copyright 2006



Questo articolo contempla tutte le possibili cause di malfunzionamento di un orologio LED o le eventuali pratiche da parte dell'utilizzatore o del riparatore che potrebbero pregiudicarne un corretto funzionamento.
Consiglio di evitare possibili improvvisazioni in campo elettronico se non si hanno le basi di funzionamento anche di un semplice circuito! Tale documento è volto a capire cosa fare e cosa non fare, se sia possibile correggere l'errore o se invece ci si trovi in una fase irreversibile.
Come funziona a grandi linee un orologio a LED?
Eviterei di dilungarmi sul sistema di divisione del tempo ( argomento affrontato nella sezione riguardante il quarzo ) per passare al sistema di visualizzazione...caratteristica che differenzia un orologio LED da qualunque altro digitale a cristalli liquidi, sebbene proprio gli LCD siano più chiari per iniziare a spiegare il sistema di "refresh" di un pannello digitale.
Il pannello LCD è una specie di wafer le cui due parti si saldano ermeticamente l'una sull'altra con all'interno dei "canali" riempiti di un liquido detto "cristalli liquidi"
Questo liquido ha all'interno milioni di aghetti in grado di direzionarsi in un senso o nell'altro a seconda della corrente che viene applicata ai terminali elettrici.
Attraverso un pannello polarizzatore è possibile vedere quando questi aghetti assumono una posizione o l'altra... sfruttando questa caratteristica di creare un'ombra se polarizzati o di perderla in condizioni di riposo sono stati utilizzati come display per orologi e calcolatrici.
Quando si vuo far risaltare un segmento di un numero, il processore invia un treno di impulsi di corrente alternata per mantenere in movimento ordinato in un solo senso questi aghetti. Ne deriva un sistema molto efficiente e poco dispendioso a livello energetico consentendo la creazione di pannelli di dimensioni enormi ed a bassissimo consumo!
Dunque l'integrato invia dei comandi a specifici settori e combinando i vari segmenti costruisce delle informazioni chiare e fruibili per l'utilizzatore...numeri, lettere od altro.
Il sistema di affissione a LED utilizza lo stesso principio di un orologio LCD ma l'energia utilizzata è migliaia di volte superiore.
Ne deriva che è impossibile collegare i vari segmenti led direttamente all'integrato che fornisce soltanto debolissimi impulsi... vengono pertanto applicati i TRANSISTOR DRIVERS che sono la parte di potenza di un orologio a LED in grado di trasformare l'impulso dell'integrato in un comando di accensione.
Ma l'integrato invia sempre un "treno" di impulsi, mai un contatto chiuso e questo sistema ad alta frequenza è necessario per assicurare l'accensione di un pannello LED.
Se accendessimo tutti i LED con un contatto chiuso simile ad un interruttore, l'energia delle batterie non sarebbe sufficiente: questa accensione a catena ed in ripetizione impercettibile (come venisse aperto e chiuso un interruttore molto velocemente ) permette che i nostri occhi leggano le informazioni come fossero continue...in realtà il fenomeno di "refresh" è quello dei monitor dei computer (ovvero la velocità in cui lo schermo viene ridisegnato ogni secondo

Cosa può accadere quando un modulo LED funziona male...

