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JPS6367159B2 - - Google Patents
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JPS6367159B2 - - Google Patents

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JPS6367159B2
JPS6367159B2 JP57167941A JP16794182A JPS6367159B2 JP S6367159 B2 JPS6367159 B2 JP S6367159B2 JP 57167941 A JP57167941 A JP 57167941A JP 16794182 A JP16794182 A JP 16794182A JP S6367159 B2 JPS6367159 B2 JP S6367159B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に温度補償を行う低電力の電子時
計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a low power electronic timepiece with particular temperature compensation.

従来、電子時計の大きさを定めるものとして、
水晶振動子、パルスモータ、電子表示素子、電池
のうちのいずれかが限界となり、技術の発展と共
に交互に限界の地位を譲りながら体積の縮小化の
道をたどつてきた。
Conventionally, the size of electronic watches was determined by
One of the crystal oscillators, pulse motors, electronic display elements, and batteries has reached its limit, and as technology has developed, it has alternately given up its position as the limit, and has followed the path of shrinking its volume.

時計の動作寿命を定めるものとして、分周電
力、パルスモータ電力、水晶発振器電力があり、
これらに組合わされる電池の漏れ電流損失があ
り、これらと使用電池の電流容量との関係で電子
時計の動作寿命が定められた。電池時計の商品性
において、性能は当然として上記の外形寸法及び
動作寿命は大きな割合を占めるものであり、最近
になつてようやく自動巻の機械式時計の域に達し
て来た。更に最近の技術によればモータの特性向
上及び輪列機構の設計の合理化により、時計を駆
動するに必要な電力は数年前の10μWから1μW以
下にまで低下しようとしている。又、電子表示の
時計の時刻表示に要する電力に就いても、液晶表
示を例に取れば0.5μW以下になつた。ここで時刻
表示に要する電力だけを考えるとすれば、電池容
量は1/10で良い事になり、或いは動作寿命を10年
とする時計をも設計可能となつた。現状において
は、時刻表示以外の電池時計の電力消費が3μW
〜1.5μW存在し、これはその2/3を発振回路、1/3
を分周その他の発振以外の時計回路システムが消
費するようになつている。従つて、現在時計の薄
型化、長寿命化に対する難点の2/3は電気回路で
あると言える。
There are frequency division power, pulse motor power, and crystal oscillator power that determine the operating life of a watch.
There is a leakage current loss of the battery used in combination with these, and the operating life of the electronic watch is determined by the relationship between these and the current capacity of the battery used. In the marketability of battery-powered watches, not only performance, but also the above-mentioned external dimensions and operating life account for a large proportion, and only recently have they reached the level of self-winding mechanical watches. Furthermore, according to recent technology, the power required to drive a watch is about to drop from 10 μW a few years ago to less than 1 μW due to improved motor characteristics and rationalized design of the wheel train mechanism. In addition, the power required to display the time on an electronic clock has become less than 0.5 μW, using a liquid crystal display as an example. If we consider only the power required to display the time, the battery capacity can be reduced to 1/10, or it has become possible to design a clock with an operating life of 10 years. Currently, the power consumption of battery-powered watches other than the time display is 3μW.
~1.5μW exists, which is 2/3 of the oscillation circuit and 1/3
Frequency division and other non-oscillating clock circuit systems are becoming increasingly consumed. Therefore, it can be said that two-thirds of the current difficulties in making watches thinner and extending their life span are the electric circuits.

本発明は、上記の問題点である電気回路の消費
電力を低減化し、更に性能の向上をも期待できる
システムの構成に関するものである。本発明の要
点は、電源電圧に対しコンデンサを直列に接続し
てエネルギーを蓄え、次にこれを並列接続してコ
ンデンサの両端の電位差を平均化し、これらのス
イツチング動作により高い効率の低電圧源を作成
し、この低電圧を用いて水晶の発振及び時計用の
情報処理を行う事により従来の電子回路で行つて
来た情報の処理をもとの電圧の2乗分の1にし、
一挙に1/4〜1/25とし、総消費電力で従来の電子
時計の1/10を達成し、薄型でかつ長動作寿命の電
子時計を提供するものである。更に本構成によれ
ば電子部品を低いインピーダンスで使用できるよ
うになり、水晶発振器の精度、安定度、精度の維
持の容易さにおいて効果が大きい。又、本構成は
電子回路による機能の増大を特徴とする多機能時
計、例えば多重アラーム時計や計算器付き時計、
或は純然たるポケツタブル機器例えば手帳型計算
器に用いて効果が大であり、又、場合に応じて高
電圧や低電圧を使いわけるシステム、例えば、常
時は低電圧源で計時を行い、表示素子のコントラ
ストを高めたり、置数表示や演算結果の表示時に
は低速動作とし、演算命令時のみ演算の速度を上
げたい場合に演算部電源を切りかえて高電圧部を
用い計算器の動作周波数上限を向上させ、クロツ
クパルスの周波数を高くして演算スピードを向上
させる場合などに用いて低消費電力化と高性能化
を両立させる事ができ、効果の大きなものであ
る。
The present invention relates to a system configuration that can reduce the power consumption of an electric circuit, which is the problem mentioned above, and can also be expected to improve performance. The key point of the invention is to connect a capacitor in series with the power supply voltage to store energy, then connect them in parallel to average the potential difference across the capacitor, and use these switching operations to create a highly efficient low voltage source. By using this low voltage to perform crystal oscillation and information processing for clocks, the information processing performed by conventional electronic circuits is reduced to 1/2 of the original voltage.
The total power consumption is 1/4 to 1/25, and the total power consumption is 1/10 that of conventional electronic watches, providing a thinner electronic watch with a long operating life. Furthermore, according to this configuration, electronic components can be used with low impedance, which is highly effective in terms of accuracy, stability, and ease of maintaining accuracy of the crystal oscillator. In addition, this configuration can be used for multi-functional watches that feature increased functionality through electronic circuits, such as multiple alarm watches, clocks with calculators, etc.
Alternatively, it is highly effective when used in pure pocketable devices such as notebook-type calculators, or systems that use high voltage or low voltage depending on the situation, such as systems that always measure time with a low voltage source and display elements. If you want to increase the contrast of the calculator, operate at a low speed when displaying numeric values or displaying calculation results, and increase the speed of calculations only during calculation commands, switch the calculation unit power supply and use a high voltage unit to increase the upper limit of the operating frequency of the calculator. This is highly effective, as it can be used to increase the frequency of clock pulses to improve calculation speed, thereby achieving both lower power consumption and higher performance.

次に、図面に基づき本発明の1実施例を説明す
る。第1図において、黒の太線はエネルギー流の
経路を示し、細線は信号の経路を示すこととす
る。第1図において、111は本発明における電
圧変換回路の為の極低電力の副発振器で、例えば
低相互コンダクタンスのC/MOSインバータを
3段〜5段リング接続して作られる集積回路化さ
れたリング発振器である。112はスイツチング
回路網で、副発振器111から得られる信号に同
期してスイツチングされる。113は時計の時間
基準信号源で、例えば水晶発振回路で実現化され
る。114は計時単位信号合成機構で時間基準信
号源113の出力、例えば32768Hzから時計の刻
みの単位となる信号、例えば家庭用のクロツクに
は秒まで正確であればよいからHzを合成し、ま
たクロノグラフ用には1/100単位まで測れるよう
に100Hzを合成する。115は計時機構であつて
初期値の設定の可能な計数器で構成され前記計時
単位信号合成機構114の信号を計数する事によ
り初期値時刻をスタート点として時刻を保持す
る。116はレベル変換器で水晶発振器113、
計数信号合成機構114、計時機構115までが
VSS′例えば0.3Vで動作し、表示装置117以降
のシステムがVSS1例えば1.55Voltで動作するが如
く動作電圧レベルが異る場合に信号の伝達すべき
情報は変えずに電圧レベルのみを変換する。レベ
ル変換器116は計数信号合成機構114と計時
機構115の間に挿入し計時機構115はVSS
で動作せしめる方式例えば計数信号合成機構11
4を分割して前段をVSS′で動作させ後段をVSS
で動作させ前段と後段の間にレベル変換器116
をそう入する方式も考えられる。そう入の位置に
よりレベル変換すべき信号路の数が異なり又取扱
う周波数が異なる。一般には計時機構よりも周波
数の高い側にレベル変換器116を設置する方が
レベル変換器の数が少なくて良いが消費電力が増
える、又周波数の低い側に設置する方がレベル変
換器の数が増えチツプサイド的に負担が大きいが
消費電力が低くなる。表示装置117は計時機構
115で保持される時刻情報あるいはその他の指
示情報を表示するブロツクでデコーダ及表示駆動
回路及表示素子を含む。118は電気的エネルギ
ー源で例えば過酸化銀電池あるいは太陽電池と二
次電池を組合せたシステムが用いられる。スイツ
チング素子を制御するスイツチングパルスは、水
晶時計の場合分周段の途中から簡単に取り出せる
が、これと独立に極低電力のリング発振器を用い
る方法があり、高Q値の水晶振動子を用いた低電
力水晶発振器の遅い起動性に比較して、速い発振
立上り特性を備えたリング発振器を副発振器とし
て用意し、これにより温度検出や電圧変換のスイ
ツチングを行う事ができる。
Next, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings. In FIG. 1, thick black lines indicate energy flow paths, and thin black lines indicate signal paths. In FIG. 1, 111 is an extremely low power sub-oscillator for the voltage conversion circuit of the present invention, which is an integrated circuit made by connecting three to five stages of low mutual conductance C/MOS inverters in a ring. It is a ring oscillator. A switching circuit 112 is switched in synchronization with a signal obtained from the sub-oscillator 111. Reference numeral 113 denotes a time reference signal source for the clock, which is realized by, for example, a crystal oscillation circuit. Reference numeral 114 is a timekeeping unit signal synthesis mechanism that synthesizes the output of the time reference signal source 113, for example, 32768 Hz, into a signal that is the unit of ticking of a clock. For graphs, 100Hz is synthesized so that it can be measured to the nearest 1/100. Reference numeral 115 denotes a timekeeping mechanism, which is composed of a counter capable of setting an initial value, and counts the signal from the timekeeping unit signal synthesis mechanism 114 to hold the time starting from the initial value time. 116 is a level converter and a crystal oscillator 113;
The counting signal synthesis mechanism 114 and the clocking mechanism 115 are
V SS 'For example, if the operating voltage level is different, such as operating at 0.3 V and the system after the display device 117 operates at V SS1 , for example 1.55 Volt, convert only the voltage level without changing the information to be transmitted by the signal. do. The level converter 116 is inserted between the count signal synthesis mechanism 114 and the clock mechanism 115, and the clock mechanism 115 is set to V SS 1.
For example, the counting signal synthesis mechanism 11
The first stage is operated at V SS ' and the second stage is operated at V SS i.
A level converter 116 is operated between the front stage and the rear stage.
It is also conceivable to enter it in that way. The number of signal paths to be level-converted and the frequencies handled differ depending on the position of the input. In general, it is better to install the level converter 116 on the higher frequency side than the clock mechanism because the number of level converters is smaller, but power consumption increases, and it is better to install the level converter 116 on the lower frequency side than the clock mechanism because the number of level converters is smaller. This increases the load on the chip side, but reduces power consumption. The display device 117 is a block that displays time information or other instruction information held by the clock mechanism 115, and includes a decoder, a display drive circuit, and a display element. Reference numeral 118 denotes an electrical energy source, such as a silver peroxide battery or a system combining a solar battery and a secondary battery. The switching pulse that controls the switching element can be easily extracted from the middle of the frequency division stage in the case of a quartz clock, but there is also a method to use an extremely low power ring oscillator independently of this, which uses a crystal oscillator with a high Q value. Compared to the slow start-up characteristics of the low-power crystal oscillators, a ring oscillator with fast oscillation start-up characteristics is prepared as an auxiliary oscillator, making it possible to perform temperature detection and voltage conversion switching.

第2図は、本願における電圧変換用の副発振器
A、波形整形回路B、スイツチング回路Cの具体
的実施例である。201は1.6Voltの電池、21
1は低GmiのPチヤネルエンハンスメントF・
ET,212はNチヤネルエンハンスメントFET
である。第2図において、Pチヤネルエンハンス
メントFET,211と、Nチヤネルエンハンス
メントFET212の対は、インバータ回路を形
成し、ゲインが充分であれば該回路の応答時間の
3倍を半周期とする周波数で発振する。
FIG. 2 shows a specific example of the sub-oscillator A, waveform shaping circuit B, and switching circuit C for voltage conversion in the present application. 201 is a 1.6 Volt battery, 21
1 is low Gmi P channel enhancement F.
ET, 212 is N-channel enhancement FET
It is. In FIG. 2, a pair of P-channel enhancement FET 211 and N-channel enhancement FET 212 form an inverter circuit, and if the gain is sufficient, it oscillates at a frequency whose half cycle is three times the response time of the circuit. .

