石英手表的日差率的测试方法与流程

本发明涉及一种电子手表——诸如石英手表——的日差率或工作的测试方法。

本发明还涉及一种用于钟表电路的时基装置，该钟表电路集成了用于电子手表的日差率(rate)或时钟频率(clockfrequency)的加速测量的测试模式。

背景技术：

在工业生产中，很难生产具有明确定义的基准频率的振荡器，以便在串联分频器的输出处得到诸如1hz的基准单位频率的定时脉冲。这种振荡器通常布置成在生产阶段结束时产生，其基准频率处在略高的频率范围内。这使得可以例如在具有约一分钟的持续时间的基本或抑制周期内通过抑制电路有意地抑制一个或多个时钟脉冲，以便按平均值校正基准频率。

为了改进时基时钟频率的精确度，还可设想增大抑制周期，但是两次时间测量之间的最大误差与抑制周期的增大的系数成比例地增大。增大抑制周期来提高精确度不允许在短期内精确地检验时钟频率。不能简单地基于一定数量的相继的抑制周期来确定测试时间，这构成一个缺点。

专利申请ch707285a2描述了一种为电子手表调校石英振荡器的方法。为此，假定一些脉冲在确定的周期内被抑制。通过所描述的方法，可以提高电子手表机芯的精确度，保证诸如瑞士的cosc(swissofficialchronometertestinginstitute)那样的认证机构可以成功地为其颁发合格证书。然而，钟表电路没有构造成能够转变到加速测试模式，这构成一个缺点。

可以引用专利申请wo2014/095538a2，其公开了热补偿计时器电路。电子手表包括至少一个用于驱动时间显示指针的电机。它还包括具有时基的手表模块，该手表模块提供连接到分频器链的时钟信号，以提供用于控制电机的基准时钟信号。该手表模块还包括介于时基和分频器之间的测量和校正电路，从而为手表模块提供温度补偿信号。然而，该文献没有描述能够配置成被置于用于电子手表日差率测试方法的加速测试模式下的手表模块，这构成一个缺点。

为了测量石英手表的正常日差率，特别是为了确定其长期的计时精确度，必须对手表进行测试。一般而言，在测量设备上通过借助磁性耦合检测计时到秒的来自电机的脉冲而进行该测试。为了精确地确定手表的正常日差率，完成产品测试的持续时间很长，需要接近4小时的测试，这构成该类测试的一个缺点。

电子手表的钟表电路的时基装置包括具有32khz石英表镜的手表模块，该手表模块与集成的手表电路结合工作。该集成电路由此包括连接到石英上的振荡器、温度传感器、温度补偿电路、通过抑制来调节时钟频率的电路和电机脉冲发生器。为了实现较高的精确度，时基装置产生长时间的抑制周期。例如，这种电路可以在16khz的频率下以每960秒(即每16分钟)±1个时钟脉冲的分辨率产生抑制。这对应于每960秒61μs或0.0636ppm或每年2.005秒。

实际上在制造方法期间很难校准和检验时基装置。根据现有技术，如上所述，为了检验手表的频率精确度，必须在较长的时间段(典型地约16分钟)内精确地测量电机脉冲之间的时间。这段较长的时间段需要例如由witschielectronicag生产的笨重且昂贵的设备。该设备能够成批地测量产品，例如在16分钟内测量32件产品的批次。这相对于每分钟2件的测试量，但是对于执行所述测试时间仍然过长，这构成一个缺点。

技术实现要素：

因此，本发明的一个主要目的是通过提出一种测试电子手表例如石英手表的日差率或工作的方法来克服上述缺点，该方法使得在生产期间可以大幅加快频率测量的速度，同时避免对实现起来昂贵的复杂的测试设备的需要。

为此，本发明涉及一种测试电子手表的日差率或工作的方法，该方法包括独立权利要求1所述的特征。

从属权利要求2至10限定了该测试方法的具体步骤。

根据本发明的用于测试电子手表的日差率或运转或工作的方法的一个优点在于，该方法仅包括三个用于进行该加速测试的主要步骤。当在测试模式下对手表模块进行配置之后，在第一步骤中，特别地通过振荡器或在串联的频率分频器的至少一个分频级之后对所产生的时钟频率进行测量。在不存在抑制的情况下进行该时钟频率的测量。提供第二步骤来获得当前的抑制值，所述当前的抑制值可通过温度补偿电路施加以在一个抑制周期内抑制一定数量的时钟脉冲。最后，提供第三步骤来计算手表的相应的频率，即，所述电子手表的日差率或工作。

