JPS6121854Y2

JPS6121854Y2 -

Info

Publication number: JPS6121854Y2
Application number: JP6018883U
Authority: JP
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1986-07-01
Also published as: JPS591243U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は発振器の周波数温度特性を補償する装
置に関する。

本考案は感温素子、論理的な周波数調整のため
の電子回路、及び記憶回路を有す回路により発振
器の周波数温度特性を記憶し、該記憶内容に応じ
て該発振器の周波数温度特性を論理的に電子回路
によつて自動的に補償する装置に関する。

本考案の目的は、発振器の周波数温度特性を補
償して改善することにより、広い温度範囲にわた
り非常に安定な周波数を得ることにある。

本考案の他の目的は高安定発振器の生産コスト
を下げ、高精度、廉価な発振器、とりわけこれを
利用した高精度、廉価な電子時計を実用化するこ
とにある。

現在、高安定発振器としては、温度変化に対し
て周波数変化が少なく、しかも経年変化の少ない
水晶振動子を時間標準とする水晶発振器が使われ
ている。音叉型水晶振動子を時間標準振動子とす
る発振器においては、該水晶振動子の周波数温度
特性が温度のベキに対して２次特性となるため、
これを補償する目的で容量温度特性が２次特性と
なるチタン酸バリウムコンデンサが使われる。こ
の場合充分に補償するためには水晶振動子の周波
数温度特性を適格に相殺するような特性の合致し
たチタン酸バリウムコンデンサを選ぶ必要があ
り、この組み合わせはかなり困難なものとなつて
いる。そこで、補償を必要とせず、周波数温度特
性の良好な振動子としてATカツト水晶振動子が
注目される。

ATカツト水晶振動子を用いた水晶発振器は、
低温側、特に０℃以下において急速に周波数温度
特性が悪くなることと、原石水晶からの切断角度
の精度が要求されるため、充分、良好な周波数温
度特性を有するATカツト水晶振動子を廉価に量
産することは現在難しい。

そこで、ATカツト水晶振動子の周波数温度特
性を補償することが考えられ、その補償素子とし
て、サーミスタやチタン酸バリウムコンデンサ等
が考えられている。

現在、高精度発振器としては、上記のような方
式が考えられているが、いずれの場合も個々の振
動子の温度特性とは無関係に独立に感温素子特有
の性質により、周波数をかえることにより、互い
の変化量を相殺するような方式をとつている。

しかし、この方式では前述したように、標準振
動子自身の周波数温度特性のバラツキ、補償用感
温素子のバラツキの二つの要因のため、高精度発
振器を量産することはできない。

標準振動子の温度特性に応じて温度が変化した
場合、該標準振動子・周波数の標準周波数からの
偏差からその補償量を自動的に検出し、その量だ
け補償する方法が理想的である。

本考案はかかる理想的な方法を実用化したもの
である。

以下図面により説明する。

第１図は従来の具体例で電子時計に用いられて
いる標準信号を得る装置であつて、標準振動子を
時間標準とする発振器から標準信号を得るための
論理回路による周波数調整方式（歩度調整方式）
を示す時計機能のブロツク図である。

第２図は、各部の信号のタイミングチヤートで
ある。尚第２図のＳ_oは添字ｎで表わされる第１
図中の電子回路部が出力する信号を示す。

標準信号発生部が出力する信号S₁を受けて縦続
接続フリツプフロツプ群f₁〜ｆ_oは分周を実行
し、時刻表示機構５を駆動する。さらに該分周部
f₁〜ｆ_oに並行し、分周機能を有する記憶部m₁〜
ｍ_o及び、Ｆ＝（f₁m₁）・（f₂m₂）……・（ｆ_o
ｍ_o）なる論理、即ち、分周部f₁〜ｆ_oの内容と記
憶部m₁〜ｍ_oの内容が一致した場合にのみ論理１
を出力する比較部４を歩度調整を実行するために
設ける。