このようなリング発振器を副発振器として用い
る事は、集積回路化に際して外付けコンデンサが
不要な為に有効である。
Using such a ring oscillator as a sub-oscillator is effective because an external capacitor is not required when integrating the circuit.

周波数は、例えば1000Hz〜100Hzで、この発振
で消費する電流は、0.1μA〜0.01μAとなる。21
1の低Gm(相互コンダクタンス)のFETは発振
時にFET211及び212を貫通し、電源を短
絡して流れる電流の成分を減ずる為の処理であつ
て、インバータのソースと電源とを単に高抵抗を
介して接続する事によつても該貫通電流の低下を
達成できるものである。
The frequency is, for example, 1000Hz to 100Hz, and the current consumed by this oscillation is 0.1 μA to 0.01 μA. 21
The low Gm (mutual conductance) FET of 1 passes through FETs 211 and 212 during oscillation, shorting the power supply and reducing the flowing current component. The reduction in the through current can also be achieved by connecting the through current.

信号φD213は、やはり低Gmのインバータ2
21によつて波形整形され、スイツチング回路C
にφ,なる相補的な信号対として供給される。
スイツチング回路Cに供給する信号は必ずしも位
相反転した相補的な信号である必要はない。
The signal φ D 213 is also connected to the low Gm inverter 2.
21, and the switching circuit C
is supplied as a complementary signal pair with φ.
The signals supplied to the switching circuit C do not necessarily have to be phase-inverted complementary signals.

もしもスイツチング部にm相(mは自然数)の
信号を供給する必要がある場合には、発振部Aの
奇数個例えば2n+1個((2n+1)>m,mは自
然数)のインバータの出力信号が同一周期で位相
が相互に異なるのを利用して、となり合うインバ
ータの出力の排他論理和の如きデコーダ回路によ
り(2n+1)以下の個数の信号、及びその反転
信号を得る事ができる。
If it is necessary to supply m-phase (m is a natural number) signals to the switching section, the output signals of an odd number of inverters, for example 2n+1 ((2n+1)>m, m is a natural number) of the oscillation section A, are the same. Utilizing the fact that the phases differ with each other, it is possible to obtain a number of signals equal to or less than (2n+1) and their inverted signals by a decoder circuit such as an exclusive OR of the outputs of adjacent inverters.

第2図のスイツチング回路Cの実施例は単相で
相補的な2つの信号があれば良い。
The embodiment of the switching circuit C shown in FIG. 2 only needs to have two single-phase complementary signals.

第2図の231,233,232,234は共
にスイツチング回路で、機能的にはφ=Hにおい
て、偶数番号232,234のスイツチがONと
なり、奇数番号231,233のスイツチが
OFFとなる。
231, 233, 232, and 234 in Fig. 2 are all switching circuits.Functionally, when φ=H, the even numbered switches 232, 234 are turned on, and the odd numbered switches 231, 233 are turned on.
It becomes OFF.

このφ=Hの状態でコンデンサC1241及び
C2242は直列に接続されて、その両端がVDD
びVSSに接続され充電される。
In this state of φ=H, capacitor C 1 241 and
C 2 242 is connected in series and charged with its ends connected to V DD and V SS .

VSS1/2なる出力端251と電源のVDD又はVSS
の間に負荷が接続されていれば、又C1とC2の容
量比が等しくなれば、C1,C2の各々の両端の電
圧V1,V2は相等しくない。次にφ=Lとなると
奇数番号231,233のスイツチがONとな
り、232,234の偶数番号のスイツチが
OFFとなつてC1241,C2242のコンデンサ
は並列接続されV1=V2(≠0)となる。φのH,
Lの交互の切り換えにより、251のVSS1/2出力
端からはVDDとVSS1/2の間で測つてVSS1の1/2の
電圧が得られる。C1=2.5μF,C2=0.1μFの如く
値の大きく異なるコンデンサを用いても良いが、
C1,C2の容量値の近い方が利用効率が高い。
If a load is connected between the output terminal 251 of V SS 1/2 and V DD or V SS of the power supply, and if the capacitance ratio of C 1 and C 2 is equal, each of C 1 and C 2 The voltages V 1 and V 2 across are not equal. Next, when φ=L, the odd numbered switches 231 and 233 turn on, and the even numbered switches 232 and 234 turn on.
When it is turned OFF, the capacitors C 1 241 and C 2 242 are connected in parallel, and V 1 =V 2 (≠0). H of φ,
By alternately switching L, a voltage of 1/2 of V SS 1, measured between V DD and V SS 1/2, is obtained from the V SS 1/2 output terminal of the 251. Capacitors with widely different values such as C 1 = 2.5 μF and C 2 = 0.1 μF may be used, but
The closer the capacitance values of C 1 and C 2 are, the higher the utilization efficiency is.

なんとなればスイツチング回路の切換動作によ
つて、コンデンサ相互の間でジユール損失をとも
なう電荷の移動が生じると、電力効率が低下する
からである。コンデンサ241と242の値が完
全に等しければ、並列位相で接続する直前の各コ
ンデンサの充電電圧は相等しく、並列接続時にコ
ンデンサ間の電荷の移動は生じない。
This is because when the switching operation of the switching circuit causes charge transfer between capacitors, accompanied by a joule loss, the power efficiency decreases. If the values of the capacitors 241 and 242 are completely equal, the charging voltages of the capacitors immediately before they are connected in parallel phase are equal, and no charge transfer occurs between the capacitors when they are connected in parallel.

231はPチヤネルFETを用いたスイツチで
ON状態ではVDDに接続する事が必要であり、
OFF状態ではドレイン電位がVDDとVSS1の間に
あつて該ソースドレイン間のインピーダンスは大
でなければならず、もれ電流は無視できる程の小
さな値でなければならない。
231 is a switch using P channel FET.
In the ON state, it is necessary to connect to V DD ,
In the OFF state, the drain potential is between V DD and V SS 1, the impedance between the source and drain must be large, and the leakage current must be negligibly small.

FET234とFET231は相補的にON及び
OFFになり、φ=HでNチヤネルFET234が
ON、PチヤネルFET231がOFFとなる。
FET234 and FET231 are complementary ON and
OFF, and when φ=H, N channel FET234
ON, P channel FET 231 turns OFF.

232,233は伝送ゲートであつて、スイツ
チングすべき点の電位がVDDとVSSの中間にある
ので、Pチヤネル及びNチヤネルのFETを対に
して確実にONとなるようにして用いている。第
2図でPチヤネル(以下P―CHと略記する)
FETのサブストレートは全てVDDに、Nチヤネル
(以下N―CHと略記する)FETのサブストレー
トは全てVSS1に接続されている。
Reference numerals 232 and 233 are transmission gates, and since the potential at the point of switching is between V DD and V SS , P channel and N channel FETs are paired to ensure that they are turned on. . In Figure 2, P channel (hereinafter abbreviated as P-CH)
All FET substrates are connected to V DD , and all N-channel (hereinafter abbreviated as N-CH) FET substrates are connected to V SS 1.

第2図Aの発振器を用いずに、時計用時間基準
信号源である水晶発振器を電池電圧で直接駆動せ
しめ、該発振力信号或は、その分周された信号を
もつて電圧変換回路を駆動するシステムを用いる
事もできる。この場合の低電圧源作成の目的は、
は、例えば液晶のマトリクスドライブの為の低電
圧を供給するとか、低めの閾値電圧で既に発振さ
せている水晶発振器のバイアス電圧を低下させる
とか、電界効果トランジスタを用いた抵抗に印加
するバイアス電圧を供給するのに用いる。
Instead of using the oscillator shown in Figure 2A, a crystal oscillator, which is a clock time reference signal source, is directly driven by the battery voltage, and the voltage conversion circuit is driven using the oscillation force signal or its frequency-divided signal. You can also use a system that does this. The purpose of creating a low voltage source in this case is
For example, it can be used to supply a low voltage for a liquid crystal matrix drive, to lower the bias voltage of a crystal oscillator that is already oscillating at a low threshold voltage, or to reduce the bias voltage applied to a resistor using a field effect transistor. used for supplying

第2図Aの発振器部分は、低消費電流化の為の
副発振器であるから、ここでの消費電流を低下さ
せるよう注意を用する。発振出力信号213の出
力波形は鈍つた波形で、インバータ221に直接
該鈍り波形を印加すると貫通電流成分(P―
CHFETとN―CHFETとの両方を通過して流れ
る電源短絡電流成分)が大になるので、発振部の
となり合つた2つのインバータ出力を用いて、第
5図の如く貫通電流成分のない波形整形ができ
る。
Since the oscillator section in FIG. 2A is a sub-oscillator for reducing current consumption, care must be taken to reduce the current consumption here. The output waveform of the oscillation output signal 213 is a blunt waveform, and when the blunt waveform is directly applied to the inverter 221, a through current component (P-
Since the power supply short-circuit current component that flows through both CHFET and N-CHFET becomes large, two inverter outputs adjacent to each other in the oscillation section are used to shape the waveform without the through-current component as shown in Figure 5. I can do it.

第3図Aは1/3の電圧を得る場合の例であつて、
301は電池、313は発振器、321は波形整
形、324は反転波形を得るためのインバータで
ある。φ=Hにおいて、N―CH FET332、
伝送ゲート(以下TGと称す)342,344が
ONになつて、3つのコンデンサ351,35
2,353は直列接続となつて電源に接続され、
充電される。次にφ=Lとなると、FET332,
T.G342,344はOFFとなり、P―CHFET
331,341及びTG343,345がONと
なり、3つのコンデンサ351,352,353
は並列接続されて、電圧の平均化が行われる。こ
の平均化動作により、コンデンサの容量のばらつ
きに起因する3つのコンデンサの充電時における
電圧のばらつきは直されてしまい、正確に電源電
圧の1/3の電圧が作られる。既に述べた如く高効
率実現の為には、3つのコンデンサの値の比は1
となる方が望ましく、低電圧電圧源出力インピー
ダンスを下げる都合からは、コンデンサ容量が大
である方が良く、又低電圧化回路を小さな体積
で、ローコストに実現しようとする立場からは、
コンデンサ容量が小の方が良い。このように相克
する要求を満足するシステムとして、第3図Bが
ある。ここで電圧変換には小容量コンデンサを用
いた第3図Aのシステムをそのまま用い、該電圧
変換器出力を、大容量コンデンサ399にスイツ
チ回路389を用いて接続している。
Figure 3A is an example of obtaining 1/3 of the voltage.
301 is a battery, 313 is an oscillator, 321 is a waveform shaping device, and 324 is an inverter for obtaining an inverted waveform. At φ=H, N-CH FET332,
Transmission gates (hereinafter referred to as TG) 342 and 344
Turn on, three capacitors 351, 35
2,353 are connected in series to the power supply,
It will be charged. Next, when φ=L, FET332,
T.G342 and 344 are turned OFF, and P-CHFET
331, 341 and TG343, 345 are turned on, and three capacitors 351, 352, 353
are connected in parallel to average the voltage. This averaging operation corrects variations in voltage during charging of the three capacitors due to variations in capacitance of the capacitors, and creates a voltage that is exactly 1/3 of the power supply voltage. As already mentioned, in order to achieve high efficiency, the ratio of the values of the three capacitors must be 1.
It is desirable that the capacitor capacity is large in order to reduce the output impedance of the low voltage source, and from the standpoint of realizing a low voltage circuit in a small volume and at low cost,
The smaller the capacitance, the better. FIG. 3B is a system that satisfies these conflicting demands. Here, the system of FIG. 3A using a small capacitance capacitor is used as is for voltage conversion, and the output of the voltage converter is connected to a large capacitance capacitor 399 using a switch circuit 389.

