JPS6236551B2

JPS6236551B2 -

Info

Publication number: JPS6236551B2
Application number: JP55088933A
Authority: JP
Inventors: Takuaki Oguchi; Michiaki Takagi; Tatsuji Asakawa; Toshuki Misawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1987-08-07
Also published as: JPS5714786A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は半導体基板に設けた温度検出器により
高精度の時間標準源である発振器の温度補償を実
現することができる温度検出器付電子時計に関す
る。従来、電子時計、特に腕時計においては発振器
として32.768Hzの共振周波数をもつ屈曲モードの
音叉型水晶振動子による発振回路が広く用いられ
ている。この音叉型水晶振動子は小型化が可能で
時計用に適する反面、温度特性が良好でない、経
時変化が大きいなどの欠点を有する。この点を改
善する方法として、従来、水晶振動子と類似した
温度特性をもつチタバリコンデンサを用いること
や、温度特性補正用の水晶振動子を用いることが
行なわれている。しかし、これらの方法による
と、調整に手数がかかりすぎること、水晶やチタ
バリコンデンサに厳しい仕様が要求されること、
水晶やチタバリコンデンサをICの外から外付け
しなくてはならないこと等により生産性が悪く、
コスト高であつた。また、部品数が多く、部品の
大きさも大きいため、時計の小型化を妨げ、デザ
インを悪くする要因ともなつていた。本発明の目的は、この様な欠点を除去すべく、
温度検出素子の特性のバラツキを容易に補正する
ことのできる温度検出器付電子時計を実現するこ
とにある。第１図は本発明による電子時計の基本的な回路
構成のブロツク図の一例である。同図で１，２，
３，４はそれぞれ発振器、分周器、４の駆動装
置、表示装置を表わし、５，６，７，８は、それ
ぞれ、CPU、温度検出及び変換器、記憶装置
Ａ、演算装置、記憶装置Ｂを表わす。また、１
０，１１，１２，１３はコントロール・バスを、
１４，１５，１６，１７，１８はデータ・バスを
示している。第１図の５，６，７，８，９の働き
は次のようなものである。周囲の温度は、６で検
出されデイジタル信号に変換される。７は初期の
段階で外部から内容を書き込むことが可能な記憶
装置でありプログラマブル・ROM（以下PROM
と略記する）よりなる。これにより、例えば、水
晶振動子の温度特性を表わす放物線の頂点に相当
する温度において分周器２への温度補正がゼロに
なるように初期設定が行なわれる。９は水晶振動
子の温度特性に関する情報を記憶している。９
は、要求されている精度に応じて、マスクROM
を用いるか、PROMを用いるかが決められる。８
では、６および９からの情報を用いて補正の度合
い（例えば、印加すべき補正パズルの数）が計算
される。５は６，７，８，９の間で行なわれる情
報のやりとりをコントロールすると同時に８から
送られてくる情報に従つて分周器２の分周比を調
整する。本発明は主として第１図の６及び７の部分に関
するもので、以下第２図を用いて詳しく説明す
る。第２図の点線Ａで囲んだ部分は温度検出部を
構成し、点線Ｂで囲んだ部分は初期調整部を構成
し、それぞれ第１図６，７に相当する。同図で１
８はバイナリカウンタ、１９はデコーダ、２０は
バイナリイカウンタ、２１は第３図に示す構造の
PROM群、２２〜２４は第４図に示す構造の差動
増幅器、２５〜３０はMOSトランジスタ、３１
〜３４及びＲ１〜Ｒ７は抵抗、３５〜３７は
NAND回路、Ｔ１〜Ｔ８は第５図に示す構造のト
ランスミツシヨン・ゲート、Ｃ１〜Ｃ７は第６図
に示す構造のセルである。更に、同図で３１，３
２，Ｒ１〜Ｒ７はそれぞれ温度係数が等しく、３
３と３４とは相互に温度係数が異なつていなくて
