JPS59162478A - 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、温度補償付電子時計に関するものである。

従来より、温度によって発振周波数が変化する感温発振
器を温度センサーとして、水晶発振器等の温度補償を行
なう方法があり、電子腕時計の精度をより高いものにす
る有効な手段となっている。

しかし、これら感温発振器を用いる温度補償方式は、感
温部の製造バラツキが避けられないため、個々のＩＣに
ついて調整を行なう必要があった。

すなわち、温度補償コンデンサーが容量の〕（ラツキと
キュリーポイントのバラツキを持っているように、前述
の感温発振器も発振周波数の）くラツキと温度勾配のバ
ラツキを持つているのであり、前記の温度補償コンデン
サーが選別により最適な特性が維持されるのに対し、感
温発振器は論理回路を介して他の回路に接続されている
ため演算処理によるバラツキ補正が必要で、ＩＣ毎に最
適な設定置を与えてやることによってオフ七ノド調整や
勾配調整を行なうのが普通だったのである。

すなわち、例えば、感温発振器の発振周期τが温度θに
比例するものとし、温度勾配をα、特定の温度θ２にお
けるτをτ２　とすれば、τは次の式で表わされるが、 τ＝α・（θ−０２）＋τ７　　　　　・・・・・・（
１）Ｃ−Ｍ（）Ｓ’）ランジスタの温度特性を利用した
感温発振器の場合は特にプロセスに左右されて、αとτ
２のバラツキが太き（なる。

具体的には＋１００％及び−５０％程度のバラツキは覚
悟しなげればならない。また、αはτ２に伴なってバラ
ツキが生じるものであり、τ２／αのバラツキは太き（
ないのであるが、従来の回路構成ではαとτ２　につい
てそれぞれ別の調整値を用いて補正を行なわねばならな
かったのである。

したがって、調整値の設定範囲はかなり広（しておかね
ばならず、Ｐ−ＲＯＭを使用する場合も、回路基板上の
配線パターンを切断あるいは接続して設定する場合も、
スペースを多く使うことは避けられず、高精度電子時計
の小型化を難しくしていた。

また、２つの調整値は複雑な計算から求められるもので
あり、異なった少な（とも２点の温度における感温発振
器の周期測定と、調整値の算出と、調整値の設定とをコ
ンピュータによる完全自動生産システム・で行なう必要
があり、少量生産の場合や、生産システムがトラブルを
起ニした場合などに不都合を生じることにもなった。

本発明の目的は、上記問題を解決し、生産工程における
手法を問わず、簡単に調整することができ、しかも調整
値の設定範囲を大幅に縮少して、時計基板の小型化を計
り、より小型で低コストの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、感温発振器の発振
周波数に合わせて基準信号周波数の変更を行ない、あら
かじめ定められた特定の温度における感温発振周波数と
基準発振周波数とを一致させてお（ことができるように
構成したことを特徴とし、上記構成により、勾配のバラ
ツキから絶対値に依存するバラツキ成分を取除き、温度
変化率としての感度のバラツキのみを取り出し、勾配調
整のための調整値の設定範囲を大幅に小さくしたもので
ある。

以下、図面に基づいて本発明の電子時計の構成について
説明する。

比較のため、まず従来の温度補償付電子時計の構成を説
明する。

第１図は従来の温度補償付電子時計の基本構成を示すブ
ロック図である。１は発振用コンデンサーの容量を切換
えるスイッチを備えることにより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、２は前記水晶発振
器１からの信号を分周する分周回路、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る計時回路、４は
前記計時回路３からの信号に基づいて表示駆動信号を出
力する表示駆動回路、５は前記表示駆動回路の出力信号
によって駆動される表示機構、６は前記水晶発振器１の
スイッチに制御信号ＰＣを送る温度補償回路である。

