아날로그 쿼츠시계

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아날로그 쿼츠
1. 무브먼트만 구입하여 실험함
  1. 한가지 5개 구입
    1. 구입품
      - 5개 구입
      - 모델명: 5168-S
      - 조립성이 쉽다.
      - PCB 보드
    2. 전류소모 측정 엑셀 파일 소모전류 0.77mA로 MIHO 제품 0.47mA 보다 약 60% 높다.
    3. 정확도 측정 엑셀 파일
      - 5개 중에서 2개가 빨리간다.(늦으면 조정할 수 없다.)
  2. 미호 가게에서 3가지 구입 (고급형이란, 초침돌아가는 소리가 더 작고, 시간 정확도 및 내구성이 뛰어나다.)
    1. 3가지, 2개씩 구입
      - 일반형1,300원,무소음1,700원,고급형4,200원
    2. 3가지 전류소모 측정 엑셀 파일
      - 초당1펄스 및 16펄스
      - 일반형 0.44mA, 무소음 0.47mA, 고급형 0.16mA
    3. 일반형 내부
      - MIHO KOREA 상표
      - 쉽게 분해(=조립)된다. 상단에 기어가 4개 있다.
      - 회로 측정이 쉽다.
      - 전원, 코일, 크리스탈 등 접점이 6개
      - 크리스탈 공진기 리드 납땜에 문제가 있다.
      - 냉납
      - 플럭스 발라 재납땜해도 냉납이다. (오래 방치된 부품을 사용했다.)
    4. 무소음 고급형
      - Chiwatch 상표이다. MIHO KOREA 상표가 아니다.
      - 마지막 코일 인출선은 이렇게 꼬여 강도를 높였다.
      - 회전자에 황동으로 관성은 높인 듯
      - Chiwatch-SW 2014.9.14 ver1.0
    5. 정확도 측정 엑셀 파일
      - 2번 시계에 1pF 추가
      - 정확도. 25도씨에서 +3ppm 이 최적인데, 그렇게 만들어져 있다.
  3. AliExpress에서 네 가지, 두 개씩 구입
    1. 품목1
      1. 사진
        
        큰 실납 조각이 붙어 있다.
      2. 정확도 측정 엑셀 파일
        
        #1: 204ppm 빨리간다.
        #2: 27.5ppm 늦게간다.
    2. 품목2
      1. 사진
        
        구입품 포장상태 - 긴 바늘이 있어서
        
        Sangtai 6168S
        
        1 초기상태 동박
      2. 정확도 측정 엑셀 파일
        
        #1
        
        동박을 자르면 -4ppm으로 1ppm 빨라짐
        
        1ppm 빨라짐
        
        #2
        
        1번 자르고 2번 제거하니 너무 빨라 3번처럼 리드선을 허공에서 겹치게 하니
        
        최적값 +2.5ppm에 맞출 수 있었음
    3. 품목3 - 개당 4$ 약 5,000원으로 500원짜리에 비해 10배 비싸지만 소비전류가 20%이다.
      1. 사진
        
        Shinfuku TS-631-B1
        
        trimmer C를 부착할 수 있도록 설계되어 있다.
      2. 소모전류 측정 데이터 투고기술 벽시계(같은 회사 무브먼트)와 비교
        
        동일하다.
      3. 정확도 측정 엑셀 파일 - 시트1
        
        4개 모두 의도대로 약간 빠르게(+10ppm 이내로) 만들어져 있다.
      4. 트리머 C(2~7pF)를 부착하고 정확도 조정 엑셀 파일 - 시트2
        
        부착 사진
        
        최소값 2pF 연결하면 4ppm 낮아지고, 최대값 7pF 연결되면 13ppm 낮아진다.
2. 탁상용
  1. 1984년(대학교 2학년)부터 사용한, 김원주에게서 받은 알람시계
    1. 외관 - 2018-8-30 사진
      - 왼쪽 전지는 알람용, 오른쪽 전지는 시계용
    2. 전선 연결
      - 깨진 전지홀더 교체
    3. 무브먼트
    4. 2021-04-25 정확도 측정 엑셀 파일
      1. 가변C를 돌리면서
        
        현재 사무실 온도
      2. 그래프
        
        초기 시계 정확도. 약 +5ppm으로 잘맞춰져 있다.
        
