JPS58166285A - 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】 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
性のノ（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韮列に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
なわなくて済むとい゛う長所をもつが、温度補償帯域が
せいぜい０〜４０　’Ｃ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問題を有して
いた。

つまり、通常の歩度測定器あゲートタイムは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。

また、別の方法としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ等によシ構成
された感温発振器による温度測定と、水晶発振器の容量
切換えＫ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
よシ断続可能に構成されたコンデンサーを水晶発振用と
してＩＣに内蔵した上、温度情報に基づいてこれを制御
し、平均歩度が断続の時ｉ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は切換容量を大きくしなければ
ならないが、そうすると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
につい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、上記問題を解決するものであり、水晶
発振器の発振条件を最適に保ちながら、促米νこなく広
い温度帯域について温度補償し、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）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、感温発振器と水
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える容量切換方式を用いた第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、一度に大きな補正を行なうことのできるパルス割込
み方式を用いた第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る。

以下、本発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実施例ブ
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
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
周すると同時に割り込みゲートを備えることにより、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からの信号を合成して計時
信号を作り、時刻を表示するための信号を出方する計時
回路、１０は前記水晶発振器１のスイッチと、前記分周
回路２の割シ込みゲートに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１０を構成する部分のうち、４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、９は内部に２乗手段と除算手段ふを
有し、前記温度測定回路４からの温度情報を２乗し、さ
らに指定された除数による除算を行ない、商と剰余を算
出する演算回路、７は前記演算回路９により算出された
剰余を記憶しておく第ルジスタ、８は商を記憶しておく
＠２レジスタ、５は前記第ルジスタ７の出ヵ情報を参照
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
８の出力情報を参照しながら、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シ、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１
゜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構成されている。

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４と演算回路９は間欠的に動作し、
温度測定回路４は内部にχ有する感温発振器の信号周期
を測定して数値化すると共に、この数値に指定された定
数を乗じあるいは加算して、その結果書られるデジタル
数値情報を出力する。

演算回路９は前記温度測定回路４からの数値情報を最上
位ビットで符号解釈した上で２乗し、この２乗結果をさ
らに定数で除し、商としての数値情報と剰余としての数
値情報を出力する。

第ルジスタ７は、前記剰余としての数値情報を記憶し、
第２レジスタ８は前記部としての数値情報を記憶する。

このとき、第ルジスタ７及び第２レジスタ８＃ｉ、演算
回路９の演算動作中も前回の演算結果を保持し、新しい
演算結果が出ると、最適なタイミングで瞬時に書き替え
られる。

時分割回路５祉、２秒サイクルで動作し、常に第ルジス
タ７からの情報を参照しており、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８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の割り込みゲー
トを反転させるように動作する。

この実施例では、１６ＫＨｚ信号を反転させるので、１
回の割り込み動作は、１５．２６ｐｐｍ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、Δｆｓｗ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。

Δｆ、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。このとき、頂点温度に於いて、△ｆ、は１５
ｐ１Ｍ１以上の進み、ΔｆＬは偏差ゼロとなっているこ
とを条件とするが、温度補償回路を調整したあとでトリ
マーコンデンサー等の調整でこの状態にしても良く、△
ｆｇｖは従来の方式よシ小さくて良い。

また、階段状特性となる△ｆ、の段差は、前記演算回路
９の除算に用いた除数の値と△ｆｅｗの大きさによって
決まシ、第２補正手段の補正ステップ１５．２６ｐｆｍ
Ｋはぼ等しくなるように調整される。この結果、Δｆ、
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が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Ｆ、
′ｆ：割込回路６がらの制御信号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Ｆ　、　ｔ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４
は、ＭＯＳ−ＦＥＴ等で構成された感温発振器６８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
、後述する記憶装置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３９とによ多構成されている。

本実施例では、前記定められた数は２８であり、Ｔは８
ビツトの温度情報である。

演算回路９は２乗手段と除算手段とを有しており、２乗
手段は、前記温度情報Ｔを、最上位ビットにより符号判
定した上で、残り７ピツトについて２乗し、この結果得
られ名１キ４ビットの数値に比例したパルス巾の信号Ｐ
９１を出力する２東回路９１より成り、除算手段は、前
記信号Ｐａｔをゲート信号とするためのＡＮＤゲート９
２と、このゲート９２を通過してくる分局信号を入力信
号として計数動作する第１カウンター９３と、この第１
カウンター９３の値と後述する記憶装置１４から送られ
て（る数値情報に、との一致を検出して一致信号を出力
する一致回路９５と、前記一致信号とコントロール信号
ＣＩとを入力信号とし、前記第１カウンター９Ｓのリセ
ット端子に出力信号を送るＯＲゲート９６と、前記コン
トロール信号Ｃ３をリセット端子の入力信号とすると共
に、前記一致回路９５の出力する一致信号を計数する第
２カウンター９４とにより構成されている。１４は、前
記温度測定回路４の動作を規制するだめの設定値に、及
びに、と、前記演算回路９の動作を規制するための設定
値に、とを記憶しておくだめの記憶装置であり、Ｋ１は
温度情報Ｔの温度に対する感度を指定する数値情報、Ｋ
２は温度情報Ｔのオフセット調整のための数値情報、Ｋ
３は演算・回路９の除算手段の除数を指定する数値情報
である。

