我所知道國產(chǎn)石英電子手表的那些事兒

文/圖 程建明

我所知道國產(chǎn)石英電子手表的那些事兒

文/圖 程建明

石英電子手表，又稱第三代電子表，它以石英諧振器作為時間基準(zhǔn)、以指針顯示時間，又稱為模擬式電子手表。第三代石英電子手表以氧化銀電池或汞電池提供動力，采用棒形或者音叉形石英振蕩器作時間基準(zhǔn)，運用中大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路 ( IC ) 連續(xù)分頻獲取基本時間單位，再利用微型步進(jìn)電機(jī)作為換能器，通過(機(jī)械 ) 齒輪傳動系統(tǒng)顯示時、分、秒。

石英式電子手表的日誤差精度可以控制在±0.2秒，年累積誤差不超過± 12～60秒。發(fā)展第三代石英指針式電子手表不可缺少的條件是：精密而穩(wěn)定的石英振蕩器、高性能的集成電路 ( IC ) 以及電-機(jī)轉(zhuǎn)換器 ( 步進(jìn)電機(jī) )和一個小型的能夠提供穩(wěn)定放電特性的高能電池。

石英電子手表工作原理

寶石花單走時石英表

寶石花單歷石英表

上海市鐘表研究所石英手表試制品的后蓋與表面

寶石花DHSE型機(jī)心（早期產(chǎn)品）

寶石花DSE型機(jī)心（后期型）

國內(nèi)石英電子手表的試制

國內(nèi)石英電子手表的試制工作起始于上世紀(jì)七十年代。據(jù)資料介紹，從 1967年開始上海手表廠、上海金屬表帶廠研制成功擺輪游絲電子表，1969年轉(zhuǎn)入上海園珠筆廠繼續(xù)研制并完成了中間試驗以及批量生產(chǎn) ( 當(dāng)年生產(chǎn)2萬只 ) 。1972年上海手表二廠試制成功音叉式電子手表，初步達(dá)到了國際六十年代的技術(shù)水平。

最早開始研制第三代指針式石英電子手表的是上海鐘表元件廠，1972年初第一塊樣表誕生，那是一個非常簡陋的原型電子表，電子元器件和電源 ( 四節(jié)五號電池 ) 都裝在機(jī)心的外面。

1972年10月，上海無線電十四廠研制成功了1.5伏CMOS石英電子手表集成電路。在1.5伏CMOS石英電子手表集成電路研制過程中，上海組織有關(guān)單位協(xié)作會戰(zhàn)，探索了離子注入CMOS新工藝。

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹：試制成功的1.5伏CMOS石英電子手表集成電路使用了離子注入工藝生產(chǎn)，電路芯片上集成了二十只MOS晶體管，工作電壓1.5V，工作電流小于3微安，功耗僅為5微瓦，電路工作頻率32768Hz，通過七次二分頻，由32768Hz降頻至256Hz輸出頻率信號。

7分頻式石英電子手表

同年，上海鐘表元件廠開始著手研制7分頻式石英電子手表，并且試裝成功7分頻指針式石英電子手表樣表。

7分頻石英電子手表，其電機(jī)轉(zhuǎn)換原理接近音叉式電子表，也被稱為第一代石英電子手表，1967年由瑞士電子鐘表中心 ( CEH )實驗室研制成功，原始機(jī)型是β21型，1970年產(chǎn)品正式上市。它利用水晶的壓電特性做成諧振器，通過集成電路7次分頻做為頻率基準(zhǔn)，經(jīng)過電流放大，由振蕩式棘爪送進(jìn)電機(jī)推動一個有256齒的棘輪，再通過齒輪系帶動時、分、秒顯示指針，有別于1Hz或0.5Hz步進(jìn)電機(jī)，其秒針的動作是連續(xù)的。由電子表消耗的能量以及工作頻率決定，手表棘輪需要在2.5mm直徑的輪上切割出所需等量的齒，齒的高度大致為0.01mm，由于棘爪與棘輪送進(jìn)差錯直接關(guān)系著時間精度，所有齒輪上不允許有塌角和傷痕等，只有高精密的機(jī)械才能加工，這也是精密機(jī)械與微電子化相組合的奇跡。由于銷售價格過高，β21型生產(chǎn)了16000塊后停產(chǎn)。由于種種原因，國產(chǎn)指針式7分頻石英電子手表研制工作進(jìn)展緩慢，到1976年，總共裝配了65只。

