JPS59162479A - 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】 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ノくラツキと
キーリーポイントのバラツキを持っているように一前述
の感温発振器も発振周波数のノくラツキと温度勾配のバ
ラツキを持っているのであり、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
に最適な設定値を与えてやるこ゛とによってオフセント
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、讐は次の式で表わされるが、 τ＝α・（θ−０２）＋τ２　　　　・・・・・・（１
）Ｃ−ＭＯ８’）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τ２　
のバラツキが大きくなる。

具体的には＋１００％及び−５０％程度のバラツキは覚
悟しなければならない。また、αはτ２に１伴−な９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くしておかね
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、異なった少なくとも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
ンビー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
起こ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、上記問題を解決するものであり一１
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６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、ＩＣ自体に自己補
正機能を持たせたことを特徴とし、具体的には、基準信
号により感温発振器の発振周期を測定して温度情報を作
成する機能のほかに、発振周波数を測定し、その結果に
基づいて基準信号周波数の変更を行ない、オフセット調
整に相−当する補正動作を自動的に行な′うよう構成し
たことを特徴としている。

また、さらには、上記自己補正機能により、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こと
も特１徴としている。

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余すブ
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６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一表示機構、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一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Ｐ′Ｇをゲートタフイムとして、前記分周
回路２からの信号Ｐ、を通過させるゲート、１ｏ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ニ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。

この従来の温度補償付電子時計の動作につ℃・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１１０１１ｐだけ進みの周波数で発振するように動
作し１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（・る。そして、分周回路２、計時回路３
、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６の大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９によってＡ倍に引き伸ばしてゲート
９に印加するだ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（石基単信号
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４ビツトの温度情
報で、　　２１　””　１から２１−１　　ｓまでの整
数、τは感温発振器７の発振周期、ｆは分周回路２かも
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に対応したデー−テ
ィのパルスＰＣを発生する。。このパルスＰ、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１ツチ操作による周波数シフ
ト量をＦ　ｓｗとすると、前記制御信号Ｐ。

による周波数補正量Ｈは次の式で表わされる。

Ｈ：ＦＩｌｗ、ψ　（ｐｐｍ　〕”’・・・（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−０２）２〔ｐ側〕・・・・・・（５）
温度補償は、このＦｘを補正によって零にすることが目
的て゛あるから、Ｆｘ十Ｈ二〇とすることが必要である
。そのためＩｃ−Ｎは、最上位ビットな符号ビットとす
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Ｂ−Ａ・τ２・
ｆ　　　　　　　　　・・・・・・（８）ここで問題と
なるのは、設定値Ａ及びＢ７！］！−どのくらいの範囲
の調整幅を必要として℃・る力・と〜１うことである。

すでに説明したように、（１）式のｒ（θ）は、αにつ
いてもτ２　についても＋１００％及び−５０％のバラ
ツキをもっても・ると考えねｂｉならない上、水晶発振
器１０２次温度係数ａとスイッチングによるシフト量Ｆ
８ｗにも若干のノくラツキカ−あるので、調整幅はかな
り広くならざるを得な℃・。

とくに−Ｂは大きな値となり一温度情報カウンター１０
０オーバーフローを利用して／」・さなイ直にしようと
しても温度情報カウンター１０を一巡させ得るだけの用
意がなければならな（へので、２１なる調整幅を必要と
するのである。現在市販さｈているこの種の時計では、
Ａにつし）で７ピツト、Ｂについても７ビツトを要して
℃・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　のノく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、分周回路２
とゲート９の間に設けられ、分周回路２からの周波数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、温度情報カウンター１０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にセットされろ設定値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、ゲート回路１２ａとカウン
ター１２ｂにより構成されるレート設定回路とレートマ
ルチプライヤ−１２Ｇとにより構成され、ゲート回路１
２ａは分周回路２カ）らの信号゛ＰＴをゲートタイム信
号として感温発振器７の発振信号Ｐτを通過させ、カウ
ンター１２．ｂ’ｔま前言己ゲート回路１２ａを通過し
てくる信号Ｐτのノくルス数をカウントし、数値Ｃとし
て蓄えておく。レートマルチプライヤ−１２０し′！、
、分周回路２カ）らの信号Ｐ、を入力信号とし、さらに
ノくスラインを通して前記カウンター１２ｂに蓄えられ
て〜する数値Ｃを参照しながら、周波数ｆ３の信号Ｐ７
をゲート９に対して出力するように構成されて−）る。

上記構成の動作について説明すると一水晶発振器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ない、温度補償回路６
′は新しく追カロされた周波数変換回路１２の動作によ
り、従来にな〜１特男１」な演算にはって温度補償動作
を行なう。

前記周波数変換回路１２は、電源投入時すなわち水晶発
振器１と分周回路２が正常な動作を開始したとき、ある
いは外部からのスイッチ操作等によって指定されたとき
に、内部に有するゲート回路１２ａとカウンター１２ｂ
を動作させ、数値Ｃを算出し、それ以降、原則として電
池の寿命が尽きるまで、前記の数値Ｃを用いてレートマ
ルチプライヤ−１２Ｃを動作させる。

