Категория: История

Разработка первых в СССР электронных часов




  • Не нравится
  • +6
  • Нравится





  • Разработка первых в СССР электронных часовОдин из ведущих специалистов в области разработки комплексированных изделий В.Г. Маранц вспоминает.

    Задача срочно разработать наручные электронные часы была поставлена перед институтом в начале 1973 года. И сразу была взята, как теперь принято говорить, «под личный контроль» первым заместителем министра электронной промышленности В.Г. Колесниковым. Вся эта срочность и высокое внимание объяснялась двумя причинами. Отечественные механические часы среднего класса типа «Слава», «Полет» и др. отличались высоким качеством и низкой ценой, пользовались хорошим спросом в СССР и за рубежом и составляли заметную статью в нашем экспорте. Но с появлением первых электронных часов стали из этой ниши вытесняться. Поэтому вопрос решался на правительственном уровне.

    Другой, более принципиальной задачей была необходимость срочной разработки и освоения технологии КМОП БИС, без которой создание электронных наручных часов (и многого, многого другого) было бы невозможно. Несмотря на определенные наработки, мы в то время КМОП-технологией не владели.
    Вот это совмещение по времени и месту разработки технологии и конкретного законченного изделия давало столь желанный выигрыш времени и придавало всей работе особый характер и интерес.

    В принципе, функциональная схема БИС электронных часов достаточно прозрачна: задающий генератор импульсов; делитель с таким коэффициентом деления, чтобы на его выходе были импульсы с периодом 1 сек (а если надо точнее, то с периодом 0,1 или 0,01 сек); счетчики на 60, 60 и 24 и дешифратор для вывода показаний на индикатор. Немного. Но создать такую схему на одном кристалле по доминирующей тогда биполярной технологии было невозможно. Повышение степени интеграции в биполярной технологии имеет принципиальное ограничение. Напечатать на маленьком кристалле большое количество транзисторов и собрать из них схему можно, но отвести с маленькой площади выделяемое ими тепло нельзя. При повышении степени интеграции такая схема начинает сама себя плавить. Поэтому технология, позволяющая создавать в едином процессе схемы из полевых транзисторов с р- и п-каналами, что позволяет снизить потребление на несколько порядков и соответственно повысить степень интеграции, является настоящим технологическим прорывом.

    В отличие от биполярной технологии любая цепочка в функциональном элементе, созданном по КМОП-технологии, имеет хотя бы один запертый транзистор. Поэтому сквозной ток, паразитный с точки зрения выполнения функции, возникает только в момент переключения. Это время на порядки меньше времени нахождения функционального элемента в стационарном состоянии, в котором его потребление ничтожно мало.

    Поскольку работа была задана не как технологическая демонстрация, а как создание конкретного товара, надо было решать конкретные вопросы: выбрать схему генератора, выбрать тип индикатора, разработать конструкцию и дизайн, найти компромисс между всей системой параметров и свойств часов и их ценой.
    Это было ново и интересно для нас, так как гражданская продукция имеет ту особенность, что покупатель должен захотеть оплатить ее действительно из собственного кармана.

    Уже самые первые наручные зарубежные электронные часы делались с «кварцем» в задающем генераторе и с цифровым индикатором.
    Очевиден всегда возникающий вопрос: а зачем в обычной бытовой практике иметь на руке время с точностью до секунды? Действительно, в этом нет никакой необходимости, и обычные механические часы имеют «суточный уход» 20-40 сек. И это устраивает. Ответ лежит в другой плоскости. В течение какого времени набегает погрешность, которая перестает Вас устраивать? Крайне низкое потребление КМОП БИС делает возможным непрерывную работу наручных часов без смены батарейки до 2—3 лет. И тогда именно точность хода Ваших часов становится фактором, определяющим время автономной работы часов. То есть время, на которое Вы можете забыть о необходимости заводить часы, сверять их показания с сигналами точного времени, но быть уверенным, что они показывают время с приемлемой для Вас точностью.

    Например, если часы настроены на «суточный уход» 0,5 сек, что вполне достижимо, то на 4 месяца Вы можете о них забыть и знать время с точностью ±30 сек. Это и есть главное преимущество электронных часов, которым они обладали с первых же образцов.
    Цифровой индикатор обладает такими очевидными преимуществами, как отсутствие точной механики и возможность точного считывания показаний времени.
    Но, как оказалось, традиционный стрелочный индикатор требует меньше времени и внимания (беглый взгляд) для считывания показаний с приемлемой точностью, а цифры, хочешь или нет, надо прочитать. Поэтому, со временем, ведущие часовые фирмы ушли от цифровой индикации времени, вводя в некоторых моделях дополнительно цифровой индикатор для расширения функций (календарь, точный секундомер, время по часовым полюсам и т.д.).