さて、今極めて正確な１秒信号発生部２より、
第２図のS₂の如くt₁において１秒信号を発生さ
せ、ゲート回路３に入力すれば標準信号S₁は１秒
間だけゲート回路３を通過し、記憶部m₁〜ｍ_oは
標準信号S₁の周波数を記憶する。t₃以後、ゲー
ト回路３は標準信号S₁を遮断し、記憶部m₁〜ｍ_o
の記憶内容は標準信号S₁の周波数として固定さ
れる。この操作が完了した後、分周部f₁〜ｆ_oの
内容が記憶部m₁〜ｍ_oの内容と一致した時点t₄，
t₅，t₆等において比較回路４よりリセツト信号S₄
が発生し、分周部f₁〜ｆ_oをリセツトする。再び
分周部f₁〜ｆ_oは分周を開始し、以下同様な動作
を繰り返し、Sf_oの如き１秒信号を発生する。そ
の周期t₄−t₂，t₅−t₄，t₆−t₅等は当然外部より入
力した１秒信号S₂の周期t₃−t₁に一致する。

かくの如きに、ある周囲温度において、周波数
調整（歩度調整）された標準信号発生回路は、周
囲温度が変化した時、発振器の標準振動子の周波
数が変化するため、その標準信号も温度特性をも
つ。例えば、標準振動子としてATカツト水晶振
動子を使用した場合、標準信号の温度特性の一例
としては、第８図の破線の如き曲線となる。この
図の曲線からわかるように、周囲温度が０℃以下
になると、周波数は基準値よりかなり偏りはじめ
る。また、この特性は個々の振動子によつても異
なり、周波数温度特性を規定すると、切断角度精
度が極めて厳しくなるため、量産性がなくなる。

本考案はかかる欠点を除去し、極めて周波数温
度特性が良好で、かつ量産性のある標準信号発生
器の周波数自動温度補償装置を提供するものであ
る。

第３図は本考案になる周波数自動温度補償装置
を用いた標準信号発生器の具体例のブロツク図で
ある。

第４図は各部のタイミングチヤートである。尚
第４図中のS₁f_o，S₂f_oは添字ｎで表わされる第３
図中の電子回路部が出力する信号である。

標準信号発生部が出力する信号S₁を受けて、縦
続接続フリツプフロツプ群f₁〜ｆ_oは分周を実行
し、時刻表示５を駆動する。さらに該分周部f₁〜
ｆ_oに並行し、分周機能を有する記憶部m₁〜m₄，
m₅〜m₆を設ける。但し、m₁〜m₄はm₁₁〜m₁₄、
m₂₁〜m₂₄，m₃₁〜m₃₄，m₄₁〜m₄₄、m₅₁〜m₅₄のい
ずれか選択された１つとする。

さらに、Ｆ＝（f₁m₁）・（f₂m₂）……。（ｆ_o
ｍ_o）なる論理、すなわち分周部f₁〜ｆ_oの内容を
記憶部m₁〜ｍ_oの内容が一致した場合に論理１を
出力する比較部４、C₁〜Ｃ_oを設ける。

さて、今第５図ｂに示すように、ある温度範囲
T₁〜T₂，T₂〜T₃，T₃〜T₄，T₄〜T₅，T₅〜にお
いて、それぞれHighとなるような信号VT₁，
VT₂，VT₃，VT₄，VT₅を第３図に示されたよう
に、各々AND・GATE及びTG_1〜4と記された
各々のトランスミツシヨンゲートに入力する。

同時に、極めて正確な１秒信号発生部２より、
第４図S₂の如くt₁において１秒信号を発生させ、
周期的な１秒信号をゲート回路３に入力すれば、
標準信号S₁は１秒間だけゲート回路３を通過す
る。

このような状態で、２を除いた部分を恒温槽に
入れ、温度をT₁〜T₅まで変化させてやると、１
秒間だけゲート３を通過した発振部１の出力S₁
は、各温度でT₁，T₂，T₃，T₄，T₅で開いたゲー
ト２１，２２，２３，２４，２５を通過し、各温
度において、S₁の周波数はm₁₁〜m₁₄，m₂₁〜
m₂₄，m₃₁〜m₃₄，m₄₁〜m₄₄，m₅₁〜m₅₄にそれぞ
れ記憶される。

この操作が終了した後は、分周部f₁〜ｆ_oの内
容が、各温度範囲においてトランスミツシヨンゲ
ートTG_1〜4によつて選択された記憶内容m₁〜
m₄、及び温度変化と無関係な記憶内容m₅〜ｍ_oと
一致した時点で比較部４によつてリセツト信号が
発生し、分周部f₁〜ｆ_oをリセツトする。