有利地，为了实现该日差率测试方法，在约6秒的测试持续时间中足以完成前两个步骤并保持良好的测量精确度。在现有技术中，需要长达4小时的测试来保证良好的测试方法精确度。在该电子手表日差率测试方法中也考虑了温度校正值。在日差率频率的测量和校正期间都测量该温度。

为此，本发明还涉及一种用于电子手表的适合于实现该测试方法的时基装置，该时基装置包括独立权利要求11所限定的特征。

在从属权利要求12至17中限定了该时基装置的具体实施例。

附图说明

在下面参考附图的非限制性描述中，用于测试电子手表的日差率或工作的方法的目的、优点和特征以及用于实现该测试方法的时基装置将更加清晰地显现出来，图中：

-图1示出与根据本发明的测试设备配合作用的用于测试手表的工作的时基装置的部件的第一实施例的示意图；

-图2示出与根据本发明的测试设备配合作用的用于测试手表的工作的时基装置的部件的第二实施例的示意图；和

-图3示出了提供给时基装置的至少一个电机的脉冲的图，其展示了用于测试电子手表日差率的方法的两个步骤。

具体实施方式

在下面的描述中，仅以简化的方式描述用于电子手表的钟表电路以实施该测试方法的时基装置的全部部件，这些部件对于该技术领域的技术人员是众所周知的。

根据第一实施例，图1示意性地表示出用于电子手表的钟表电路的时基装置1。在所选择的测试模式下，该时基装置1被置于测试设备30上。测试设备30通过线圈31借助电感耦合检测用于移动手表指针的至少一个电动机10的驱动脉冲。可以在测试台上以常规的方式通过电子手表的表壳进行检测。然而，还可设想与钟表电路建立直接接触，以在将时基装置1封装在手表表壳中之前进行电子手表日差率测试。

用于电子手表的钟表电路的时基装置1主要包括电子手表模块2。该手表模块2包括传统的32khz石英谐振器3，该石英谐振器3连接到集成电子电路4上。microcrystalcm7或microcrystalwm-132x-c7类型的石英谐振器部件可以用于电子手表模块2。然而，频率与32khz不同的石英或mems式的其它类型的谐振器部件也可以用于所述电子模块。

电子电路4主要包括基准振荡器14，该基准振荡器14直接连接到石英谐振器3上，以产生基准频率接近32khz的周期性基准信号。电子电路4还包括分频器电路15，该分频器电路15连接到基准振荡器14的输出端，并且包括d个分频器级，其中，d是等于或大于1的整数。分频器级是串联的分频器以对基准信号进行分频。电路分频器15主要提供例如单位频率(1hz)的时钟信号。该时钟信号也可以适应于信号控制单元，以便向至少一个电动机10传输驱动脉冲信号，所述至少一个电动机10通过两根电线连接到手表模块2的端子m1、m2上。还设置有为手表模块2提供能量的电池20。还可以设置开关5，以控制手表模块测试模式。

如上述现有技术所述，原则上，对于电子手表的正常工作日差率，期望的正常频率必须是32.768hz的精确值。然而，基准振荡器被有意地配置成提供基准频率比期望的正常频率略高的基准信号。原则上，该基准频率被校准成在比正常频率的预期值高0到127ppm。在每个测量周期或时段中，通过在分频器电路的一个第一级中抑制一定数量的脉冲，来在分频器电路的一个分频器级中进行频率校正。该原理参考图1和在欧洲专利申请2916193a1的说明书的8至13段中进行了描述，该专利申请通过引用结合在本文中。

应注意，电子电路4还包括用于按平均值校正基准频率的抑制电路16。优选地，抑制电路16接收来自分频器电路15的定时信号，并例如作用于分频器电路的第二级，在该第二级上信号频率接近于16khz的频率。电子电路4还可以包括温度传感器、温度补偿电路17、通过抑制调节时钟频率的电路和电机脉冲发生器电路，该电机脉冲发生器电路接收来自分频器电路的时钟信号。温度补偿电路17还可以向抑制电路16应用与提供抑制值nct。可以通过处理器或有限状态机以传统的方式对电子电路4中的信号进行控制。

