Brevet FR2010828A1 — publié le 19700220

i 2010828 La présente invention concerne l'horlogerie et plus particulièrement un instrument ayant un dispositif de base de temps stable d'une fréquence relativement élevée, et un dispositif indicateur de l'heure. 5 L'industrie horlogère est intéressée depuis longtemps par l'amélioration de la précision des mouvements d'horlogerie» Il est reconnu que la précision d'un mouvement d'horlogerie peut être améliorée en utilisant un dispositif de base de temps fonctionnant à une fréquence relativement élevée par comparaison à 10 la fréquence d'un balancier circulaire. Par exemple, il est connu au moins depuis 1920 qu'il est possible d'utiliser un cristal . piézoélectrique dans un circuit oscillant pour former un dispositif de base de temps pour un mécanisme d'horlogerie. L'oscillation du cristal piézoélectrique a lieu de préférence en haute fré-15 quence, par exemple plus de 10 000 Hz. Un autre exemple de dispositif de base de temps haute fréquence est un oscillateur mécanique, tel qu'un diapason pouvant fonctionner à une fréquence de 300 à 1 000 Hz. Il est difficile et souvent même impossible d'utiliser 20 l'énergie de l'oscillateur à haute fréquence pour faire fonctionner le mécanisme indicateur de l'heure. Il a été proposé de munir les diapasons ou d'autres vibrateurs oscillants dans la partie inférieure de cette plage de fréquence, par exemple à 300 Hz" d'un ou plusieurs cliquets agissant directement sur une roue d'avance pas à 25 pas. Toutefois, les petites dimensions des cliquets, la faible amplitude de leurs mouvements, l'action d'amortissement des cliquets sur le vibrateur et les petites dimensions et les dents fines de la roue d'avance pas à pas contribuent à rendre un tel mécanisme fragile et coûteux. 30 II a été proposé aussi d'utiliser les oscillations haute fréquence de base de temps pour produire des impulsions électriques. Ces impulsions sont ensuite comptées par des circuits compteurs électroniques. Les circuits compteurs proposés jusqu'ici sont des diviseurs binaires tels que des circuits à basculeurs ou 35 des compteurs décades en anneaux. Cependant, ce mode de comptage des impulsions électriques entraîne certaines difficultés, en particulier dans le cas des montres. Chaque étage d'un circuit compteur utilise une certaine quantité minimale d'énergie. Par 69 19531 a 2010828 exemple, si le cristal piézoélectrique oscille à 32 768 kHz et si l'organe de sortie pour la commande du dispositif indicateur de l'heure doit fonctionner à 4 Hz, 13 étages de circuits compteurs binaires tels que des basculeurs sont nécessaires. Si les treize 5 étages sont formés par des tubes à vide ou même par des transistors, ils sont trop encombrants et consomment trop de courant pour permettre leur utilisation pratique dans une montre. La présente invention a pour objet tin instrument d'horlogerie utilisant une base de temps d'une fréquence relativement 10, élevée et une série de circuits compteurs pour commander le dispositif indicateur de temps ou d'heure. Le dispositif indicateur dé temps peut être, par exemple, un moteur entraînant des aiguilles, ou un dispositif d'affichage lumineux. Le dispositif- de base de temps peut être un oscillateur à cristal, un vibrateur ou une autre 15 source précise de signal haute fréquence. Chacun des circuits compteurs est de préférence un circuit basculeur comportant comme éléments actifs des transistors à effet de champ à électrodes de commande métalliques Isolées par un oxyde du type connu sous la désignation MOSPET. Les transistors de ce type permettent de réa-20 liser un circuit basculeur à consommation de courant extrêmement faible et pouvant emmagasiner l'information dans l'un de ses états stables. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exem-25 pie, et faite erw, se référant aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est le schéma du circuit d'un oscillateur à cristal d'un mécanisme d'horlogerie selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 2 est le schéma d'un circuit'à basculeur d'un JO mécanisme d'horlogerie suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 3 est le schéma général d'un circuit selon la présente invention pour un dispositif d'affichage du type à moteur, et 35 la figure 4 est le schéma général d'un circuit selon l'invention pour un dispositif d'affichage de l'heure à lampes. Un transistor à effet de champ en semiconducteur à électrode de commande métallique (MOSPET) appelé aussi transistor à ef- 69 19531 > 2010828 fet de champ à électrode de commande Isolée (IGFET) a quelques caractéristiques semblables à celles d'un tube à vide pentode. Ces transistors sont appelés