はならない。ここで、温度センサーとなる抵抗３４の抵抗値
の製造バラツキを調整する手段を説明する前に、
簡単に第２図の温度検出動作を説明する。第２図において、Ｓ１０がローとなるとトラン
ジスタ２５はオンし、抵抗３１と３２の接続点に
基準電圧VSTが発生する。この電圧VSTは差動
増幅器２３の一方の端子に入力される。差動増幅
器２３は、抵抗３３に流れる電流による電圧降下
がVSTと等しくなるようにトランジスタ２７の
ゲート電圧を調整する。この電圧はＳ２３として
Ｃ１〜Ｃ７及びトランジスタ２８のゲートに入力
される。トランジスタ２７と２８は同サイズのト
ランジスタであり、トランジスタ２７と２８のゲ
ート電圧が等しいので同じ量の電極が流れる。こ
こで抵抗３３と３４が等しい抵抗値を有すれば点
４０の電圧はVSTとなるが温度係数が異なるの
で、点４０の電圧は温度によつてVSTからずれ
た値となり、温度を表わす電圧となる。点４０の
電圧は差動増幅器２４に入力され、点４１の電圧
と比較される。温度検出時３４，３３の温度係数をそれぞれα
（１／℃）、β（１／℃）とすると、周囲温度ｔ℃
のときの接点４０の電圧Ｖ４０は、 V40＝Ｋ・１＋αｔ／１＋βｔとなる。ただし、Ｋは温度に依存しない定数。一方、接点４１の電位をＶ４１とすると、Ｖ４
１はトランスミツシヨン・ゲートＴ１〜Ｔ３、Ｔ
５〜Ｔ８のうちどの１つがONしているかで定ま
り、Ｔ１〜Ｔ３、Ｔ５〜Ｔ８のスイツチングはカ
ウンタ１８の掃引により順次行なわれる。カウン
タ掃引の過程において、差動増幅器２４の出力信
号がハイからローに反転した時Ｖ４０とＶ４１が
等しくカウンタ１８の値がその時の温度を表わす
信号となり、第１図の演算装置８に入力される。
この信号を一時保持して取り出すために、第２図
に示す３５，３６により構成されるＲ―Ｓフリツ
プ・フロツプおよびNAND回路３７を付加する。
第２図に示す信号CL，，Ｓ２はそれぞれ第７
図に示すもので、クロツク信号、温度検出を行う
周期を定める信号、Ｒ―Ｓフリツプ・フロツプの
セツト信号を表わす。このとき、差動増幅器２４
の出力信号はＲ―Ｓフリツプ・フロツプのリセツ
ト信号として働く。第８図において、CLは第２図のCLと同一のク
ロツク信号を、CL１，CL２はそれぞれカウンタ
１８の１段目、２段目のカウンタからの出力信号
を表わす。いま、Ｔの時点で差動増幅器２４の出
力信号がハイからローに反転したとすると、S2
信号によつてセツトされるまでの間カウンタ１８
の内容は第８図ａ，ｂのように保持される。この
ようにして得られた温度信号は第１図の８へ送ら
れる。なお、第２図で、デコーダ１９は、カウン
タ１８が示している値を、対応するトランスミツ
シヨン・ゲートをONさせる信号に変換するため
のものである。例として、16進カウンタのデコー
ダの一部を第９図に、デコーダ１８のデータの一
例を表１に示す。第２図において、仮に、カウン
タの値とONするべきトランスミツシヨン・ゲー
トが表１のように対応しているとすると、第９図
はトランスミツシヨン・ゲートＴ６をONさせる
ためのデコーダである。

【表】ただし、第９図において、４９，５０，５１，
５２はそれぞれ１段目、２段目、３段目、４段目
のバイナリイカウンタであり、５３はNAND回路
である。第２図差動増幅器２２は抵抗Ｒ３とＲ４との接
続点の電圧が基準電圧VSTと等しくなるように
トランジスタ２６を制御している。次に、温度センサー３４のバラツキを調整する
ための構成を説明する。Ｃ１〜Ｃ７は調整用セルで、選択信号Ｓ６によ
つて選択されたセルのみがトランジスタ２８に並
列に接続される。このセルは第６図の構成を有し
調整用MOSトランジスタ３８のコンダクタンス
係数（以下βと略記する。β≡μ・Ｗ／Ｌ・COX ただし μ：動度、Ｗ：チヤネル幅Ｌ：チヤネ
ル長、COX：ゲート部分の単位面積当りの容
量）はセルごとに異なり、その比はＣ１，Ｃ２，
Ｃ３……Ｃ７で、例えば１：２：４：……2⁶のよ
うに等比数列をなすように定められる。ここでは
調整用セルＣが７個の場合で説明したが、必要に