抑制值nct可以是温度校正参数。它可以用下列公式表示：nct＝k·((fq/fn)-1)，其中，fn是精确的期望的正常频率(32.768hz)，fq是振荡器14的基准频率，该基准频率通常比正常频率略高。选择系数k以帮助在电子集成电路4中实施，同时考虑移除整数个时钟脉冲的抑制的原理。通常，确定抑制值nct以作用于将正常频率fn除以2并将振荡频率fq除以2的第二分频器级。在每个抑制周期中，抑制电路16基于值nct提供待抑制的整数个时钟脉冲。原则上，该抑制周期是在分频器电路输出处的各时钟脉冲之间(尤其是在至少一个电动机10的各驱动脉冲之间)确定的基本周期。由于石英振荡器14的改变范围介于0和127ppm之间，因此可以采用nct＝k·98ppm的典型值。该抑制值存储在寄存器中，在测试模式期间可以使用该寄存器。

使用温度补偿电路17，值nct被典型地计算成根据温度的变化对频率fq进行x²二次校正。然后将值nct存储在专用寄存器中。另外，在改进的模式下，还希望补偿可能是由于谐振器的特征或温度传感器的非线性引起的第三或第四级别的影响。在这种情况下，nct＝a·x⁴+b·x³+c·x²+d·x+e，其中，x指的是温度，e不取决于温度，而是取决于石英偏差(quartzoffset)。项c·x²通常关系到石英频率，其与温度的关系大体上呈在25℃时达到峰值的抛物线形式。可以基于在不同温度下的测量和/或石英谐振器3以及优选地集成在电子电路4上的温度传感器的理论或经验知识来确定参数a、b、c、d和e。将注意，该温度传感器实际上可以是被设计成产生频率ft的谐振器，该频率ft具有显著的线性温度相关性。由此可以通过在不同温度下对各振荡器的频率的多次测量来确定这些参数a、b、c、d和e。原则上，通过在多种温度——特别是9种温度下——进行测量，在用于测试时基装置1的方法之前对这些参数进行校准。

如上所述，可以通过操作开关5来启动该测试方法。该开关可以被闭合，以自动地或通过特别是操作电子手表的计时器机芯的按钮或表冠手动地进入测试模式。还可设想开关在被电池20激活时闭合。对于自动进入测试模式，可设想编写手表模块2中的存储寄存器以在限定的时间段内激活测试模式。如下文所述，根据本发明加快测试模式下的测试方法，该测试方法可以具有例如约6至7秒的持续时间。

图2示意性地示出电子手表的钟表电路的时基装置1的第二实施例。在该第二实施例中，在所选择的测试模式下，时基装置1也可以被置于测试设备30上，其中，通过线圈31的磁性耦合可以检测用于移动手表指针的至少一个电动机10、11的驱动脉冲。还可设想与钟表电路建立直接接触，以在将电子手表封装在手表表壳中之前实现电子手表日差率测试。

用于电子手表的钟表电路的时基装置1包括手表模块2，该手表模块2包括32khz的石英谐振器3。该谐振器3连接到集成电路4上。电子电路4包括基准振荡器14，该基准振荡器14直接连接到石英谐振器3上以产生基准信号。正常情况下，该基准信号的正常频率接近32khz，但是基准信号处在经校准的基准频率下以比正常频率的预期值高0到127ppm的频率工作。

电子电路4还包括分频器电路15，该分频器电路15连接到基准振荡器14的输出端并且包括d个分频器级，所述d个分频器级是用于对基准信号频率进行分频的串联的分频器。通常，如第一实施例中那样，分频器电路15可以包括多达15个分频器级，即，一个接一个地从振荡器输出端连接到手表模块2的输出端的15个二分频分频器。在手表模块2的分频器电路的最后一个分频器级的输出处的时钟信号可以处于接近单位频率(1hz)的频率。