        트리머C를 한 바퀴 이상 돌릴 때 주파수 변화 -20ppm~+50ppm 변한다.
        
        +2.5ppm으로 맞추기 위해 트리머C를 조금씩 돌릴 때
        
        +2.5ppm 근처에 맞추고, 25도에서 +0.4도씨 상승에 따라 서서히 늦게간다.
  2. 눈높이
    1. 소비전류 측정 - 적분하면 초당 21uW 소모(1.5V인경우), 0.014mA소모 = 사용전지 LR44 175mAh이면 약 520일 사용
    2. 소비전류 측정 사진
      - sample rate=2msec
      - sample rate=10usec
    3. 내부
      - 알람 시간이 되면 회전막대가 내려가 스위치가 ON된다.
      - 발진회로가 없는 전자석버저이다. 그러므로 IC가 알람신호를 발생시킨다.
  3. 2021/03/16 안종연
    1. 외관
    2. 연속 회전형이다.
      - 빨강화살표 기어는 초침이다. 분홍색 기어는 분당 480회전(초당 8회전)해야 한다.
      - 크리스탈 출력 파랑 32768Hz, IC 출력 빨강 16Hz이다. IC가 클럭을 1/2048(2^11)로 줄인다.
    3. 소모전류로 시간 정밀도 측정
      - 소모전류(평균 0.25mA, AA 2500mAh라면 1만시간=400일 사용) 펄스는 16Hz로 나온다.
      - 1번째 펄스
      - 100번째 펄스. 이 계측기
    4. 이 계측기로 측정한 소모전류 방법으로 시간 정확도를 파악할 수 없다.
      1. 하루 24x60x60초=86,400초. 하루 1초 편차는 1/86400 분해능 필요
      2. 위 계측 방법은 1.56/6250 ~ 1/4000 분해능을 갖는다. 즉, 20배 더 분해능이 필요하다.
    5. 2021/04/11 홀 센서 보드로 측정
      1. 실험 방법
        
        측정에 사용된 홀 센서보드
        
        갖다붙이고 감도를 조절하여 LED가 깜빡이도록함
      2. 오실로스코프 파형-1
        
        파형
        
        전원 3.3V, 오실로스코프에서
        
        3.25Vp-p 나오고, 주파수는 약 7.95Hz
        
        카운터로
        
        약 12분간 157번 샘플링, 평균 8.005903Hz로 +737ppm 빠르다.
        
        12시간동안 4,575번 샘플링, 평균 7.999996Hz로 -0.56ppm 늦다.
        
        시간에 따른 누적평균
      3. 오실로스코프 파형-2, 센서 보드 전원전압을 5V로 올리고, 시계에 더 잘 근접시켜 파형을 깨끗하게 획득함.
        
        파형
        
        카운터로
        
        앞 실험 결과 편차에 비해 약 10배 좋다.
        
        평균 7.999952Hz로 -6ppm 늦다. 즉, 샘플링간 측정편차는 줄어들어도 전체 누적 편차는 예쁜 파형과 상관없다.
        
        카운터에서 gate time을 1초에서 10초로 늘림(10배 더 측정해서 평균했다는 뜻)
        
        앞 실험 결과 편차에 비해 약 10배 좋다.
        