応じて何個でも良く、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３……CM
（Ｍは自然数）の場合は１：２：４……２^M-1のよ
うに設定する。βの値はチヤネル幅に比例しチヤ
ネル長に反比例するので、上述の比はMOSトラ
ンジスタのサイズによつて定めることができる。各調整用セルの調整用MOSトランジスタ３８
はトランジスタ２８と並列に接続され、切換回路
Ｇ１〜７から供給される選択信号Ｓ６によつて制
御されるトランスミツシヨン・ゲート３９がオフ
の場合にはトランジスタ３８はオフとなり、存在
しない場合と同じであるが、トランスミツシヨ
ン・ゲート３９がオンの場合には差動増幅器２３
の出力信号Ｓ２３がゲートに入力されトランジス
タ３８には電流が流れ、抵抗３４に電流を供給
し、点４０の電位を変化させる。従つて、選択信
号Ｓ６によりＣ１〜Ｃ７を選択することにより点
４０の電位を調整でき、抵抗３４のバラツキを調
整できる。Ｃ１〜Ｃ７の調整用セルを選択して温度センサ
ーである抵抗３４の抵抗値の製造バラツキを調整
する時は、まず水晶振動子の温度特性を表わす放
物線の頂点付近に相当する、ある周囲温度のとき
に、第５図に示される構成のトランスミツシヨ
ン・ゲートＴ１〜Ｔ８のうちＳ１の信号により中
央部に位置するＴ４をONにする。調整時にはパ
ツド４２に調整中であることを表わすハイ信号を
加え切換信号Ｓ３信号をハイにする。通常時にお
いては、パツド４２に信号に入らずMOSトラン
ジスタ２９によりマイナス側に引つぱられＳ３は
ローである。切換回路Ｇ１〜Ｇ７は、切換信号Ｓ
３に応じてバイナリイカウンタ２０の各段の出力
Ｓ５か、メモリセルＭ１〜７の出力Ｓ８かを選択
する。調整時には切換信号Ｓ３がハイであるので
バイナリイカウンタの出力Ｓ５を選択し、選択信
号Ｓ６として調整用セルＣ１〜Ｃ６に供給する。
この状態でバイナリカウンタ２０をリセツトし、
パツド４３に適当なCL信号を入れ掃引すると、
Ｓ６が順次ローとなりセルＣ１〜Ｃ７を構成する
第６図の回路のトランスミツシヨンゲート３９が
オンし、コンダクタンス係数の異なるMOSトラ
ンジスタ３８が選択され、点４０の電位が変化し
ていく。差動増幅器２４の出力がハイからローに
変わつた所でバイナリイカウンタ２０をストツプ
する。この停止状態が最適値であり、この時のカ
ウンタ２０のデータをメモリセルＭ１〜９の
PROM（ヒユーズ）に書き込み固定する。このメ
モリセルＭ１〜９の書き込みにより調整は終了
し、選択信号Ｓ３はローとなり切換回路Ｇ１〜７
はメモリセルＭ１〜９を選択し、メモリセルＭ１
〜９の出力Ｓ８を以後Ｓ６として出力することに
なる。第３図の切換回路ＧとメモリセルＭの具体的な
回路構成を第３図に示す。第３図の回路は、第２
図の破線２１の部分に対応している。第３図にお
いて切換回路Ｇは、切換信号Ｓ３に応じて、メモ
リセルＭからのＳ８かバイナリイカウンタからの
Ｓ５かを選択し、選択信号Ｓ６として出力する。
メモリセルＭはヒユーズ４４を有し、調整終了時
のバイナリイカウンタ２０の各分周段の出力に対
応するように、切断して設定する。切断はパツド
４５とプラス電源間に電圧を印加して切断する。
温度検出をしない時、第３図Ｓ７は通常ローであ
り、MOSトランジスタ４６がONして信号Ｓ８を
ハイに固定している。温度検出時にはがローで
Ｓ７がハイとなり、MOSトランジスタ４７がON
する。この時、ヒユーズ４４が導通していればＳ
８はMOSトランジスタ４７のON抵抗が抵抗４８
に比べ大きい為、ハイになる。ヒユーズ４が切断
されている場合はローになる。通常、切換回路Ｇ
は初期設定が完了し通常状態となつているため
３がハイでありＳ８をＳ６として出力し、Ｃ１〜
７に入力する。このＳ６の信号により第６図のト
ランスミツシヨン・ゲート３９のON・OFFがな
される。以上の設定動作により小晶振動子の頂点温度に
おいて抵抗Ｒ３とＲ４との接続点の電位と点４０
の電位が等しくなり、以後温度が変化した時の点
４０の電位に点４１の電位が等しくなるバイナリ
イカウンタ１８の値を読めば温度検出が行なわれ
たことになる。ここでの説明ではＲ１〜Ｒ７の７個の抵抗とＴ