電圧の低い出力の得られる状態で、電荷を転送
する方式が考えられる。電荷の転送は低電圧出力
位相で行われるので、定常状態において、該大容
量コンデンサの電圧と低電圧化回路の出力電圧と
はほとんど一致し、異なる電圧のコンデンサの並
列接続によるジユール損失の成分はほとんど生じ
ない。又、出力負荷から見た微分出力インピーダ
ンスは出力端の大容量コンデンサーにより低い値
となる。
A possible method is to transfer charges in a state where a low voltage output is obtained. Since charge transfer is performed in the low voltage output phase, in steady state, the voltage of the large capacity capacitor and the output voltage of the low voltage circuit almost match, and the Joule loss component due to parallel connection of capacitors with different voltages is Almost never occurs. Also, the differential output impedance seen from the output load has a low value due to the large capacitance capacitor at the output end.

第4図は一般に与えられた電源電圧のn/m
(m,nは自然数)を作る回路の原理を説明する
為の図である。411〜4nmの各コンデンサの
容量は全て等しくCoであるとし、又電源電圧
(VDDとVSSiとの電位差)はVoであるとする。簡
単の為にはじめに411〜4mnのコンデンサに
は電荷が充電されていなかつたとし、第4図Aの
如く結線されていたとすると、各コンデンサには
等しくQo=CoVo/nだけの電荷が蓄えられ、コ
ンデンサの両端にはVo/nの電圧が現われる。
次にコンデンサの向きをそろえたままm個直列と
なるように結線を変えたとすると、コンデンサの
総数を変えないとすればm個直列のコラムがn個
できる。これらn個のコラムを並列接続すると、
並列接続した状態でコラムの両端の電圧は(m/
n)Voとなる。又明らかに、以上の操作の過程
では、コンデンサのつなぎかえに由来する電流が
生じないから理屈の上では100%の効率で電圧変
換されることになる。各コンデンサの容量が等し
くなつている事により100%の効率が期待できる。
以上は動作原理を判り易く説明する為の一例であ
つて、実際にはコンデンサの数はずつと少くて済
む。
Figure 4 generally shows n/m of the given power supply voltage.
(m, n are natural numbers) It is assumed that the capacitances of the capacitors of 411 to 4 nm are all Co and that the power supply voltage (potential difference between V DD and V SS i) is Vo. For the sake of simplicity, let's assume that the capacitors 411 to 4mn are not charged with any electric charge, and if they are connected as shown in Figure 4A, each capacitor will have an equal charge of Qo = CoVo/n stored, A voltage of Vo/n appears across the capacitor.
Next, if we change the wiring so that m capacitors are connected in series while keeping the orientation of the capacitors aligned, if we do not change the total number of capacitors, we will have n columns with m capacitors in series. If we connect these n columns in parallel, we get
When connected in parallel, the voltage across the column is (m/
n) Becomes Vo. Also, it is clear that in the above operation process, no current is generated due to the connection of the capacitor, so theoretically the voltage is converted with 100% efficiency. Since each capacitor has the same capacity, 100% efficiency can be expected.
The above is an example for explaining the operating principle in an easy-to-understand manner, and in reality, the number of capacitors can be reduced.

分圧比>1/2の場合 1−分圧比<1/2となる。従つて、残りの電
圧を作り、Voとの差電圧を利用すればコンデン
サの数が節約される。
In the case of partial pressure ratio>1/2, 1-partial pressure ratio<1/2. Therefore, the number of capacitors can be saved by creating the remaining voltage and using the voltage difference from Vo.

直・並列コンデンサの置換 n個直列にしたm個のコンデンサコラムをm個
直列にしたn個のコンデンサコラムに接続し直す
場合に、定常的に直列になつたままのコンデンサ
を小容量の1個のコンデンサに置換える事ができ
る。少くともm個直列のコンデンサコラムn個、
すなわちm2個のコンデンサは、Coの容量のコン
デンサ1個に置換える事ができる。
Replacing series/parallel capacitors When reconnecting a column of m capacitors connected in series to a column of n capacitors connected in series, replace the capacitors that are constantly connected in series with one small-capacity capacitor column. It can be replaced with a capacitor of at least m series n capacitor columns;
In other words, m 2 capacitors can be replaced with one Co capacitor.

第5図は、本願発明による電圧変換回路に更に
回路素子の閾値を基準とした電圧制御回路を組合
せた場合の集積回路構成例を示す。第5図の構成
は、例えば、リチユーム電池の如く、大電力容量
で保存寿命も非常に良好な電池が、時計用として
は電圧が高め(約2.6〜3.2Volt)で、かつ銀電池
に比較して電圧変動率が大きな電池を有効に利用
する上で非常に便利な回路である。500は電
池、501,502,503は、低電流のインバ
ータで、3個をリング接続して発振させている。
各インバータの出力は位相が2π/3づつずれた
波形整形されていない発振波形であるから504
の波形整形ゲートで、貫通電流小で波形整形でき
る。502及び503の出力が共に“H”におい
て504の出力は“L”に設定され、502及び
503の出力が共に“L”において、504の出
力は“H”に設定される。504の出力は更にイ
ンバータ回路2段で波形整形して、既説明済のコ
ンデンサの接続路の切換回路で、508,509
の2つのコンデンサを直列と並列に切換えて1/2
VSS1の電圧を得る。更に510はC/MOSイン
バータの入・出力を結合したもので、P―ch―
FET,N―ch―FETの閾値の絶対値の和を越え
る電圧に対しては、ツエナーダイオードに似た電
圧(ソース間)電流特性を示すので、この閾値の
和を基準とした電圧制御回路を構成している。
C/MOSインバータ510の電源電圧は{|VTP
|+VTN}に、更にP―ch―FET513のソース
フオロワによる電圧成分|VTP|が加わつて、2
|VTP|+VTNとなる。FET511は、N―ch―
FETを用いた高抵抗である。512は、大電流
容量のP―ch―FETで、ソースフオロワとなつ
ているためにソース出力電圧はゲート電圧より
VTPだけの電圧の差があり、P―ch―FET513
でかさ上げされたぶんの電圧がP―ch―FET5
12における差電圧の補償に用いられる。制御出
力519の出力電圧は大略|VTP|+VTNになつ
ており、IC製造時の閾値のバラツキに対して、
本回路では電源電圧の制御によりマツチングを取
つており、かつ効率の良い電圧変換回路で大巾に
電圧変換したあと、更に細かな電圧調整をFET
の閾値を基準として行う事により、エネルギー効
率の極めて高いシステムが実現される。
FIG. 5 shows an example of an integrated circuit configuration in which the voltage conversion circuit according to the present invention is further combined with a voltage control circuit based on the threshold value of the circuit element. The configuration shown in Figure 5 shows that a battery such as a lithium battery, which has a large power capacity and a very good shelf life, has a high voltage (approximately 2.6 to 3.2 Volt) for use in watches, and has a higher voltage than a silver battery. This is a very convenient circuit for effectively utilizing batteries that have a large voltage fluctuation rate. 500 is a battery, and 501, 502, and 503 are low-current inverters, three of which are connected in a ring to generate oscillation.
The output of each inverter is an unshaped oscillation waveform whose phase is shifted by 2π/3, so it is 504
Waveform shaping gate allows waveform shaping with small through-current. When the outputs of 502 and 503 are both "H", the output of 504 is set to "L", and when the outputs of 502 and 503 are both "L", the output of 504 is set to "H". The output of 504 is further waveform-shaped by two stages of inverter circuits, and is converted to 508, 509 by the already explained capacitor connection switching circuit.
Switch the two capacitors in series and parallel to 1/2
Obtain the voltage of V SS1 . Furthermore, 510 is a combination of input and output of a C/MOS inverter, and P-ch-
For voltages that exceed the sum of the absolute values of the FET and N-ch-FET thresholds, they exhibit voltage (source-to-source) current characteristics similar to those of a Zener diode, so a voltage control circuit based on the sum of these thresholds is It consists of
The power supply voltage of the C/MOS inverter 510 is {|V TP
In addition to |+V TN }, the voltage component |V TP | due to the source follower of P-ch-FET513 is added, and 2
|V TP |+V TN . FET511 is N-ch-
High resistance using FET. 512 is a large current capacity P-ch-FET, and since it is a source follower, the source output voltage is lower than the gate voltage.
There is a voltage difference only for V TP , and P-ch-FET513
The voltage that has been raised is P-ch-FET5
It is used to compensate for the differential voltage at 12. The output voltage of the control output 519 is approximately |V TP |+V TN , and due to variations in the threshold value during IC manufacturing,
In this circuit, matching is achieved by controlling the power supply voltage, and after wide voltage conversion is performed using an efficient voltage conversion circuit, finer voltage adjustment is performed using FET.
By using the threshold value as a reference, a system with extremely high energy efficiency can be realized.

520は水晶発振回路、521は波形整形回路
で時間基準信号を発生し、523は分周回路で、
波形整形回路521の出力から計時単位信号を合
成する。524は計時回路で、低周波を取扱い、
消費電流も少いので分周器523より低いインピ
ーダンスの水晶発振器520の電源を用いてい
る。525はレベルシフタで、計時回路524の
論理出力信号を高電圧に変換し、表示装置526
を駆動する信号を供給する。
520 is a crystal oscillation circuit, 521 is a waveform shaping circuit that generates a time reference signal, 523 is a frequency dividing circuit,
A clock unit signal is synthesized from the output of the waveform shaping circuit 521. 524 is a clock circuit that handles low frequencies.
Since the current consumption is small, the power source of the crystal oscillator 520, which has a lower impedance than the frequency divider 523, is used. 525 is a level shifter that converts the logic output signal of the clock circuit 524 into a high voltage, and outputs it to the display device 526.
Supplies the signal that drives the.

第6図Aは、本願構成による温度補正回路と電
圧変換回路とを結合させたシステムのブロツク図
である。600は銀電池、601,602,60
3は低相互コンダクタンスのインバータ、604
は抵抗、605は容量であつて、604及び60
5は集積回路組み込みも可能である。集積回路内
の601,602,603のコンダクタンス及び
浮遊容量が再現性良く作られない場合には、60
4の抵抗を外付けにして発振周波数の調整あるい
は温度―発振周波数特性の補正を行う。該発振周
波数の調整には605を集積回路の外付けの調整
コンデンサとして用いても良いし、インバータ6
01,602,603へ供給する電源電圧を調整
して相互コンダクタンスを変える事により調整し
てもよい。610は既に説明した本発明による電
圧変換回路である。601,602,603のイ
ンバータによる発振回路は第1図の111相当の
副発振器であり、発振周波数の温度係数が大であ
る場合には、600の銀電池の安定不変な電圧を
直接インバータ601,602,603に供給す
れば良いが、外付けの感温素子例えば604にサ
ーミスタ抵抗、あるいは605に感温コンデンサ
を用いない場合、あるいはマンガン電池を用いる
家庭用の置時計の場合には、発振インバータを構
成する601,602,603に用いる能動素子
であるトランジスタの制御端子の閾値を基準とす
る簡単なレギユレータ回路から電源を供給する方
が、集積回路製造時のトランジスタの定数の特性
上の偏差を吸収できて良い。611は時間基準信
号源で、水晶発振回路である。
FIG. 6A is a block diagram of a system combining a temperature correction circuit and a voltage conversion circuit according to the configuration of the present invention. 600 is a silver battery, 601, 602, 60
3 is a low transconductance inverter, 604
is a resistance, 605 is a capacitance, and 604 and 60
5 can also be incorporated into an integrated circuit. If the conductance and stray capacitance of 601, 602, and 603 in the integrated circuit are not created with good reproducibility, 60
The oscillation frequency can be adjusted or the temperature-oscillation frequency characteristic can be corrected by attaching the resistor 4 externally. To adjust the oscillation frequency, 605 may be used as an external adjustment capacitor of the integrated circuit, or the inverter 605 may be used as an external adjustment capacitor of the integrated circuit.
It may be adjusted by adjusting the power supply voltage supplied to 01, 602, and 603 to change the mutual conductance. 610 is the voltage conversion circuit according to the present invention, which has already been explained. The oscillation circuit using inverters 601, 602, and 603 is a sub-oscillator corresponding to 111 in FIG. 602 and 603, but if you do not use an external temperature-sensitive element such as a thermistor resistor for 604 or a temperature-sensitive capacitor for 605, or if you use a household clock that uses manganese batteries, an oscillation inverter is required. It is better to supply power from a simple regulator circuit based on the threshold value of the control terminal of the transistor, which is an active element used in the components 601, 602, and 603, to absorb deviations in characteristics of transistor constants during integrated circuit manufacturing. Good to be able to do it. 611 is a time reference signal source, which is a crystal oscillation circuit.