1) non si accende= il problema potrebbe essere il contatto con le batterie ed il circuito che a causa di ossido non trasmette corrente... basta pulire con una gomma da cancellare, con molta delicatezza, oppure usare una lama piatta e rimuovere delicatamente i residui di ossido.
A volte la mancata accensione dipende dal quarzo che può essere rotto, difettoso o dissaldato dal circuito.
Un errore nella polarità di inserimento dele batterie! che comunque non pregiudica il circuito! Personalmente non mi si è mai rotto un circuito LED per aver inserito le batterie al contrario!
Oltre a questo può trattarsi di ossido tra le piste in vetronite del circuito: ispezionare con attenzione con una lente ad altissimo ingrandimento o anche un microscopio se esistono danni o ossidi vari (è quasi sempre difficilissimo rimuoverlo senza danneggiare tutto)
L'integrato potrebbe essere danneggiato, a questo punto non si può intervenire in nessun modo!
Per sicurezza inserite batterie fresche e tenetelo al polso (molte volte il calore del polso è vitale per l'elettronica interna), qualche volta anche se raramente possono partire da soli dopo poche ore (non fatevi illusioni, a me è capitato su 20 orologi, uno! ).
2) si accende solo un numero e resta acceso= quarzo difettoso, sostituendolo solitamente si risolve la situazione
Diverso se invece di un numero appare qualche simbolo strano S II E F sono solitamente sintomo di processore danneggiato!
3) non si accende un segmento= mancanza di connessione tra la piastra madre e il LED o tra il chip e la piastra madre, difficilissimo da saldare, a volte c'è qualche possibilità di riparazione. Avviene in seguito ad urti o dopo inserimento di batterie troppo alte che inarcano il circuito o al limite potrebbero spezzarlo.
4) mancano tutti i segmenti orizzontali o verticali nella stessa corrispondenza in tutte le celle numeriche= come il caso precedente, solo che il collegamento manca da una massa verso i settori LED.
In entrambi i casi potrebbe essere anche un problema del chip!
5) una cifra completa è spenta= solitamente è da impurìtare a rottura di un transistor driver. Componente di potenza per l'accensione dei LED... raramente riparabile anche perchè non è di facile reperibilità!
6) i LED vibrano quando si illuminano= problema di condensatori che stanno perdendo capacità, chip che ha subito danni elettrostatici o quarzo instabile a vibrazione troppo variabile... bisogna indagare di cosa si tratta...se è solo un problema correlato a condensazione possono essere sostituiti, stesso dicesi per il quarzo...nulla a riguardo per danni elettrostatici all'integrato (vedi Sinclair Black LED Watch ).
Vi prego comunicarmi evetuali malfunzionamente a me non noti!
A volte capitano orologi nuovi di stock con LED che non si accendono o vanno in parte... morale: forse non sono mai stati venduti in questi anni perchè difettosi fin dalla nascita (come esistono oggigiorno i prodotti difettosi a maggior ragione esistevano all'epoca)...non fatevi incantare da storie fantasiose!.
Ma cosa possiamo fare con gli orologi a LED e cosa NON possiamo fare?!?
attività consentite: normale attività quotidiana, utilizzo in ambiente moderatamente umido o polveroso, al sole
attività non consentite: nuoto o situazioni di immersione in acqua, forte umidità o eccesso di agenti solventi in atmosfera, mai abbandonarlo al sole,su fonti di calore o altro, non fare ginnastica corsa o attività che creino urti rilevanti.
Ricordarsi di mantenere le batterie sempre installate e a piena carica (vanno bene le 386 o LR43 ) ma evitare di lasciarle scariche all'interno...dopo breve la perdita di acido è inevitabile.
Altro problema estremamente non trascurabile è l'elettricità statica che si forma in ambienti polverosi o per strofinio di indumenti acrilici... il voltaggio che si crea in queste situazioni è estremamente elevato (si aggira su valori nettamente superiori ai 1000V sebbene l'amperaggio sia bassissimo) ed in grado di danneggiare irreparabilmente e distruggere un modulo LED.
Un aiuto alla protezione viene dalla forma della cassa: il vetro scherma dall'elettricità statica più del filtro rosso in resina plastica... inoltre una finestratura stretta di lettura dovuta alla forma della cassa metallica, protegge sicuramente di più di un vetro o filtro largo!
L'elettricità statica si scarica come degli invisibili fulmini sul modulo avvertibili solo da un leggero crepitio e a volte neppure percettibili: ovviamente qualora questo microfulmine dovesse entrare nell'integrato la situazione sarebbe estremamente drammatica!
Perchè poi un orologio che funzionava perfettamente, al quale sono state rimosse le batterie per metterlo a riposo, dopo anni non parte più?!?
