DE2365143A1 - Elektronische uhr - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Zeitmeßgeräte zur Erzeugung einer korrekten Zeitanzeige. Insbesondere betrifft die Erfindung Systeme, die mit einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung von korrekten Zeitsignalen arbeitet, wobei sich die Schaltung auf einem einzelnen integrierten Schaltungsplättchen herstellen und in einem typischen Uhrgehäuse unterbringen läßt. Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Schaltung, die aus einer Spannungsquelle mit verhältnismäßig niedriger Spannung eine geregelte Versorgungsspannung auf hohem Pegel zur Speisung einer elektronischen Zeitanzeige-Schaltung erzeugt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pegelwandler-Schaltung, die Zeitanzeigesignale von einer verhältnismäßig niedrigen Spannung auf eine verhältnismäßig hohe Spannung zur Aussteuerung einer Zeitanzeige umsetzt.

Es sind Zeitmeßgeräte bekannt, die mit einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung von zur Anzeige der richtigen Zeit dienenden elektrischen Signalen arbeiten. Bei einem typischen Gerät erzeugt ein extrem stabiler Hochfrequenzoszillator Hochfrequenz-Zeitbasissignale. Diese Signale werden von einer bekannten Schaltung unterteilt, die einen Signalimpulszug mit einer Frequenz von 1 Hz erzeugt. Der Signalzug wird auf eine Zeitmeßeinheit gekoppelt, die eine Anzahl von durch die 1-Hz-

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Impulse weitergeschalteten Zählern umfaßt. Dabei erzeugt ein Zähler mit einem Teilverhältnis von 60 einen Zählwert, der die korrekte Sekunde der Minute darstellt. Ein weiterer Zähler mit einem Teilverhältnis von 60 erzeugt einen Zählwert, der die korrekte Minute der Stunde wiedergibt. Ferner ist ein Zähler mit einem Teilverhältnis von 12 vorgesehen, der einen die korrekte Stunde des Tages angebenden Zählwert erzeugt. Bei einigen Geräten hat der Stundenzähler ein Teilverhältnis von 24.

Die Ausgangssignale der Zähler der Zeitmeßeinheit werden decodiert und typischer Weise auf- eine Mehrziffernanzeige gekoppelt, die mit sieben Segmenten oder mit einer !Punktmatrix arbeitet. Indem die Zähler durch die 1-Hz-Taktimpulse in verschiedene Zustände weitergeschaltet werden, werden jeweils verschiedene der Segmente oder Punkte durch die de.codierten Zähler-Aus gangs s ignale beaufschlagt und erzeugen somit eine visuelle Zeitanzeige.

Zeitmeßsysteme der obigen Art erzeugen in erster Linie aufgrund der Stabilität der verwendeten Hochfrequenz-Zeitbasis einen Genauigkeitsgrad^ der den von herkömmlichen mechanischen Uhrwerken übersteigt. Außerdem sind vollelektronische Systeme in der Herstellung billiger als mechanische Systeme und weisen eine viel längere Lebensdauer auf, da keine sich bewegenden mechanischen Teile vorhanden sind.

Seit der Schaffung von integrierten Schaltungen mit hohem Integrationsgrad (sogenannten large scale integrated circuits) hat man Versuche unternommen, um elektronische Zeitmeßsysteme zu erzeugen, die sich in Gehäuse von Armband-, Taschen-, Halsketten- und Ringuhren einbauen lassen. Erfolge in der Entwicklung derartiger elektronischer Uhren sind jedoch durch das Problem des Stromverbrauchs behindert. Da sämtliche elektronischen Zeitmeßsysteme und Anzeigegeräte elektrische Energie verbrauchen, muß eine elektrische Uhr mit einer geeigneten

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tragbaren Energiequelle versehen sein, die in der Lage ist, elektrische Energie mit dem erforderlichen Spannungs- und Strompegel über eine genügend lange Zeitspanne zur Verfügung zu stellen, bevor ein Austausch erforderlich wird, -wobei die wünschenswerte Mindest-Ze it spanne etwa ein Jahr beträgt. Wegen des in einem typischen Uhrgehäuse vorhandenen relativ kleinen Volumens muß eine derartige Energiequelle notwendigerweise entsprechend kleine Abmessungen haben; außerdem muß sie billig zu ersetzen sein. Zwar stehen heutzutage Energiequellen zur Verfügung, die den erforderlichen Beschränkungen hinsichtlich der räumlichen Abmessungen und der Kosten genügen; diese Quellen haben jedoch extrem niedrige Spannungs-, Strom- und Energiewerte.

Da es jedoch zweckmäßig ist, derartige verfügbare Energiequellen zu verwenden, haben sich die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der elektronischen Uhren darauf konzentriert, elektronische Zeitmeßsysteme und zugehörige Anzeigen zu entwerfen, die für fehlerfreien Betrieb nur minimalen Strom bei minimaler Spannung verbrauchen. Dabei sind e'inige Anstrengungen unternommen worden, ein elektronisches Zeitmeßsystem mit einer normalen mechanischen Zeitanzeige zu kombinieren, die mit motorisch betriebenen umlaufenden Stunden-, Minuten- und Sekundenzeigern arbeitet. Andere Bemühungen haben sich auf ein vollelektronisches System gerichtet, bei dem ein elektronisches Zeitmeßsystem mit einer elektrisch betätigten Digitalanzeige unter Verwendung von lichtemittierenden Dioden kombiniert wird. Es hat sich zwar herausgestellt, daß der elektronische Zeitmeßteil derartiger elektronischer Uhren mit mäßigen elektrischen Energiemengen auskommt; dagegen hat sich der Leistungsbedarf .für den Anzeigeteil bei beiden Typen für die oben erwähnten verfügbaren Energiequellen als unbefriedigend erwiesen.

In dem Bemühen, eine elektronische Uhr herzustellen, die mit den verfügbaren leistungsschwachen und in ihren Abmessungen

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geringen Energiequellen auskommt, ist weiterhin versucht worden, eine Flüssigkristall-Anzeige in Verbindung mit einem elek·^ V tronischeii Zeitmeßsystem zu verwenden. Zwar stehen Flüssigkristall-Anzeigen zur Verfügung, die die Erfordernisse minimaler Abmessungen aus Einbaugründen erfüllen und die auch nur" mäßige Energiemengen für einen ordnungsgemäßen Betrieb erför-' dem, jedoch benötigen derartige Anzeigen eine verhältnismäßig hohe Spannung zur richtigen Betätigung. Daher wird bei bekannten elektronischen Uhren mit Flüssigkristall-Anzeige ein elektronisches Zeitmeßsystem verwendet, das zwei Teile aufweist: einer dieser Teile arbeitet bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung, beispielsweise einer Gleichspannung von 3 Volt, zur Erzeugung der 1-Hz-Bezugsimpulse, während der andere Teil mit einer verhältnismäßig hohen Spannung, beispielsweise einer Gleichspannung von 15 Volt, betrieben wird, um Zeitanzeigesignale zu erzeugen, die eine ausreichende Größe zur Steuerung der Flüssigkristall-Anzeigeziffern haben. Der genannte letztere Teil arbeitet bisher mit einer einzigen diskreten Pegelwandlereinrichtung, die eine erhebliche Energiemenge erfordert, um die verhältnismäßig hohen Betriebsspannungen für die Zeitmeß-Zähler und -Decoder zu erzeugen, so daß der ursprüngliche Zweck der Konstruktion teilweise vernichtet wird. Die bisherigen Versuche, ein derartiges elektronisches Uhr sys tem mit einer integrierten Schaltung auszustatten und dadurch den Energiebedarf der Pegelwandlereinrichtung zu vermindern, haben wegen des erhöhten Platzbedarfs der integrierten Schaltungsplättchen, wie sie für die Schaltungselemente zur, Erfüllung des genannten Zwecks erforderlich sind, fehlgeschlagen.