再び分周部f₁〜ｆ_oは分周を開始し、以下同様
な動作をくり返し、ｆ_oは各温度において補正さ
れた正しい１秒信号を発生する。

この動作を、第４図により具体的に説明する。

まず感温素子により、第５図ａのような温度表
示電圧を作る。例えば第７図に示すようなサーミ
スタの抵抗温度特性により、均等な抵抗分割R₁
〜R₅により、これらを基準として、ONとなるよ
うな、第５図ａのような温度表示電圧を作る。

図中低温になるほど温度分割が細くなるのは、
振動子、例えばATカツト振動子の場合、第８図
破線のような特性となり、低温時で細かく補償し
なければならないからである。この意味から、サ
ーミスタは本考案のための感温素子として適当な
ものの１つである。

第５図ａのような温度表示電圧を第６図の回路
に入れ、第５図ｂのような温度領域表示電圧を作
る。これらをAND・GATE２１〜２５及びトラ
ンスミツシヨンゲートTG_1〜4に、第３図に示さ
れるように入力する。

さて、今１秒信号発生部２より、半周期が正確
に１秒なる信号を発生させ、ゲート回路３に入力
する。この１秒信号発生部２を除く本装置を恒温
槽に入れる。まず、温度がT₁〜T₂の範囲にある
時は、第５図ｂのVT₁の信号がゲート２１及びゲ
ート２６を開き、正確な１秒間だけゲート３を通
過した標準信号S₁は、記憶部m₁₁〜m₁₄及びm₅〜
m₆に、その周波数S₃を記憶される。m₁₁〜m₁₄，
m₅〜m₆はカウンタである。この動作を表わすタ
イミングチヤートが第４図ａである。

次に温度がT₂〜T₃の範囲においては、ゲート
２２が開き、標準信号発生部からの信号S₁の周波
数の末尾の桁４ビツトを記憶部m₂₁〜m₂₄が記憶
する。以下、同様に温度範囲がT₃〜T₄，T₄〜
T₅，T₅〜になると、その温度におけるS₁の周波
数がそれぞれ記憶部m₃₁〜m₃₄，m₄₁〜m₄₄，m₅₁〜
m₅₄に記憶される。

上記操作が完了した後、１秒信号発生部２をと
り除く。

この後、本考案になる装置は以下のように動作
する。即ち、例えば本装置が周囲温度T₁〜T₂の
範囲におかれた場合、トランスミツシヨンゲート
TG₁₁〜TG₁₄が開き、m₁〜m₄はm₁₁〜m₁₄とな
り、m₁〜ｍ_oで決定される周波数と、標準信号発
生部１からの信号S₁の周波数が一致した時、（第
４図ａ、t₁₂，t₁₃，t₁₄，t₁₅等）、比較部４C₁〜Ｃ_o
は分周部f₁〜ｆ_oにリセツト信号（第４図aS₁₄）を
出す。

以上の動作をくり返すことにより、S₁f_oのよう
な正確な１秒信号（第４図at₁₃−t₁₂，t₁₄−t₁₃，
t₁₅−t₁₄等）が得られる。

周囲温度がT₂〜T₃の範囲に置かれた場合には
第５図ｂの温度範囲電圧VT₂により、トランスミ
ツシヨンゲートTG₂₁〜TG₂₄が開き、m₁〜m₄の内
容は選択されてm₂₁〜m₂₄の内容となる。

従つて、このm₁〜m₄，m₅〜ｍ_oの内容と標準
信号S₁を受けて分周する分周部f₁〜ｆ_oの内容が
一致した時点（第４図ｂ）、t₂₂，t₂₃，t₂₄，t₂₅等）
において、比較回路４よりリセツト信号S₂₄が発
生し、分周部f₁〜ｆ_oをリセツトする。この動作
のくり返しにより、その温度範囲において正確な
１秒信号（第４図ｂ、t₂₃−t₂₂，t₂₄−t₂₃，t₂₅−
t₂₄）を発生する。