Oltre al delicatissimo momento del cambio pile dove possiamo scaricare elettricità direttamente ai terminali batteria del modulo esiste una situazione più subdola... i due terminali si comportano come due parafulmini che accumulano l'elettricità statica se esposti all'aria anche per poco tempo, se l'aria è secca e polverosa l'elettricità statica è in agguato dappertutto, ecco quindi che si concentra sui terminali batteria scoperti aumentando minuto dopo minuto fino a raggiungere differenze di potenziale migliaia di volte superiore al carico massimo sopportabile dall'integrato! Quindi mai lasciare un modulo esposto all'aria... meglio cortocircuitare con un filo metallico i due contatti batterie in modo che non siano più in grado di accumulare elettricità dall'aria.
Il discorso è poi ancora lungo!!! a volte dipende dallo stato di conservazione... tenerlo in cassaforte che solitamente crea un pò di umidità non è il massimo!!!
Anche l'esposizione continua al sole perchè lo si tiene su un comodino vicino ad una finestra non va bene, specialmente per le parti estetiche se in resina o plastica che si deteriorano e perdono colore fino a creparsi! il modulo soffre altrettanto dal momento che si verificano ossidazioni ed altri problemi.
Allora il sistema migliore sarebbe il sottovuoto?!? sarebbe l'ideale!!! i primi moduli Pulsar venivano chiusi con le batterie in atmosfera di elio!! (inerte quanto conservante) L'elio essendo un gas inerte preveniva l'ossidazione dei contatti in alluminio scoperti del modulo led.
In mancanza ovviamente di questo raffinato sistema almeno è preferibile una 24ore o un posto asciutto non troppo ventilato (l'aria contiene ossigeno ed ozono, entrambi ossidanti) magari con presenza di sali per apparecchi elettronici (le tipiche bustine che troviamo negli stereo o videoregistratori appena acquistati).
Le batterie tipiche che vanno montate sui LED sono ESCLUSIVAMENTE ad 1,55Volt... non esistono tensioni diverse!!!
quindi o ad ossido d'argento 386 o alkaline e meno costose LR43
Alcuni Bulova che hanno un vano batterie più profondo (SOLO ALCUNI!!!) montano le 357 ad ossido d'argento o le LR44 alkaline.
Le 387 con ghiera di plastica servono solo per i Bulova accutron scheletrati!
Le 357 alte vanno bene per quasi tutti i Timex.
Inserire una 357 o LR44 in un alloggiamento LED dove dovrebbe essere monatata una 386 o LR43 significa distruggere il modulo!!!
Al momento della chiusura magari non succede nulla, ma la pressione sul modulo può spezzarlo anche dopo un mese di funzionamento perfetto!
Per conoscerlo meglio vediamo il modulo allegato in alto e spieghiamo i vari elementi:
nel silicone è immerso il cristallo di quarzo, i primi due componenti in alto montati sulla scheda di cui uno in questo caso ha una linea rossa sono due condensatori... la serie di componenti bianchi in linea sono i transistor drivers, i gruppi di potenza che accendono i LED.
Sottostante la barra LED di altissima qualità immersa in resina (Pulsar come qualità di manifattura sono decisamente i più curati sotto ogni aspetto! non per niente costavano al produttore all'epoca circa 50$)... a lato c'è un componente curioso con una specie di S, è la fotoresistenza in grado di tarare la luminosità dei LED a seconda della luminosità ambiente e per prevenire inutili sprechi di batteria.
Ai lati del modulo sono presenti i contatti visibili come due capsule in vetro leggermente azzurrognole... si tratta dei contatti REED o contatti magnetici (esattamente identici a quelli che vanno usati nei contatti porta degli allarmi odierni, ma usati dalla PULSAR ancora 30 anni fa!)
Sono delle capsule sottovuoto con dei contatti che si chiudono in presenza di campo magnetico per riaprirsi quando detto campo cessa di influenzare la capsula reed.
In pratica il modulo si trovava in una condizione di assoluto isolamento da qualsiasi agente esterno... immerso in atmosfera di elio, con cassa ermetica a vite... neppure i pulsanti che in pratica erano soltanto dei magneti che in una cavità sigillata con l'interno si avvicinavano e allontanavano dai contatti reed, il Pulsar era un modulo praticamente "inespugnabile"!!!
Purtroppo incompetenza degli orologiai, o poca cautela nell'utilizzo hanno distrutto questa architettura tecnologica... basti pensare che del mitico PI,in oro massiccio 18K, prodotto in 400 esemplari ne sono rimasti catalogati 20 pezzi in tutto il mondo!!!
Purtroppo si tratta di COMPUTERS DEL TEMPO DA POLSO...immaginate il vostro pc portatile sbattuto da ogni parte, dopo quanti mesi comincerebbe a dare già problemi?!? Ovviamente nel Pulsar l'elettronica è molto più semplice, ma il paragone è efficace!
Per ogni problema inerente a moduli LED o quarzi vari fino agli anni '80, vi prego contattarmi prima che qulche persona incapace possa distruggerli completamente! ricordate che la tecnologia LCD non è parificabile a quella LED... quindi un riparatore di orologi a cristalli liquidi difficilmente conosce i problemi e le procedure di ripristino di un LED... ovviamente sempre se possibile!