ただし、本実施例では、前記数値Ｃの算出は頂点温度θ
２付近の温度環境におい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の周期をτ２
　とすると、前記周波数変換回路１２はとのτ２　を記
憶しておく機能を有しているのである。このため、前記
分周回路２からの信号ＰＴによって作られるゲートタイ
ムＴは、レートマルチプライヤ−１２０に入力される信
号Ｐ、の周波数ｆに対して次の関係にあり、Ｔ＝２”／
’ｆ　　　（ｋは正の整数）数値Ｃは次の式で表わされ
る。

Ｃ＝２に／（ｆ・τＬ　、）　　　　　　　　・・・・
・・（９）そして、レートマルチプライヤ−１２Ｃから
出力される信号Ｐ、、の周波数ｆ。しま次のようになる
。

ただし、ｐはレートマルチプライヤ−１２Ｃの桁数であ
り、ｆが１／τ２　よりも犬のとき、ｐ＝にとすること
ができ、このときｆ、は次のようになる。

ｊ、＝１／τ２　　　　　　　　　　　・・・・・・（
１１）すなわち、温度θ２において、基準信号周波数ｆ
、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る温度情報Ｎの作成
は、この周波数ｆ。の信号Ｐ、、を基準信号として行な
われるため、Ｎは次の式で表わされる。

上式で、τ／τ２　はτの絶対値の／くラツキに依存し
ないと考えてよいので、調整値Ａの設定範囲は大幅に縮
少することができ、場合によって（ま固定値とすること
もできるのであ゛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
ツキ詫よって大きく変化したのに対し、このα温式のＡ
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Ａ、８２つの設定値を要したのに対し、本発明の
温度補償付電子時計においては、Ａのみでよく、また、
その値も調整範囲が／ｈ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歪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
を自動設定としたが、これを設定値Ａと同様に、外部か
ら設定できるように構成することもでき、この場合でも
従来に比べて、設定値のパラツキ力を少な（、大きなメ
リットを持つことに変わりはない。

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−１２Ｇ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、′
すなわち本実施例においては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を際限なく加算し続け、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・て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２′１は
９桁の２進数同志の加算を行ないＩ）＋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、２６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、ヤー１２ａ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−１２２の動作を式で表わす
と次のようにｈす、（１０）式と同様となる。

ｆ、＝Ｃ−ｆ／２’　　　　　　　　　・・・・・・α
４）ただし、ｆｏはレートマルチプライヤ−１’２ｃの
出力信号Ｐ。の毎秒のパルス数である。

また、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プ・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８０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、ゲ
ート回路１２ａには信号Ｐ、と、分周器１２ｄによって
Ｐτを１／２に分周した信号が入力され、カウンター１
２ｂに残る数値Ｃは次の式で表わされる値となる。

Ｃ＝２ｋ　−ｆ・τ２　　　　　　　　　　・・・・・
・α９この場合も、温度はθ２である。そしてレートマ
ルチプライヤ−１２Ｇは、フτを大刀信号とし、数値Ｃ
を参照しながら信号Ｐ、を可変分周回路８に対し、出力
する。このときＰ４の信号周期τ、゛は次のようになる
。

２′ ｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　”’　”直”）
′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図の実施例尼同様であり、温度情報Ｎ＋
ｉ次のようになる。

Ｎ−Ａ・τヨ・ｆ−Ａ　　　　　　　・・団・０９０９
式と０６）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、
レートマルチグライヤー１２Ｃの桁数はｋであり、ｆく
１／τ２である。すなわち、第２図の実施例と同様Ｃは
２ｋ　　以下の値でなくてはならない。また、（１６）
式と０５）式より、温度θ２において基準信号周波数ｆ
と感温発振周波数・１／τとが一致することがわかる。

以上の説明の中で、デジタル誤差は無視したが、Ａ、Ｂ
、Ｃの値は、それぞれ整数化される。

また、−第２図及び第５図の実施例において、基準信１
号周波数と感温発振周波数とが一致する温度はレート設
定回路１６を動作させたときの室温に等しく・のであり
、そ５温度が水晶発振器１の頂点温度θ２に等しくない
ことがわかっている場合には、温度情報カウンター１０
にセットする値を若干操作するか、Ｃ５の値を操作する
ことが必要となるが、一般にθ２は室温に近い温度にな
るよう製造されているため、大きな誤差は発生しないと
考えてよい。

以上に述べたように、本発明の温度補償付電子時計は、
レードマルチプライヤ−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一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
施例を示すブロック図、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・・・
・・・ゲート回路、１２ｂ・・・・・・カウンター、１
２Ｃ・・・・・・レートマルチプライヤ−５１２ｄ・・
・・・・分周器、１６・・・・・・レート設定回路。 第２図 第３図 Ｃ−−５−ノ 第５図 しで

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ＩＣよって発振周波数が比較的大きく変化する感温
   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、前記感温発振信号を入力信号とし、新たな
   比較信号を出力するし〜トマルチプライヤーと、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くレ
   ート設定回路とを設け、前記レート設定回路は前記感温
   発振信号をさらに分周した信号の周期をゲートタイムと
   して前記基準信号をカウントし、その結果を記憶してお
   くように構成し、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が一致するよう構成し
   たことを特徴とする温度補償付電子時計。