Die hier beschriebene Erfindung umfaßt ein billiges elektronisches Zeitmeß- und -Anzeigesystem, das mit einer Niederspannungs-Energiequelle arbeitet und wesentlich weniger Energie verbraucht als bekannte Systeme. Wegen der niedrigen Arbeitsspannung und des geringen Stromverbrauchs lassen sich erfindungsgemäß aufgebaute Systeme durch handelsübliche billige Energie-

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quellen über längere Zeiträume von über einem Jahr antreiben, ohne daß sich ihre Zeitgenauigkeit verschlechtert. Da ferner, praktisch sämtliche elektrischen Komponenten auf einem einzelnen integrierten Schaltungsplättchen untergebracht sind, ergeben sich außerordentlich niedrige Herstellungs- und Montagekosten.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein von einer Niederspannungsquelle betriebenes Zeitmeßsystem zur Erzeugung von decodierten Niederspannungs-Zeitsignalen, die Sekunden, Minuten und Stunden angeben, ferner einen ebenfalls von der Niederspannungsquelle betriebenen geregelten Umsetzer, der die Niederspannung in eine periodisch kontrollierte und nachgeführte verhältnismäßig hohe Spannung umsetzt, sowie eine Vielzahl von Pegelumsetzern, die die einzelnen Niederspannungs-Zeitsignale auf eine verhältnismäßig hohe. Spannung bringen, die ausreicht, um den betreffenden .Teil einer mit verhältnismäßig hoher Spannung arbeitenden Anzeigeeinrichtung, etwa einer Flüssigkristall-Anzeige, auszusteuern. Das Zeitmeßsystem umfaßt dabei einen kristallgesteuerten Hochfrequenzoszillator, einen Teiler-Schaltkreis, eine Zeitsteuereinheit und einen Decoderabschnitt. Der geregelte Spannungsumsetzer umfaßt eine Konstantstromquelle, einen Schwellenspannungsdetektor, einen Meß- und Steuerkreis sowie einen Umsetzer für die Spannung eines Abtastkreises mit einem sehr wenig gedämpften Schwingkreis. Um den Energiebedarf so klein wie möglich zu machen, ist der geregelte Spannungsumsetzer so ausgelegt, daß er das auf verhältnismäßig hoher Spannung liegende Ausgangssignal periodisch abtastet, wobei jede Tastperiode ein außerordentlich kurzes Tastverhältnis aufweist. Die einzelnen Pegelumsetzer sind so eingerichtet, daß sie nur während außerordentlich kurzer Schaltperioden Strom ziehen. In bevorzugter Ausführungsform wird die Erfindung in für minimalen Leistungsbedarf ausgelegter CMOS-Schaltkreistechnik ausgeführt.

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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Gesamtschaltbild;

Fig, 2 eine 7-Segment-Ziffernanzeige;

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine bevorzugte Ausfiihrungsforra einer in der Schaltung nach Fig. 1 verwendeten Zeitmeßeinheit;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Teilö der Zeitmeßeinheit nach Fig. 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine bevorzugte Ausführungsform eines in der Schaltung nach Fig. 1 verwendeten geregelten Spannungsumsetzers;

Fig. 6 ein Schaltbild des Spanhungsumsetzers nach Fig. 5;

Fig. 7 ein Schaltbild eines Paars von Pegelumsetzern, eines Übertragungsgatters und einer Formierstufe in bevorzugter Ausführungsform; und

Fig. 8 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung in ihrer bevorzugten Ausführungsform.

Das in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung als elektronische Uhr. Ein Oszillator 10 mit einem Steuerkristall 12 führt dem Eingang eines Frequenzteilers 14 einen Impulszug aus Hoch-? frequenz-Bezugsimpulsen vorzugsweise auf einer Frequenz von 32.768 Hz zu. Der Frequenzteiler 14 teilt das Hochfrequenz-

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bezugssighal hinunter auf Bezugs signale von 64 Hz, 32 Hz und 1 Hz. Die Bezugssignale mit 64 Hz und 1 Hz werden auf den Eingang einer Zeitmeßeinheit 16 gekoppelt, die im einzelnen in Fig. 3 und 4 dargestellt ist und die einem Decoder 18 Äusgangssignale zuführt, die Minuten und Stunden angeben.

Der Decoder 18 ist mit einer Vielzahl von Ausgangsleitungen 19-j bis 19_A versehen, die jeweils an eine Niederspannungs-Steuereingangsklemme eines anderen Pegelumsetzers 20- bis 2CL angeschlossen sind. Das 1-Hz-Aus gangs signal des Frequenzteilers 14 ist ferner direkt auf einen Pegelumsetzer 2Oq gekoppelt.

Die Ausgänge der einzelnen Pegelumsetzer 20« bis 20. sind jeweils mit den Steuereingängen einzelner Übertragungsgatter 22_Q bis 22^ verbunden. Die Ausgänge der einzelnen Übertragungsgatter 22q bis 22^ stellen jeweils ein auf hohem Pegel liegendes Signal zur Aussteuerung jeweils einzelner von mehreren Anzeigesegment-Steuerelektroden 24_Q bis 24. einer Flüssigkristall-Anzeige 25 dar.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkristall-Anzeige 25 aus mehreren 7-Segment-Ziffernanzeigen aufgebaut, die jeweils dem in Fig. 2 dargestellten 7-Segment-Zeichen ähnlich sind. Jede Ziffer umfaßt sieben einzelne Segmente a bis g, von denen jedes durch Anlegen eines Steuer- oder Ansprechpotentials betätigbar ist. Durch selektive Beaufschlagung verschiedener Kombinationen der einzelnen Segmente a bis g lassen sich die Ziffern 0 bis 9 sichtbar machen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei solche Zeichen zur Anzeige der Minuten und zwei Zeichen zur Anzeige der Stunden verwendet. Ein spezielles Segment 24_Q wird durch das 1-Hz-Signal auf der Leitung 19q mit einer Impulsfolgefrequenz von einer Sekunde ausgesteuert, um dem Träger der* elektronischen Uhr visuell anzuzeigen, daß die Uhr richtig funktioniert.

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Aufbau und Arbeitsweise von Flüssigkristall-Anzeigen sind bekannt; strukturelle Einzelheiten der Anzeige 25 dürften sich daher erübrigen. Anzeigen dieser Art kennzeichnen sich durch relativ geringen Stromverbrauch im Vergleich zu Anzeigen mit lichtemittierenden Dioden oder sonstigen bekannten Typen, die sich zur Zeitanzeige eignen. Bei einer Flüssigkristall-Anzeige ist es jedoch zum ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich, daß zwischen einem gegebenen Segment 24^ und einer gemeinsamen Elektrode 30 ein verhältnismäßig hohes Ansprechpotential angelegt wird. Darüberhinaus wird dieses verhältnismäßig hohe Potential vorzugsweise, wie im Folgenden beschrieben, im Wechselspannungsmodus angelegt, um die Lebensdauer der. Anzeige zu verlängern.

Wie ersichtlich, bestimmt sich die Anzahl an Pegelumsetzern 2Oq bis 20_if Übertragungsgattern 22_Q bis 22_i und Anzeigesegment-Steuerelektroden 24_Q bis 24^^ nach der Anzahl der gewünschten Bezugszeichen und der Anzahl von Segmenten pro Zeichen. Um überflüssige Wiederholungen zu vermeiden, ist die Mehrzahl dieser Elemente in dem Schaltbild nach Fig. 1 nur durch gestrichelte Linien angedeutet.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Niederspannungsquelle 26 vorgesehen, die eine Versorgungsgleichspannung V₀ von ungefähr 1,5 Volt dem Speiseeingang des Oszillators 10, des Frequenzteilers 14, der Ze.itmeßeinheit 16 und des Decoders 18 zuführt. Die Quelle 26 ist ferner an einen geregelten Spannungsumsetzer 27 angeschlossen, der die verhältnismäßig niedrige Spannung der Quelle 26 in eine verhältnismäßig hohe Spannung umsetzt, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von etwa 15 Volt Gleichspannung liegt. Der Ausgang des Spanmingsumsetzers 27 wird auf den Speiseeingang der Pegelumsetzer 20_Q bis 20^, eines Pegelumsetzers 20. und einer Formier stufe 29 gegeben. Der Hochspannungsaus gang der Formierstufe 29 liegt seinerseits an den übertragungseingängen der

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übertragungsgatter 22_Q bis- 22^^ und an der gemeinsamen Elektrode 30 der Flüssigkristall-Anzeige 25.

Der Oszillator 10, der Frequenzteiler 14, die Zeitmeßeinheit und der Decoder 18 werden also mit der verhältnismäßig niedrigen Spannung V_D aus der Quelle 26 gespeist. Da diese Schaltungseinheiten dem Fachmann bekannt sind, werden weitere Einzelheiten zur Vermeidung von Längen nicht beschrieben. Die Schaltungseinheiten sind vorzugsweise in CMOS-Schaltkreistechnik ausgeführt. Bei dieser Technik (CMOS = Komplementäre Metalloxid-Halbleiter) wird mit Transistoren entgegengesetzten Leitungstyps gearbeitet, die derart angeordnet sind, daß nur während außerordentlich kurzer Schaltperioden Strom fließt. Daher erfordern derartige Schaltungen zum ordnungsgemäßen Betrieb außerordentlich geringe Strommengen. Ferner lassen sich solche Schaltungen leicht so entwerfen, daß sie bei außerordentlich niedriger Speisespannung ordnungsgemäß arbeiten. Die Niederspannungsquelle 26 kann also eine beliebige Anzahl handelsüblicher 1,5-V-Gleichspannungsbatterien umfassen.