612は分周器、613はデータタイプフリツ
プフロツプであつて、周波数の差を得る回路の一
実施例である。周波数差が非常に大きい場合に、
データタイプフリツプフロツプ613の出力は差
周波数の整数倍を与えるようになるから、例えば
データ入力Dに16384Hz、クロツク入力φに1023
Hzを接続すると、16×(1024−1023)Hzの差周波
数信号が得られる。614は2乗の乗算回路で、
水晶振動子の2次温度係数補正の為の信号すなわ
ち温度補償関数を合成するために備えてある。6
16は周波数加算回路の一実施例で、排他論理回
路あるいはその論理否定である一致回路(iden―
tity gate)が最も簡便である。623は感温発
振器兼電圧変換回路用第2信号発生回路601,
602,603の出力606を611の信号の位
相に同期化する為の回路で、623のデータ入力
と出力との周波数はほとんど等しく、単に位相の
み606への同期から周波数加算回路616の出
力に同期したものに変つている。624は分周器
で、補生用の低周波数の信号を作る。
612 is a frequency divider, and 613 is a data type flip-flop, which is an embodiment of a circuit for obtaining a frequency difference. When the frequency difference is very large,
The output of the data type flip-flop 613 gives an integer multiple of the difference frequency, so for example, the data input D is 16384 Hz and the clock input φ is 1023 Hz.
Hz, a difference frequency signal of 16×(1024−1023) Hz is obtained. 614 is a square multiplication circuit,
It is provided to synthesize a signal for correcting the second-order temperature coefficient of the crystal resonator, that is, a temperature compensation function. 6
16 is an example of a frequency adder circuit, which is an exclusive logic circuit or a coincidence circuit (iden-) which is its logical negation.
tity gate) is the simplest. 623 is a second signal generation circuit 601 for temperature-sensitive oscillator and voltage conversion circuit;
This is a circuit for synchronizing the output 606 of 602 and 603 with the phase of the signal of 611.The frequencies of the data input and output of 623 are almost equal, and only the phase is synchronized to 606 to the output of the frequency addition circuit 616. It has changed into something. 624 is a frequency divider that generates a low frequency signal for compensation.

分周器624の出力信号の位相は分周器612
の出力信号の位相とインバータ622による信号
の反転作用を利用して水晶発振回路611の半周
期分ずらした波形となつている。626は周波数
加算用のゲートである。以上述べた所において、
温度特性の2次特性補正用の乗算回路614の出
力及び同1次特性補正用の信号作成回路の分周器
624の出力の各々の信号は、時間基準用の信号
源である水晶発振回路611からの信号をも利用
して合成しているが、本来利用することが必然的
ではなく、近くに周波数源としてあるから利用し
たに過ぎず、別の発振器を用いて、あるいは電圧
変換用信号606から合成しても良いものであ
る。第6図Aの動作の概略を説明する。時間基準
用水晶発振器611の比較的正確な周波数の信号
は、分周器612で分周され、ゲート613でリ
ング発振器の出力606との差周波数信号xとな
り、2乗算回路614で2乗されてx2の項を含む
温度補償関数信号となつて分周器615を通り、
ゲート616において、2乗算回路を側路した信
号と周波数加算される。この出力はさらに、ゲー
ト626でリング発振回路の出力信号606と加
算されることによつて温度変化に対し十分に安定
な周波数の信号となり、分周器617で分周され
て時刻保持信号となつて時刻保持回路618に伝
達される。すなわち温度情報は前記フリツプフロ
ツプ613のサンプリング動作により採集され、
その出力xに包含されて温度差信号となり、上述
のように演算回路で処理されて他の周波数成分と
合成され、温度補正された時刻保持信号を生じる
のであつて、要素613,614,615,61
6,624,626等が発振周波数の温度補正の
ための演算回路を構成する。第6図Bは2乗回路
で、第6図Aの2次特性補正用2乗算回路614
に相当する一実施例である。xは被2乗入力信
号、REFは周波数測定の為の時間信号で、第6
図Aの保持機構618あるいは分周器617ある
いは分周器615あるいは分周器612あるいは
水晶発振回路611の如く安定な周波数の信号を
基に合成する。周波数の測定法の一実施例とし
て、第6図Bでは一定のREFの周期の間のx入
力のパルスの数を計数する。本方式は比較的長い
周波数測定の時間における平均の周波数を求める
事になり、ジツターや雑音の影響を軽減でき、時
計用の時間基準信号の周波数一定という性質を有
効に生かす事のできる方法である。第6図Bで
REF↑はREFの信号の立上りに同期して短時間
立下がるリセツト信号で631の論理回路による
遅延及びゲート632によりREF信号とクロツ
クパルスφClとから合成される。633は計数器
で、↑信号でリセツトされて“0”計数値
となり、その後xなる被2乗信号パルスを計数し
て時間の凾数として一定の勾配の段階波状に計数
値を増加させる。REFのパルス巾はハイレベル
の期間において短かくローレベルが長い。この
REF信号のハイレベルの期間に未知の周波数の
信号xを計数し、残りのローレベルの期間はこの
計数値を保持し、次のREFの信号の立上り縁に
おいて作られるREFの立上り微分信号REF↑に
より該計数値は0にリセツトされることをくり返
す。例えばREFのハイレベルの期間を1秒、
REFのローレベルの期間を15秒〜300秒位に選ぶ
と良い。金属ケースに収められた時計のステツプ
状の温度変化に対する熱伝導の時定数は約8秒〜
15秒であるし、人が携帯している状態での温度変
化の最小時間は数分間であり、実際に時計の保持
時刻の変化として目に見えて変化が現われるには
更に数時間ないし数十時間を要するので、0.5秒
以下の時刻指示誤差を気にしない場合は上記の
REF信号のローレベルの期間は1時間程度にま
での長い期間にしてよい。従つて第6図Bにおい
て計数器633は常時x入力の周波数を保持して
おり、例えばフリツプフロツプ7個のカスケード
接続で構成された計数器を用いたとすると、計数
器633はQ10〜Q16の7ビツトで温度差情報の
2乗演算を実施するための一実施例を示す。上記
温度差情報をΘとし、 Θ=q020+q121+……+q626と表わしたとする
と、Q1i=H(ハイレベル)はqi=1に対応し、
Q1i=L(ローレベル)はqi=0に対応するように
設定できる。Θ2を実現するには、まずΘ1に比例
した信号を作る。一定周波数のc信号Cをバイナ
リカウンタを用いて1/2ずつ順次分周し、2-ic
の周波数の信号CiとQ1iとの論理積を論理和ゲー
トにより加えるとΘに比例した周波数〓1の信号
1が得られる。次に全く同じ操作で、Cの代り
にCθ1を用い、2-i・〓1の周波数の信号Cθ1iとQ1i
との論理積和からΘ2に比例した信号〓2を得る。
同様の操作を続ければΘの3乗以上のべき乗に比
例した信号を得る事も容易である。このようにし
て得るΘの0乗〜3乗まで、あるいはより高次の
べき乗の信号を適当な係数を掛けて加算すること
により、実際に用いられるXカツト水晶振動子や
DTカツト、ATカツトの水晶振動子の各々の1
次、2次、3次の温度係数を補償できる。当然な
がら最高次数以下の次数の温度係数についての補
償をも行う事ができる。ここで上記原理を変形し
てシステムの簡易化を行う事ができる。前記の説
明において一定周波数の信号cからΘ1に比例した
1をわざわざ作つて考えたが、〓1に相当する信
号として、x入力を用いる事ができる場合があ
る。温度検出器を間欠的に動作せしめ、例えば
REF信号のハイレベルにおいてのみ温度検出器
を動作させ、この間に測定したデータを計数器に
保持しておき、この保持されたデータを基に温度
補正信号を発生せしめるシステムムにおいては、
x入力に相当する温度信号は間欠的にしか入力さ
れず、cから〓1を作るような凾数発生機構を用
意する。本願の実施例の如く電圧変換用の副発振
器を常時動作せしめ、かつ該信号と周波数の一定
の信号との差信号が温度差信号であつて連続的に
得られる場合には、〓1の代わりにx信号を用い
る事ができ、システム構成を簡単にできる。第6
図Bは以上に述べたような簡易化されたシステム
の実施例である。
The phase of the output signal of the frequency divider 624 is determined by the frequency divider 612.
The waveform is shifted by a half period of the crystal oscillation circuit 611 by utilizing the phase of the output signal of the inverter 622 and the signal inversion effect of the inverter 622. 626 is a gate for frequency addition. In the above mentioned place,
The output of the multiplier circuit 614 for correcting the secondary characteristic of the temperature characteristic and the output of the frequency divider 624 of the signal generating circuit for correcting the primary characteristic are transmitted to the crystal oscillation circuit 611 which is a signal source for the time reference. However, it is not necessary to use it originally, it is only used because it is nearby as a frequency source, and it is possible to synthesize it using another oscillator or the voltage conversion signal 606. It can also be synthesized from An outline of the operation of FIG. 6A will be explained. A relatively accurate frequency signal from the time reference crystal oscillator 611 is divided by a frequency divider 612, and a difference frequency signal x from the output 606 of the ring oscillator is obtained by a gate 613, which is squared by a squaring circuit 614. It becomes a temperature compensation function signal containing the term x 2 and passes through the frequency divider 615,
At gate 616, the frequency is added to the signal that bypassed the squaring circuit. This output is further added to the output signal 606 of the ring oscillation circuit at the gate 626 to become a signal with a frequency sufficiently stable against temperature changes, and the frequency is divided by the frequency divider 617 to become the time-keeping signal. and is transmitted to the time keeping circuit 618. That is, temperature information is collected by the sampling operation of the flip-flop 613,
It is included in the output x to become a temperature difference signal, which is processed by the arithmetic circuit as described above and combined with other frequency components to produce a temperature-corrected time-keeping signal, which includes elements 613, 614, 615, 61
6, 624, 626, etc. constitute an arithmetic circuit for temperature correction of the oscillation frequency. FIG. 6B is a squaring circuit, and the squaring circuit 614 for correcting secondary characteristics in FIG. 6A
This is an example corresponding to. x is the squared input signal, REF is the time signal for frequency measurement, and the sixth
Synthesis is performed based on stable frequency signals such as those from the holding mechanism 618, frequency divider 617, frequency divider 615, frequency divider 612, or crystal oscillation circuit 611 in FIG. As an example of frequency measurement, FIG. 6B counts the number of pulses on the x input during a given period of REF. This method calculates the average frequency over a relatively long period of frequency measurement, reducing the effects of jitter and noise, and making effective use of the constant frequency property of time reference signals for clocks. . In Figure 6B
REF↑ is a reset signal that falls for a short time in synchronization with the rise of the REF signal, and is synthesized from the REF signal and the clock pulse φCl by a delay by a logic circuit 631 and a gate 632. Reference numeral 633 denotes a counter which is reset by the ↑ signal to a count value of "0", after which it counts squared signal pulses of x and increases the count value in a stepwise waveform with a constant slope as a function of time. The pulse width of REF is short during the high level period and long during the low level period. this
Count the unknown frequency signal x during the high level period of the REF signal, hold this count value during the remaining low level period, and create the REF rising differential signal REF↑ at the rising edge of the next REF signal. The count value is repeatedly reset to 0. For example, if the high level period of REF is 1 second,
It is best to choose a low level period of REF between 15 seconds and 300 seconds. The time constant of heat conduction in response to step-like temperature changes in a watch housed in a metal case is approximately 8 seconds.
15 seconds, and the minimum time for temperature change when a person is carrying the watch is several minutes, and it takes several hours or even tens of hours for a change to actually appear as a visible change in the time the watch is kept on. It takes time, so if you don't care about the time indication error of 0.5 seconds or less, use the above method.
The low level period of the REF signal may be as long as about one hour. Therefore, in FIG. 6B, the counter 633 always holds the frequency of the x input. For example, if a counter configured with seven flip-flops connected in cascade is used, the counter 633 maintains the frequency of the x input . An example for performing a square calculation of temperature difference information using 7 bits will be shown. Assuming that the above temperature difference information is Θ and expressed as Θ=q 0 2 0 + q 1 2 1 +...+q 6 2 6 , Q 1 i=H (high level) corresponds to qi=1,
Q 1 i=L (low level) can be set to correspond to qi=0. To realize Θ 2 , first create a signal proportional to Θ 1 . Sequentially divide the constant frequency c signal C by 1/2 using a binary counter, 2 -ic
When the logical product of the signal Ci with the frequency of and Q 1 i is added using the OR gate, the signal with the frequency 〓 1 proportional to Θ is obtained.
1 is obtained. Next, in exactly the same operation, using Cθ 1 instead of C, the signals Cθ 1 i and Q 1 i with frequencies of 2 -i・〓 1
A signal 〓 2 proportional to Θ 2 is obtained from the logical product sum.
By continuing similar operations, it is easy to obtain a signal proportional to the third power or higher power of Θ. By multiplying the signals obtained in this way from the 0th power to the 3rd power of Θ or higher-order powers by an appropriate coefficient, the X-cut crystal oscillator that is actually used can be
1 of each of the DT cut and AT cut crystal oscillators
It is possible to compensate for second-order, second-order, and third-order temperature coefficients. Naturally, it is also possible to compensate for temperature coefficients of orders lower than the highest order. Here, the above principle can be modified to simplify the system. In the above explanation, we purposely created 〓 1 proportional to Θ 1 from the constant frequency signal c , but there are cases where it is possible to use the x input as a signal corresponding to 〓 1 . The temperature sensor is operated intermittently, e.g.
In a system in which the temperature detector is operated only at the high level of the REF signal, the data measured during this period is held in a counter, and a temperature correction signal is generated based on this held data.
The temperature signal corresponding to the x input is input only intermittently, and a function generation mechanism is prepared to generate 〓 1 from c . If the sub-oscillator for voltage conversion is always operated as in the embodiment of the present application, and the difference signal between this signal and a signal with a constant frequency is a temperature difference signal and can be obtained continuously, instead of 〓 1 . The x signal can be used to simplify the system configuration. 6th
Figure B is an example of a simplified system as described above.