        평균 7.999970Hz로 -4ppm 늦다.
      4. 시계 전원 전압에 따른 주파수
        
        0.5V~1.7V까지. 전압에 따라 클럭IC 주파수가 변하지는 않는다. 단지 출력전류가 낮아 모터가 회전을 하지 않을 뿐이다.
    6. 스텝 모터를 제거하고 IC 출력 파형을 직접 관찰함.
      1. 사진
        
        분홍 플라스틱 캡 속에 2폴 영구자석
        
        코일 저항 측정하니 2.2k오옴, 철심 자속 또한 (뭔가)비대칭이어야 자석이 일정방향으로 회전할 것이다.
        
        코일 뜯어내고 2.2k 저항설치한 후, 1M 임피던스 프루브 연결하여 주파수 카운팅
      2. 시계 전원 전압에 따른 주파수
        
        1.5V를 +, -로 반전시킨다. 8Hz, +펄스일 때 180도 회전, -펄스일 때 다시 180도 회전
        
        측정에 문제인가?
      3. 측정에 문제가 있는지 파악하기 위해, +- 펄스에서 -펄스를 다이오드로 제거하여 다시 측정
        
        다이오드 통과전
        
        다이오드 통과후(trigger 오류를 없애기 위해서)
        
        다이오드 통과후 파형 카운팅
      4. 재측정, 다이오드부착, 2.0V에서 0.5V로 전원전압을 낮추면서
        
        건전지 공칭전압 1.5V에서 기울기가 0이 나오도록 IC에 프로그래밍 된 듯
      5. 온도 특성
        
        오븐 온도 프로파일, 약 1분에 1도씨 낮추었다.
        
        회전수
        
        변화율. 0~50도 범위에서 최대-25ppm을 보인다. 30일이면 260만초이라면 최대 64초 늦어진다. (25도에서 가장 빠르게 간다.)
    7. +전압 라인과 XTAL포트 1 및 포트2 사이에 1.1pF~5.0pF을 연결하여 주파수를 튜닝하면
      1. 주파수 튜닝
        
        5pF를 추가하면 시간은 약 10ppm 늦게 간다. 1ppm은 한달에 2.6초이다.
    8. 보관된 다른 소자를 꼽으면
      1. 소형:보관품, 대형:이번 시계에서 나온 소자
        
        소형품은 +5ppm 빨리가도록 만들었다.
    9. 쿼츠 크리스탈 공진기를 바로 측정하면. 참고로 100:1 프루브(100M오옴 ~5pF)일 사용하면 7.999858Hz로 -10ppm(늦게)간다.
      - 10M오옴//~15pF 프루브를 연결하여
      - 32.768kHz 근처 진동을 오실로스코프로 관찰할 수 있다.
      - 프루브 연결전 모터 펄스 주파수 7.999942
      - 프루브 연결한 후 주파수 8.001696 로 220ppm 빨리간다.
  4. 실험을 위해 2021/04/18 구입함
    1. 상품 사진, 탁상용 알람시계 Alarm Clock, 2021/04/18 구입함. 3,000원, 다이소
3. 벽시계
  1. 투고기술
    1. 2020/04/12 소모전류 측정 데이터 1.5V 0.15mA 소모. AA alkaline 전지 용량을 2500mAh로 가정하면, 17,000시간=약 1.9년
      - 초당 16개펄스
      - 탁상용 스테핑모션 시계(눈높이 상표)
    2. 2020/04/13 전지교환하면서
      - 이언 www.eonclock.co.kr
      - Shinfuku, TS-671E-B1, Continuous Sweep, Silent Quartz Clock Movement
      - 6년 사용하면서 전지 4번째 교환했기 때문에 알카라인 전지 수명은 약 2년.
    3. 2021/04/18 정확도 측정
      1. 사진
        
        1년동안 약 350초 빨리간다. (약 +10ppm)
        
        뒷면
      2. 시계 바늘 마운트 방식에서 push-on 방식(대비는 I-post로 원형에서 양쪽 모따기 되어 있고 너트로 조여야 한다.)
        