Beim Betrieb wird der Impulszug aus Hochfrequenz-Bezugsimpulsen aus dem Oszillator 10 durch den Frequenzteiler 14 auf Zeitbezugssignale von 64 Hz, 32 Hz und 1 Hz unterteilt· Die 1-Hz-Bezugssignale werden der Zeitmeßeinheit 16 zugeführt, die entsprechend diesen Signalen Minuten- und Stunden^ZShlwerte erzeugt. Die Minuten- und Stundensignale aus der Zeitmeßeinheit werden von dem Decoder 18 in Niederpegelsignale auf den Leitun-^: gen 19^ bis 19j_ decodiert, die die einzelnen zur Erzeugung einer visuellen Zeitanzeige zu betätigenden Segmente 24,j bis Zh^ der Flüssigkristall-Anzeige 25 spezifizieren. Die 1-Hz-Niederpegel-Bezugssignale auf der Leitung 19_Q dienen ferner dazu, die Betätigung der Sekunden-Segmente 24q der Anzeige 25 zu steuern.

Die Pegelumsetzer 20_Q bis 20^ und 20.,, die Ubertragungsgatter 22q bis 22_i und die Formieretufβ 29 arbeiten auf dem verhältnis-

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mäßig hohen Potential V_D, das von dem geregelten Spannungsumsetzer 27 geliefert wird. Die Pegelumsetzer 20_Q bis 2O₁ wandeln die an ihren jeweiligen Eingängen 19_Q bis 19, auf- ' tretenden Niederpegel-Steuersignale in Hochpegel-Steuersignale zur Betätigung der Ubertragungsgatter 22_Q bis 22, um. Der Pegelumsetzer 20. dient in ähnlicher Weise dazu, daa auf der Eingangsleitung 19^ vorhandene Niederpegel-Steuersignal von 32 Hz in Hochpegel-Signale von 32 Hz umzuwandeln. Diese Hochpegel-Signale aus dem Pegelumsetzer 20., werden von der

Formierstufe 29 in Hochpegel-Segmentbetätigungssignale von 32 Hz mit scharf begrenzten Vorder- und Rückflanken geformt. Die Segment-Betätigungssignale werden über die Ubertragungsgatter 22_Q bis 22_A den Segmenten 24_Q bis 2h^ sowie direkt der gemeinsamen Elektrode 30 der Anzeige 25 zugeführt. Wie weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 7 und 8 im einzelnen beschrieben werden soll, steuern die Übertragungsgatter 22₀ bis 22. die Phase der durch sie hindurchgeleiteten Segment-Be tätigungssignale bezüglich der Phase des Segment-Betätigungssignals, das der gemeinsamen Elektrode 30 direkt zugeführt wird. Sind das Signal für ein gegebenes Segment 24^ und das für die gemeinsame Elektrode 30 in Phase, so wird das betreffende Segment nicht beaufschlagt; sind die beiden Signale außer Phase, so wird das Segment betätigt. Auf diese Art und Welse werden Je nach den Niederpegel-Ausgangssignalen auf den Leitungen 19^ bis 19_A aus dem Decoder 18 die verschiedenen Segmente der Minuten- und Stunden-Ziffern betätigt oder nicht; somit werden die verschiedenen Ziffern, die die Minuten und Stunden anzeigen, dargestellt.

Ein wichtiges Merkmal der in Fig. 1 gezeigten Erfindung besteht darin, daß das den Oszillator 10, den Frequenzteiler 14, die Zeitmeßeinheit 16 und den Decoder 18 umfassenden Zeitmeßsystem auf dem von der Quelle 26 gelieferten Niederspannungspegel Vjj arbeitet, während die Pegelumsetzer2Oq bis 20., die Ubertragungsgatter 22_Q bis 22, und die Formierstufe 29 auf dem von dem geregelten Spannungsumsetzer 27 gelieferten Hochspan-

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nungspegel V_D? arbeiten. Infolge des Niederspannungsbetriebs des Zeitmeßsystems sowie der Verwendung einer Schaltung mit komplementären Halbleitern wird der Leistungsverbrauch des kontinuierlich arbeitenden Zeitmeßsystems auf einem Minimum gehalten. Ferner wird auch aufgrund des Schaltungsaufbaus aus komplementären Halbleitern für die auf hohem Pegel arbeitenden Pegelumsetzer 2O₀ bis 20., die Gatter 22_Q bis 22_i und die Formierstufe 29 der Leistungsverbraueh dieses "Hochspannungs"-Teils der Ausführungsform gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf einem Minimum gehalten.

Gemäß Fig. 3 umfaßt die Zeitmeßeinheit 16 eine durch 60 teilende Einheit 31, einen Minutenzähler 32, einen Stundenzähler 33 und eine Zeitstelleinheit 34. Die Teilereinheit 31 erzeugt aus dem 1-Hz-Eingangssignal Äusgangsimpulse in Intervallen von 60 Sekunden. Jeder Ausgangsimpuls der Einheit 31 schaltet den Minutenzähler 32 fort, der einen Zähler mit einem Teilverhältnis von 60:1 oder einen Zähler mit einem Teilverhältnis von 10:1 und einen nachgeschalteten Zähler mit einem Teilverhältnis von 6:1 enthalten kann. Die letzte- Stufe des Minutenzählers 32 erzeugt in Intervallen von einer Stunde jeweils einen Ausgangsimpuls. Jeder dieser Ausgangsimpulse schaltet den Stundenzähler 33 fort, der einen Zähler mit einem Teilverhältnis von 12:1 oder einen solchen mit einem Verhältnis von 24:1 umfassen mag, wobei der letztere dann verwendet wird, wenn ein 24-Stunden-Zeitsystem gewünscht wird.. Derartige Zähler sind bekannt und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben«!

Die Zeitstelleinheit 34 ist so eingerichtet, daß sie der Teilereinheit 31 64-Hz-Gatesignale sowie ein Sperrsignal zur Unterdrückung des 1-Hz-Eingangssignals von der Betriebseihheit 31 sowie dem Minutenzähler 32 und dem Stundenzähler 33 1-Hz-Signale zuführt, wobei dies alles in Abhängigkeit von Zeitstellsignalen aus einer Benutzer-Steuereinrichtung geschieht; die Steuereinrichtung umfaßt dabei eine beliebige vom Benutzer ein-

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stellbare Einrichtung zur Erzeugung von Minuten- und Stunden-Fortschaltsignalen. Eine derartige Anordnung umfaßt beispielsweise ein Paar von Schaltern, von denen der eine eine Minuteneinstellung und der andere eine Stundeneinstellung bewirkt, und die jeweils durch einen aus dem Uhrengehäuse herausragenden eigenen Knopf betätigbar sind. Dem Fachmann stehen auch andere äquivalente Anordungen zur Verfügung. Das 64-Hz-Eingangssignal für die Teilereinheit 31 schaltet diese taktmäßig in einen bestimmten Ausgangszustand, so oft der Minutenzähler 32 eingestellt wird. Hat die Einheit 31 diesen Ausgangszustand erreicht, so .wird die Zuführung der 64-Hz-Signale unterbrochen. Danach gewährleistet das Sperrsignal, daß dieser Zustand beibehalten wird, bis die Minutenverstellung beendet ist.

In Fig. 4 ist eine geeignete Schaltung zur Durchführung der letztgenannten Steuerfunktion veranschaulicht. Gemäß Fig. 4 wird ein Flip-Flop 35 durch die Vorderkante des Minutenstellsignals gesetzt. Der Setzausgang des Flip-Flops 35 steuert ein UND-Gatter 36, so daß 64-Hz-Impulse an ein ODER-Gatter 37 gelangen, dessen Ausgangssignal der Teilereinheit 31 zugeführt wird. Gleichzeitig sperrt das von einem Inverter 38 invertierte Minutensteilsignal ein weiteres UND-Gatter 39, so daß keine 1-Hz-Impulse an das ODER-Gatter 37 gelangen. Ist die letzte Stufe der Teilereinheit 31 gesetzt, so wird dem Löscheingang des Flip-Flops 35 ein Löschsignal zugeführt. Beim Löschen des Flip-Flops 35 wird das UND-Gatter 36 gesperrt. Das UND-Gatter bleibt gesperrt, bis das Minutenstellsignal entfernt wird.