前記温度補償回路６を構成する部分のうち、７は発振周
期が温度にほぼ比例する感温発振器、８は前記感温発振
器７の発振信号Ｐτをあらかじめ設定された定数に基づ
いて時間的に拡大し、結果として発振周期τの温度変化
を拡大するための可変分周回路、９は前記可変分周回路
８からの信号Ｐｏをゲートタイムとして、前記分周回路
２からの信号Ｐ、を通過させるゲート、１０は前記ゲー
ト９を通過してきた信号Ｐ、をカウントし、設定された
定数を加減算して温度情報成分を取り出す温度情報カウ
ンター、１１は前記温度情報カウンター１０の出力する
温度情報Ｎを２乗し、前記水晶発振器１のスイッチに制
御信号ＰＣを送る２乗回路である。

また、前記可変分周回路８は動作の目安となる定数を記
憶しておく機能を有し、外部から設定値Ａとして設定で
きるようになっている。同様に、前記温度情報カウンタ
ー１０も外部から設定値Ｂが設定できる記憶機能を有し
ている。

仁の従来の温度補償付電子時計の動作について説明する
。

第１図において、水晶発振器１は上に凸の２次カーブと
なる温度特性を有し、温度補償回路６からの制御信号電
位がローレベルの時は通常の周波数、ハイレベルの時に
は数１０購だけ進みの周波数で発振するように動作し、
低温時や高温時に通常の周波数において遅れぎみとなる
時間精度を前記制御信号ＰＣによって補償できるように
なっている。そして、分周回路２、計時回路６、表示駆
動回路４及び表示機構５と共に通常の時計動作を行なっ
ている。

一方、温度補償回路６０犬部分は間欠的に動作し、内部
に有する感温発振器７を発振させ、その発振周期信号Ｐ
τを可変分周回路８によってＡ倍に引き伸ばしてゲート
９に印加するためのゲートタイム信号Ｐ。を作り、次に
あらかじめ設定値Ｂの補数がセットされた温度情報カウ
ンター１０によって、ゲート９を通過してくる基準信号
をカウントし温度情報Ｎを作成する。このときの動作を
式で表わすと次のようになる。

Ｎ、＝Ａ・τ・ｆ　−、Ｂ　　　　　　　　　・・・・
・・（２）ただし、Ｎは最上位ビットを符号ビットとす
るｌビットの温度情報、τは感温発振器７の発振周期、
ｆ゛は分周回路２からの基準信号周波数である。

この式から、Ａは感度調整、Ｂはオフセット調整に寄与
していることがわかる。

次に、この温度情報Ｎは２東回路１１により２乗変換さ
れ、２東回路１１はこの２乗値Ｎ２に対応したチー−テ
ィのパルスＰ。を発生する。このパルスＰＣは制御信号
として常時水晶発振器１のスイッチに印加される。この
とき、前記制御信号ＰＣのデユーティψは、回路構成に
よって異なるが、例えば次の式のようである。

そして、水晶発振器１のスイッチ操作による周波数シフ
ト量をＦｓｗとすると、前記制御信号ＰＣによる周波数
補正量Ｈは次の式で表わされる。

Ｈ″ＦＩＩＷ°ψ　〔ｐ陣〕　　　　　　　　・・・・
・・（４）□　また、一般に水晶発振器１の温度に依る
偏差ＦＸは、２次係数をａとすると次のようである。

Ｆｘ＝ａ・（θ−θｇ）２　［ｐ陣〕　　　・・・・・
・（５）温度補償は、このＦｘを補正によって零にする
ことが目的であるから、Ｆｘ’＋Ｈ＝Ｏとすることが必
要である。そのために、Ｎは、最上位ビットを符号ビッ
トとすると、次のような特性をもつことが要求される。

したがって、設定値Ａ及びＢは、この要求を満たすため
に、それぞれのＩＣ毎に、次のように調整されていなけ
ればならない。

Ｂ−Ａ・τ２・ｆ　　　　　　　　　　・・・・・・（
８）ここで問題となるのは、設定値Ａ及びＢがどの（ら
いの範囲の調整幅を必要としているかと（・うことであ
る。すでに説明したように、（１）式のτ（のは、αに
ついてもτ２　についても＋１００％及び−５０％のバ
ラツキをもっていると考えねばならない上、水晶発振器
１０２次温度係数ａとスイツチングによるシフト量Ｆｇ
Ｗにも若干のバラツキがあるので、調整幅はかなり広（
ならざるを得ない。

