して並列に２
個の水晶振動子を接続するやり方は、特に温度検出は行
なわなくて良いという長所をもつが、温度補償帯域がせ
いぜい０〜４０℃である点と、水晶振動子が特別製でな
くてはならぬ点で高周波発振式に対して優位性は少ない
。

また、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あるいは同調現
象による誤差発生の可能性があり、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が保証され
ないため温度情報に狂　・いを生じる可能性が出てくる
といった問題と、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無く、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問題を有していた
。

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、場竺によっては１０秒ゲートが選べるが、い
づれにしても温度補償動作のサイクルタイムはこの歩度
測定器に合わせるべきであり、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・　　　１．。

また、別の方法として：１．：□は、ＭＯＳ−ＰＥＴ等
により構成された感温発−１←よる温度測定と、水晶発
振器の容量切換えによる周波数制御とを組合せた温度補
償方式があり、本出願人によってすでに提案しである。

この方式は、トランスミッションゲート等のスイッチに
より断続可能に構成されたコンデンサーを水や発振用と
してＩＣに内蔵して温度情報に基゛　づいてこれを制御
し、平均歩度が断続の時間比率に依存することを利用し
て温度補償するものであり、最大補正量は切換容量の大
きさに依存する。

この方法によれば、短時間に細かい補正が可能であるが
、欠点も有していた。

つまり、温度補償範囲を広くするために切換容量を大き
くすることは、水晶発振条件を最適に保つことを防げる
こととなるため、補償範囲についても発振条件につ吟て
もある程度の犠牲を強いる必要があったのである。

本発明の目的は、上記間、題を解決するものであり、水
晶発号器の発振条件を最適に保ちながら、従来になく木
い温度帯域について温度補償し、さらに出荷横書：及び
時計店での歩度測定及び歩度調１・。

整を普通の電子時計と同様に行なうことができる、扱い
易くしかも量産性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
タにより構成された感温発振器を有する温度補償回路を
時計回路と同−ＩＣチッ、プ内に設け、さらに２次曲線
、的温度特性をもつ水晶振動子を前記ＩＣ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、感温発振
器俣、水晶振動子とが熱平衡状態にあるようにした上で
、短時間に緻密な補正を行なう第１の補正手段により２
次曲線的温度特性を階段状の特性に補正し１、一度に大
きな補正を行なう第２の補正手段により前記の階段状特
性をフラットな直線に補正するように構成されてい４る
。

以下、本預明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
図であ仝。　　、５ １は発振用コンデンサー容１量を、切換、えるスイッチ
を備えることによ、＃）２種類、の周、波数−で発振し
得るようになっている水晶発振器１．２は前記水晶発振
器１からの信号を分局、すると同時に割り込みゲアトを
備えるごとにより２、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
らの信号を合成して計時信号を作り、時刻を表示する冬
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１分周回路２の割シ込みゲ下ト紹対し
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、１２は感温
発振器を有し、温度にほぼ比ｆｌＪしたデジタル情報を
出力する温度測定回、路、１１は前記温度測定回路１２
からの温度情報の２乗に比例するパルス巾の信号を作る
２乗回路、７は前記２乗回路１１の出力信号のパルス巾
を測定する第一１力？ンター、６８は前記第１カウン！
−７からの桁上げ信号を計数する第２カウンター、９は
前記第１カウンタ、−７の計数結果を蓄尋ておく町ルジ
スタ、１０は前記第、２力？ンター８の計数結果を蓄え
ておく第２レジスタ、５、は前記第一ルジスタ９の出力
情報を一参嬰しなか、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、前記ス
イッチと共に第１の補正手段を構成するものである。

６は前記第２レジスター０の出力情報を参照しながら、
前記分周回路２の割り込みゲートに制御信号を送る割込
回路であり、前記割り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。

１４は前記温度測定回路１２の動作レベルを規制するだ
めの数値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ができる。

第１図の動作を説明すると、水晶発振器１は時分割回路
５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６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。　　　　　　　、′・・、１ 一方、温度測定回路１２は間５欠・的に動作し、内１ 部に有する感温発振器の信号周期を測定すると共に、記
憶装置１４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数値情報を出力する。

２乗回路１１は前記温度測定回路１２からの数値情報に
最上位ピットを符号ビットとして認識しながら２乗演算
を施し、この２乗結果に比例した時間をパルス巾とする
信号を出力し、第１カウンター７はこのパルス巾を前記
分周回路２からの分周信号を用いて計測する。