Ecco le ultime novità da una lettera di un mio amico riparatore che ha controllato dei moduli non funzionanti inviati da me qualche mese or sono... noi riparatori ci avvaliamo ovviamente anche della reciproca conoscenza e capacità per poi ricercare le cause di malfunzionamento... molte cose le ho già riportate, ma lo stile discorsivo di Bruce forse potrebbe esservi più chiaro!

 " Sono stato nel Tucson (Arizona US) negli ultimi 10 giorni ad una fiera sulle gemme e minerali ed ho avuto l'occasione di conoscere un signore che lavorò come ingegnere elettronico alla RCA (semiconductor Division)negli ultimi anni 60-70. Speravo mi avrebbe fornito la possibilità di capire la soluzione al mistero di tutti questi moduli così misteriosamente non funzionanti
Penso sia di sufficiente importanza per essere inserito in un esauriente articolo sui siti relativi ad orologi a led  ( come 12:08 )per avvertire il più possibile collezionisti e possessori di orologi a led

I have been in Tucson for the last 10 days at a gem/mineral show.  A chance meeting and long conversation with a gentleman who was an electronics engineer with RCA in the late 60s/early 70s [semiconductor division] has, I believe, given me the solution to the mystery of how and why your LED watches [and other peoples', as well] seem to be unaccountably failing.  I think this is of sufficient importance that I plan to make a major posting on the 12:08 [oldpulsars] website in order to alert as many owners and collectors as possible.  I have spoken to Mike Barbero [a major collector and dealer in the U.S.] about my conclusion and he says he finds it quite reasonable.   

Ecco dunque quanto ho riscontrato sui tuoi moduli... pensavo il problema derivasse da corrosione acida delle batterie, ma questo discorso potrebbe valere per 1-2 orologi, ma 5 degradati in un anno è statisticamente impossibile! ecco perchè ho voluto analizzarli personalmente.
Al microscopio binoculare a 30 ingrandimenti non ho visto traccia di corrosione su nessun modulo; erano infatti i più puliti che avessi mai visto, come nuovi di fabbrica! Ho molti moduli che hanno ceduto sotto l'opera degradante degli acidi di batteria agendo indisturbati in un ambiente sigillato... l'apparenza è inequivocabile!

So, here is what I have found and must alert you and all the other LED collectors about...  
It did not seem reasonable from the beginning that corrosion of any kind could be the answer.  It might account for one, maybe even two, but five corrosion-induced failures in one year seemed so unlikely, from a purely statistical viewpoint, that I had to actually see evidence of that to believe it [which is why I asked to have them sent to me, so I could inspect them visually].  The result; even at 30X under the binocular microscope, I saw no trace of battery leakage or corrosion on any of the modules. They were, in fact, the cleanest I have seen; all look virtually factory-fresh.  I have a number of modules that have certainly succumbed to the corrosive effects of leaking batteries left [probably for years] in place in sealed watches; the appearance is unmistakable.

C'è poi il dubbio che deriva per gli orologi non incapsulati in resina o ceramica o non  protetti come il Pulsar, dove l'integrato è legato al "tetto" del supporto ceramico quadrato che è sede dell'IC stesso ed è direttamente attorniato dall'aria, compresi i sottili filamenti metallici del diametro di soli 0,25mm.. Sono in alluminio e normalmente molto robusti poichè il primo contatto con l'aria forma un sottile strato di ossido di alluminio che protegge il nucleo del filamento da agenti corrosivi esterni od ossidanti... ma la perdita vaporizzata di acido in un primo tempo rilasciato dalle batterie può formare un composto chimico in grado di dissolvere lo strato di ossido d'alluminio creando così il passaggio al nucleo del filamento trasformandolo in un composto non conduttivo!