1973年4月，上海鐘表元件廠在上海郵電器材一廠 ( 原郵電部519廠 ) 幫助下，首先試制成功了由玻殼封裝的20480Hz棒型石英振子，接著在上海硅酸鹽研究所的幫助下，又研制出頻率32768Hz棒型石英振子。

16級分頻電路

1974年，坐落于西安的國家輕工業(yè)鐘表鐘表研究所和風(fēng)雷儀表廠研制出我國首塊手表用16級二分頻硅柵中規(guī)模CMOS集成電路，命名型號F16F，并相繼研制出了指針式石英電子手表樣表。

大規(guī)模集成電路被稱做是“電子手表的心臟”，國產(chǎn)16級二分頻硅柵中規(guī)模CMOS集成電路F16F的誕生，標(biāo)志著我國石英電子手表在開發(fā)和研究上邁出了堅實的一大步。1978年，用16級二分頻CMOS集成電路組裝的成表榮獲全國科學(xué)大會獎。

這枚16級二分頻硅柵中規(guī)模CMOS集成電路，芯片上共集成了296個N溝道和P溝道MOS晶體管，整體電路由振蕩電路、分頻電路、窄脈沖形成電路 ( 譯碼電路 ) 和電機(jī)驅(qū)動電路 ( 功放電路 ) 組成，石英諧振頻率為32768Hz，經(jīng)過十六次二分頻后，通過輸出端3、4腳，以每秒鐘輸出的一個脈沖驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，再通過電機(jī)帶動秒針，每一秒前進(jìn)一步。

1974年底，上海鐘表元件廠試制成功具有16級分頻電路的指針式石英電子手表，至1984年，前后共生產(chǎn)了4177只，注冊商標(biāo)為金星牌。以后為了集中精力抓好電子表相關(guān)元器件的生產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)上級指令，到1984年底，上海鐘表元件廠金星牌第三代指針式石英電子表不再安排生產(chǎn)。

從1972年開始研制出國產(chǎn)第一代指針式石英電子手表樣表，到1984年第三代指針式石英電子表成品因故停產(chǎn)，風(fēng)風(fēng)雨雨十二年，上海鐘表元件廠默默無聞，潛心奮戰(zhàn)，為國產(chǎn)石英電子的成長與發(fā)展中作出了諸多可貴的奉獻(xiàn)與犧牲，可謂殊勛彪炳。

1977年9月，上海手表二廠開始加強(qiáng)對16分頻指針式石英電子手表的研發(fā)工作，并于次年試制出首批42只樣表，產(chǎn)品規(guī)格分單機(jī)、日歷、雙歷三種石英表。

由上海鐘表元件廠出品的金星石英電子表表面與后蓋

上海表廠參與電子表試制工作

1978年3月，原國家主席華國鋒同志提出“要發(fā)展電子表”，上海積極響應(yīng)，立即組織了全市性的電子手表攻關(guān)大會戰(zhàn)。由上海鐘表公司牽頭，分別組織上海手表二廠、上海鐘表元件廠、上海鐘表元件二廠、上海鐘表研究所等六家單位，成立指針式石英電子手表聯(lián)合設(shè)計與試制組，通過上海手表五廠，利用補(bǔ)償貿(mào)易的形式，從國外引進(jìn)部分電子表生產(chǎn)專用生產(chǎn)設(shè)備，同時引進(jìn)部分指針式石英表零部件，提高了研制效率，從而也加快了試制進(jìn)度。至1978年底，上海手表二廠共批次生產(chǎn)各類石英電子手表樣表四百余只，并組織有關(guān)人員對電子手表進(jìn)行了試帶和初步測試。

1979年1月，輕工業(yè)部在上海召開全國輕工業(yè)局長會議，討論了輕工業(yè)工作重心轉(zhuǎn)移的問題，會議制訂了手表、自行車、縫紉機(jī)等二十六種重點產(chǎn)品兩年質(zhì)量升級規(guī)劃，并要求輕工業(yè)增加電子手表，高頻自動雙歷手表等新產(chǎn)品三百種以上。2月輕工業(yè)部召開全國電子表生產(chǎn)座談會，會議引起了各級相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的注意，國產(chǎn)第三代石英電子手表試制進(jìn)度大大加快。

1979年6月上海手表二廠針對試制與試戴中發(fā)現(xiàn)的問題，對國產(chǎn)指針式石英電子手表進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，同年7月30日，上海市輕工業(yè)局組織了國產(chǎn)指針式石英電子手表投產(chǎn)預(yù)備鑒定會。