Die Minuteneinstellung erfolgt durch Beaufschlagen des Minutenzählers 32 mit 1-Hz-Impulsen, bis der richtige Zählwert er— reicht ist. Während dieser Zeit vermittelt der Minutenabschnitt der Flüssigkristall-Anzeige 25 eine visuelle Anzeige der Einstellung in den Minutenzähler 32. Die Stundeneinstellung erfolgt ähnlich.

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Die verschiedenen Stufen des Minutenzählers 32 und des Stundenzählers 33 sind mit dem Decoder 18 gekoppelt. Der Decoder. umfaßt eine bekannte logische Schaltung, die die verschiedenen Zählereinstellungen in Steuersignale zur Bestimmung der entsprechenden Zeichensegmente decodiert, so daß in übereinstimmung_: mit den Zählereinstellungen die entsprechenden Ziffern gebildet werden. Da die Schaltung zur Durchführung dieser Funktion bekannt ist, sind weitere Einzelheiten darüber zur Vermeidung von Längen weggelassen worden.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in dem geregelten Spannungsumsetzer 27, der in dem Blockschaltbild der Fig. 5 veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 5 führt eine Konstantstromquelle 41 einem Spannungsabfall-Widerstand 42 einen kleinen konstanten Strom zu. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat dieser Strom eine Stärke von etwa 1 μΑ. Das andere Ende des Widerstands 42 .ist mit dem auf verhältnismäßig hoher Spannung liegenden Ausgang V₀ ¹ eines Spannungsumsetzers 44 verbunden. Da der Strom durch den Widerstand 42 im wesentlichen konstant ist, ist auch der daran auftretende Spannungsabfall konstant. Daher führt eine Änderung in der Größe der Spannung V_D' zu einer linearen Änderung in der Spannung V.J. am Verbindungspunkt 45, d.h. V^-V₀ ^f=K (konstant).

Die Spannung V^ am Verbindungspunkt 45 wird von einem Schwellendetektor 46 gemessen, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung V+ unter einen ersten gegebenen Wert absinkt, der angibt, daß die Spannung V_D* unter einen zweiten bestimmten Wert abgesunken ist, der zu dem ersten bestimmten Wert über die Konstante K in Beziehung steht. Ein Meß- und Steuerkreis 47 steuert den Spannungsumsetzer 44 aus, wenn das Ausgangssignal des Detektors 46 angibt, daß die Spannung Vp* unter den vorgegebenen Wert gefallen ist. Sodann wandelt der Spannungsumsetzer die verhältnismäßig niedrige Spannung V^ aus der Spannungsquelle 26 in eine verhältnismäßig hohe Spannung V₀ ¹ um.

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Die Konstantstromquelle 41, der Schwellendetektor.46 und der Meß- und Steuerkreis 47 werden von einem Tastkreis 48 in periodischem, unterbrochenen Betrieb gesteuert. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird mit einer Tastfrequenz von 4 Hz gearbeitet, wobei die tatsächliche Tastperiode 1 msec beträgt. Bei Bedarf können auch andere Tastfrequenzen und -Perioden verwendet werden. Wie oben erwähnt, liegen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die relativen Größen von V₀ und Vjj¹ auf etwa 1,5 bzw. 15 Volt Gleichspannung.

Der Spannungsumsetzer 44 wandelt ferner die verhältnismäßig niedrige Spannung V^ in eine Vorspannung Vg um, deren Größe etwa 1,5 Volt Gleichspannung unter dem Wert von V_D ^f liegt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Vorspannung Vg von der Spannung Vp¹ abgeleitet und wird somit nicht eigens getastet und nachgeführt. Bei Bedarf kann für die Spannung Vg Jedoch auch eine eigene Tast- und Nachführschaltung verwendet werden. Wie nachstehend im einzelnen erläutert, vermittelt die Spannung Vg eine Vorspannung für den Betrieb der Pegelumsetzer 20_Q bis 2O₁, 20... - .

Fig. 6 ist eine pchematische Darstellung der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendeten tatsächlichen Schaltung für den geregelten Spannungsumsetzer 27 nach Fig. 5. In Fig. 6 sind diejenigen Schaltungselemente, die in Fig. 5 als Blöcke dargestellt sind, mit gestrichelten Kästchen versehen, die die gleichen Bezugsziffern tragen.

So kann der Spannungsumsetzer 44 als zwei Teile umfassend angesehen werden, von denen ein erster Teil in Fig. 6 rechts dargestellt ist und zur Erzeugung der Spannung Vjj¹ dient, während ein zweiter Teil in Fig. 6 links gezeigt ist und die Spannung Vg erzeugt. Der erste Teil umfaßt ein Paar von komplementären MOS-Transistoren 50, 51, die in einer Gegentakt-Pufferschaltung miteinander verbunden sind und einen getrennten Transistor 52 mit einem starken Steuerstrom versorgen.

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Der Transistor 52 bildet zusammen mit einer Induktivität 53, einer Gleichrichterdiode 54 und einem Kondensator 55 einen sehr wenig gedämpften Schwingkreis, der die verhältnismäßig niedrige Spannung V_D an der Klemme 56 in eine verhältnismäßig hohe Spannung V₀' an der Klemme 57 umsetzt. Durch das an den miteinander verbundenen Gate-Elektroden liegende Niederpegel-Eingangsruhesignal ist der Transistor 50 normalerweise im leitenden und der Transistor 51 im nicht-leitenden Zustand vorgespannt. Über den Transistor 50 wird somit der Basis des getrennten Transistors 52 Erdpotential zugeführt, das diesen nicht-leitend hält. Ändert sich der Pegel des den Gate-Elektroden der Transistoren 50, 51 zugefiihrten Signals, so kehren sich die Leitungszustände der beiden Transistoren um. Somit wird das verhältnismäßig niedrige Potential V^ von der Klemme über den Transistor 51 der Basis des übrigen Dateneingangs des getrennten Transistors 52 zugeführt, so daß dieser Transistor eingeschaltet wird und Strom durch die Induktivität 53 fließt. Kehrt der Pegel des Eingangssignals an den Gate-Elektroden der Transistoren 50, 51 auf den Ruhepegel zurück, so kehren die Leitungszustände dieser Transistoren wieder un, und der getrennte Transistor 52 schaltet ab. Die Stromänderung in der Induktivität 53 bewirkt in dieser die Entstehung einer hohen Spannung, die durch die Diode 54 gleichgerichtet und in dem Kondensator 55 gespeichert wird. Nach einigen anfänglichen Zyklen baut sich die Spannung an der Klemme 57 auf den gewünschten Wert V₀ ¹ auf. Somit wandelt dieser erste Teil des Spannungsumsetzers 44 die verhältnismäßig niedrige Versorgungsspannung V₀ von der Niederspannungsquelle 26 in die verhältnismäßig hohe Spannung V₀* an der Klemme 57 um.

Der zweite Teil des Spannungsumsetzers 44 umfaßt einen MOS-Transistor 60 des P-Leitungstyps, der von der Spannung V₀ ständig vorgespannt ist und einem Paar von MOS-Transistoren 61, 62 des N-Leitungstyps, die wie gezeigt geschaltet sind, Strom zuführt. Die Source-Elektrode des unteren Transistors 62 liegt

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dabei an der Spannung .V₀ ¹.' Die Transistoren 61, 62 bilden für die Spannimg Vw¹ einen konstanten Spannungsabfall zur Erzeugung der Vorspannung an der Klemme 63.

Die Konstantstroinquelle 41 umfaßt einen MOS-Transistor 65 des N-Leitungstyps und ein Paar von MOS-Transistoren 66, 77 des P-Leitungstyps, die gegenüber den Transistoren 60, 61, 62 spiegelbildlich geschaltet sind und für die Gate-Elektrode eines weiteren MOS-Transistors 68 des P-Leitungstyps eine konstante Spannung . erzeugen. Der Transistor 68 versorgt eine erste Klemme des Widerstands 42 mit konstantem Strom, wenn ein erster MQS-Schalttransistor 70 des P-Leitungstyps auf die im Folgenden beschriebene Art und Weise eingeschaltet ist. Wie oben erwähnt, liegt die andere Klemme des Widerstands an der Spannung V₀'.