そして、第２カウンター８は前記第１カウンター７から
の桁上げ信号を計数するもので、第１カウンター７の上
位部分と考えてもよい。

第１カウンター７の情報は第ルジスタ９を介して時分割
回路５へ送られ、第２カウンター８の情報は第２レジス
ター０を介して割込回路６に送られる。このと、き１．
１．第１及び第２レジスタ９．１０は、両カウンター−
７，８の計数動作中も前回の計数結果を保持し、新しい
計数結果が出ると、１） 最適なタイミングＴ：ｉ１、瞬時に書き替えられる。

゛（ 時分割回路５は、企秒サイクルで動作し、常に第ルジス
タ９からの情報を参照してお９、この情報値に比例した
時間巾のパルスを水晶発振器１の切換スイッチに印加す
るように動作する。

割込回路６も２秒サイクルで動作し、常に第２レジスタ
１０からの情報を参照しており、この情報値に等しい回
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５動作する、この実施例では、１６ＫＨｚ信号を反転
させるので、１回の割込み動作は、１５．２６ｐ−の補
正に等しい。

第２図は、本発明における温度補償回路４の補償特性を
示す特性図である。

同図に於いて、破線で示した２本の２次曲線は、時分割
回路５からの制御パルスがローレベルのときの周波数偏
差Δｆ、と、ハイレベルのときの周波数偏差Δｆ、であ
り、両者の差（以後、△ｆ４という。）はどの温度に於
いてもほぼ一定である。

Δｆ、は第１の補正手段のみが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。

Δｆ２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の補正手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。

前述のΔｆｓｗは、１５卿くらいの値となるように設計
されているため、Δｆ、の階段の段差は約１５ｐ−とな
り、第２補正１手段の補正ステップ１５．２６１１１ｍ
にほぼ等しくなる。この結果、Δｆ１の段差が第２補正
手段によって丁度補われてフラットな特性が得られるの
である。

第３図は、第１図の構成をより詳細に〜示す回路ブロッ
ク図である。

水晶発振器１は、インバーター、帰還抵抗、発振容量を
含む増巾器２１に水晶振動子２２が接続され、トリマー
コンデンサー２３の反対側には切換スイッチ２４によっ
て断続可能なコンデンサー２５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２６と、その出力信号Ｆ１
を割込回路６からの制御信号Ｐ６によって反転させるた
めの割込ゲート２７と、この割込ゲート２７の出力信号
ＦＩ′をさらに分周して計時単位信号等を作成する分周
器２８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１
２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ等で構成された感温発振器３８と
、この発振信号の発振周期τを測定して数値化すると共
に、記憶装置１４から送られてくる数値情報に、を乗じ
、さらに数値情報に２を加算して、さらに定められた数
で除して得られた剰余を温度情報Ｔとして出力する周期
測定回路６９とにより構成されている。本実施例では、
前記定められた数は２８モあり、Ｔは８ビツトの温度情
報である。

２東回路１１は、前記慕度情報Ｔを、最上位ピットによ
シ符号判定した上で、残り７ビツトを２乗１．２゜結果
得られＡｌ”４１：ｙ、（７）数イ１ｉｌｌｔ、秒１１
、・１す。

したパルス巾の信号Ｐ１．！ｉｉ′ｉ′１．出力するよ
うに構成されている。この２乗パルスＰ１１は、１６Ｋ
Ｈｚ信号Ｆ、／の周期を単位時間とするパルスであり、
最大長さは１秒である。

第１カウンター７は、この２乗パルスｐｔｔをゲート信
号とするためにＡＮＤゲート６７を備え、このゲート６
７を通過してくる２ＫＦｌｚ信号Ｆ４を入力信号として
計数動作するように構成されている。

第２カウンター８は前記第１カウンター７に直列に接続
されたカウンターで、第１カウンター７の桁上げ信号を
計数する。また、前記両カウンターはコントロール信号
Ｃ１によりあらかじめリセットされるようになっている
。

第ルジスタ９及び第２レジスター０は、コントロール信
号Ｃ２によってトリガーセットされ、それぞれ第１カウ
ンター７及び第２カウンター８の値を読み込み、それぞ
れ、時分割回路５及び割込回路６に対、・：、シて常に
数値情報を出力する。

第ルジス、う９の情報に基づいて動作する時分・（１ 割回路５はＪ１１１１ネガティブトリガーセット型のＦ
Ｆ５１と一致検出回路５２とにより構成されたパルス作
成回路で、−数構出回路５２は一方のデータとして５１
２　Ｈｚ　〜０．５１（ｚの分局信号Ｆ９〜Ｆ１６を入
力し、第ルジスタ９からの８ピツトの数値情報をもう一
方のデータとして入力する構成となっており、一致信号
は前記ＦＦ５１のリセット端子に入力されている。