There is little doubt in my mind now that any watch with unincapsulated electronics [particularly the Pulsars, where the clock chip is bonded to the "roof" of the IC package, and is directly open to the air, including the connecting wires] exposed to a leaking battery will ultimately fail due to the exposed wires on the clock chip corroding through [they are only .025mm/.001 inch in diameter].  They are made of aluminum, and while normally very stable [on initial exposure to air aluminum forms a molecules-thick layer of oxide that protects the conductive metallic core of the wire], chemicals released from a leaking battery can, combined with moisture, set up a chemical reaction that eventually breaches the oxide layer and converts the metallic aluminum to a non-conductive compound.

Si crea così una situazione di circuito aperto e in breve l'orologio smette di funzionare; in molti casi addirittura le celle led sono state trasformate in una polvere bianca, solo i filamenti in oro resistono a tale degrado chimico. Chiaramente è un processo di degrado lento, ma in orologi di 25-30 anni mal conservati  il tempo ha fatto il suo danno.
Esiste però un altra possibile spiegazione a questo fenomeno di blocco improvviso di funzionamento.

This creates an open-circuit condition and some part [or perhaps all] of the watch ceases to operate [I even have a module in which the LED chips themselves have been completely converted to a white powder; only the tiny wires, in this case of gold, remain].  A gradual process, certainly, but you must remember that these watches are now 25 or 30 years old, and time [quite literally] is now taking its' toll.   For this many different watches, with completely different histories, to all reach a point of non-operation within so relatively short a time span seems to beg a different explanation.  And there is one, though it is a good news/bad news sort of explanation.  

L'ingegnere della RCA ricordava chiaramente i primi tempi in cui si realizzavano i primi integrati, il suo lavoro era primariamente nella produzione, quindi maneggiamento, test e controllo di qualità più che disegno, che era invece attuato da suoi amici che opevano in quest'area. Gli ostacoli erano tremendi: nuove tecniche di produzione, materiali nuovi e d'importazione, necessità di alti livelli di qualità. L'atmosfera era a dir poco frustrante... la produzione era insufficiente a livelli dell'1% o meno, casi in cui di una intera produzione nemmeno un circuito fosse utilizzabile; integrati che passavano il primo test e si rompevano prima della spedizione, spedizioni che lamentavano oltre il 50% di rotture all'arrivo e ovviamente bloccavano le tabelle di marcia causando problemi nei tempi di consegna.
situazioni all'ordine del giorno oggi, ma 30 anni fa davano l'idea dello stato stravagante ed artistico della tecnologia.

I regret now that I did not record our conversation, but the RCA engineer I talked to had some very clear memories of the early days of integrated-circuit [IC] manufacturing.  His job was mostly in production [handling, testing, quality-control, etc.], rather than design, though he had friends whose responsibilities were in those areas.  The obstacles were tremendous; completely new production techniques, exotic materials, stringent quality requirements, and more.  Frustrations everywhere; routinely low production yields, often one percent or lower, an entire production run where not a single circuit was usable, chips passing initial test and then failing even before they could be shipped, shipments that tested more than 50% non-working on delivery, and of course demanding delivery schedules.  Simple, easy, and common now, but 30 years ago this was cutting-edge, state-of-the-art technology.

E' facile per me capire ora come la Time Computer spendesse circa 50 dollari a circuito e perchè furono necessari 2 anni per l'Hamilton per poter produrre un orologio destinato alla produzione dopo la dimostrazione del 1970 dove il circuito presentava anomalie.
La prima architettura dell'integrato era chiamata CMOS (semiconduttore complementare ad ossido di metallo). La geometria di questo integrato permetteva l'utilizzo a valori di assorbimento elettrico molto bassi, dal momento che l'oscillatore e il contatore del tempo lavorano continuamente mentre la parte di maggiore assorbimento restavano così soltanto i led

It is easy for me now to understand how and why Time Computer was paying $50 or so per copy for the first clock chips, and why it took nearly two years for Hamilton to get the Pulsar into reliable production after its' initial demonstration of the LED digital watch in 1970.  But back to the failure mechanism...  
These first clock chips used a circuit architecture called CMOS [Complimentary Metal Oxide Semiconductor].  This type of integrated circuit geometry [still in widespread use today] produces components that can operate at extremely low power levels [remember, the oscillator and time counter circuits must run continuously] in order to conserve battery power [which is why the LEDs themselves are switched on only when it is necessary to display the time or date; they are the primary consumers of energy].  