    От механики и стрелок мы отказались по понятным причинам: не наше это дело, да и «шаговый» двигатель хотя уже появился, но был крайне ненадежен.
    С цифровым индикатором дела обстояли не лучше. Первые образцы индикаторов на жидких кристаллах давали очень плохую контрастность изображения и были ненадежны.

    Первые КМОП БИС уже у нас появились, и ждать мы не могли. Пришлось пойти на семисегментный индикатор на светодиодах. Они были разработаны в НИИ «Сапфир» и имели рекордное для того времени соотношение «яркость-потребление».
    Часы с таким индикатором имели оригинальный и очень элегантный вид, в помещении обеспечивали достаточную контрастность показаний, но на открытом воздухе в яркий, солнечный день прочесть показания было затруднительно.

    Но главным недостатком было высокое потребление светодиодов, что не позволяло осуществлять непрерывную индикацию. Пришлось ввести специальную кнопку для вызова показаний.
    Если отказ от стрелок и механики был полностью оправдан (я помню, как при открытии магазина «Электрон» в Воронеже, где продавалась продукция предприятий МЭП, я бросал наши часы вдоль салона магазина, демонстрируя, что в них нет механики и просто нечему ломаться), то проблема индикатора на тот момент по-настоящему решена не была. По мере становления ЖК-технологии светодиодный индикатор, несмотря на всю оригинальность, должен был «уйти».

    С миниатюрным «кварцем» для часов проблем не было. Кварц на частоту 32768 Гц (215) был разработан, в кратчайшие сроки освоен и выпускался в необходимых количествах предприятием «Фотон». Кроме того, были разработаны термостатированные кварцы, которые в специальных часах-хронометрах обеспечивали значительно более высокую точность хода.
    Все остальное зависело непосредственно от нас.

    Главным конструктором работы был директор предприятия Ю.П. Докучаев. Он сумел организовать совершено новую для нас работу так, что первые образцы нормально работающих часов появились уже менее чем через полгода с начала работы. В его кабинете решались не только и даже не столько организационные вопросы, но и все основные технические решения вырабатывались с его определяющим участием. Нередко, когда этого требовала ситуация, он проводил вместе с нами бессонные ночи на предприятии. Его техническому максимализму и высокой требовательности обязаны эти первые часы своим элегантным видом. Их не стыдно было показать.

    Надо сказать, что и «личный» контроль В.Г. Колесникова оказался крайне полезен для работы. Он не только действительно лично, чуть ли не еженедельно контролировал ход работы, приезжал на предприятие, разговаривал с людьми, но и существенно помог в организации работ по ЖК- и СД-индикаторам, кварцам для задающего генератора.
    Разработка КМОП БИС проводилась в отделе № 4, начальником которого в то время был В.К. Невежин, и на нашем опытном заводе. Всеми технологическими работами руководил О.В. Сопов, начальником цеха № 12 был А.А. Коваленко. Схемотехнику часов создавал коллектив под руководством В.Г. Маранца.

    Топология КМОП БИС разрабатывалась В.И. Федосовым. Компоновку и конструкцию часов разрабатывал Е.И. Цой.
    Измерительная аппаратура для контроля КМОП БИС, других компонентов и готовых часов разрабатывалась в отделе № 7, начальником которого был ЮЛ. Каменецкий. Первые измерители сделал совсем молодой тогда Л.Ш. Кравцов.
    В этом сборнике есть отдельная статья по разработке КМОП-технологии, поэтому я ограничусь сказанным выше и добавлю только следующее: хотя значение создания и освоения КМОП-технологии далеко выходит «за рамки часов», именно часы послужили толчком к резкой активизации этих работ и стали первой практической реализацией, доведенной до серийного освоения и выпуска товарной продукции.

    С момента появления первых образцов нормально работающих часов их немедленно у нас забирали и использовали для подарков высокопоставленным гостям, приезжавшим в СССР. И мне иногда приходилось отвозить их в министерство. Обычно отдашь их секретарю или помощнику министра и все. Но однажды секретарь мне говорит: «Александр Иванович Шокин просил Вас зайти». Захожу в кабинет и вижу картину, которая до сих пор стоит у меня перед глазами.