在该第二实施例中，时基装置1还包括连接到手表模块2上的微控制器6。电池20为手表模块2和微控制器6提供能量。微控制器6可以从手表模块2接收定时信号msync并可接收时钟信号fout，该时钟信号fout可以是来自于振荡器的基准信号或来自于分频器电路15的最后一个分频器级或第二分频器级的输出信号。定时信号msync也可以在微控制器6中被改变，以将第一脉冲信号传输到微控制器6的端子m1、m2处的第一电机ma10，并将第二脉冲信号传输到端子m3、m4处的第二电机mb11。在正常工作中，第一电机可以被时钟控制成以1hz的频率驱动一个或两个指针，而第二电机可以被时钟控制成以例如比1hz更高或更低的频率驱动其它指针。微控制器6还可以通过rc振荡器控制，如果需要的话，在所选择的测试模式下，该rc振荡器可以脱离。

还可设想微控制器6允许手表模块2的电子电路4经由定时信号msync直接驱动第一电机10，该第一电机10用于控制与测试设备30相关的频率。

微控制器6还经由第一控制信号ctrl1——该第一控制信号ctrl1可以是串行通讯线——控制手表模块2，以在测试之后或为校准操作改变所述手表模块的某些参数。微控制器6还传输第二控制信号ctrl2，该第二控制信号ctrl2是启动和结束测试模式的自动控制信号。

现在将在钟表电路的时基装置1的第一实施例或第二实施例的基础上描述用于测试电子手表的日差率或工作的方法。优选地，第一电机10被时钟控制成处于基准频率下，该基准频率可以是约1hz的频率。第一电机10因此接收用于其转子旋转的脉冲信号。该电机是具有两个用于旋转的转子极数的lavet型电机。测量时段被定义成基础频率/基频的倒数，在这种情况下约为1秒，原则上介于两个电机脉冲之间。这定义了基本或抑制周期，该基本或抑制周期取决于分频器电路15的输出处的时钟信号。由于随着针对至少一个电机产生的各驱动脉冲进行测量，因此如果在每个测量时段中进行一次抑制，则测量时段可能轻微地变化。

在一个测量周期中，该方法大体包括用于测量电子手表的正常日差率的三个主要步骤。在没有抑制的情况下，在m个第一测量时段中执行第一测量步骤，其中，m是等于或大于1的整数。在m个测量时段之后，在具有抑制的情况下，在n个第二测量时段中执行第二测量步骤，其中，n是等于或大于1的整数。在n个测量时段结束时的第三步骤中，测量设备应用简单的算法来计算振荡器14的频率和抑制值，以基于在m+n个测量时段中得到的测量结果来确定精确的手表频率。在m个测量时段中可以立即计算振荡器14的频率。

在一优选实施例中，设置了6秒的测量周期。如下文所述，m个第一测量时段等于2，n个相继的第二测量时段等于4。如在图3中的图形可见，基本或抑制周期具有持续时间tb，该持续时间tb等于约1秒，但是根据m个测量时段或n个测量时段的持续时间轻微地变化。

对于没有抑制的第一步骤，假设在分频器电路的第二级中执行具有或没有抑制的操作，则对于介于第一电机脉冲和第二电机脉冲之间的第一测量时段t1内的脉冲数是等于2¹⁴个脉冲的数量n1，该数量对应于16384个脉冲。对于介于第二电机脉冲和第三电机脉冲之间的第二相继的测量时段t2内的脉冲数是等于2¹⁴个脉冲的数量n2，该数量对应于16384个脉冲。振荡器基准信号的频率fq可以在介于第一和第三电机脉冲之间的2秒的基准测量时段t1+t2中计算。该测量设备由此可以容易地计算出基准振荡器14的精确的时钟频率fq。

应注意，该基准频率可以通过介于第一和第二电机脉冲之间的测量，在1秒的基本周期内计算得出。然而，在这种情况下，电机的极性可能不相同，这可能轻微地影响测量设备中的电感传感器对电机脉冲的第一边缘的检测。因此，在介于第一和第三电机脉冲之间的2秒的周期内进行测量是优选的，如图3所示，在该周期中具有奇数个或偶数个具有相同极性的脉冲。

对于存在抑制的第二步骤，使用到了二进制抑制值nct，该抑制值nct是二进制p位字，其中，p是大于或等于1的整数，并且优选为16位[15..0]。时基装置1将该当前的温度补偿抑制值传输到抑制电路16。通常是温度补偿电路17提供该抑制值nct。因此，在由n3和n4表示的第三和第四相继的测量时段t3和t4中，向基础脉冲的数量——尤其是2¹⁴个脉冲——添加抑制值的从8至15的8个最高有效位(msb)nct[15..8]。由此为介于第三和第四电机脉冲之间的数量n3和介于第四和第五电机脉冲之间的数量n4添加抑制值nct的8个最高有效位。