１〜Ｔ８の８個のトランスミツシヨン・ゲートの
例で説明したが、この抵抗、トランスミツシヨ
ン・ゲートを増せば、より細かな温度検出が可能
となる。例えば、Ｒ１〜RN―１（Ｎは自然数）
の抵抗とＴ１〜TNのトランスミツシヨン・ゲー
トを用いた場合は、抵抗３４の初期調整を行う時
はＮ個のトランスミツシヨン・ゲートのうちＮが
偶数ならばトランスミツシヨン・ゲートＴＮ／２、Ｎが奇数ならばトランスミツシヨン・ゲートＴ
Ｎ＋１／２、またはＴＮ−１／２をONにして調整を行な
うことにより頂点温度に対応するトランスミツシヨ
ン・ゲートが抵抗RNの中央付近に対応するゲー
トとなり、調整の標準化及び調整範囲が最大とな
る。第１０図は本発明による温度検出器付時計の他
の実施例の部分的な回路図である。５４は時間標
準源である発振器であり、32768Hzの水晶発振回
路である。５５は15段のバイナリイカウンタ、及
びインターフエイス回路７０よりなる分周器であ
り、ここでは１Hzまで分周する例を示している。
５６は表示装置５７の駆動装置であり、表示装置
５７がアナログ（針式）であればモータ及びモー
タ駆動回路であり、１秒運針、10秒運針等の運針
周期も決めている。また、表示装置５７が液晶等
のデジタル方式であれば、時、分、秒の分周及び
デコーダ、液晶駆動回路を有している。本実施例
の特徴は分周器のカウンタとセンサー抵抗の初期
調整を行うカウンタを共用したことにあり、この
部分についてのみ説明する。他は第１図及び第２
図と同様であるので説明を省く。Ｃ１〜Ｃ７のセルで温度センサーである抵抗３
４の初期調整を行う時は、第２図で説明したと同
様に周囲温度を設定し、Ｔ４をONにする。リセ
ツト端子であるパツド５８はパルス状のハイ信号
を加え、バイナリイカウンタ５９〜６５をリセツ
トする。したがつて、パツド５８は電子時計のリ
セツト端子と共用できる。パツド４２にハイ信号
を加え、Ｓ３信号をハイにする。次にパツド６６
にハイ信号を加ええ、第１１図にその構成を示す
トランスミツシヨン・ゲート６８をONし、第１
２図に、その構成例の一実施例を示すインターフ
エイス回路７０のトランスミツシヨン・ゲート７
１（第１１図と同じ構成による）をOFFし、カ
ウンタ５９〜６５と前段のカウンタ群とを電気的
に切り離す。パツド６９に適当なCL信号を入
れ、掃引し、差動増幅器２４の出力がハイからロ
ーに変わる所で外部に持つバイナリイカウンタを
ストツプする。この外部カウンタのデータにより
PROM群２１の対応するヒユーズを切断すること
により設定を完了する。設定後はパツド６６を浮
かせておくことにより、MOSトランジスタ６７
により信号Ｓ９はローに引つ張られトランスミツ
シヨン・ゲート６８はOFFし、インターフエイ
ス回路７０のトランスミツシヨン・ゲート７１は
ONし、通常の時計状態になる。この状態ではカ
ウンタ５９〜６５は通常の分周器として動作す
る。ここではカウンタ間の接続にインターフエイス
回路７０を用いたが、トランスミツシヨン・ゲー
ト６８及び、インバータ７２のインピーダンスが
充分に低い場合は、インターフエイス回路なしで
カウンタ同志を直結しても良い。このようにカウンタを時計回路と温度検出器で
共用することにより、回路素子の増加をより少な
く押さえ、ICチツプサイズを小さくすることが
でき、コストを下げることができる。また、IC
チツプサイズが小さくなることにより歩留りも向
上し、さらにコストダウンが可能になる。以上説明した様に、本発明のIC内の半導体素
子そのものを温度検出素子とし、温度センサーで
ある抵抗の初期調整を行なう調整用トランジスタ
と、カウンタとを設けたことによりプログラマブ
ルリードオンリーメモリーによる初期調整を容易
にし、時計の小型化、低コスト化が温度補償を可
能にしながら実現できる。また、このカウンター
と時計用分周器とを共用することにより更に構造
が簡略化される。更に、記憶装置、演算装置が
CMOSで構成されるうえに、センサーとなる抵抗
には、温度検出時だけカウンタの掃引により短期
間パルス電流が流れるにすぎないため、低い消費