會議由上海輕工業(yè)局主持，并由輕工業(yè)部學(xué)大慶檢查團(tuán)，上海市計委，市科委，市工交辦，上海鐘表工業(yè)公司等領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)以及上海輕工業(yè)進(jìn)出口公司，上海中百采購供應(yīng)站，上海市中百批發(fā)站，上海鐘表研究所，上海手表五廠，上海鐘表元件廠，上海電池廠，上海表帶三廠，南京鐘表材料廠和上海電子表會戰(zhàn)辦公室等十余家單位組成。會議成立了技術(shù)文件審查、成品零件測試、工裝設(shè)備檢查等三個專業(yè)小組，分別對各類項目進(jìn)行了審查，測試，檢驗與分析，同時對370只成品石英電子手表按照部頒標(biāo)準(zhǔn)以及廠標(biāo)逐項檢驗。預(yù)鑒會歷時十一天，至8月9日結(jié)束，鑒定表明，DSE型指針式單機(jī)石英電子手表和DHSE單日歷型石英電子手表性能符合部頒標(biāo)準(zhǔn)，可以批量生產(chǎn)，而DKSE型雙日歷石英電子手表性能不穩(wěn)定，需要繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)。

1979年9月中旬，上海手表二廠生產(chǎn)的國產(chǎn)第三代指針式石英電子表，定名寶石花牌，正式投入上海本地市場試銷售，9月下旬，國慶三十周年前夕，寶石花牌指針式石英電子表進(jìn)入北京展銷，在向首都人民匯報產(chǎn)品新成果的同時，進(jìn)一步聽取廣大消費者的意見。

1979年，上海手表二廠共計生產(chǎn)寶石花牌各類指針式石英電子表50023只。隨后上海市政府又分別組織輕工業(yè)局、化工局、冶金局、中科院上海分院等相關(guān)單位對石英振子、集成電路、線路板組件等全部進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，至止1985年，上海手表二廠已經(jīng)累計生產(chǎn)了各類電子表114萬只。

附錄

上海鐘表元件廠

上海鐘表元件廠，其前身是關(guān)勒銘金筆廠，由旅美華僑關(guān)崇昌先生1928年(民國17年)創(chuàng)辦，因戰(zhàn)亂，1937年停產(chǎn)，抗戰(zhàn)勝利以后，1945年即重新招股，有寧思宏和中共上海地下黨領(lǐng)導(dǎo)人劉曉(又名劉鏡清)以及謝壽天、方行、梅達(dá)君、陸修淵等黨內(nèi)人氏以商人身份投資，籍以企業(yè)掩護(hù)革命工作，劉曉同志任關(guān)勒銘金筆廠副經(jīng)理，解放以后，劉曉同志將股份投資轉(zhuǎn)為公股，從而使關(guān)勒銘金筆廠成為上海合營最早的三家制筆企業(yè)之一。

1960年為了擴(kuò)大手表生產(chǎn)，攻克手表重要原器件依賴進(jìn)口的落后狀況，在當(dāng)時上海市委組織領(lǐng)導(dǎo)下，關(guān)勒銘金筆廠轉(zhuǎn)產(chǎn)制造手表寶石軸承和防震器，通過二年努力，對制造鉆眼設(shè)備以及工具磨料經(jīng)過593種方法摸索，進(jìn)行了一萬五千三百多次實驗，造出了國產(chǎn)表鉆，當(dāng)時稱之為“爭氣鉆”。

1962年，關(guān)勒銘金筆廠正式改名為上海鐘表元件廠，為了適應(yīng)上海手表行業(yè)的快速發(fā)展，該廠堅持自力更生進(jìn)行設(shè)備更新，自制的11種自動化、半自動化高效率專用設(shè)備，有七項具有國際先進(jìn)水平。

1972年，上海鐘表元件廠試驗采用激光打孔鉆眼，之后又采用快速激光打孔，這項成果獲得了國家發(fā)明創(chuàng)造四等獎。該廠在發(fā)展手表寶石軸承、防震器生產(chǎn)的同時，還先后研制成功第三代和第四代國產(chǎn)石英電子手表以及電子鐘表所使用的石英振子，CMOS手表專用集成電路，海鷗牌KX照相機(jī)電子程序快門，紅寶石顯微手術(shù)刀等一批技術(shù)含量較高的產(chǎn)品，為國內(nèi)鐘表和照相機(jī)以及眼科醫(yī)療器械工業(yè)填補(bǔ)了數(shù)項空白。