应注意，通过采用抑制值，第三和第四测量值t3和t4分别比持续时间t1或t2大。抑制值的8个最高有效位(msb)nct[15..8]给出了等式nct[15..8]＝int(n1·((t3/t1)-1))，其中，t3是第三测量时段，t1是第一测量时段。在该等式中，int取括号中的内容的整数部分。

因此，在由n5和n6表示的第五和第六相继的测量时段t5和t6中，向基准脉冲的数量——尤其是2¹⁴个脉冲——添加抑制值的从0至7的8个最低有效位(lsb)nct[7..0]。由此对介于第五和第六电机脉冲之间的数量n5和介于第六和第七电机脉冲之间的数量n6添加抑制值nct的8个最低有效位。如上所述，抑制值的8个最低有效位(lsb)nct[7..0]给出了等式nct[7..0]＝int(n1·((t5/t1)-1))，其中，t5是第五测量时段，t1是第一测量时段。由于已知第一步骤的精确的时钟频率，因此测量设备将能够在第二步骤中确定抑制值并能够修改当前的温度补偿后的抑制值nct。

在第三步骤期间，测量设备应用简单的算法来计算手表的精确频率，该精确频率通常被称作手表的日差率。在这里将不对该时基装置如何使用抑制值nct进行详细描述，这部分内容在专利申请ep2916193a1中进行了描述，该专利申请通过引用结合在本文中。然而，将回想到，16位二进制值nct使得可以获得每年±0.12秒的调整精确度。以前，在现有技术的生产中，对于如此高的精确度，将需要多于4小时的测试。然而，本发明在理论上将该时间减少到6秒。然而，在实际情况下，由于振荡器抖动和在获取电机脉冲的感应边缘(inductiveedges)时的其它定时误差，该6秒的测量将略微没有那么精确。实际上，可以通过增加测量时间(优选地在6秒的倍数的测量周期中)来提高测量精确度。

当然，为了实现精确测量，在测量时控制温度和提供更新的温度校正值以进行该加速测试至关重要。如图3所述，可设想在测量周期的每个第二测量时段t2中通过传感器(未示出)测量温度。对于将能够在测试期间检验频率稳定性并间接地检验温度稳定性的设备，由此可以在5个2秒的双时段(doubleperiods)中评估频率，所述5个2秒的双时段分别是第一和第二测量时段t1+t2、第二和第三测量时段t2+t3、第三和第四测量时段t3+t4、第四和第五测量时段t4+t5以及第五和第六测量时段t5+t6。优选地在第二和第三测量时段之间进行温度测量。一旦测试设备已经确定了值nct，还将能够精确地计算上述5个时段中的每个的频率并由此推断出频率稳定性。还可以计算这5次测量的平均值来减弱振荡器抖动的影响。

如上所述，在n1、n3、n5或n2、n4、n6的时段开始时进行测量以考虑电动机转子的驱动极性的变化至关重要。

一旦已经进行了电子手表日差率测试，则可提供该测试以校正手表的日差率。该校正或一个或多个参数可以被无线传输到手表控制电路中，该手表控制电路可以用作数据接收器。还可设置成借助可以穿过手表的外部部件的透明部分的优选地处在可见范围或红外线范围内的光通道来进行通讯。也可以经由时基装置的电接触或通过无线传输来校正抑制值。

从刚刚已经给出的描述中，在不背离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，该领域的技术人员可以设想用于测试电子手表的日差率或工作的方法和用于实施该方法的电子手表的时基装置的多种变型实施例。可以进行多个相继的测量周期，以确定振荡器基准频率和校正抑制值。第一测量步骤可以包括一个测量时段，而第二测量步骤可以包括一个测量时段或两个测量时段。在第二测量步骤具有两个测量时段的情况下，在第一测量时段中将抑制值的高阶位传输到抑制电路中，而在第二测量时段中将抑制值的低阶位传输到抑制电路中。手表模块也可以代替电机控制时间显示装置。