とくに、Ｂは大きな値となり、温度情報カウンター１０
０オーバーフローを利用して小さな値にしようとしても
温度情報カウンター１０を一巡させ得るだけの用意がな
げればならないので、２１なる調整幅を必要とするので
ある。現在市販されているこの種の時計では、Ａについ
て７ビツト、Ｂについても７ビツトを要している。

本発明の温度補償付電子時計は、上記Ａ、Ｂの調整幅が
小さくて済むようにするため、基準信号周波数ｆの修正
を行ない、α及びτ２　のバラツキを吸収してしまおう
とするものである。

なお、上記従来例の説明においては水晶発振器１にのみ
（温度補正を加える場合について述べたが、分周回路２
に対して温度補正を行なう場合や両方に補正を加える場
合もあるので、第１図には制御信号ＰＣが分周回路２に
印加される様子も点線で示しである。後述の本発明の実
施例においても同様であるが、説明は水晶発振器に対し
て補正を行なう場合についてのみ行なう。

第２図は、本発明の温度補償付電子時計の一例を示す基
本構成ブロック図である。第１図の従来例と異なるとこ
ろは、温度補償回路６′に周波数変換回路１２を追加し
たことである。この周波数変換回路１２は、芥周回路２
とゲート９の開に設けられ、分周回路２がらの周波数ｆ
の信号Ｐ、を周波数ｆ、の信号Ｐ、に変換するために備
えられる。

また１、温度情報カウンター・１ｏにあらかじめセット
される設定値は、従来例ではＢであったのと異なり、−
Ａすなわち、可変分周回路８にセントされる設定値Ａの
補数がセットされる。

したがって、設定値はＡだけで済むことになる。

前記周波数変換回路１２は、レート記憶装置１２ａとレ
ートマルチプライヤ−１２０により構成され、レート記
憶装置１２ａの外部操作により設定値がセットできるよ
うになっており、設定値Ｃを蓄えてお（。レートマルチ
プライヤ−１２ｃは、分周回路２からの信号Ｐ、を入力
信号とし、さらにパスラインを通して前記レート記憶装
置１２ａに蓄えられている数値Ｃを参照しながら、周波
数ｆ、の信号Ｐ、をゲート９に対して出力するように構
成されている。

上記構成の動作について説明すると、水晶発振器１、分
周回路２、計時回路３、表示駆動回路４、表示機構５は
第１図の従来例・と同様の、動作を行りい、温度補償回
路６′は新しく追加された周波数変換回路１２の動作に
より、従来にない特別な演算によって温度補償動作を行
なう。

ただし、本実施例では、前記数値Ｃの算出は頂点温度θ
２付近め温度環境における感温発振器７の発振周期を測
定あるいは推定して行なわれることを条件としており、
このときの感温発振器７の信号Ｐτの周期なτ２　とす
ると、前記周波数変換回路１２はこのτ２　を記憶して
お（機能を有しているのである。このため数値Ｃは次の
式で表わされる値でなければならない。

Ｃ＝（２に／ｆ）／τ２　　　　　　　・・・・・・（
９）（ただし、ｋは正の整数） すな′わち、Ｃは定数２’／ｆをτ２　で単に除して求
められる。そして、レートマルチブライヤニ１２Ｃから
出力される信号２．．９周波数ｆ、、は次のようになる
。

ただし、ｐはレートマルチプライヤ−１２０の桁数であ
り、ｆが１／τ２　よりも犬のとき、□・ｐ＝’ｌ（と
することができ、このときｆ、、は次のようになる。

ｆゆ：’ｌ’／、　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・（１１）すなわち、温度θ２において、基準信号
周波数ｆゎは感温発振器１の発振周波数１／τに一致す
ることになる。