第6図Bにおいて、REFは一定周波数の信号
で周期測定の基準となる信号で、水晶発振器出力
信号を分周して得られる比較的低周波数の信号で
あり、計時単位信号作成機構(第1図114)或
いは保持機構(第1図115)から合成される。
xは温度差信号で、第6図Aのデータタイプフリ
ツプフロツプ613で作成される。Cはクロツク
信号で、xよりも高い周波数の信号であれば何で
もよいが、DIV612の出力信号とDIV61
5の出力信号の位相をずらす必要があるので、そ
の目的にそうように相異なる位相信号を選ぶ必要
がある。
In FIG. 6B, REF is a constant frequency signal that serves as a reference for period measurement, and is a relatively low frequency signal obtained by dividing the crystal oscillator output signal. 114) or a holding mechanism (FIG. 1 115).
x is a temperature difference signal, created by data type flip-flop 613 in FIG. 6A. C is a clock signal, and any signal with a higher frequency than x may be used, but the output signal of DIV612 and DIV61
Since it is necessary to shift the phase of the output signal of No. 5, it is necessary to select different phase signals for that purpose.

第6図A,B,Cの説明において、全てのトグ
ルタイプフリツプフロツプ(以下T―FFと略記
する)は立下りトリガ、全てのラツチ(以下L―
FFと略記する)はクロツク信号のハイレベルで
データを読み込み、ローレベルで該データを保持
するとする。また、データタイプフリツプフロツ
プ(以下D―FFと略記する)はクロツク信号の
立下りの瞬間におけるデータの値を保持するとす
る。
In the explanation of FIGS. 6A, B, and C, all toggle type flip-flops (hereinafter abbreviated as T-FF) have a falling trigger, and all latches (hereinafter abbreviated as L-FF) have a falling trigger.
(abbreviated as FF) reads data when the clock signal is at high level and holds the data when it is at low level. It is also assumed that a data type flip-flop (hereinafter abbreviated as D-FF) holds the data value at the moment of falling of the clock signal.

第6図Bにおいて、631はデジタル遅延回路
でCの立上りに同期してその出力が変り、遅延の
時間巾で、REFの立上りに同期した信号↑
をゲート632を用いて作成する。633はx入
力の周波数を計数し、保持する計数器(N(Q1i)
で、Q10〜Q16は20〜26の重みを表わす。634は
x入力信号をCの立上りに同期した信号にする同
期化の為のD―FF回路、635は微分の為の遅
延波形を作る為のD―FFである。周波数測定・
保持用の計数器633には、フリツプフロツプ6
34で同期化された信号*とデジタル遅延回路
631の出力とからREF信号のハイレベルに位
置するCp=x*・QREFなる計数用の信号を作成し、
計数器633で計数する。ゲート637はフリツ
プフロツプ634及び635の出力信号x*,x**
の遅延を利用して、x*の立上りに同期した信号
x*↑を作成する。x*↑のハイレベルのパルス巾
はC入力信号の同期に等しくC入力の立下り、即
ち第6図Aの発振器611の出力の立上りに同期
している。638はx*↑を分周して低周波数の
信号を得るためのカスケード接続されたT―FF
からなる分周器で、各々のQ10〜Q16の出力の変
化はx*↑の立下りに同期している。
In Fig. 6B, 631 is a digital delay circuit whose output changes in synchronization with the rise of C, and the signal ↑ synchronized with the rise of REF with the delay time width.
is created using gate 632. 633 is a counter (N(Q 1 i)) that counts and holds the frequency of x input.
Here, Q 10 to Q 16 represent weights of 2 0 to 2 6 . 634 is a D-FF circuit for synchronizing the x input signal into a signal synchronized with the rise of C, and 635 is a D-FF for creating a delayed waveform for differentiation. Frequency measurement/
The holding counter 633 includes a flip-flop 6
A counting signal Cp=x * Q REF located at the high level of the REF signal is created from the signal * synchronized in 34 and the output of the digital delay circuit 631,
A counter 633 counts. Gate 637 receives the output signals x * , x ** of flip-flops 634 and 635.
signal synchronized to the rising edge of x * using the delay of
Create x * ↑. The high level pulse width of x * ↑ is equal to the synchronization of the C input signal and is synchronized with the fall of the C input, that is, the rise of the output of the oscillator 611 in FIG. 6A. 638 is a cascaded T-FF to divide x * ↑ to obtain a low frequency signal
The change in the output of each Q 10 to Q 16 is synchronized with the falling edge of x * ↑.

639は論理積和を見易くする為の特別な表記
であつて、640ゲートの出力をyとすると、 y=Q16・Q01・x*↑ +Q1501・Q02・x*↑ +Q140102・Q03・x*↑ +Q13010203・Q04・x*↑ +Q1201020304・Q05・x*↑ +Q110102030405・Q06・x*
↑ +Q10010203040506
x*↑ である。これを既述のCiなる信号を用いて表わし
直せば、上記の右辺は 右辺=Q16・C1 +Q15・C2 +Q14・C3 +Q13・C4 +Q12・C5 +Q11・C6 +Q10・C7 となる。周波数を与える記号( )を設定し、
(A)はAの周波数を表わすとすると、 (C1)=26・(x*)・2-7 (C2)=25・(x*)・2-7 (C3)=24・(x*)・2-7 (C4)=23・(x*)・2-7 (C5)=22・(x*)・2-7 (C6)=21・(x*)・2-7 となり、 (y)=2-7・(x2) が成立する。第6図Bでは、論理積和を見易くす
るための特別な表記を用いる。例えばマトリクス
639とゲート640を用いて表わされる。
639 is a special notation to make it easier to see the logical product sum, and if the output of the 640 gate is y, then y=Q 16・Q 01・x * ↑ +Q 1501・Q 02・x * ↑ +Q 140102・Q 03・x * ↑ +Q 13010203・Q 04・x * ↑ +Q 1201020304・Q 05・x * ↑ +Q 110102030405・Q 06・x *
↑ +Q 10010203040506
x * ↑. If we re-express this using the signal Ci mentioned above, the right side of the above becomes: Right side = Q 16・C 1 +Q 15・C 2 +Q 14・C 3 +Q 13・C 4 +Q 12・C 5 +Q 11・C 6 +Q 10・C 7 . Set the symbol ( ) that gives the frequency,
Assuming that (A) represents the frequency of A, (C 1 ) = 2 6 · (x * ) · 2 -7 (C 2 ) = 2 5 · (x * ) · 2 -7 (C 3 ) = 2 4・(x * )・2 -7 (C 4 )=2 3・(x * )・2 -7 (C 5 )=2 2・(x * )・2 -7 (C 6 )=2 1・(x * )・2 -7 , and (y)=2 -7・(x 2 ) holds true. In FIG. 6B, special notation is used to make it easier to see the logical product sum. For example, it is represented using a matrix 639 and a gate 640.

AND―ORゲートを用いる理由はQ10〜Q16
対応する2-7(C)〜2-1(C)のウエイト付け信号の周
波数をORゲート640の如き論理ゲートを用い
て加算することを可能にするには該ウエイト付け
信号の任意の組合せに対する論理積を全て加えた
ものが常にローレベルである必要があるからであ
る。ANDゲートを用いる場合は負論理にして全
く同様の考察をすればよい。EXCLUSIVE―OR
ゲートを周波数加算に用いる場合は該ウエイト信
号相互の波形の変化の一致さえなければよい。第
6図Cは第6図Bにおける温度データの測定及び
保持のタイミングを示すタイミングチヤートであ
る。横軸は時間で縦軸は上向きにハイレベルをと
つてある。REF入力信号は遅延され反転されて
REF信号になりREF信号とREF信号とからな
るリセツト信号が作られる。はREF信号の立
上り信号でREF↑の反転信号そのものである。
PはREF信号そのもので、のローレベルで計
数しPのハイレベルでデータを保持する。Cpは
温度データの計数用の信号である。Q10〜Q16
データが蓄えられたt2〜t3の状態では、既に述べ
た機構によりx2に比例した信号が得られ第6図の
システムが動作する。
The reason for using the AND-OR gate is to add the frequencies of the weighted signals of 2 -7 (C) to 2 -1 (C) corresponding to Q 10 to Q 16 using a logic gate such as OR gate 640. This is because, in order to make this possible, the sum of all the logical products of the arbitrary combinations of the weighted signals must always be at a low level. When using an AND gate, you can use negative logic and consider exactly the same thing. EXCLUSIVE-OR
When the gate is used for frequency addition, it is only necessary that the weight signals have different waveform changes. FIG. 6C is a timing chart showing the timing of measuring and holding temperature data in FIG. 6B. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents a high level upward. The REF input signal is delayed and inverted to become the Q REF signal, and a reset signal consisting of the REF signal and the REF signal is created. is the rising edge signal of the REF signal, which is the inverted signal of REF↑ itself.
P is the REF signal itself, and counts at the low level of P, and holds data at the high level of P. Cp is a signal for counting temperature data. In the state from t 2 to t 3 when data is stored in Q 10 to Q 16 , a signal proportional to x 2 is obtained by the mechanism already described, and the system shown in FIG. 6 operates.

第7図はレベル変換回路の一実施例である。イ
ンバータ701の入力信号A700がレベル変換
されて出力信号A′720になる。インバータ7
01は低電圧動作であり、入力信号700及び出
力信号702は共に論理レベルがVDDとVSS1であ
るような相補的な信号である。
FIG. 7 shows an embodiment of the level conversion circuit. Input signal A700 of inverter 701 is level-converted and becomes output signal A'720. Inverter 7
01 is low voltage operation, and input signal 700 and output signal 702 are complementary signals such that both logic levels are V DD and V SS1 .