ci-après TECMO. Les principaux avantages de ces transistors par rapport aux transistors courants 5 sont une impédance d'entrée élevée et la stabilité thermique. Le principal avantage d'un tel transistor dans un dispositif selon l'invention est son faible courant de fuite qui peut être de l'ordre d'un maximum de 1 000 pA pour le courant de fuite de l'électrode de commande et environ de la même valeur pour le cou-10 rant de fuite drain-à-source. Le transistor à effet de champ à électrode de commande isolée peut être à canal P ou à canal N ainsi qu'à enrichissement ou à épuisement. Une charge appliquée à l'électrode de commande métallique induit une charge égale et opposée dans une couche de 15 la matière semiconductrice appelée le canal, en dessous de l'élee-trode de commande. Dans le cas du type à canal N, une tension de polarisation-positive doit être appliquée à l'éleetrode de commande pour provoquer la conduction, et,dans le cas du type à canal P, la tension de polarisation doit être négative. La charge du canal 20 détermine la conduction entre l'électrode source et l'électrode drain. Les transistors à effet de champ à électrode de commande isolée sont normalement non conducteurs, c'est-à-dire qu'ils sont du type à enrichissement de la charge. Ils sont non conducteurs jusqu'à application d'une tension suffisante à l'électrode de 25 commande. 0 Le circuit compteur est formé d une série de circuits baseuleurs de préférence sous la forme de'circuit intégré sur une pastille unique de silicium. Cependant, chaque circuit basculeur peut être aussi tan cirôuit intégré séparé. Le transistor type TA 30 53162 RCA (Radio Corporation of American) est un exemple de circuit basculeur individuel à transistors à effet de champ à électrodes de commande isolées, intégrés. Le circuit de base de temps représenté sur la figure 1 comprend des éléments actifs complémentaires qui sont un troisième 35 -transistor TECMO Q3 et un quatrième transistor TECMO Q4 du type à enrichissement à canal N. Tous ces transistors sont connectés sur les modes à source commune. Les connexions source (s) des transistors Q3 et Q4 sont connectées à la borne négative de la 69 19531 2010828 • batterie 10. Les connexions source "s" des transistors TECMO Q1 et Q2 sont connectées à la borne positive de la batterie 10. Le circuit oscillant de la figure 1 comporte des transistors TECMO complémentaires de sorte que ce circuit oscillant est compatible 5 et peut être intégré sous une forme unitaire avec les circuits ' diviseurs binaires. Un oscillateur à cristal piézoélectrique 11 est connecté entre les électrodes de commande "c" des transistors Q1 et Q3 et les électrodes drain "d" des transistors TECMO Q2 et Q4. La fréquen-10 ce propre d'oscillation du cristal de quartz est de préférence de . 32^768 kHz. Un autre dispositif de base de temps pouvant être utilisé selon la présente invention est un vibrateur électromécanique. Ce vibrateur peut porter un aimant réagissant sur une bobine. Des 15 bobines séparées peuvent être utilisées pour constituer la bobine de sortie et la bobine d'entraînement, ou une bobine unique peut ; être utilisée pour ces deux fonctions. Un signal est induit dans la bobine de sortie à une fréquence prédéterminée dépendant de la ' fréquence propre du vibrateur. Le signal Induit dans la bobine de 20 sortie est utilisé comme signal de base de temps, Un vibrateur convenable efet décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 201 932 et des circuits d'entraînement sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 046 460. La figure 2 est le schéma d'un circuit intégré à bascu-25 leurs comportant des transistors TECMO complémentaires. Le circuit de la figure 2 comprend une borne d'entrée 40 et une borne d'entrée d'impulsions de base de temps 4l qui n'est pas utilisée. La borne -de sortie 42 est connectée à la borne d'entrée du circuit basculeur suivant, ces circuits étant connectés en série. Le type des 30 transistors TECMO est indiqué par la lettre P dans le cas du canal P et par la lettre N dans l'état du canal N. Il existe douze tran-. sistors à canal N et douze transistors à canal P dans le circuit„ Le circuit basculeur à deux états stables reste dans • l'un de ces deux états jusqu'à la réception d'un signal de commande 35 approprié pour le changement de l'état. Les impulsions de commande ; sont simplement des impulsions sur la ligne d'entrée des impulsions de base de temps. 