本発明の温度補償付電子時計におけろ温度情報Ｎの作成
は、この周波数ｆ、の信号Ｐ、ａを基準信号として行な
われるため、Ｎは次の式で表わさに上式で、τ／τ２　
はτの絶対値のバラツキに依存しないと考えてよいので
、調整値への設定範囲は大幅に縮少することができ、場
合によっては固定値とすることもでざるのである。すな
わち、従来例と同様、Ｎに要求される特性が（６）式で
あるとすると調整値Ａは次のような値に設定されること
になる。

（７）式で示した、従来例におけるＡの値は、αのバラ
ツキによって大きく変化したの一対し、この（１２）式
のへの値は、αとτ２　のバラツキが互いに打ち消し合
うことから、極（変化の少ない値となるのである。

このように、従来、感温発振器のバラツキを吸収するた
めには複雑な計算によらねば求められないＡ、Ｂ２つの
設定値を要したのに対し、本発明の温度補償゛付置子時
計においては、簡単な計算で求められる設定値Ｃの他に
はへのみでよく、また、設定値Ａは調整範囲が小さくて
済むため、ある程度の誤差を容認すれば固定値とするこ
ともできるのである。

なお、第２図に示した本発明の実施例において、数値Ｃ
を外部設定としたが、これをＩＣ内部の演算回路による
自動設定とするよう構成することもでき、この場合は、
外部設定端子を皆無とすることも可能で、大ぎなメリッ
トを持つことは言うまでもない。

また、前記周波数変換回路１２に用いたレートマルチプ
ライヤ−１２０は、並列加算回路を利用した構成とする
ことが有効である。すなわち、従来より知られているレ
ートマルチプライヤ−は、基準となるクロック信号、す
なわち本実施例だおいてはＰ、のパルス列の中から、指
定された数（本実施例においては数値Ｃ）に対応する数
だけ選び出して出力するのであるが、レートマルチプラ
イヤ−以外の用途に使用することができない。

これに対して、並列加算回路をレートマルチプライヤ−
として用いた場合は、加算タイミングパルスとしてＰ、
を用いて数値Ｃを際限な（加算し続け、桁上げ信号を出
力することによってレートマルチプライヤ−と同等の動
作をさせることができ、しかも他の用途として２乗回路
に利用することもできるため、ＩＣの小型化に有利とな
る。

第３図はフル・アダーを用いたレートマルチプライヤ−
の構成を示すブロック図である。図中２１は９桁の２進
数同志の加算を行ないＰ＋１桁の加算結果を出力するフ
ル・アダー、２２は前記フル・アダーの出力をラッチす
るためにｐ＋１桁構成となっているネガティブエツジ動
作のレジスター、２３はアンドゲートである。

レジスター２２の出力の下９桁は数値Ｃと共にフル・ア
ダー２１に入力され、最上位桁はアンドゲート２６に入
力される。信号Ｐ、はラッチタイミング信号としてレジ
スター２２に入力されると共に、アンドゲート２６に入
力される。そして、アンドゲート２６の出力信号がレー
トマルチプライヤ−１２＆の出力信号Ｐ、として出力さ
れる。

このレートマルチプライヤ−１２＆の動作を式で表わす
と次のようになり、α０）式と同様となる。

ｆ、、＝Ｃ−ｆ／２・　　　　　　　　　　　・・・・
・・圓ただし、ｆｏはレートマルチプライヤ−１２ｃの
出力信号Ｐ１の毎秒のパルス数で、ｂ６゜マタ、別の構
成によるレートマルチプライヤ−の例を第４図に示す。

第４図は、フリップフロップをイクスクルースイブ・オ
ア・ゲートを介して接続したカウンターにより並列加算
回路を構成し、レートマルチプライヤ−として応用した
例を示す回路図である。

第４図の並列加算回路の構成と動作については、本出願
人が先に出願した特願昭５７−０６８４４７に詳しく述
べであるので、ここでは省略する。

また、第２図に示す実施例においては、周波数変換回路
１２を分周回路２とゲート９０間に設け、信号Ｐ、をＰ
□に変換するように構成したが、感温発振器７と可変分
周回路８の間に設け、信号Ｐτの周期を変換するように
構成しても同様の効果が得られる。