Der Meß- und St euer kreis 47 umfaßt ein Paar von MOS-Transistoren 72, 73 des P-Leitungstyps,.die durch die an ihren Gate-Elektroden liegende Spannung V_D ständig vorgespannt sind, solange ein zweiter MOS-Schalttransistor des P-Typs auf die im Folgenden beschriebene Art und Weise eingeschaltet ist. Der Transistor 72 dient als Last für einen MOS-Transistor 75 des. P-Leitungstyps, der als Source-Folger geschaltet ist, während der Transistor 73 als Last für einen MOS-Meßtransistor 76 des N-Typs dient. Der Transistor 75 vermittelt einen Spannungsabfall auf die Spannung V.. am Verbindungspunkt 45, so daß die Spannungänderungen an der Gate-Elektrode des Meßtransitors 76 in einen gewissen Arbeitsbereich fallen. Außerdem gewährleistet der von dem Source-Folger-Trarisistor 75 erzeugte Spannungsabfall, daß die Spannung am Verbindungspunkt 45 innerhalb eines Bereichs bleibt, der die Arbeitsweise des Transistors 68 im Konstantstrom-Modus aufrecht erhält. So lange die Spannung Vj)* nicht unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, ist der Meßtransistor 76 durch die an seiner Gate-Elektrode liegende Spannung im nicht-leitenden Zustand vorgespannt. Sinkt Jedoch die

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Spannung V_D ^f unter den besagten Schwellenwert, so wird der Meßtransistor 76 leitend, und das an seinem Ausgang liegende normalerweise hohe Signal fällt auf einen niedrigen Pegel.

Der Ausgang des Meßtransistors 76 ist direkt mit einer ersten Dateneingangsleitung eines Flip-Flops 77 sowie über einen Inverter 78 mit dem weiteren Dateneingang gekoppelt. Das Eingangs-Taktsignal für das Flip-Flop bildet ein Impulszug von

4 -Hz-Impulsen mit Jeweils einer Länge von etwa 1 msec, die aus dem im einzelnen weiter unten beschriebenen Tastkreis 48 stammen. Das Flip-Flop 77 erzeugt ein Steuereingangssignal für ein invertierendes ODER-Gatter 80, das an den ersten Teil des Spannungsumsetzers 44 Steuersignale abgibt.

Der andere Eingang des invertierenden ODER-Gatters 80 stammt von dem Ausgang eines invertierenden UND-Gatters 82. Die EingangsSignaIe für das invertierende UND-Gatter 82 sind ein 256-Hz- und ein 32-KHz-Impulszug, wobei diese beiden Signale aus geeigneten Stufen des Frequenzteilers 14 nach Fig. 1 stammen, sowie das Ausgangssignal .δ eines Flip-Flops 83, bei dem es sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel um ein J-K-Flip-Flop handelt. Der 256-Hz-Impulszug liegt direkt an einem ersten Dateneingang sowie über einen Inverter 84 an einem zweiten Dateneingang des Flip-Flops 83. Wie ersichtlich, bilden der Inverter 84, das Flip-Flop 83 und das invertierende UND-Gatter 82 einen Vorderflanken-Detektor, der ins Negative verlaufende Impulssignale mit einer Dauer von etwa 15 H see jeweils mit einer Frequenz von 256 Hz aus den 256-Hz-und 32-KHz-Impulszügen erzeugt. Befindet.sich das Flip-Flop 77 in gelöschtem Zustand, so läßt das invertierende ODER-Gatter 80 diese Impulssignale zu den zusammengeschlossenen Gate-Elektroden der Transistoren 50, 51 des Spannungsumsetzers 44 hindurch. Ist dagegen das Flip—Flop 77 gesetzt, so sperrt das invertierende ODER-Gatter 80 diese Impulssignale von dem Spannungsumsetzer ab.

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Der. Tastkreis 48 umfaßt eijaen Tastimpulsgenerator, .einen Inverter 86 und die oben erwähnten ersten und zweiten Schalttransistoren 70, 71. Der Tastimpulsgenerator seinerseits umfaßt ein Flip-Flop 87, bei dem es sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um ein J-K-Flip-Flop handelt, einen Inverter 88 und ein invertierendes ODER-Gatter 89. Ein 4-Hz-Impulszug liegt direkt an einem ersten Dateneingang sowie über dem Inverter 88 an dem weiteren Dateneingang des Flip-Flops 87. Dem Takteingang dieses Flip-Flops 87 wird ein 1024-Hz-Impulszug zugeführt. Beide Impulszüge stammen aus geeigneten Stufen des Spannungsteilers 14 nach Fig. 1. Der Q-Ausgang des Flip-Flop 87 wird gemäß dem invertierten 4-Hz-Impulszug mit dem Eingang des invertierenden ODER-Gatters 89 verbunden. Wie ersichtlich, bilden der Inverter 88, das Flip-Flop 87 unddas invertierende ODER-Gatter 89 einen Vorderflankendetektor, der aus den 4-Hz-und 1024-Hz-Impulszügen ins Positive gehende Impulssignäle mit einer jeweiligen Dauer von etwa 1 msec und einer Frequenz von 4 Hz erzeugt. Wie oben erwähnt, liegen diese Impulssignale direkt an dem Takteingang des Flip-Flops 77. Auf diese Weise wird das Eingangssignal des Flip-Flops 77 viermal pro Sekunde getastet. Die Impulssignale werden ferner durch den Inverter 86 invertiert und den Gate-Elektroden der Schalttransistoren 70, 71 zugeführt. Da die Schalttransistoren 70, 71 die Konstantstromquelle 41 bzw. den Schwellendetektor 46 ansteuern, werden diese Schaltkreise synchron mit der Tastung des Flip-Flops 77 gleichzeitig jeweils 1 msec lang mit einer Frequenz von 4 Hz angesteuert.

Wird beim Betrieb Spannung aus der Spannungsquelle 26 der Fig. ^Λ an die verschiedenen Vj-,-Klemmen des geregelten Spannungsunl·- setzers 27 angelegt, so liegt die Spannung an der Klemme 57 zunächst unter dem vorgegebenen Schwellenwert. Der Meßtransistor 76 ist in seinem leitenden Zustand vorgespannt, und das Flip-Flop 77 wird durch den ersten Taktimpuls gelöscht und steuert dadurch das invertierende ODER-Gatter 80 an. Das Gatter 8G

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läßt den 256-Hz-Impulszug-aus Impulsen mit einer Dauer von 15 μ see hindurch, so daß der Spannungsumsetzer 44 angesteuert wird und die Spannung V₀'erzeugt. Mit Ansteigen der Spannung an dem Verbindungspunkt 45 gemäß der Spannung an der Klemme wird schließlich der Soufce-Fölger-Transistor 75 in seinen leitenden Zustand vorgespannt; der Meßtransistor 76 bleibt jedoch leitend und läßt das Flip-Flop 77 gelöscht. Erreicht die Spannung an der Klemme 57 den vorgegebenen Schwellenwert, so wird der Meßtransistor 76 abgeschaltet, und das Flip-Flop wird durch den folgenden Taktimpuls gesetzt und blockiert das invertierende ODER-Gatter 80. Danach bleibt das Gatter 80 blockiert, bis die Spannung Vq¹ unter den vorgegebenen Schwellenwert absinkt, wodurch der Meßtransistor .76 eingeschaltet wird und seinerseits bewirkt, daß das Flip-Flop 77 durch den anschließenden Taktimpuls gelöscht wird. Während dieses Vorgangs folgt die Spannung Vg an der Klemme 63 den Änderungen der Spannung an der Klemme 57.

Der oben beschriebene Betrieb des geregelten Spannungsumsetzers läuft entsprechend der Arbeitsweise der Schalttransistoren 70, 71, die die Konstantstromquelle 41 und den Schwellendetektor nur in Intervallen von jeweils 1 msec mit einer Frequenz von 4 Hz ansteuern* intermittierend ab.

Wie ersichtlich, vermittelt der geregelte Spannungsumsetzer eine außerordentlich gut geregelte hohe Spannung Vjv¹ und eine im Verhältnis dazu stehende Vorspannung V_ß, die für den Betrieb der Pegelumsetzer 20_Q bis 20., 20. sowie der Flüssigkristall-Anzeige 25 erforderlich ist. Der intermittierende Betrieb der Konstantstromquelle 41 und des Schwellendetektors 46, das von ,dem Tastkreis 48 vermittelte kleine Tastverhältnis und die Aussteuerung des Spannungsumsetzers 44 mittels komplementären Transistoren tragen dazu bei, den Leistungsverbrauch des geregelten Spannungsumsetzers 27 bedeutend unter denjenigen Wert zu verringern, wie er für bekannte Spannungsumsetzer zur Umwandlung einer verhältnismäßig niedrigen Spannung in eine

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~ 20 -

verhältnismäßig hohe Spannung erforderlich ist. Der Energiebedarf des geregelten Spannungsumsetzers 27 wird ferner da- , durch vermindert,. daß die Flip-Flops 77, 83 und 87 in CMOS-Schaltkreistechnik ausgeführt_vsind und daß für die symbolisch dargestellten Inverter und Gatter MOS-Schaltelemente verwendet werden.