前記分周信号Ｆ１６は前記ＦＦ５１のセット端子にも入
力され、この時分割回路５の出力パルスＰ、はＦｔｓの
立下シから一致検出までの時間ハイレベルに保たれる。

したがって時分割制御パルスＰ、は２秒に１発出力され
、そのパルス巾はＯがら約２秒まで〒十■秒ステップで
変化し得るようになっており、このパルスが前記水晶発
振器１のツブの補正が行なわれ得ることになる。

割込回路６は、第２レジスタ１０からの３ビツトの情報
と分周回路２からの分周信号Ｆ１４、Ｆ、ｓと反転信号
Ｆ１４〜Ｆ’ｔｏとを入力信号とするパルス列発生用ゲ
ート回路と、トグルタイプＦＦ３６とにより構成され、
前記パルス列発生用ゲート回路は、Ｆ１４、Ｆｔｓ、Ｆ
ｔｓ及び前記第２レジスタ１０の最下位ピットを入力信
号とする４人力ＮＡＮＤ３１と、Ｆ１４、Ｆｔｓ及び前
記第２レジスタ１０の２位ビットを入力信号とする３人
力ＮＡＮＤ３２と、Ｆ１４と前記第２レジスタ１０の最
上位ビットを入力信号とする２人力ＮＡＮＤ３３と、前
記３個のＮ’ＡＮＤ３１〜３３の出力信号を入力とする
３人力ＮＡＮＤ３４と、前記１’ＪＡＮＤ３４の出力信
号と分周信号Ｆｌｌｌを入力信号とするＡＮＤゲート３
５とにより構成され、その出力信号は前記トグルタイプ
ＦＦ３６に印加され１／２分周されてから、割込パルス
Ｐ６としヤ分周回路２に送られる。

この結果、割込回路６の出力する制御信号Ｐ６が２秒間
に反転する回数は３ビ゛ツトの数値０〜７のいづれかで
あり、この信号Ｐ６は分周回路２の割込みゲート２７に
印加され、１６ＫＩｌｚ信号Ｆ。

を反転させるので、１５．２６ｐＨｌステップの補正を
行なうことになる。　′ 記憶装置１４は、温度測定回路１２を制御するための設
定値に１　とに２とを記憶しておくため、Ｐ−ＲＯＭあ
るいはフェーズＲＯＭあるいは基板上の配線パターンを
切断する構造となっている。

第３図の動作をさらに詳しく説明すると次のようになる
。

温度測定回路１２の有する感温発根器３８の発振周期τ
は、例えば０℃で５×１０　秒、５０℃で７×１０　秒
となるような、発振周期が温度に比例して変化する特性
をもっている。

周期測定回路３９は、このτを温度情報Ｔに変換するた
めにての測定をすると共にに、を乗じ、Ｎ２を加算する
が、τの測定には基準となる信号が必要であり、本実施
例では、分周回路２からの分周信号Ｆ２を用いておシ、
動作を式にすると次のようになる。

Ｔ＝ＫＩＸｒＸｆ、２　＋に、二２５６Ｘｍゝ　　　・
・・・・・・・・（１） ただし、ｆ、２は分周信号Ｆ・必周波数であり、ｍは正
の整数で、Ｔを表わすやｊρ・ニットの上にさらに上位
ビットがあると仮定するとその上位ビットの値である。

すなわちτをに１倍して分周信号Ｆ、で時間測定した結
果にに２を加算し、２８で除して得た剰余゛がＴとなる
ことを示している。なお、この温度測定回路については
、すでに本出願人により提案されているので詳しい説明
は省略する。

また、Ｔは切り捨て整数化されることは言うまでもない
。

温度情報Ｔは、次の２乗回路で再び時間に変換されるが
、その時間長さをｔとするとｔは次のように表わすこと
ができる。

ｊ＝　（Ｔ−１２ｇ　＞”　／ｆｙ＋’　　　　　・・
・・・・・・・Ｃ）すなわち、ｔは１６ＫＨ２信号Ｆ１
／の周期を単位長さとしている。また、Ｔの最上位ビッ
トは符号ビットとして処理されている。

なお、２東回路１１０回路構成によっては次のようにな
ることもある。

このことについては、本質的な問題でないので、本実施
例ではＱ）式の動作をする２乗回路を用いているものと
する。この時間ｔをゲート時間とじて２Ｋｔｌｚ信号Ｆ
、を計数した値Ｎは次のようになる。

Ｎ”　ｔ／　ｆ　Ｆ　４ すなわち、 Ｎ＝（Ｔ−１２８）２／８　　　　　　・・・・・・・
・・（４）ただし、Ｎは切捨て整数化される。いま、第
２カウンター７に残る値をＮ１、第２カウンター８に残
る値をＮ２とすると、Ｎとの関係は次のようになる。