FET711,712,714,715及び
FET721,722,724,725はVDD
VSS2を論理回路の出力レベルとするNANDゲー
トを構成しており、2組のNANDゲートがたす
きがけになつて正帰還ループを形成して双安定の
フリツプフロツプになつている。702の信号A
及び700の信号の相補的な信号は該双安定フ
リツプフロツプ回路の状態を設定する入力信号に
なつている。A=Lであれば、P―CH―FET7
11がONになり、N―CH―FET721はOFF
になるか或いは高インピーダンス状態になる。同
時に=Hであるから、P―CH―FET715は
OFFになり、N―CH―FET725はONになる。
この状態で出力信号720は正帰還ループの作用
により、急速にハイレベルVDDに近付き、P―
CH―FET712がON、714がOFFになり、
N―CH―FET722がOFF、724がONにな
つて安定する。安定状態でAとA′とは反転関係
にあるが、FET714及び715のドレインか
ら出力信号を取り出せば、反転関係でない信号
で、論理レベルのみ異なる信号が得られる事は明
らかである。第7図のレベル変換回路を構成する
場合には、N―CH―FETの相互コンダクタンス
を小さな値にし、P―CH―FETの相互コンダク
タンスを大きな値にし、721或いは726に示
されるN―CH―FETのゲートに(VSS1−VSS2
の電圧を印加した状態でのインピーダンスが、7
11及び715に示されるP―CH―FETにおい
てゲートに(VDD−VSS1)なる電圧を印加した状
態でのインピーダンスより大であつて、FET7
11或いは715によりフリツプフロツプの値が
設定できるように注意しておかねばならない。集
積回路化に際してはFET711及び715のチ
ヤネル巾を大に、FET721及び725のチヤ
ネル長を大にすればよい。
FET711, 712, 714, 715 and
FET721, 722, 724, 725 are V DD and
It constitutes a NAND gate that uses V SS2 as the output level of the logic circuit, and two sets of NAND gates cross each other to form a positive feedback loop, making it a bistable flip-flop. 702 signal A
The complementary signals of the signals 700 and 700 are input signals for setting the state of the bistable flip-flop circuit. If A=L, P-CH-FET7
11 is ON, N-CH-FET721 is OFF
or enter a high impedance state. Since =H at the same time, P-CH-FET715 is
It becomes OFF, and N-CH-FET725 becomes ON.
In this state, the output signal 720 rapidly approaches the high level V DD due to the action of the positive feedback loop, and P-
CH-FET712 is ON, 714 is OFF,
N-CH-FET 722 turns OFF, 724 turns ON and becomes stable. In a stable state, A and A' are in an inverted relationship, but if the output signals are taken out from the drains of FETs 714 and 715, it is clear that a signal that is not in an inverted relationship and differs only in logic level can be obtained. When configuring the level conversion circuit shown in FIG. 7, the mutual conductance of the N-CH-FET is set to a small value, the mutual conductance of the P-CH-FET is set to a large value, and the N-CH-FET shown in 721 or 726 is configured. At the gate of FET (V SS1 −V SS2 )
The impedance when a voltage of 7 is applied is 7.
FET7 _
Care must be taken that the value of the flip-flop can be set by 11 or 715. When integrating the circuit, the channel widths of FETs 711 and 715 may be increased, and the channel lengths of FETs 721 and 725 may be increased.

第8図は本発明による電圧変換回路による電圧
低下と昇圧回路による電圧昇圧の2種類の機構を
備えた電子時計の例を示す。800は電圧変換用
の副発振器で、既に第2図及び第3図において示
した如きリングオシレータと考えても良いし、単
に表示駆動用の電圧変換を目的とする場合には、
時間基準信号源から得られる信号或いは該信号の
分周された信号を用いても良いし、全く別個に水
晶振動子を用意して発振させても良い。インバー
タ801,802は波形整形の為に用いてあり、
同時に昇圧機構を駆動する電力供給用のインバー
タでもある。803及び804は分圧用のコンデ
ンサであつて容量値が等しい方が良い。805は
昇圧後の電圧を保持するためのコンデンサであ
る。811はクランプ用のダイオードであり、8
21はクランプ用のコンデンサである。=Hに
おいてダイオード811が順方向にバイアスされ
て、コンデンサ821のインバータ802の出力
端側が正、反対側電極が負に充電され、=Lに
おいてダイオード811は逆バイアスされて
OFFの状態となり、コンデンサ811の正に充
電された側の電極すなわちインバータ802の出
力端に接続された側の電極がローレベルでVSS1
電位に設定されるので、コンデンサ821の負電
位側電極すなわち821の点における電位はVSS1
よりも(VDD−VSS1)だけ低電位になる。結局ダ
イオード811とコンデンサ821によりインバ
ータ802の出力信号はそのハイレベルがVSS1
の電位になるようにクランプされる。トランジス
タ816はN―CH―FETで、サブストレートと
ソースが接続されてコンデンサ805によりVDD
に接続されているが、トランジスタ816の
OFF状態においてトランジスタ816をソース
側からドレイン側に電流の流れる向きを順方向と
するダイオードに置換えて考えることができる。
この場合には、ダイオード811とコンデンサ8
21によりVSS1の電位をハイレベルとしてクラン
プされた信号を、更にダイオード816で整流
してコンデンサ805に電荷を蓄える回路の如く
考える事ができる。ここでインバータ802の出
力インピーダンスが充分に低い値であつて、
FET812及び816のON状態におけるインピ
ーダンスよりも大巾に低い値であるとすると、上
記のクランプ作用が確実に行われ、クランプ出力
端823のハイレベルは大略VSSのレベル、ロー
レベルは大略2・VSS1のレベルになる事が保証で
きる。ここで大略という表現をするのは、ダイオ
ードが順方向電圧降下をもたらすとすると、その
分だけクランプレベルがVSS1よりもVDDに近付く
からである。整流出力端825の電位が大略2・
VSS1の値であると、FET814及び818から
なるインバータはVSS1及びVSS1×2の電位を電源
レベルとするインバータ動作を行ない、823の
レベルがVSS1のとき824のレベルは2・VSS1
なつてFET812をON,FET816をOFFと
し、ダイオード811の順方向電圧降下を等価的
に消滅せしめ、823のレベルが2・VSS1になる
と824のレベルはVSS1となつてFET816を
ONとし、ダイオードとしての816の順方向電
圧降下を消滅せしめる。結局ダイオードクランプ
回路における順方向電圧降下の成分を本実施例に
よれば効果的に除去でき、高い効率の昇圧機構が
実現できる。例えばコンデンサ821及び805
を0.5μFとし、φなる信号の周波数を256Hzとし、
FET812をHD1G1030、ダイオード811及
び816(これはFETとしても動作する)を
3N169で構成すると、1MΩの負荷に対して電源
電圧1.6voltで98%の電力変換効率を示した。ダ
イオード811を3N169で構成する場合は、ゲー
トとサブストレートとソースを結合し、ドレイン
とサブストレートの間をダイオードとして用い
る。本構成はそのままC/MOS―ICにできる。
コンデンサ822とダイオード813は本構成を
プツシユプル動作させる場合に用いるものであ
る。本構成の変形として、コンデンサ805を取
外し、コンデンサ822とダイオード813を用
いたシステム及びダイオード813とコンデンサ
822を取り外したシステムが用いられる。昇圧
システム831は上記と全く同じ原理で、ただ上
記説明のクランプレベルVSS1を、電圧変換回路の
VSS1/2出力である(1/2)・VSS1のレベルにクラン
プするよう変更しただけである。この場合、(1/
2)→VSS1からVSS1だけシフトした電位である
(3/2)・VSS1が得られるので、これをVSS3/2と表わ
してある。以上の回路の組合せにより、VDD(=
0volt)とVSS1の電位から、1/2,3/2,2倍のVSS1
という3種類の電圧が得られ、VSS1を基準に考え
ると、VSS1から正負に1/2VSS1ずれた電位及び正
負に丁度VSS1だけずれた電位が得られ、液晶表示
パネルを1/3電圧印加方式でダイナミツクマトリ
クス駆動できる。1/3電圧印加方式の意味は、点
灯選択されたマトリクス点の印加電圧の比と、非
点灯の選択をされたマトリクス上の点の印加電圧
が3:1になる事を示す。841は時計用の時間
基準源となる水晶発振器で、215Hz〜222Hzであ
る。842は分周器からなる計時単位信号合成機
構、843はレベル変換回路、844は計時機
構、845は表示駆動回路、846は表示機構で
ある。
FIG. 8 shows an example of an electronic timepiece equipped with two types of mechanisms: voltage reduction by a voltage conversion circuit and voltage boosting by a booster circuit according to the present invention. 800 is a sub-oscillator for voltage conversion, which can be thought of as a ring oscillator as already shown in FIGS. 2 and 3, or if the purpose is simply to convert voltage for display driving,
A signal obtained from a time reference signal source or a frequency-divided signal of the signal may be used, or a completely separate crystal resonator may be prepared and oscillated. Inverters 801 and 802 are used for waveform shaping.
At the same time, it is also an inverter for power supply that drives the boost mechanism. 803 and 804 are voltage dividing capacitors, and it is preferable that their capacitance values are equal. 805 is a capacitor for holding the boosted voltage. 811 is a diode for clamping, 8
21 is a capacitor for clamping. When =H, the diode 811 is forward biased, the output terminal of the inverter 802 of the capacitor 821 is charged positively, and the opposite electrode is charged negatively, and when =L, the diode 811 is reverse biased.
OFF state, and the positively charged side electrode of the capacitor 811, that is, the side electrode connected to the output terminal of the inverter 802, is set to the low level and the potential of V SS1 , so the negative potential side electrode of the capacitor 821 In other words, the potential at point 821 is V SS1
The potential will be lower by (V DD − V SS1 ) than that. In the end, the high level of the output signal of the inverter 802 is V SS1 due to the diode 811 and the capacitor 821.
It is clamped to the potential of Transistor 816 is an N-CH-FET whose substrate and source are connected and connected to V DD by capacitor 805.
is connected to transistor 816.
The transistor 816 can be replaced with a diode in which the current flows in the forward direction from the source side to the drain side in the OFF state.
In this case, diode 811 and capacitor 8
It can be thought of as a circuit that further rectifies a signal that is clamped by setting the potential of V SS1 to a high level by a diode 816 and stores an electric charge in a capacitor 805. Here, if the output impedance of the inverter 802 is a sufficiently low value,
Assuming that the impedance is much lower than the impedance in the ON state of FETs 812 and 816, the above-mentioned clamping effect is reliably performed, and the high level of the clamp output terminal 823 is approximately the level of V SS , and the low level is approximately 2. We can guarantee that it will be at the level of V SS1 . The reason I use the expression "approximately" here is because if the diode causes a forward voltage drop, the clamp level will be closer to VDD than VSS1 . The potential of the rectified output terminal 825 is approximately 2.
When the value of V SS1 is, the inverter consisting of FETs 814 and 818 performs an inverter operation with the potential of V SS1 and V SS1 × 2 as the power supply level, and when the level of 823 is V SS1 , the level of 824 is 2・V SS1 Then, by turning FET812 ON and FET816 OFF, the forward voltage drop of diode 811 is equivalently eliminated, and when the level of 823 becomes 2.V SS1 , the level of 824 becomes V SS1 , and FET 816 is turned off.
Turn ON to eliminate the forward voltage drop of 816 as a diode. After all, according to this embodiment, the forward voltage drop component in the diode clamp circuit can be effectively removed, and a highly efficient boosting mechanism can be realized. For example capacitors 821 and 805
is 0.5μF, and the frequency of the signal φ is 256Hz,
FET812 is HD1G1030, diode 811 and 816 (this also works as FET)
When configured with 3N169, it showed a power conversion efficiency of 98% at a power supply voltage of 1.6 volts with a load of 1 MΩ. When the diode 811 is made of 3N169, the gate, substrate, and source are coupled, and the diode is used between the drain and the substrate. This configuration can be used as a C/MOS-IC.
Capacitor 822 and diode 813 are used when this configuration is operated in push-pull mode. As a modification of this configuration, a system in which capacitor 805 is removed and a capacitor 822 and diode 813 are used, and a system in which diode 813 and capacitor 822 are removed are used. The boost system 831 has exactly the same principle as above, except that the clamp level V SS1 explained above is changed to the voltage converter circuit.
The only change was to clamp it to the level of V SS1/2 output (1/2)/V SS1 . In this case, (1/
2) → Since the potential shifted by V SS1 from V SS1 (3/2)·V SS1 is obtained, this is expressed as V SS3/2 . By combining the above circuits, V DD (=
0volt) and V SS1 potential, 1/2, 3/2, 2 times V SS1
Three types of voltages are obtained, and when considering V SS1 as a reference, a potential that is shifted by 1/2 V SS1 in the positive and negative directions from V SS1 and a potential that is shifted by exactly V SS1 in the positive and negative directions are obtained, and the liquid crystal display panel is 1/3 Dynamic matrix can be driven using voltage application method. The meaning of the 1/3 voltage application method is that the ratio of the voltage applied to a matrix point selected to be turned on and the applied voltage to a point on the matrix selected not to be turned on is 3:1. 841 is a crystal oscillator that serves as a time reference source for watches, and has a frequency of 215 Hz to 222 Hz. Reference numeral 842 designates a clock unit signal synthesis mechanism consisting of a frequency divider, 843 a level conversion circuit, 844 a clock mechanism, 845 a display drive circuit, and 846 a display mechanism.