電流で温度補正を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による温度補償機能を備えた
電子時計のブロツク図である。第２図は、本発明
に用いる温度検出部の一実施例を示す回路図であ
る。第３図は、第２図に用いられているPROMの
構成例を示す回路図である。第４図は、第２図に
用いられている差動増幅器の構成例を示す回路図
である。第５図は、第２図中のＴ１〜Ｔ８のトラ
ンスミツシヨン・ゲートの構成例を示す回路図で
ある。第６図は、第２図中のＣ１〜Ｃ７のセルの
構成例を示す回路図である。第７図は、第２図中
の信号CL，，Ｓ２の波形を示す図である。第
８図は、第２図において差動増幅器２４の出力信
号によりカウンタ１８の値が保持される様子を表
わした図である。第９図は、第２図のデコーダ１
８の一例を示す回路図である。第１０図は、本発
明による温度補償機能を備えた電子時計の部分的
な回路図である。第１１図は、第１０図のトラン
スミツシヨン・ゲート６８等の構成例を示す回路
図である。第１２図は、第１０図のインターフエ
イス回路７０の一実施例を示す回路図である。１，５４……発振器、２，５５……分周器、
３，５６……駆動装置、４，５７……表示装置、
５９〜６５……バイナリイカウンタ、２１……
PROM群、２２，２３，２４……差動増幅器、６
７……MOSトランジスタ、３１〜３４，Ｒ１〜
Ｒ７，４８……抵抗、３５，３６，３７，５３…
…NAND回路、Ｔ１〜Ｔ８，３９，６８，７１…
…トランスミツシヨン・ゲート、Ｃ１〜Ｃ７……
セル、４０，４１……接点、６６，６９……バツ
ト、７０……インターフエイス回路、７２……イ
ンバータ。

Claims

【特許請求の範囲】１発振器１、分周器２、表示装置４、この表示
装置４の駆動装置３及び前記発振器の温度補償を
行なう温度検出器を有する電子時計において、前記温度検出器は温度検出部Ａと初期調整部Ｂ
よりなり、前記温度検出部Ａは、相互に温度係数の異なる
第１及び第２の抵抗３３，３４と、前記第１の抵
抗３３に直列接続された第１のMOSトランジス
タ２７と、前記第２の抵抗３４に直列接続される
と共にゲート電極が前記第１のMOSトランジス
タ２７のゲート電極と共通接続された第２の
MOSトランジスタ２８と、この第２のMOSトラ
ンジスタ２８と前記第２の抵抗３４の接続点に一
方の入力端子が接続された差動増幅器２４と、電
源電圧を多数に分割する複数の分割抵抗Ｒ１〜７
と、この分割抵抗の複数の分割点と前記差動増幅
器２４の他方の入力端子との間に接続された複数
の第１のゲート回路Ｔ１〜８と、第１のクロツク
信号を計数し、計数値に対応した前記複数の第１
のゲート回路の１つに導通させる信号を供給する
と共に計数値が温度情報出力となる第１のカウン
タ１８と、及び前記第１のカウンタ１８と前記第
１のクロツク信号の信号源との間に接続され、前
記差動増幅器２４の出力の有無を表わす信号を受
けて前記第１のカウンタ１８への前記第１のクロ
ツク信号の供給を停止する第２のゲート回路３７
とで構成され、前記初期調整部Ｂは、第２のクロツク信号を入
力する初期調整用の第２のカウンタ２０と、前記
第２のMOSトランジスタ２８と前記第２の抵抗
との接続点に並列に接続された複数の調整用トラ
ンジスタ３８と、前記第２のカウンタ２０の計数
値に応じて選択的に前記複数の調整用トランジス
タのゲート電極を前記第１のMOSトランジスタ
２７のゲート電極に接続する複数の第３のゲート
回路３９と、前記第２のカウンタ２０の各段の値
をそれぞれ記憶する複数のプログラマブル・リー
ドオンリーメモリＭと、初期調整時か否かの操作
による切換信号S₃が入力され、該切換信号S₃の初
期調整時であることの信号に応答して前記第２の
カウンタ２０からの各段の出力を選択し、初期調
整時でないことの切換信号S₃に応答して前記複数
のプログラマブル・リードオンリーメモリＭから
の出力を選択し、この選択された出力を選択信号
S₆として前記複数の第３のゲート回路３９に供給
する切換回路Ｇとよりなることを特徴とする温度
検出器付電子時計。