    На столе у министра лежат несколько зарубежных часов, а министр непрерывно набирает по телефону «100» и поглядывает на часы. Тогда время не передавали с точностью до секунды, и он, видимо, старался поймать момент перехода с одной минуты на другую. Наконец он оторвался от этого занятия и спрашивает меня: «Вот Вы, специалист, объясните мне, пожалуйста, почему все эти кварцевые часы показывают разное время?» Откуда взялись эти часы и что они там показывают, неизвестно, но ответить пришлось. Трудность была не в том, чтобы правильно ответить, а в том, чтобы не впасть в объяснение того, что человеку уровня А.И. Шокина объяснять не надо. Это не так интересно. А вот то, что не кто-нибудь, а министр электронной промышленности сидит с этими часами и с помощью телефона пытается понять, что они показывают, вполне характеризует ту напряженную атмосферу, в которой проходила эта работа.

    Однажды нам передали, что г-н Киссенджер, которому подарили эти часы, дал им очень высокую оценку. Хорошо информированный г-н Киссенджер, конечно, оценил не только, а может быть, и не столько сами часы, как то, что СССР быстро ликвидировал технологическое отставание, со всеми вытекающими последствиями.

    Такой период, к счастью не слишком продолжительный, действительно был. К моменту, когда технологические процессы были доведены до конца и вроде бы были получены первые кристаллы КМОП БИС, из измерительной аппаратуры имелся только частотомер.
    Ни сложных контактных устройств, ни самих измерителей для контроля БИС еще не имелось. Так что узнать, что получилось, можно было, только попытавшись собрать работающие часы. Мы это и делали буквально «на ощупь». И делали не только потому, что начальство торопило, но и самим очень хотелось быстрее увидеть первые отечественные наручные электронные часы, да КМОП БИС независимо от часов представляли важнейший интерес.

    И надо было отрабатывать сборку часов, испытывать индикатор в реальных условиях, словом, работать.
    Конечно, на то, чтобы получить в этих условиях действующий образец, уходила масса времени и сил.
    Понятно, что как только КМОП- и ЖК-технологии были в достаточной степени освоены, проблемы наращивания функций электронных часов не стало. Введение таких традиционных функций, как календарь, секундомер, таймер и др. не создает проблем и практически не повышает стоимости часов. Нами также были разработаны несколько моделей наручных часов и спортивный секундомер. В одной из моделей по предложению В.И. Федосова был введен оригинальный режим, позволяющий владельцу часов самостоятельно изменить коэффициент деления делителя на несколько единиц и настроить таким образом свои часы в «ноль».

    Оригинальный режим был введен и в секундомер. При нажатии кнопки «стоп» результат фиксировался, но секундомер продолжал идти, и повторным нажатием кнопки «стоп» можно было зафиксировать второй, весьма близкий результат.
    Что касается самостоятельной регулировки точности хода электронных наручных часов, то такой режим мне больше не встречался. Но вот многократная фиксация результатов в хороших секундомерах сегодня есть. А первый раз это было сделано тоже по предложению В.И. Федосова более 30 лет назад.

    Наш опытный завод достаточно долго и успешно выпускал различные модели электронных часов. Например, пользовалось хорошим спросом зеркало заднего вида для автомобиля со встроенными часами.
    В 1975 г. был построен новый цех № 12 для выпуска КМОП БИС (конечно не только для часов), а в 1975-76 гг. был организован цех № 7 по сборке часов Б6-03, выпуск которых был доведен до 12000 шт. в месяц. Были разработаны и выпускались будильники «Электроника» 1-07 и 1-10. Их выпуск также составлял 2—3 тысячи в месяц.
    Корпуса для наручных часов разрабатывал Е.И. Цой, и изготавливал их завод в Кировограде.
    Корпуса для будильников разрабатывал Х.Г. Буданов, и изготавливал их наш завод.

    Литформы на вкладыши и штампы на металлические детали для часов разрабатывались в КБ ОГТ К.И. Лебедевым и В.В. Зайцевым и изготавливались в цехе № 4. Для организации серийного производства и массового выпуска электронных часов технология была передана в г. Минск на объединение «Интеграл». Они довольно быстро все освоили и начали выпуск.
    У меня нет информации по экспорту, но этот вопрос больше не поднимался. И в Союзе минские часы пользовались большим спросом. В особенности после того, как по одному из центральных каналов ТВ была проведена редкая по тем временам реклама. Так что, для того чтобы купить минские часы для кого-нибудь из знакомых, приходилось пускать в ход личные связи с минскими товарищами.
    Отечественная часовая промышленность в результате работы получила все компоненты, составляющие «начинку» электронных часов: КМОП БИС, выполняющая все необходимые функции, ЖК-индикатор, миниатюрный кварц для наручных часов и кварцы для специальной аппаратуры.

    Наше предприятие получило бесценный опыт работы на конечную продукцию. В последующих аппаратурных работах и в особенности в проклятые 90-е годы этот начальный опыт сыграл значительную роль и помог предприятию выжить.

    Комментарии

    
    Имя:*
    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
    *
    
    {literal} {/literal}