Ｎ＝２５６ｘＮ、＋Ｎ、　　　　　　　　・・・・・・
・・・６）すなわち、Ｎ、とＮ、は単にＮをカウントす
るカウンターの下位桁の値と上位桁の値を表わしている
にすぎない。

第１の補正手段による補正量Ｈ１は次のようである。

第２の補正手段による補正Ｉ　ａ　ｔは次のようである
。

Ｈ，＝１５．２６ｘＮ、　　　　（ｐｐ）　　　・・・
・・・・・・（７）ここでもし、（６）式においてΔｆ
、ｗ＝１５．２６１１ＦＩとすると、全補正量Ｈは次の
ようになる。

Ｈ＝Ｈ，十Ｈ暑 （４）式を代入すると、 となり、Ｔの特性を適当に選べば、水晶発振器の２次特
性を補正することができることがわかる。

しかも、最大補正量は、Ｔ＝０のときで、約１２２解で
あシ、水晶発振器の２次係数が３〜４　Ｘ　１０−８で
あることを考えると、温度補償帯域は一４０℃から８０
℃にも及ぶことがわかる。さらに、Δｆｓｗがわずか１
５ｒＫＭ程度で良いので水晶発振器も良い条件で動作可
能であるし、補正動作が２秒サイクルで行なわれるので
、通常の歩度測定器で歩度測定できるのである。

なお、本発明は、感温発振器の発振周波数が温度に比例
あるいは逆比例する場合にも容易に実現できることは言
うまでもない。

また、第２補正手段による補正は１５．２６ｐ１ｍステ
ップに限らず、３２Ｋｈ信号を反転させて補正するよう
に構成すれば、７．６３−ステップになるし、８ＫＨｚ
信号を反転させれば、３０．５２ｐｐｍステップとなり
、Δｆｅｗもこれに合わせてやれば同様に優れたシステ
ムを実現できる。このとき、第２カウンターのビット数
は３ビツトに限らず、特に７．６３９ｉｎステツプのと
きは増設すべきである。

また、本発明の問題点として、切換周波数偏差Δｆｓｗ
を、第２補正手段の補正ステップに一致させておかなけ
ればならないということがあげられるが、この点を無視
しては、量産性が良いとはいえないので、第２のトリマ
ーコンデンサーを用いる方法について説明する・ 第４図は、歩度調整用トリマーコンデンサー２６の他に
、△ｆｌＷ調整、Ｊ’ｌｌ　トリマーコンデンサー６０
を備えた水晶発振豐、１丁の構成を示す回路ブロック図
である。単に、第３図の水晶発振回路１のコンデンサー
２５ｔ−）リマーコンデンサーに替えただけの構成とな
っている。

このとき、Δｆｓｗ調整用トリマーコンデンサー６０を
特別に小さい容量にしなければならないような場合には
、これに直列にコンデンサーを接続して合成容量を小さ
くすることも考えられるし、又、第３図の水晶発振器１
の切換スイッチ２４とこれに直列接続されたコンデンサ
ー２５に対して並列にΔｆ’ｇｗ調整用トリマーコンデ
ンサーを接続することも考えられる。

このように、本発明の電子時計は、こ度にほぼ比例した
温度情報を出力する温度測定回路と、この温度情報を２
乗する演算回路と、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
段とを設け、前記演算回路の２乗竺算結果の上位桁によ
り前記第２補正手段の制御を行ない、下位桁により前記
第１補正手段の箱御を行なうことによって、従来に無く
１′ 広い温度領域、、の１、一度補償を実現するものであり
、どのような場所に保管されても高い精度を保つことが
できるため、極めて高い商品価値を生むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック図、第２図は
本発明の温度補償動作を示す温度特性図、第３図は第１
図の構成をより詳しく示す回路ブロック図、第４図は別
の実施例における水晶発振器の構成を示す回路ブロック
図である。 ４・・・・・・・・・温度補償回路、 ５・・・・・・・・・時分割回路、　　・６・・・・・
・・・・割込回路、 ７・・・・・・・・・第１カウンター、８・・・・・・
・・・第２カウンター、１１・・・・・・２乗回路。 第２ａｉｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数温度特性が略２次曲線となる水晶発振器と、該水
   晶発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数値情報の２乗に比例した
   時間巾を作る２乗回路と、この２乗回路の出力信号をゲ
   ート信号として前記分周向ｉからの分周信号を計数する
   第１のカウンターと、この第１のカウンターに直列接続
   された第２のカウンターとを設け、前記第１のカウンタ
   ーからの情報により前記第１の補正手段４ＪＩＪ、御し
   、前記第２のカウンターからの情報により前記・第２．
   メ補正手段を制御するように構成したことを特徴とする
   温度補償付電子時計。