本構成の特徴は、電圧低下回路で得られる低い
電圧で情報の処理を行い、本質的にエネルギーを
必要とする構成要素にのみ、必要にして充分なエ
ネルギーを最も適した電圧で供給するものであつ
て、低電圧の液晶表示素子を閾値を利用して確実
にアドレスして駆動するマトリクス駆動、低電圧
のエレクトロミズム表示素子の駆動、大電流を要
するパルスモータの駆動回路のFETに高い電圧
を印加してICのチツプサイズ中に大きな割合を
占める駆動FETのサイズを小にしたりでき、特
に本願における任意の分数で表現できる分圧電圧
変換は、電池電圧と素子のマツチングをとる上で
有効である。又本願の実施例に示されるように低
電流のリングオシレータをIC内部に作りつける
とか、貫通電流の少ない発振及び波形整形回路等
もシステム全体をまとめる上で重要な役割を果た
している。
The feature of this configuration is that information is processed using the low voltage obtained by the voltage reduction circuit, and sufficient energy is supplied only to the components that essentially require energy at the most suitable voltage. In particular, matrix drive uses threshold values to reliably address and drive low-voltage liquid crystal display elements, drive low-voltage electromism display elements, and apply high voltage to FETs in pulse motor drive circuits that require large currents. It is possible to reduce the size of the drive FET, which accounts for a large proportion of the IC chip size, by applying voltage, and in particular, the divided voltage conversion that can be expressed as an arbitrary fraction in this application is effective in matching the battery voltage and the element. . Furthermore, as shown in the embodiments of this application, a low-current ring oscillator built inside an IC, an oscillation and waveform shaping circuit with low through-current, etc. play an important role in integrating the entire system.

第9図Aは液晶のm行n列(m,nは自然数)
のマトリクス駆動のための模式図で、例えば上部
電極としてm行、下部電極としてn列の電極線が
それぞれ上部電極用ガラス、下部電極用ガラスの
表面に形成され、該電極線を対向させて狭い間げ
きで絶縁スペーサを用いて重ね、該対向した電極
の間に電界効果型液晶を封入したものを考えれば
良い。説明は第9図Aのi行j列目(i,jは任
意の自然数)の指定されたセグメントSijの点灯
及び非点灯について行うものとする。Sijの非点
灯時においては、Sijの部分901に閾値以下の
電圧が印加され、点灯時においては少く共短時間
閾値以上の電圧が印加されるようにすれば、表示
セグメントの正確なアドレスができる。マトリク
ス駆動を達成するにはこの他に、短時間の駆動パ
ルスで点灯する速い立上り特性と、駆動パルスの
周期の間点灯状態を記憶するフレームメモリ時間
の長い液晶すなわち立下りの緩やかな特性の液晶
が必要であるが、ここでは液晶セル構造と液晶材
料の選定により上記要求は満足されているとす
る。
Figure 9A shows m rows and n columns of liquid crystal (m and n are natural numbers)
This is a schematic diagram for driving a matrix, in which, for example, m rows of upper electrodes and n columns of lower electrodes are formed on the surfaces of the upper electrode glass and the lower electrode glass, respectively, and the electrode lines are opposed to form a narrow It is sufficient to consider a structure in which the electrodes are stacked with insulating spacers in between, and a field-effect liquid crystal is sealed between the opposing electrodes. The explanation will be made regarding lighting and non-lighting of the specified segment Sij in the i-th row and j-th column (i and j are arbitrary natural numbers) in FIG. 9A. When the Sij is not lit, a voltage below the threshold is applied to the Sij portion 901, and when the Sij is lit, a voltage above the threshold is applied for a short period of time, thereby allowing accurate addressing of the display segment. . In addition to this, to achieve matrix driving, a liquid crystal with fast rise characteristics that lights up with a short drive pulse, and a liquid crystal with a long frame memory time that memorizes the lighting state during the period of the drive pulse, or a liquid crystal with slow fall characteristics. However, it is assumed here that the above requirements are satisfied by the selection of the liquid crystal cell structure and liquid crystal material.

第9図Bのφd1〜φdnは、行を指定する電極線
に電位を与えるものである。列を指定する電位
φsjは、第9図Bのφsとsとを選択して得られ
る。第9図Cに具体的な回路構成を示す。第9図
のφsは消灯状態を指定するもので、Sijのセグメ
ントのみを点灯するにはφdiのハイレベルでのみ
φsが指定され、φdiのローレベルにおいてはφs
が指定されるようにφsjを定めれば良く、Sij+1
グメントのみ点灯とするにはφdiのハイレベルで
のみs,φdiのローレベルでφsが指定されるよ
うにφsj+1を定めれば良い。第9図BにおけるE
なる信号は液晶セグメントに交番電圧を印加する
場合に電源回路を経由しない短絡路を形成するた
めの信号で、容量性表示素子一般の駆動において
消費電力低下の効果がある。液晶素子の非点灯時
の印加される電圧は(φdi−φs)で表わされ、点
灯セグメントとなる液晶素子に印加される電圧は
(φdi−s)で表わされ、第9図Bに示されてい
る。(φdi−φs)の波形で明らかなように、点灯
の場合は短時間だけ非点灯時の3倍の電圧が印加
される。
φd 1 to φd n in FIG. 9B are for applying potentials to electrode lines specifying rows. The potential φs j specifying the column is obtained by selecting φs and s in FIG. 9B. FIG. 9C shows a specific circuit configuration. φs in FIG. 9 specifies the off state. To light only the segment of Si j , φs is specified only at the high level of φd i , and when φd i is at the low level, φs
It is sufficient to set φs j so that φs j+ is specified so that s is specified only at the high level of φd i , and φs is specified only at the low level of φd i , so that only the Si j + 1 segment is lit. It is sufficient to set 1 . E in Figure 9B
This signal is used to form a short circuit that does not go through the power supply circuit when applying an alternating voltage to the liquid crystal segment, and has the effect of reducing power consumption when driving capacitive display elements in general. The voltage applied to the liquid crystal element when it is not lit is expressed as (φd i -φs), and the voltage applied to the liquid crystal element that becomes a lighting segment is expressed as (φd i -s), as shown in FIG. 9B. is shown. As is clear from the waveform (φd i -φs), when the lamp is lit, a voltage three times as high as when the lamp is not lit is applied for a short time.

第9図Cにおいて、φsjはVSS1/2をハイレベルと
し、VSS1を中点レベルとし、VSS3/2をローレベル
とする信号であつて、Eのハイレベルにおいて中
点レベルに設定され、それ以外のEのローレベル
の状態では、Sjのハイレベルでφに等しい位相で
電圧レベルがVSS1/2とVSS3/2の間で変化する信号に
なり、Sjのローベルではこれがに等しい位相の
信号に変わる。φdiはVDDをハイレベル、VSS2をロ
ーレベルとする信号で、E又はiのハイレベル
で中点レベルVSS1に設定され、iのローレベル
でφに一致した信号となる。第9図Cにおいて、
信号E931,933,Di932,i93
4,φ935,936は論理レベルのハイレベ
ルがVDD,VSS2であるような信号と考えて良い。
第9図Cの回路が有効な場合は、液晶素子の閾値
電圧VTLCと電源電圧の関係が {(1/2)・(VDD−VSS1)<VTLC (3/2)・(VDD−VSS1)>VTLC} である場合であつて、VTLCの値によりVSS1/2
VSS1,VSS3/2,VSS2の電圧比は一定のまま上記関
係式を満足するよう電圧変換回路の係数を変え
て、例えば電源電圧の1/3,2/3,3/3,4/3,の電
圧を作るようにする。3/3の電圧は実際に作る必
要がなく、電池電圧をそのまま利用できる。現在
入手できる液晶の例ではVnc=1.1volt程度のもの
があるから、第9図Cの回路で例えば8行2列な
いし8行8列程度のマトリクス駆動ができる。こ
の場合、情報の処理は低電圧で行ない、表示駆動
信号例えばφはレベル変換された高電圧としたシ
ステムが合理的である。
In Figure 9C, φs j is a signal that sets V SS1/2 to a high level, V SS1 to a midpoint level, and V SS3/2 to a low level, and is set to the midpoint level at the high level of E. In the other low level state of E, the voltage level changes between V SS1/2 and V SS3/2 with a phase equal to φ at the high level of Sj, and this becomes a low level state of Sj. Changes to signals of equal phase. φd i is a signal that sets V DD to a high level and V SS2 to a low level; when E or i is at a high level, it is set to the midpoint level V SS1 , and when i is at a low level, it becomes a signal that matches φ. In Figure 9C,
Signal E931, 933, Di932, i93
4, φ935 and 936 can be considered to be signals whose high logic levels are V DD and V SS2 .
When the circuit shown in Figure 9C is effective, the relationship between the threshold voltage V TLC of the liquid crystal element and the power supply voltage is {(1/2)・(V DD −V SS1 )<V TLC (3/2)・(V DD −V SS1 ) > V TLC }, and depending on the value of V TLC , V SS1/2 ,
The voltage ratio of V SS1 , V SS3/2 , and V SS2 remains constant, and the coefficients of the voltage conversion circuit are changed so as to satisfy the above relation, for example, 1/3, 2/3, 3/3, 4 of the power supply voltage. Try to create a voltage of /3. There is no need to actually create 3/3 voltage, and the battery voltage can be used as is. Since some currently available liquid crystals have a Vnc of about 1.1 volts, the circuit shown in FIG. In this case, it is reasonable to use a system in which information is processed at a low voltage, and the display drive signal, for example, φ is a level-converted high voltage.

第10図A及び第10図Bは、PLZT(チタン
酸ジルコン酸ランタン鉛)或いはエレクトロクロ
ミズム表示素子の印加電圧と内部状態の関係を示
すものである。第10図Aで点灯状態をB′点と
して、非点灯状態をO点或いはQ=0の状態とす
る場合と、点灯状態をB′、非点灯状態をE′とする
かで駆動方式が異なつてくる。Qを分極量とした
場合のPLZTはB′点を点灯、H′〜D′の点を非点
灯として用いることができ、OA′以上の電圧を印
加して点灯し、H′とD′の間の逆電圧を印加して
消灯する用い方ができる。エレクトロクロミズム
素子においてもQを電気化学的に析出した物質量
(上面に析出した場合を正、裏面析出を負として
定める)とすれば同様の駆動方式が用いられる。
第10図Bの如き性質を示すPLZT或いはエレク
トロクロミズム或いはエラストマ表示素子の場合
は電荷積分値を制御して非点灯時にも(用い方に
よつてはA)の位置で停止せしめるか、或いはマ
イナーループを描かせて0点に停止せしめる用い
方をする必要がある。B点とE点で表示素子とし
て明らかに識別がつくならば、充分な正電圧を印
加してB点に設定して点灯し、充分な逆電圧を印
加してE点に設定して消灯する用い方ができる。
第10図C及び第10図Eに、第10図Aの如き
性質の表示素子としてPLZT或いはエレクトロク
ロミズム素子の駆動回路例を示す。該駆動回路は
第10図Bの如き性質の表示素子に用いても使用
できる場合が多い。第10図Cは、表示信号Sk
に対し、Skの立上りに際してφのハイレベルに
一致して立上りかつφのローレベルで立下るSk
立上り微分信号SON kなる信号と、Skの立下りに際
してφの立下りに同期して立上り、φのハイレベ
ルで立下るSk立下り信号SOFF kを作成する回路実施
例である。SON kは表示素子を点灯状態にするため
の信号、SOFF kは表示素子を消灯するための信号で
あつて、その波形は第10図Eに示されている。
第10図Dは駆動回路例であつて、1002のブ
ロツクは第10図Cの1001なるブロツクに等
しい。1003及び1005はP―CH―FETで
あつて、SON kのハイレベルにおいてトランジスタ
1003がONとなつてφskなる出力の電位はVDD
に設定され、SOFF kのハイレベルにおいてトランジ
スタ1005がONになつてφskの電位はVSS1/4
等しくなる。SON kとSOFF kが同時にハイレベルにな
る事はない。SON kとSOFF kが共にローレベルの状態
ではトランジスタ1003と1005は共に
OFFとなり、表示素子1006の印加電圧は素
子のもれ抵抗と容量で定められる時定数で減衰し
て0になるか、或いは以前印加された電圧を保持
している。インバータ1004からはφに同期し
た位相及び波形で電圧レベルのみ異なるφCOMなる
信号が得られ、これが共通電極電位として表示素
子1006に接続される。結局表示素子1006
のある特定のセグメントに印加される電圧VEC-k
は第10図Eに示されるが如くなり、Skの立上
りに点灯用の正向きの電圧が印加されるとする
と、Skの立下りに消灯用の逆向きで点灯電圧の1/
2の電圧を印加することになる。
FIGS. 10A and 10B show the relationship between the applied voltage and the internal state of a PLZT (lanthanum lead zirconate titanate) or electrochromic display element. In Fig. 10A, the driving method differs depending on whether the lighting state is set to point B' and the non-lighting state is set to point O or Q = 0, or whether the lighting state is set to B' and the non-lighting state is set to E'. It's coming. When Q is the amount of polarization, PLZT can be used to turn on point B' and turn off points H' to D', and to turn it on by applying a voltage of OA' or higher, to turn on H' and D'. It can be used to turn off the light by applying a reverse voltage between the two. A similar driving method can be used in an electrochromic element, where Q is the amount of electrochemically deposited substance (deposited on the top surface is defined as positive, and deposition on the back surface is defined as negative).
In the case of a PLZT, electrochromism, or elastomer display element that exhibits properties as shown in Figure 10B, it is necessary to control the charge integral value so that it stops at position A (depending on how it is used) even when the light is not lit, or to create a minor loop. It is necessary to use a method that allows you to draw and stop at the 0 point. If it can be clearly identified as a display element at points B and E, apply a sufficient positive voltage and set it to point B to turn it on, and apply a sufficient reverse voltage and set it to point E to turn it off. I can use it.
FIGS. 10C and 10E show examples of driving circuits for a PLZT or electrochromic element as a display element having the properties shown in FIG. 10A. The drive circuit can often be used for display elements having properties as shown in FIG. 10B. FIG. 10C shows the display signal Sk
On the other hand, when Sk rises, Sk rises in accordance with the high level of φ and falls at the low level of φ.
This is an embodiment of a circuit that creates a rising differential signal S ON k and a Sk falling signal S OFF k that rises in synchronization with the falling of φ when Sk falls and falls at the high level of φ. S ON k is a signal for turning on the display element, and S OFF k is a signal for turning off the display element, the waveforms of which are shown in FIG. 10E.
FIG. 10D is an example of a driving circuit, in which the block 1002 is equivalent to the block 1001 in FIG. 10C. 1003 and 1005 are P-CH-FETs, and when the transistor 1003 is turned on at the high level of S ON k , the output potential of φsk is V DD
When S OFF k is at a high level, transistor 1005 is turned on and the potential of φsk becomes equal to V SS1/4 . S ON k and S OFF k will never be at high level at the same time. When both S ON k and S OFF k are at low level, transistors 1003 and 1005 are both
OFF, the voltage applied to the display element 1006 attenuates to 0 with a time constant determined by the leakage resistance and capacitance of the element, or maintains the previously applied voltage. A signal φ COM having a phase and waveform synchronized with φ and differing only in voltage level is obtained from the inverter 1004, and is connected to the display element 1006 as a common electrode potential. In the end, the display element 1006
Voltage applied to a certain segment of V EC-k
As shown in Figure 10E, if a positive voltage for lighting is applied at the rising edge of Sk, a reverse voltage for turning off at 1/1/2 of the lighting voltage is applied at the falling edge of Sk .
2 voltages will be applied.