Fig. 7 veranschaulicht eine in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel angewandte tatsächliche Schaltung für den Pegelumsetzer 20., die Formierstufe 29, den Pegelumsetzer 20. und das Übertragungsgatter 22^ wobei diese Schaltung typisch ist für sämtliche Pegelumsetzer 20^ bis 20_i und Übertragungsgatter 22,| bis 22^ In Fig. 7 sind diejenigen Schaltungsteile, die die betreffenden Blöcke nach Fig, 1 darstellen, von gestrichelten Kästchen umgeben, die die gleichen Bezugszeichen tragen.

Der Pegelumsetzer 20. umfaßt zwei Paare von MOS Transistoren

j
100, 101 und 102, 103 vom P-Leitungstyp, wobei die beiden Transistoren Jedes Paars an ihren Source- und Drain-Elektroden miteinander verbunden sind,· wie dj.es in Fig. 7 dargestellt ist. Die miteinander verbundenen Source-Elektroden jedes Transistorpaars sind geerdet. Die Gate-Elektrode des inneren Transistors jedes Paars ist jeweils mit dem gemeinsamen Drain-Anschluß des jeweiligen anderen Paares verbunden. An den Gate-Elektroden der äußeren Transistoren 100, 103 liegen die 32-Hz-Bezugssignale, die über die Leitung 19-- von.dem Frequenzteiler 14 der Fig. 1 bzw. vom Ausgang eines Inverters 105 zugeführt werden. Der gemeinsame Drain-Anschluß jedes Transistorpaars ist an den Drain-Anschluß eines jeweils zugehörigen MOS-Transistors 106, 107 des N-Leitungstyps angeschlossen. Die Gate-Elektrode jedes Transistors 106, 107 ist mit der Gate-Elektrode des zugehörigen inneren Transistors 101 bzw. 102 verbunden. In dem linken Hauptzweig des Pegelumsetzers 20. ist eine Konstantstromquelle mit einem MOS-Transistor 108 des N-Leitungstyps vorgesehen/ an dessen Source-Elektrode die verhältnismäßig hohe Spannung V"_D ^f und an dessen Gat©-Elektrode

die Vorspannung Vg zur ständigen Vorspannung des Transistors liegt. Eine identisch aufgebaute Konstantstromquelle mit einem MOS-Transistor 109 des N-Leitungstyps ist in dem rechten Zweig des Pegelumsetzers 20., vorgesehen.

Beim Betrieb wird, wenn die Steuer spannungen V₀ ¹ und V_ß an den Transistoren 108, 109 liegen und das Niederpegel-Eingangssignal an der Klemme 19.« sich auf dem "wahren" Pegel befindet, der Transistor 100 nicht-leitend. Das invertierte Eingangssignal von dem Inverter 105 ist "falsch", und der Transistor 103 ist daher in seinem leitenden Zustand vorgespannt. Der Ausgang δ. liegt auf Erdpotential und spannt den Transistor 101 in seinen nicht-leitenden und den Transistor 106 in seinen leitenden Zustand vor. Da der Transistor 106 somit leitend ist und ebenso auch der Transistor 108 durch die Spannung Vg in seinem leitenden Zustand vorgespannt ist, liegt der Ausgang CL auf der Spannung Vjj¹; dadurch wird der Transistor 102 leitend und der Transistor 107 nicht-leitend.

Wird das Niederpegel-Eingangssignal an der Klemme 19j "falsch", so wird der Transistor 100 in seinen leitenden Zustand und der Transistor 103 in seinen nicht-leitenden Zustand vorgespannt. Da der Transistor 100 leitend ist, steigt die Spannung am Ausgang Q. auf Erdpotential und schaltet den Transistor 102 ab sowie den Transistor 107 ein. Beim Abschalten des Transistors fällt die Spannung am Ausgang CL auf Vp¹, der Transistor 100 schaltet ein und der Transistor 106 aus. Die Spannung bleibt in diesem Zustand "eingeklinkt" bis das Eingangssignal auf der Leitung 19.» "wahr" wird.

Wird das Niederpegel-Eingangssignal auf der Leitung 19.. "wahr", so schaltet der Transistor 100 ab, und der Transistor 103 wird leitend. Dabei steigt die Spannung am Ausgang δ. auf Erdpotential, der Transistor 101 wird nicht-leitend, und der Transistor 106 wird leitend. Da der Transistor 106 leitend wird, fällt die

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Spännung am Ausgang CK auf V_D·, der Transistor 102 schaltet ein, und der Transistor 107 schaltet ab. Die Schaltung bleibt wiederum in diesem Zustand "eingeklinkt", bis das Eingangssignal auf der Leitung 19.. wiederum "falsch" wird. Die weitere Arbeitsweise des Pegelumsetzers 20. setzt sich wie oben beschrieben fort.

Wie ersichtlich, vermittelt der Pegelumsetzer 20., an den Ausgängen CK, Öj gegenphasige Aus gangs signale, deren Wert in Abhängigkeit von einem Eingangssignal auf der Leitung 19.« zwischen der verhältnismäßig hohen negativen Spannung V₀ ¹ und Erdpotential liegt, wobei das Eingangssignal zwischen der verhältnismäßig geringen negativen Spannung V_D und Erdpotentialschwankt. Wie oben erwähnt, erstreckt sich in dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Größenbereich des Eingangssignals zwischen etwa 0 und 1,5 Volt bei Spannung, während der. Größen-* bereich des Ausgangssignals zwischen etwa O und 15,0 Volt Gleichspannung liegt. Der Pegelkonverter 20. sowie die Pegelkonverter 20-j bis 2Of gestatten" es also, daß der Niederspannungsteil des elektronischen Zeitmeßsystems die auf verhältnismäßig hoher Spannung arbeitende Anzeige steuert. Dabei ist wichtig, festzustellen, daß der Pegelumsetzer 20. infolge des komplementären Aufbaus der Schaltung nur während der äußerst kurzen Übergangsperioden, in denen die Schaltung zwischen den entge-* gengesetzten "eingeklinkten" Zuständen umschaltet, Strom zieht. Der Stromverbrauch des Pegelumsetzers 20. ist daher außerordentlich gering und diskontinuierlichj er liegt beim Umschalten in der Größenordnung von 1

Die Ausgangssignale des Pegelkonverters 20. an den Ausgängen Q.

ü J

und Q. werden auf die Steuer-G ate-Elektroden der komplementären MOS-Transistoren 110, 111, 112 bzw. 113 der Formierstufe 29 gegeben. Die Stufe 29 umfaßt ein CMOS-Flip Flop mit Setz/Lösch-Funktion, das dazu dient, die Vorder- und Rückflanken der Ausgangsimpulse des Pegelkonverters 20. steil zu machen. Wie durch

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die Impulsdiagramme B und £ der Fig. 8 dargestellt, umfassen die Ausgangssignale an den Ausgängen Q₂g, Q"^ der Formier- . stufe 29 zwei gegenphasige 32-Hz-Rechteckimpulszüge, deren Amplituden zwischen der Spannung V_D ^f und Erdpotential liegen. Das Ausgangssignal an U₂"! wird direkt auf die gemeinsame Elektrode 30 der Flüssigkristall-Anzeige 25 gekoppelt. Die Ausgangssignale an Q₂Q und an Q₂Q werden ferner auf die Übertragungsgatter 22q bis 22_i gegeben, von denen in Fig. 7 nur eines gezeigt ist.

Das übertragungsgatter 22. umfaßt nach Fig. 7 zwei Paare von parallel geschalteten CMOS-Transistoren 120, 121 und 122, 123. Die Gate-Elektroden der CMOS-Transistoren 121, 122 sind gemeinsam an den Ausgang QT des Pegelumsetzers 20, angeschlossen. In ähnlicher Weise sind die Gate-Elektroden der Transistoren 120, 123 gemeinsam an die Ausgangsklemme Q, des Pegelumsetzers 20, angeschlossen. Ist das Signal am Ausgang Q* hoch (auf Erdpotential) und das Signal am Ausgang ETJ" niedrig (auf V-q), so sind die Transistoren 120 und 121 eingeschaltet, und das Signal am Ausgang Q₂Q wird an das Anzeigesegment 24. hindurchgelassen. Ist dagegen das Signal am Ausgang U^ hoch und das am Ausgang Q₁ niedrig, so sind die Transistoren 122 und 123 eingeschaltet, und das Signal am Ausgang Q_2Q wird an das Anzeigesegment 24, hindurchgelassen.