この実施例を第５図に示す。

第５図の実施例は、第２図に示した実施例と異なり、数
値Ｃは次の式で表わされる値となる。

Ｃ＝２”−ｆ・τ２　　　　　　　　　　・・・・・・
α５）レートマルチプライヤ−１？−は、Ｐτを入力信
号とし、数値Ｃを参照しながら信号Ｐアを可変分周回路
８に対し、出力する。このときＰｌの信号周期τ。は次
のようになる。

２に τ　−τ・□　　　　　　　　　　・・・・・・（１６
）可変分周回路８、ゲート９、温度情報カウンター１０
の動作は、第２図の実施例と同様であり、温度情報Ｎは
次のようになる。

Ｎ＝Ａ・　τ□・ｆ−Ａ　　　　　　　　　　・・・・
・・（１７）（１５）式と（１６）式を代入すると、と
なり、第２図の実施例と同様τのバラツキがτ２　によ
って打ち消されることがわかる。ただし、この場合、レ
ートマルチプライヤ−１２Ｃの桁数はｋであり、ｆ〈１
／τ２である。すなわち、第２図の実施例と同様Ｃは２
ｋ　　以下の値でな（てはならない。また、σ６）式と
０９式より、温度θ２において基準信号周波数ｆと周波
数変換後の感温発振周波数１／τ。とが一致することが
わかる。

なお、第２図と第５図の実施例において、特定の温度θ
２で基準信号周波数と感温発振周波数とが一致するため
の条件として、ｆ　＞　”　／　ｒ、あるいはｆ〈１／
τ２　をあげたが、これらの条件は、感温発振器７の中
に適当な段数の分周器を備えるなどして簡単に満足する
ものであり、また、基準信号周波数と感温発振周波数と
を必ずしも一致させる必要はなく、ある特定の関係に合
せ込むことによっても同様の効果が得られろことは言う
までもない。

以上に述べたように、本発明の温度補償付電子時計は、
レートマルチプライヤ−を用いた周波数変換回路により
、感温発振器の発振周波数と該発振周波数の測定のため
の基準信号周波数とを特定の温度において一致するよう
構成することにより、感温発振器の発振周波数の絶対値
のバラツキを取り除いたことを特徴とし、そのため、外
部調整端子数を大幅に削減し、高精度電子時計の小型化
、低コスト化に大きく貢献するものであり、電子時計の
商品力を飛躍的に高めるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の温度補償付電子時計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付電子時計の一実
施例を示すブ０７り図、第３図は本発明に用いるレート
マルチプライヤ−の−例を示す回路図、第４図はレート
マルチプライヤ−の別の例を示す回路図、第５図は本発
明の温度補償付電子時計の別の実施例を示すブロック図
である。 １２・・・・・周波数変換回路、 １２ａ・レート記憶装置、 １２Ｃ・・・レートマルチプライヤ−０第３図 第４図 （−１−一） ρ

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、
   温度によって発振周波数が比較的太き（変化する感温発
   振器と、該感温発振器からの感温発振信号と前記分周回
   路からの基準信号とを各々比較信号として周波数比較を
   行ない、温度情報を作成するカウント手段と、前記温度
   情報を２乗変換して制御信号を合成する２乗回路を備え
   、前記制御信号に従って前記水晶発振器あるいは前記分
   周回路あるいは両方に対して温度補正を行なう電子時計
   に於いて、前記感温発振信号と前記基準信号とのわずか
   な周波数のズレを調整して新たな比較信号を作成するた
   めのレートマルチプライヤ−と、前記レートマルチプラ
   イヤ−のレート設定値を記憶してお（レート記憶装置と
   を設け、前記レート記憶装置には、あらかじめ定められ
   た特定の温度において前記２つの比較信号の周波数を一
   致させるための数値をセットして成る温度補償付電子時
   計。