第ルジスタ７は８ビツトのラッチ回路で、コ・ントロー
ル信号Ｃ２を同期信号として前記第１カウンター９３の
値を読み込むように構成されている。

第２レジスタ８は３ビツトのラッチ回路で、前記コント
ロール信号Ｃ２を同期信、号として前記第２カウンター
９４の値を読み込むように構成されている。

第ルジスタ７の情報に基づいて動作する時分割回路５は
、ネガティブトリガーセット型のＦＦ５１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５１２Ｈｚ〜０．５Ｆｌ
ｚの分周信号Ｆ９〜ＦＩｌｌを入力し、第ルジスタ７か
らの８ビ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２・・は前記ＦＦ５１のゞ′ト端子にも入
力され、この時分割回路５の出カバ少スＰ。

はＫ１６の立下り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０がら約−」
−一 ２秒まで　　　秒ステップで変化し得るようにな　２８ ってお〕、このパルスが前記水晶発振器１の切換スイッ
チ２４に印加されると、五」上ｌｐｐｍｐｐｍステラ　
６ プ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８からの３ピツトの情報と
分周回路２からの分周信号Ｆ１４、ＦＩ５と反転信号Ｆ
１４〜Ｆｌｌｌ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、Ｋ１４　、ＦＩｓ　、
Ｋ１６及び前記第２レジスタ８の最下位ビットを入力信
号とする４人力ＮＡＮＤ３１と、Ｋ１４、Ｆｔｓ及び前
記第２レジスタ８の２位ビットを入力信号とする３人力
ＮＡＮＤ３２と、Ｆｔ４と前記第２レジスタ８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ＮＡＮＤ６１〜３３の出力信号を入力とする３人力
ＮＡＮＤ３４と、前記Ｎ　Ａ＝　Ｎ　Ｄ　６４の出力信
号と分周信号Ｆ　＊ｓ’に入力信号とするＡＮＤゲート
６５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として分周回路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は２秒間
に反転する回数が前記第２レジスタ８の値に一致し、分
周回路２の割込みゲート２７に印加されることにより、
１６ＫＨｚ信号Ｆｔ　’ｆｒ反転させるので、１５．２
６Ｆステツプの補正を行なうことになる。

記憶装置１４は、Ｐ−ＲＯＭあるいはフユーズ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４の有する感温発振器３８の発振周期工は
、例えば０℃で５×ｌＯ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６９は、とのτを温度情報下に
変竺するためにτの測定を行ない数値化すると共にこの
数値にＫ。

を乗じ、Ｋ、を加算する。

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を用いており、動作
を式にすると次のようになる。

’ｒ＝に１　×ｒＸｆ、、＋に、−２５６Ｘｍ・・・・
・・・・・（１） ただし、ｆν、は分周信号Ｆ２の周波数であり、ｍは正
の整数で、Ｔを表わす８ビツ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。す々わ
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、２ｍ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は切シ捨で整数化されることは言うまで
もない。

温度情報Ｔは、演算回路９の２乗手段で再び時間に変換
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λ ｔ　＝（’ｒ−１２８）”　／ｆｖ’ｓ　　　　・・・
・旧・”）すなわち、ｔは１６ＫＨｚ信号Ｆ、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乗手段の回路構成
によっては次のようになることもある。

このことＫついては、本質的な問題でないので、本実施
例ではＱ）式の動作をするものとする。この時間ｔをゲ
ート時間として２Ｋｔｌｚ信号Ｆ４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）”　／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９乙に残る値をＮ１、第２カウンター９
４に残る値をＮ、とすると、Ｎ及び数値情報に、との関
係は次のようになる。

Ｎ＝に３ＸＮ、＋Ｎ、　　　　　　　　・・・・・・・
・・（５）すなわち、Ｎ、とＮ２は、Ｎをに３で除した
ときの、剰余と商を表わしている。このとき、第１の補
正手段による補正量Ｈ１は次のようになる。

そして、第２の補正手段による補正量Ｈ２は次のように
なる。

Ｈｖ　＝ｉ　５．２６　Ｘ　Ｎ　＊　　　（卿〕　　・
・・・・・・・・（７）ここで、Δｆ　ｓ　ｗ　Ｘ　Ｋ
　＠　”　１５．２６　Ｘ　２５６という条件が満足さ
れていると、両者を合わせた全補正量ＨはＮとの関係で
表わす仁とができる。

Ｎは（４）式に示したようＫＴの２次関数であるから、
数値情報に、及びに、にょってＴを適切な特性に合わせ
ることによシ、水晶発振器の２次特性を補正することが
できる。