第11図Aはパルスモータ式水晶時計の駆動回
路の部分を詳しく示したものである。1101は
低電圧で動作する計時機構で、水晶発振から分
周、波形整形を含む機能を持つ。1102はレベ
ル変換回路で、本実施例では負電位側の電圧レベ
ルを拡大してより低電位にしたVSS2を用意してあ
る。VSS1は電池の負電位側のレベルで、VSS2は2
倍の昇圧出力であつてVSS2=2・VSS1となる。又
VSS1/4は VSS1/4=1/4 VSS1である。1103及
び1104はパルスモータ駆動用の大電流容量の
FETインバータである。P―CH―FET1111
及び1113にはローレベルの入力信号時にVSS1
の2倍のゲート電圧が印加されてONになるの
で、通常の昇圧回路なしのシステムに比較して
ONインピーダンスを1/4にでき或いは駆動用イ
ンバータの為にIC内部で使用するチツプサイズ
の面積比率を低下できる。N―CH―FET111
2及び1114に対してはONインピーダンス低
減の効果がないが、OFF状態でゲート入力11
06及び1108のローレベルがソース電位より
も低電位のために完全なOFF状態が実現され、
回路のリーク電流が少なくなる。計時のための機
構1101が低電圧動作する事と出力インピーダ
ンスの低下或いはリーク電流の最大のウエイトを
占める駆動インバータのリーク減少の効果は大き
い。N―CH―FETのインピーダンス低下のため
には、入力信号1105と1106をコンデンサ
で直流的にカツトしてやり、ダイオードで110
6のローレベルをVSS1のレベルにクランプし、1
105は直接的にレベル変換回路1102に接続
し、入力1106は上記コンデンサを介してレベ
ル変換器1102に接続されるようにしても良
い。入力1107と1108についても同様で、
P―CH―FET入力1107は直接駆動、N―
CH―FET入力1107は直接駆動、N―CH―
FET入力1108はダイオードクランプしてコ
ンデンサを介して入力1104に連結しても良
い。正電位側にVDDの2倍の電源VDD2を増設して
レベル変換器によつて論理レベルVDD2とVSS2とに
伸長した信号でインバータ1103及び1104
を駆動しても良い。
FIG. 11A shows in detail the drive circuit portion of the pulse motor type quartz watch. 1101 is a timekeeping mechanism that operates at low voltage and has functions including crystal oscillation, frequency division, and waveform shaping. Reference numeral 1102 denotes a level conversion circuit, and in this embodiment, V SS2 is prepared in which the voltage level on the negative potential side is expanded to a lower potential. V SS1 is the negative potential side level of the battery, and V SS2 is 2
The boosted output is doubled, and V SS2 =2·V SS1 . or
V SS1/4 is V SS1/4 = 1/4 V SS1 . 1103 and 1104 have large current capacity for driving pulse motors.
It is a FET inverter. P-CH-FET1111
and 1113 has V SS1 when the input signal is low level.
Since it turns on by applying twice the gate voltage, compared to a normal system without a booster circuit.
The ON impedance can be reduced to 1/4, or the area ratio of the chip size used inside the IC for the drive inverter can be reduced. N-CH-FET111
There is no effect of reducing ON impedance for 2 and 1114, but gate input 11 in OFF state
A complete OFF state is realized because the low level of 06 and 1108 is lower than the source potential.
Leakage current in the circuit is reduced. The low voltage operation of the timekeeping mechanism 1101 and the reduction in output impedance or leakage from the driving inverter, which accounts for the largest amount of leakage current, have a great effect. In order to reduce the impedance of the N-CH-FET, input signals 1105 and 1106 are cut off using capacitors, and 110
Clamp the low level of 6 to the level of V SS1 ,
105 may be directly connected to the level converter circuit 1102, and the input 1106 may be connected to the level converter 1102 via the above-mentioned capacitor. The same goes for inputs 1107 and 1108.
P-CH-FET input 1107 is directly driven, N-
CH-FET input 1107 is directly driven, N-CH-
FET input 1108 may be diode clamped and coupled to input 1104 through a capacitor. A power supply V DD2 twice as high as V DD is added on the positive potential side, and the signal is expanded to logic levels V DD2 and V SS2 by a level converter, and the inverters 1103 and 1104 are
may be driven.

第11図Bは、第11図Aにおける信号の波形
図であり、第11図Cは第6図Bにおける信号の
波形図である。φ637はゲート637の出力信号
で、Q01……Q06はカウンタ638の出力信号で、
φ637C1……φ637C4はカウンタ638とゲート63
7の出力から定められる。
FIG. 11B is a waveform diagram of the signal in FIG. 11A, and FIG. 11C is a waveform diagram of the signal in FIG. 6B. φ 637 is the output signal of the gate 637, Q 01 ...Q 06 is the output signal of the counter 638,
φ 637 C 1 ... φ 637 C 4 is the counter 638 and gate 63
It is determined from the output of 7.

こゝで、 C1=Q01、 C201・Q02 C30102・Q03 C4010203・Q04 である。 Here, C 1 = Q 01 , C 2 = 01・Q 02 C 3 = 0102・Q 03 C 4 = 010203・Q 04 .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は電圧変換回路を用いた本発明の時計シ
ステムブロツク図、第2図は電圧変換回路の一実
施例、第3図A,Bは本発明の電圧変換回路の別
の実施例、第4図A,Bは本発明の電圧変換回路
動作説明図、第5図は本発明の電圧変換回路の別
の実施例、第6図Aは本発明の電圧変換回路と温
度補償回路の組合せシステムブロツク図、第6図
Bは第6図Aにおける2乗乗算回路実施例、第6
図Cは第6図Aのシステム動作説明図、第7図は
レベル変換回路実施例、第8図は電圧の低下と昇
圧とを組合せた実施例、第9図Aは第8図の電圧
変換を利用した液晶マトリクス駆動システムのた
めの表示素子図、第9図Bはマトリクス駆動波形
図、第9図Cはマトリクス駆動回路実施例、第1
0図A,Bは蓄積型表示素子特性図、第10図
C,Dは蓄積型表示素子駆動回路実施例、第11
図Aは第8図の電圧変換を利用したパルスモータ
式水晶時計システム回路実施例、第10図Eは蓄
積型表示素子駆動波形図、第11図Bはモータ駆
動回路の駆動波形図、第11図Cは第6図Bの信
号波形図である。 111:第2の信号の発生手段たる発振器、1
12:蓄電器の結線を切換えるスイツチング回
路、116:レベル変換器、117:表示機構、
118:電気的エネルギー源。
FIG. 1 is a block diagram of a timepiece system of the present invention using a voltage conversion circuit, FIG. 2 is an embodiment of the voltage conversion circuit, and FIGS. 3A and B are another embodiment of the voltage conversion circuit of the present invention. 4A and 4B are explanatory diagrams of the operation of the voltage conversion circuit of the present invention, FIG. 5 is another embodiment of the voltage conversion circuit of the present invention, and FIG. 6A is a combination system of the voltage conversion circuit and temperature compensation circuit of the present invention. The block diagram, FIG. 6B, is an embodiment of the squaring multiplier circuit in FIG. 6A.
Figure C is an explanatory diagram of the system operation of Figure 6A, Figure 7 is an example of a level conversion circuit, Figure 8 is an example of a combination of voltage reduction and boosting, and Figure 9A is the voltage conversion of Figure 8. FIG. 9B is a matrix drive waveform diagram, FIG. 9C is an example of a matrix drive circuit, the first
Figures 0A and B are characteristic diagrams of storage type display elements, Figures 10C and D are examples of storage type display element drive circuits, and Figure 11.
Figure A is an example of a pulse motor crystal clock system circuit using the voltage conversion shown in Figure 8, Figure 10E is a storage type display element drive waveform diagram, Figure 11B is a drive waveform diagram of a motor drive circuit, and Figure 11B is a drive waveform diagram of a motor drive circuit. Figure C is a signal waveform diagram of Figure 6B. 111: Oscillator as second signal generating means, 1
12: Switching circuit for switching the connection of the capacitor, 116: Level converter, 117: Display mechanism,
118: Electrical energy source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 時間基準信号源、計時単位信号合成機構、計
時機構、時刻表示機構、外部操作部材、電気的エ
ネルギー供給源を備え該時間基準信号源は水晶発
振器である電子時計において、集積回路化された
感温性の副発振器を設け、該水晶発振器周波数と
該副発振器の発振周波数との周波数差を温度依存
性の温度差信号として計数し、該温度差信号から
温度補償関数を含成して該時間基準信号源水晶発
振器による発振周波数の温度変動を補償する演算
回路を備えた電子時計。 2 演算回路は温度差信号を間欠的に計数記憶
し、該記憶された温度差信号に基づく温度補償関
数の発生を連続的に行うことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の電子時計。
[Claims] 1. An electronic timepiece comprising a time reference signal source, a timekeeping unit signal synthesis mechanism, a timekeeping mechanism, a time display mechanism, an external operating member, and an electrical energy supply source, wherein the time reference signal source is a crystal oscillator, A temperature-sensitive sub-oscillator integrated into an integrated circuit is provided, the frequency difference between the crystal oscillator frequency and the oscillation frequency of the sub-oscillator is counted as a temperature-dependent temperature difference signal, and a temperature compensation function is calculated from the temperature difference signal. An electronic timepiece comprising an arithmetic circuit that compensates for temperature fluctuations in the oscillation frequency of the time reference signal source crystal oscillator. 2. The electronic timepiece according to claim 1, wherein the arithmetic circuit intermittently counts and stores the temperature difference signal and continuously generates a temperature compensation function based on the stored temperature difference signal. .
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