        바늘 꼽는 위치(바늘 회전토크를 낮추기 위해 좌우 토크가 균형을 맞추는지 살펴볼 필요가 있으)
      3. 내부 회로
        
        +전압 단자와 XTAL 어떤 단자 사이에 C를 설치할 수 있는 솔더링 패드가 있다.
      4. 현재 약 23도씨, 측정 엑셀 파일
        
        그래프
        
        23도씨에서 15.4ppm 빨리간다.
        
        25도씨에서 가장 빨리간다. (15.4ppm) 사무실 온도가 15~35라면 -5ppm로 늦게 간다면
        
        25도씨에서 약 3ppm 빠르게 세팅하면 되겠다.
        5pF에 -10ppm 이므로, -12ppm 으로 만들려면 약 6pF를 덧붙이면 되겠다.
      5. 약 3ppm 빨리가도록 6pF를 덧붙임. 17:00:00 에 정확히 맞춤
        
        6pF(실측 6.3pF) 덧붙임.
        
        납땜 온도가 남아 초기 천천히 가다가, 온도가 식어서(상온에 도달하면 가장 빨리 가므로) 약 3.5ppm 빨리간다.
      6. 초침의 회전 밸런스를 맞춤. 낮은 전압에도 돌 수 있다는 것이지, 정상전압에서 전류소모가 감소되는 것은 아니다. 회전밸런스를 맞추면 코일 전류를 낮춰도 돌기 때문에, 시계를 만들 때(선택할 때) 저전류 코일을 채용해도 된다는 뜻이다.
        
        자석을 앞뒤로 붙여 쉽게 이동할 수 있도록 함
      7. 초침의 회전 밸런스 맞추기 전후 동영상
        회전 밸런스 맞추기 전 회전 밸런스 맞춘 후
  2. 실험을 위해 2021/04/18 구입함
    1. 상품 사진, 원형 벽시계 Round Wall Clock, 2021/04/18 구입함. 5,000원, 다이소
      - 저소음
  3. 집, Swing(Pendulum) Movement Quartz Clock Movement
    1. 2011/07/19
      - 전지수명이 짧아서
    2. 2014/8/24 전지수명이 짧아서 전원 추가 공사
      - 그럼에도 불구하고 수명이 짧아서, 5년 넘게 사용하지 않음
    3. 2021/04/23
      1. 외관
        
        무브먼트 모델명: P6188
        
        내부
        
        스텝 모터 코어가 심하게 녹슬었다. 녹가루가 영구자석 회전자 축에 들어가 마찰저항이 커서 쉽게 멈추는 듯.
      2. 시계추 회로, 전자석 코일이 2개여서 하나는 영구자석 이동에 의해 피드백 전압을 발생시키고(발전기) 이를 Tr이 증폭하여 전자석으로 영구자석을 밀어 진자운동
        
        시계추 전원은 클럭IC 전원과 병렬로 연결된 듯
        
        마츠시타, 삼영 전해 C
      3. 전지 - 단자가 접촉하는 부위에 부식
        
        PCB에서 - 단자부식
        
        부식
        
        부식부분을 깍아내고 은도금 스프링동판을 잘라
        
        납땜하여 보완
      4. 소비 전력 측정 0.26mA
        
        1초. 이 때 추는 동작하지 않음
        
        평균 소비전류 0.26mA, AA 전지 2500mAh 용량 사용하면 1년 사용
      5. 스테핑 모터 펄스 관찰
        
        1초 간격으로 +펄스, -펄스. 한 펄스로 180도 회전한다. 그러므로 2초에 1회전한다.
      6. 정확도 및 PCB 동박깍아내면서 측정
        
        기존 동박 패턴(여분의 동박이 ㄱ자형태로 존재한다.)
        
        ㄱ자형태 동박을 제거하였다.
        
        C감소로 4ppm 빨리간다.
      7. 시계가 늦게 가면 빨리 가도록, C를 낮출 수 있는 방법이 없다. (+2.5ppm 빨리 가는 것이 최종목표이다.) -17.5ppm로 1년에 약 10분 늦게 갈 것으로 추정된다.