69 19531 5" 2010828 La figure 3 représente un système selon l'invention dans un instrument d'horlogerie comportant des aiguilles tournant pour indiquer l'heure. Le circuit complet de la figure 1 constitue l'oscillateur de base de temps de la figure 3. L'oscillateur 20 est 5 connecté en série avec treize étages de circuits compteurs 21 à 33 (diviseurs de fréquence ) dont deux seulement sont représentés pour simplifier le schéma. Chaque étage compteur comporte des transistors TECMO complémentaires comme éléments actifs. Le premier circuit compteur divise la fréquence de l'oscillateur 20 .par deux 10 et produit un signal sortant de 16 384 kHz, De même, chaque circuit compteur consécutif divise son signal entrant par deux. Le cfernier étage compteur 34 reçoit un signal de 8 Hz et produit un signal de 4 Hz. Le signal sortant de 4 Hz est appliqué à un amplificateur ou circuit intermédiaire 35» Le signal de 4 Hz peut être utilisé direc 15 tement pour commander un transducteur électromécanique, tel qu'ion balancier circulaire ou un moteur rotatif connecté par un train d'engrenage classique-aux dguilles tournant pour Indiquer l'heure. / Le circuit de la figure 4 comprend un oscillateur de base de temps 50 à cristal de quartz tel que décrit ci-dessus oscil 20 lant à 32 768 kHz. Des circuits basculeurs du type représentés sur la figure 2 sont connectés en série pour former 15 étages 51 à 65 produisant un signal sortant d'une fréquence de 1 Hz. Cette impulsion à 1 Hz est transmise à un compteur de 60 secondes 67. Le compteur 67 est connecté à un tableau d'affichage à l'encre, par exem-25 ,ple comportant une série de 60 marques électroluminescentes autour du bord d'un cadran de montre pour que ces marques deviennent successivement lumineuses. La séquence d'excitation est de préférence obtenue dans le compteur 67 par des registres à décalagç dans le -quels chaque position d'impulsion emmagasinée est connectée à une'* 30 ligne d'affichage. La position pour l'impulsion finale du registre, qui représente la soixantième seconde est connectée au compteur . des minutes 69. Le compteurcfes minutes 69 peut être un, registre à décalage similaire pour commander le dispositif d'affichage à , lampes 68. La sortie du compteur dès minutes 69 est connectée au 35 compteur des heures 70 dont le registre*à décalage commande le dls-; ipositif d'affichage à lampes 68. Le dispositif d'affichage 68 indique l'heure réelle sur un cycle de 12 heures. 19531 6 2010828 Le principal avantage des circuits selon la présente invention est la faible consommation de courant. Les circuits diviseurs binaires comportant des transistors TECMO complémentaires comme éléments actifs ne dissipent pratiquement aucune énergie au repos. L'énergie utilisée pendant la commutation est faible et par suite, la consommation moyenne de courant est relativement faible. Il est possible d'utiliser des circuits selon l'invention dans une montre ayant une pile d'alimentation miniature. ■ 7 2010828 REVENDICATIONS 1 - Instrument d'horlogerie caractérisé par un dispositif de base de temps produisant un signal électrique à une fréquence prédéterminée, un circuit compteur connecté à ce dispositif et un dispositif indicateur de l'heure connecté au circuit compteur, 5 le circuit compteur étant un circuit bistable dont les éléments actifs sont des transistors à effet de champ à électrodes de commande métalliques isolées par un oxyde. 2 - Instrument d'horlogerie selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de base de temps est un circuit 10. oscillant avec un oscillateur à cristal. 3 ~ Jnstrument d'horlogerie selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de base de temps comprend un vibrateur mécanique. 4 - Instrument d'horlogerie selon la revendication 1 ca-15 ractérisé en ce que le dispositif de base de temps comprend un vibrateur électromécanique. 5 - Instrument d'horlogerie selon l'une des revendica-• tions 1 à 4 caractérisé en ce que le dispositif indicateur de l'heure comprend un moteur commandé par le circuit compteur entraî-20 ■ nant les aiguilles par l'intermédiaire de plusieurs pignons. 6 - Instrument d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le dispositif indicateur de l'heu- ,re comprend plusieurs sources de lumière commandées séquentiellement par un circuit compteur à registres à décalages. 25 7 - Instrument d'horlogerie selon la revendication 1 caractérisé par plusieurs circuits compteurs bistables en série avec le circuit compteur, les éléments actifs de chaque circuit compteur bistable étant des transistors à effet de champ à électrodes de commande métalliques isolées par un oxyde. 30 8 - Instrument d'horlogerie selon la revendication' 7 caractérisé en ce que les transistors à effet de champ sont de types complémentaires. 9 - Instrument d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les transistors à effet de champ 35 sont des transistors complémentaires.