Der Pegelumsetzer 2O₁ ist dem oben beschriebenen Pegelumsetzer 20λ in seinem Aufbau im wesentlichen identisch. Bei dem Eingangssignal des Pegelkonverters 2O₁ handelt es sich jedoch um ein relativ niederfrequentes Zeitsteuersignal aus dem Decoder 18, wobei daran erinnert wird, daß die Steuersignale für die die Einer-Minutenziffern darstellenden Segmente sich mit einer maximalen Frequenz von 1 pro Minute und für die die Zehner-Stundenziffern darstellenden Segmente mit einer minimalen Frequenz von 1 pro 12 Stunden ändern. Aufgrund der verhältnismäßig niedrigen Frequenz der an dem Pegelumsetzer 20, liegenden Steuer-

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Signale ist es nicht erforderlich, die Ausgangssignale an den Klemmen Q., Ü7 dieses Elements zu formieren. -

Die Ausgangssignale des Pegelumsetzers 2ö, steuern die Phase des an dem Anzeigeelement 24i liegenden kommutierten Rechteckwellensignals relativ zu der Phase des an der gemeinsamen Elektrode 30 liegenden kommutierten Rechteckwellensignals. Dies wird am besten anhand von Fig. 8 aufgezeigt. Das Impuls diagramm A gibt das auf verhältnismäßig niedrigem Pegel liegende 32-Hz-Rechteck-Eingangssignal des Pegelumsetzers 20. wieder, das auf der. Leitung 19.* vorhanden ist. Wie oben erwähnt, stellen die Impulsdiagramme B und C die auf verhältnismäßig hohem Pegel liegenden 32-Hz-Ausgangssignale der Formierstufe 29 dar, die an den Ausgangsklemmen Qpq b2W. Üpo vorhanden sind. Das Impulsdiagramm D stellt das auf der Leitung 19_i vorhandene, auf relativ niedrigem Pegel liegende Steuersignal für den Pegelumsetzer 20» dar. Die Impulsdiagramme E und F geben die auf verhältnismäßig hohem Pegel liegenden AusgangsSignale des Pegelumsetzers 20. wieder, die an den Ausgängen Q. bzw* XTT vorhanden sind. Das Impulsdiagramm G zeigt das Ausgangssignal des Übertragungsgatters 22., das dem Anzeigesegment 24- zugeführt wird. Das Impulsdiagramm H zeigt das Signal an dem Ausgang Q₂Q, das der gemeinsamen Elektrode 30 der Anzeige zugeführt wird. Aus Platzgründen sind sämtliche obigen Impulsdiagramme in abgekürzter Form wiedergegeben, was durch den unterbrochenen Mittelabschnitt angedeutet ist.

Sind die Impulszüge G und H in Phase, so ist der Potentialunterschied zwischen dem Anzeigesegment 24. und der gemeinsamen Elektrode 30 gleich 0, und das Segment 2h^ ist abgeschaltet. Sind dagegen die Impulszüge G und H außer Phase, so besteht zwischen dem Segment 2h^ und der gemeinsamen Elektrode 30 ein Ansprechpotential, und das Segment 24. ist eingeschaltet. Die relative Phase der Impuls züge G und H wird durch den Steuer-Impuls zug D bestimmt. Entspricht dieses Signal dem "wahren"

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Wert, so sind die ImpulszUge E und F "falsch" bzw. "wahr", und der Impulszug G folgt dem Impulszug H. Ist dagegen der Impulszug D "falsch", so sind die Impulszüge E und F "wahr" bzw. "falsch", und der Impulszug G hat die entgegengesetzte Phase wie der Impulszug H. Ist das Segment 24^ ursprünglich abgeschaltet, was durch den schraffierten Bereich angedeutet ist, so wird es beim Übergang des Impulszuges D in den "falschen" Zustand eingeschaltet, wie dies durch den nicht-schraffierten Bereich angegeben ist. Wird der Impulszug D wieder "wahr", so schaltet das Segment 24^ wieder ab.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet jedes Segment 24^ im Wechselstrommodus, wobei die Potentialrichtung zwischen dem Segment und der gemeinsamen Elektrode 30 mit der willkürlichen Frequenz von 32 Hz alterniert. Dieser Arbeitsmodus wird für sämtliche Zeichensegmente angewandt, um die Lebensdauer der Flüssigkristall-Anzeige 25 zu verlängern. Wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel zur Aussteuerung sonstiger Arten von mit verhältnismäßig hoher Spannung arbeitenden Anzeigeeinrichtungen verwendet, so mag der Wechselstrombetrieb für eine leistungsfähige Betätigung gegebenenfalls nicht erforderlich sein. In derartigen Fällen können die Anzeigesegmente 24 und die gemeinsame Elektrode 30 direkt von den Pegelumsetzerja 20_Q bis 20. ausgesteuert werden, und der Pegelumsetzer 20., die Übertragungsgatter 22q bis 22^ sowie die Formierstufe 29 können, weggelassen werden.

Das gesamte hier beschriebene elektronische Zeitmeß- und Anzeigesystem läßt sich praktisch auf einem einzelnen integrierten Schaltungsplättchen herstellen, dessen Umriß durch die strich-punktierte Linie C in Fig. 1 angedeutet ist. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, sind die einzigen Komponenten, die nicht auf dem einzelnen integrierten Schaltungsplättchen enthalten sind, der Oszillatorkristall 12, die Niederspannungsquelle 26, die bei Verbrauch ersetzt werden muß, und ein Teil

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des. geregelten Spannungsumsetzers 27. In Fig. 6 sind diejenigen Elemente des geregelten Spannungsumsetzers 26, die nicht auf dem einzelnen integrierten Schaltungsplättchen untergebracht sind, ebenfalls mit einer strichpunktierten Linie gekennzeichnet; es handelt sich dabei um den Widerstand 42 und die getrennten Elemente des Spannungsumsetzers 44, d.h. den Transistor 52, die Induktivität 53, die Diode 54 und den Kondensator 55. Somit sind also nur 7 Schaltungselemente, von denen eines leicht auswechselbar sein muß, außerhalb des Schaltungspläätchens vorgesehen. Wie ersichtlich, vermittelt die Erfindung also ein elektronisches Zeitmeßsystem, das sich mit äußerst geringen Kosten herstellen und zusammenbauen läßt.

Gemäß Fig. 1 bildet die Flüssigkristall-Anzeige 25 eine von dem integrierten Schaltungsplättchen räumlich getrennte Anordnung, die durch die gestrichelte Linie D angegeben ist, und , die sich relativ zu dem Schaltungsplättchen in beliebiger geeigneter Art und Weise anordnen läßt. Bei einer in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel angewandten geeigneten Zusammenstellung ist die Anordnung D mit der Flüssigkristall-Anzeige Über dem integrierten Schaltungsplättchen montiert, und diese Anordnung ist so in ein Uhrgehäuse eingesetzt, daß die Anzeigeziffern durch das Glas des Uhrengehäuses hindurch sichtbar sindi Andere gleichermaßen geeignete Montageanordnungen sind offensichtlich.

Man sieht, daß das oben, beschriebene elektronische Zeitmeß- und -Anzeigesystem eine außerordentlich genaue und leicht ablesbare Zeitanzeige vermittelt und genügend klein ist, um sich leicht in den verschiedenen bekannten Typen von Uhrengehäusen unterbringen zu lassen. Außerdem wird das beschriebene System von einer einzelnen, ohne weiteres zur Verfügung stehenden und billigen Batterie gespeist, die sich bei Verbrauch leicht auswechseln läßt. Wegen des geringen Spannungs- und Strombedarfs - wobei sich der letztere auf einen mittleren Strom für die gesamte Schaltung von nur etwa 20 HA beläuft -

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und des sich daraus ergebenden niedrigen Energiebedarfs der elektronischen Schaltung wird es möglich, daß erfindungsgemäß aufgebaute elektronische Uhren über ein Jahr mit der gleichen Niederspannungsquelle arbeiten, bevor diese ersetzt werden muß.