i LED normalmente operano a 3volts ed il silicone che separa i singoli componenti tollera fino a 30 volts prima che possa esistere un corto circuito. Questa è la grande vulnerabilità di questi integrati che non sono normalmente soggetti a nessun eccesso di voltaggio nell'uso comune. l'unico killer vero è l'elettricità statica che in microsecondi scarica sull'integrato migliaia di volt e non permette nessuna ulteriore riparazione!
L'elettricità statica che si forma nei giorni secchi con bassa umidità inferiore al 15% può scaricare fino a 30mila volts...migliaia di volte superiore al voltaggio necessario per danneggiare un integrato... è difficilmente avvertibile ma può causare danni irreparabili.

They normally run on 3 volts, and insulating domains in the silicon that create and separate individual components in the circuit could tolerate 10 to 30 volts before they "broke down" and shorted out.  This is the great vulnerability of these ICs, and what posed such a challenge to the early manufacturers; seeing to it that the circuit was never subjected to voltages exceeding the normal operating voltage.  Working with CMOS required taking precautions to prevent exposure to the great killer of such circuits: static electricity.  Damage from such causes occurs in microseconds, and is not repairable [the bad news].  It was a major engineering challenge, once the danger was recognized and understood, to completely eliminate any possible source of such static voltages [everyone has, at one time or another, experienced a "jolt" touching a metal surface on a dry day; such an event involves the discharge of 10 to 30 THOUSAND volts, thousands of times what is necessary to damage an IC; the discharge of a few hundred volts, which you would scarcely notice, if at all, would still be more than sufficient to cause catastrophic damage].

Durante la mia permanenza in Arizona, dove l'umidità è stata spesso inferiore al 15% la carica di elettricità statica è costante e produce i suoi effetti dozzine di volte ma potevo indossare tranquillamente il mio orologio a led...questo perchè (discorso non valido per le casse in resina o con filtri eccessivamente ampi in cui la gabbia di Faraday può venire elusa!  N.a. ) l'elettricità si scarica sulla superficie esterna della cassa metallica come accade sulla carrozzeria di un'automobile che poi scarica a terra l'eccesso di corrente acumulata. Ecco perchè il momento drastico per scaricare questa carica all'interno dell'orologio sia soltanto durante il cambio delle batterie ed i terminali delle batterie siano esposti completamente.
E' quindi necessario prima di toccare qualunque orologio digitale di scaricare la propria elettricità statica (derivata anche da un semplice maglione  N.a.) utilizzando fasce di messa a terra o apparecchi acquistabili in negozi di elettronica ( basta un cavo collegato ad una tubatura metallica, anche ad un rubinetto finchè si opera sull'orologio N.a. )
Se l'orologio viene lasciato per molto tempo senza batterie, inserite tra i terminali un conduttore o un filo che non permetta lo sviluppo nel tempo di elettricità statica

 During my stay in Arizona [typically a low-humidity area, although southern California, where I am located, also gets periods of 10-15% humidity, perfect conditions for buildup of static charge] this happened dozens of times [often while I was wearing one of my LEDs]; yet my watches survived...why?  For the same reason people in a car struck by lightning survive; they are not grounded, and the high voltage "flows" across the surface of the vehicle to the ground.  So how does the static charge "get into" the watch?  The only moment this is possible must be during a battery change, when the case is open and the battery terminals are fully exposed.    
Therefore, I urge [even beg] anyone changing batteries on ANY electronic digital watch to be certain they are fully grounded before opening the case.  Grounding straps and other devices for eliminating static electricity are available at many electronic supply stores.  I would regard this as very cheap insurance against some potentially very expensive damage.  If a watch is to be stored or otherwise not operated for any length of time, I would recommend some type of conductor be placed across the battery terminals to prevent any possibility of potential voltage developing.     

      Bruce Wegmann"

Finisce così la lettera che riporto anche in versione originale ed in traduzione libera!
Grazie per la lettura


Gabriele
 home page


                                                                                                                                                                                                                                                                                                           
1