以下、周囲温度がどのように変化したとしても
上記と同様の動作により、各温度範囲において正
確な１秒信号を発生する。

以上、本考案になる装置を用いた動作により、
自動温度補償された周波数温度特性の具体例を、
第８図に実線で示す。破線の曲線は、温度補償さ
れる前の特性である。

尚、本考案の装置に使用する感温素子として、
適当な感温素子の具体例を第９図に示す。

ガラス容器９２に入れられた導電性液体９１に
よつて管内面にフオトエツチングによつて形成さ
れた金属膜電極群９３と、電極ＣとのON−OFF
が行われることにより、第１０図のような出力電
圧V₁，V₂……，V₅が得られる。これは第５図ａ
と同じ信号であり、本考案になる周波数自動温度
補償装置に使用できる。本感温素子は構造が簡単
なため、小型、廉価で量産性があるため、本考案
になる装置の温度制御信号発生用感温素子とて最
適である。

以上のように、本考案になる周波数自動温度補
償装置を用いることにより、標準信号発生器、例
えば水晶発振器等による周波数温度特性を極めて
良好に改善することができる。

本考案になる周波数自動温度補償装置は、標準
信号発生器、例えば水晶発振器そのものの温度特
性を記憶するため、該標準信号発生器の周波数温
度特性のばらつき（例えば、振動子の切断角度、
製作工程等による）は補償するに当つて問題とな
らない。

同様に感温素子の特性のばらつきも問題となら
ない。

本考案になる周波数自動温度補償装置は、上記
のような利点をもつため、量産性があり安価で高
精度な時間標準信号発生装置の実用化を可能にす
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の論理回路による周波数（歩度）
調整回路具体例のブロツク図。第２図は第１図の
回路の動作を説明するタイミングチヤート。第３
図は本考案による論理回路を用いた周波数自動温
度補償装置の具体例のブロツク図。第４図は第３
図の動作を説明するタイミングチヤート。第５図
は感温素子により作られた温度表示電圧。第６図
は第５図ａから第５図ｂを作る回路の具体例のブ
ロツク図。第７図は感温素子の一例としてサーミ
スタの抵抗温度特性図。第８図は本考案による周
波数自動温度補償装置を使用した場合の改善され
た標準発振周波数温度特性の具体例の図。第９図
は本考案になる装置に最適な感温素子の具体例の
図。第１０図は第９図の感温素子によつて得られ
る出力信号。１……標準信号発生部、２……１秒信号発生
部、３，２１，２２，２３，２４，２５，２６…
…AND・GATE、４……比較部、５……表示機
構、６……記憶部、７……記憶部出力、f₁〜ｆ_o
……分周部、C₁〜Ｃ_o……比較部、m₅〜ｍ_o……
第１の記憶部、m₁₁〜m₁₄，m₂₁〜m₂₄，m₃₁〜
m₃₄，m₄₁〜m₄₄，m₅₁〜m₅₄……第２の記憶部、
VT₁，VT₂，VT₃，VT₄，VT₅……温度表示電
圧、TG₁₁〜TG₁₄，TG₂₁〜TG₂₄，TG₃₁〜TG₃₄，
TG₄₁〜TG₄₄，TG₅₁，TG₅₄……m₁₁〜m₁₄，…m₅₁
〜m₅₄の各記憶部の各段に接続されたトランスミ
ツシヨンゲート。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

標準信号発生部と、前記標準信号発生部からの
出力信号を分周する分周部と、所定期間の前記標
準信号発生部からの出力信号を記憶する記憶手段
と、前記分周部の各内容と前記記憶手段の各記憶
内容が一致した時にリセツト信号を発生し、前記
分周部の各内容をリセツトする比較部とからなる
電子時計の周波数自動温度補償装置において、導
電性液体と電極からなり周囲温度により異なる複
数の出力信号を発生する感温部を具備すると共
に、前記記憶手段は所定期間の前記標準信号発生
部からの出力信号の上位桁ビツトを記憶する第１
の記憶部と、所定期間の前記標準信号発生部から
の出力信号の下位桁ビツトを記憶する第２の記憶
部とからなり、前記第２の記憶部は周囲温度に対
応して前記標準信号発生部からの異なる複数の出
力信号をそれぞれ記憶する複数の記憶回路と、前
記感温部からの周囲温度により異なる複数の出力
信号に応じて、前記第２の記憶部の複数の記憶回
路のうちの所定の記憶回路を選択し、前記比較部
に信号を入力するゲート回路からなることを特徴
とする電子時計の周波数自動温度補償装置。