Wie ferner ersichtlich, ist es aufgrund der in dem elektronischen Zeitmeßsystein verwendeten Pegelumsetzer möglich, daß die Niederspannungs-Zeitsteuersignale die Arbeitsweise der Hochspannungs-Anzeige steuern, ohne daß große Strommengen verbraucht werden, was weiterhin zu dem wirkungsvollen und energiearmen Betrieb des gesamten Systems beiträgt. Ferner vermittelt der in dem System benützte geregelte Spannungsumsetzer eine gut geregelte Quelle verhältnismäßig hoher Spannung zum Betrieb der Pegelurasetzer und der Anzeige, wiederum ohne wesentliche Strommengen zu verbrauchen, wodurch der leistungsarme Betrieb des Systems weiter gefördert wird.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel; vielmehr fallen die verschiedensten Abänderungen in den Bereich der Erfindung. Beispielsweise kann'die Flüssigkristall-Anzeige 25 mit weiteren Anzeigesegmenten 24 zur Sekundenanzeige versehen werden und die Zeitmeßeinheit 16 kann so modifiziert werden, daß sie einen Sekundenzahler mit einem Teilerverhältnis von 60:1 sowie eine Sekunden-Zeiteinstellung enthält. Ebenso kann die Flüssigkristall-Anzeige 25 mit weiteren Segmenten 24 zur Anzeige des Tags im Monat ausgestattet werden, wobei die Zeitmeßeinheit 16 einen Tagezähler mit einem Teilerverhältnis von 31:1 und eine Datums-Einstellung umfaßt.

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Claims (19)

Patentansprüche

1. Elektronisches Zeitmeßsystem, gekennzeiehn et durch eine Spannungsquelle (26) mit verhältnismäßig niedriger Spannung, eine Umsetzereinrichtung (27), die das Ausgangssignal der Niederspannungsquelle (26) in eine verhältnismäßig hohe Spannung umsetzt, ferner eine Impulsquelle (10, 12, 14) zur Erzeugung von auf verhältnismäßig niedriger Spannung liegenden Taktimpulsen, einen mit der Taktimpulsquelle (10, 12, 14) verbundenen Zeitsignalgenerator (16) zur Erzeugung mehrerer Zeitsignale von der Größenordnung der besagten niedrigen Spannung sowie eine mit dem Zeitsignalgenerator (16) und der Spannungs-Umsetzereinrichtung (27) verbundene Pegelumsetzereinrichtung (20), die jeweils einzelne der Niederspannungs-Zeitsignale in Anzeige-Betätigungssignale von der Größenordnung der verhältnismäßig hohen Spannung umsetzt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Pegelumsetzereinrichtung (20) eine Anzeigeeinrichtung (25) verbunden ist, die mit den auf verhältnismäßig hoher Spannung liegenden Anzeige-Betätigungssignalen aussteuerbar ist und in Abhängigkeit von den Zeitsignalen sichtbare Zeitanzeigen erzeugt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (25) eine Flüssigkristall-

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Anzeige mit mehreren aus Jeweils sieben Segmenten (24) be- stehende!Ziffern umfaßt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsumsetzereinrichtung (27) Schaltkreise (44, 46, 47, 48) umfaßt, die die verhältnismäßig hohe Spannung über einem vorgegebenen Schwellenwert halten.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise (44, 46, 47, 48) einen Schwellendetektor (46) umfassen, der ein Steuersignal· erzeugt, wenn die hohe Spannung unter den vorgegebenen Schwellenwert absinkt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennze lehnet, daß die Schaltkreise (44, 46, 47, 48) einen Tastkreis (48), der das Ausgangssignal des Schwellendetektors (46) periodisch tastet, sowie einen Meß- und Steuerkreis (47) umfaßt, der ein Steuersignal zur Betätigung der Spannungsumsetzer-Einrichtung (44) in Abhängigkeit von dem Stauersignal des Schwellendetektors (46) erzeugt.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da ßder Tastkreis (48) eine Einrichtung (87) umfaßt, die-die Dauer jeder Tastperiode auf einen im Vergleich zu den

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dazwischenliegenden Intervallen kleinen Wert begrenzt.

8. System nach Anspruch 7, dadurch ge kennze ichn e t , daß die Dauer «Jeder Tastperiode etwa 1 msec und das jeweils dazwischenliegende Intervall etwa 250 msec betragen.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsignalgenerator (16) einen Minutenzähler (32) und einen Stundenzähler (33) umfaßt.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekenn ze i c h n β t , daß der Zeitsignalgenerator (16) eine Zeitstellschaltung (34) zur individuellen Verstellung des Minutenzählers (32) und des Stundenzählers (33). umfaßt.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennze lehn et , daß die Pegelumsetzer einrichtung (20) einen direkt mit der Taktimpulsquelle (10, 12, 14) verbundenen Pegelumsetzer (20.) umfaßt, der die auf relativ niedriger Spannung liegenden Impulse in verhältnismäßig hochgespannte Anzeigebetätigungssignale umsetzt, die anzeigen, daß das elektronische Zeitmeßsystem in Betrieb ist.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelumsetzereinrichtung (20) mehrere Pegelumsetzer (20«...20.) umfaßt, von denen

jeder mit einem der Zeitsignale beaufschlagbar ist und das betreffende auf verhältnismäßig niedriger Spannung liegende Zeitsignal in ein auf verhältnismäßig hoher Spannung liegendes Steuersignal umsetzt, wobei ferner jeder Pegelumsetzer einen zwischen entgegengesetzten Zuständen umschaltbaren bistabilen Schaltkreis (100...103) umfaßt, der komplementär aufgebaut ist und nur während der Umschaltung signifikante Strommengen benötigt.

13. System nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen weiteren, mit dem Zeitsignalgenerator (10, 12, 14) verbundenen Pegelumsetzer (20.) zur Erzeugung eines verhältnismäßig hochgespannten Bezugssignals, sowie mehrere Übertragungsgatter (22₀. ..22^, die jeweils an die einzelnen Pegelumsetzer (2Oq. . .2O₁) sowie an den weiteren Pegelumsetzer (20.,) angeschlossen sind und in Abhängigkeit von den verhältnismäßig hochgespannten Steuersignalen die Anzeigebetätigungssignale erzeugen.

14.- . System nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet, daß an den weiteren Pegelumsetzer (20.,) eine Formierstufe. (29) angeschlossen ist, die das Hochspannungs-Bezugssignal formiert.

15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Pegelumsetzer (20.) das

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Hochspannungs-Bezugssignal periodisch mit einer Frequenz erzeugt, die wesentlich höher ist als die Frequenz der Steuersignale.

16. Elektronische Uhr mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer verhältnismäßig niedrigen Versorgungsspannung, einer Bezugs-Taktimpulsquelle_p einer Zeitmeßeinheit zur Erzeugung einer Vielzahl von Zeitanzeigesignalen in Abhängigkeit von den Taktimpulsen, einer auf verhältnismäßig hoher Spannung arbeitenden Anzeige zur Erzeugung einer sichtbaren Zeitanzeige sowie einer Einrichtung, die die verhältnismäßig niedrige Spannung in eine verhältnismäßig hohe Spannung umsetzt, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von an die Zeitmeßeinheit (16) angeschlossenen Pegelumsetzer-Einrichtungen (20_Q...20_i9 22q...22.^), die die einzelnen Zeitanzeigesignale auf einen zvr Aussteuerung der Anzeige (25) brauchbaren Pegel umsetzen.

17. Elektronische Uhr nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß 3ede Pegelumsetzer-Einrichtung einen Pegelumsetzer (2.O₀. ..2O₁), der das zugehörige Zeitanzeigesignal in ein Steuersignal verhältnismäßig hoher Spannung umsetzt^ sowie eine Übertragungseinrichtung (22_0#..22..) zur Erzeugung eines Anzeige-Betätigungssignals in Abhängigkeit von dem Steuersignal verhältnismäßig hoher Spannung umfaßt.

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18. Elektronische Uhr nach Anspruch 17, gekenn zeich net. durch einen zusätzlichen Pegelumsetzer (20.), der an die Taktimpulsquelle (10, 12, 14) angeschlossen ist und den Übertragungseinrichtungen (22q...22^) ein Speisesignal verhältnismäßig hoher Spannung zuführt·

19. Elektronische Uhr nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pegelumsetzer (2Oq...20.) eine bistabile Schaltung (100...103) aufweist, die zwischen entgegengesetzten Zuständen schaltbar und komplementär aufgebaut ist, so daß sie signifikante Strommengen nur während der Umschaltung erfordert.

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