さらに、Ｋｌの設率忙よって、ΔｆｌＷが１５．２６Ｐ
よシも大きい場合でも第１補正手段による補正の段差を
１．５．２６ｐｌＩｌに規制し、第２補正手段の補正ス
テップに一致させることができ、両補正手段の連係をな
めらかにすることができるのである。

なお、本実施例に於いて、演算回路９は２乗手段と除算
手段を有しているが、さらに加算手段を有するように構
成することによって、温度補償たけでなく、歩度調整も
同時に行なうよ−うにすることができる。

すなわち、前記３つの数値情報に１、Ｋ２、Ｋａによっ
て、される温度補償回路１０は、水晶発振器の遅い方の
周波数温度特性と一点で接′するようなフラットな直線
に温度特性を補正するだめのものであり、このフラット
な特性を平行移動して偏差零とするためには、やけりト
リマーコンデンサーを回転してやらねばならないのであ
る。この作業は、月差１０〜２０秒程度の通常の電子時
計ではあまり問題にならないが、それ以上の精度を得よ
うとすると急に太き＝ｅｔ４題となってくる。

この問題を解決しなければ、いくら温度特性をフラット
にしたところで高い精度を得ることができないのは言う
までもない。本発明の温度補償回路は、この歩度調整に
ついてもデジタル数値設定によって処理する手段を簡単
に導入できるので説明する。

第４図は、上記目的のため、演算回路９内の第１カウン
ター９３と第２カウンター９４を演算開始時にコントロ
ール信号Ｃ１によってリセットする代りに、別に指定さ
れた数値情報をプリセットするようにした演算回路９の
構成を示す回路ブロック図である。

第１カウンター９３は、ＯＲゲート９６の出力信号に同
期してデータを読み込むので、桁上げの度にプリセット
され、第２カウンター９４はコントロール信号Ｃ，に同
期して計数動作に先立ってプリセットされる。このプリ
セットされる数値情いることになシ、この数値の分だけ
第１補正手段及び第２補正手段の補正量は全温度で一律
に増えることになる。従ってこの値を適当に選ぶことに
より温度補償されてフラットになった特性を偏差零に合
せ込むことができるのである。

このプリセット動作に係る部分は、除算手段と重複する
ところがあるが、加算手段と考えることができる。また
、加算手段としては前述したプリセット方式でなく、第
１カウンター９３及び第２カウンターの計数動作終了後
に加算器を用いて数値情報を加算する方法も考えられる
し、演算回路９に加算手段を設けるのでは々く、時分割
回路５あるいは割込回路６に加算手段を装備することも
できる。

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．
２６１１１１ｍステップに限らず、３２ＫＨｚ信号を反
転させて補正するように構成すれば、７．６３ｐ１１１
ステｙｊになるし、８Ｋｈ檜号を反転させれば、３０．
５２Ｆステツプとなり、第１補正手段の補正もこれに合
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カウンターのピット数は３ビツトに限らず、
特に７．６３−ステップのときは増設すべきである。

このように、本発明の電子時計は、温度にほぼ比例した
温度情報を出力する温度測定回路と、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、２乗手段と除算手段あるいはさ
らに加算手段とを有することにより前記温度測定回路か
らの温度情報を２乗し、この２乗結果を指定された除数
で除して商と剰余を算出し、あるいは前記商と剰余にさ
らに指定された定数を加算する演算回路と、前記剰余あ
るいはこの剰余に定数を加算した値を記憶する第ルジス
タと１．前記商あるいはこの商に別の定数を加算した値
を記憶する第２レジスタとを備え、前記第ルジスタの値
によって前記第１の補正手段の制御を行ない、前記第２
レジスタの値によって前記第２の補正手段の制御を行な
うことＫより、従来に無く広い温度領域の温度補償を実
現し、あるいは歩度調整をも同時に行なうものであり、
人間が生活し得るどのような環境に保管されても高い精
度を保つことができ、しかも周波数伸１）動作のサイク
ルタイムが短かいため歩度測定゛が迅速に行なえ、さら
に高精度品にあり勝ちな歩度調整工程の増大を避け、む
しろ減少した優れた温度補償方式を提供するものであり
、今後の電子時計の発展に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す実施例ブロック図、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
図は別の実施例を示す要部回路ブロック図である。 ４・・・・・・温度補償回路、 ５・・・・・・時分割回路、 ６・・・・・・割り込み回路、 ７・・・・・・第２レジスタ、 ８・・・・・・第２レジスタ、 ９・・・・・・演算回路。 第２崗 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）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１６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ｔＷ　［測定回路からの数値情報を２乗する
   だめの２乗手段及びその２乗結果をさらに指定された除
   数で除して商と剰余を算出するための除算手段を有する
   演算回路と、前記剰余をラッチする第ルジスタと、前記
   商をラッチする第２レジスタとを設け、前記第ルジスタ
   からの情報により前記第１の補正手段を制御し、前記第
   ２レジスタからの情報により前記第２の補正手段を制御
   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。 Ｑ）演算回路は、除算で得られた商と剰余にさらに別に
   指定された定数を加算するための加算手段を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度補償付電
   子時計。