Brevet FR2033206A1 — publié le 19701204

La présente invention concerne des appareils électriques de mesure de temps. Selon l'invention, un appareil électrique de mesure de temps comporte un oscillateur à cristal présentant un cristal 5 à taille AT (à 35° de l'axe optique), un circuit diviseur se composant d'au moins un circuit intégré du type oxyde métallique-silicium et un système d'avance pas-à-pas, la disposition étant telle que les signaux haute fréquence produits par l'oscillateur à cristal sont divisés par le circuit diviseur et appliqués au 10 système d'avance pas-à-pas. Par l'expression "circuits intégrés du type oxyde métallique-silicium (M.O.S.), la Demanderesse désigne des circuits intégrés dans lesquels la majeure partie des fonctions du circuit sont exécutées par des dispositifs à effet de champ et pour ces dis-15 positifs, on peut utiliser des matières semi-conductrices convenables autres que le silicium. Le circuit diviseur peut comporter par exemple un ou plusieurs composants externes tels qu'un ou plusieurs condensateurs externes qui ne sont pas réalisés par des techniques d'intégration. Des 20 composants externes sont utilisés parfois avantageusement lorsque leur réalisation est particulièrement difficile par des techniques de diffusion ou analogues et/ou lorsqu'ils prennent beaucoup de place ou occupent un volume important de la plaquette semi-conductrice nécessaire pour les réaliser de cette façon. 25 L'oscillateur à cristal à taille AT peut comporter un circuit entretenant les oscillations comportant au moins un circuit intégré du type oxyde métallique-silicium. Les circuits intégrés du type oxyde métallique-silicium,qui constituent le circuit entretenant les oscillations et les circuits diviseurs, peuvent être"réalisés 30 ensemble sur la même plaquette de silicium. Les signaux haute fréquence sont de préférence à une fréquence supérieure à 800 VHV. et peuvent atteindre une- fréquence de 5 000 kHz ou plus. Les signaux appliqués au système d'avance pas-à-pas peuvent 35 être à une fréquence de 100 Hz ou inférieure et sont de préférence 69 42783 2 2033206 à une fréquence d'un Hz. Le système d'avance pas-à-pas peut être un système d'affichage du temps. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 5 ressortiront de la description qui va. suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif,mais nullement limitatif,une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : La figure 1 représente schématiquement l'appareil de mesure 10 de temps ; La figure 2 montre le montage d'une partie de l'appareil de mesure de temps. En se référant au dessin, sur la figure 1, un oscillateur à cristal 10 est excité par un courant appliqué à l'entrée de 15 l'oscillateur depuis un accumulateur électrique (non représenté). L'oscillateur 10 comporte un cristal à taille AT qui oscille à raison de 1.048.576 Hz et qui produit ainsi un signal de sortie à cette fréquence. Le signal de sortie est appliqué à un circuit diviseur 11 20 à transistor du type oxyde métallique-silicium qui comporte vingt circuits de division par deux en séries. Le circuit diviseur divise ainsi le signal de sortie haute fréquence, de l'oscillateur 10 par un facteur de 1.048.576 pour fournir un signal basse fréquence (1 Hz)au mécanisme d'horloge 12. , 25 Sur la figure 2, un cristal ou quartz 13 à taille AT est relié entre une borne d'entrée 14 et une borne 15 d'un conducteur de masse. Le cristal 13 est excité depuis un .accumulateur électrique (non représenté) par l'intermédiaire d'une résistance R1 connectée à la borne 14. Un circuit entretenant les oscillations 30 comporte des condensateurs C1 et C2 montés en séries.entre les bornes 14 et 15 et un transistor T1 dont la grille est connectée à la borne 14 et dont la source est connectée à une résistance R2 qui est elle-même connectée aux bornes du condensateur ,C2. Le drain du transistor T1 est connecté à l'accumulateur électrique 35 par un conducteur d'alimentation 16. Un transistor T3 est connecté entre le conducteur de masse et un transistor T2. Le transistor T2 est relié au conducteur 69 42783 3 2033206 d'alimentation 16 et constitue une résistance de charge pour le transistor T3. Deux signaux de sortie, un provenant de la grille du transistor T3, qui est connecté à la source du transistor Tl, et l'autre provenant du drain du transistor T3, sont appliqués 5 à un circuit diviseur binaire à vingt étages 17. Sur la figure 2, on n'a représenté que le premier étage du circuit diviseur 17 qui comporte un circuit bistable comprenant des transistors T7 et T10 ainsi que des résistances de charge respectives constituées par des transistors,T8 et T9. L'un des 10 deux signaux de sortie sus-mentionnés est appliqué aux grilles de deux transistors T4 et T12 , respectivement, qui sont connectés entre les drains des transistors T7 et T10 et des condensateurs 03 et C4 qui sont reliés au conducteur de masse. Le drain du transistor T4 est connecté aux drains des deux 15 transistors T7 et T6. La source du transistor 16 est connectée au drain d'un transistor T5 qui est relié au conducteur de masse par sa source et dont la grille est connectée entre le transistor T4 et le condensateur C3. Des transistors T11 et T13, qui correspondent aux transistors 16 et T5, respectivement, coopèrent 20 avec le drain du transistor T10 et le condensateur C4. Les grilles des transistors ï6 et Tl1 sont reliées ensemble pour recevoir l'autre des deux signaux de sortie. En fonctionnement, chaque étage du circuit diviseur se comporte de la façon suivante : en supposant tout d'abord que le 25 transistor 17 soit conducteur, le potentiel appliqué à son drain est faible et insuffisant pour rendre le transistor T10 conducteur. Dans cês conditions initiales, lorsque le premier signal de sortie est appliqué aux grilles des transistors T4 et Tl2, les condensateurs C3 et 04 sont chargés par les drains des transistors 30 T7 et T10 , respectivement. Le condensateur C4 se charge entièrement du fait que le potentiel du drain du transistor TiO est relativement élevé \ la charge du condensateur C3 reste à un faible potentiel. Le premier signal de sortie est ensuite remplacé par le 35 second signal de sortie, lorsque le cristal 13 oscille, de sorte que les transistors T4 et 12 sont bloqués et que les transistors T6 et T11 sont rendus conducteurs. Lorsque le condensateur C4 69 42783 4 2033206 est entièrement chargé, le transistor T13 est conducteur et le potentiel diminue au drain du transistor T10 et à la grille du transistor T7. le transistor T7 est bloqué et le transistor T10 est rendu conducteur. 5 lorsque le second signal de sortie est remplacé par le premier, les condensateurs C3 et C4 sont de nouveau chargés. Etant donné que le transistor T10 est maintenant conducteur, à la place du transistor T7, le condensateur 03 est entièrement chargé à la place du condensateur C4. le second signal de sortie suivant 10 amorce la décharge du condensateur C3 , ce qui a pour effet de bloquer le transistor T10 et de rendre le transistor T3 conducteur. Ceci ramène le circuit diviseur à son état initial et tout le cycle de fonctionnement se répète lorsque les deux signaux de sortie sont appliqués au circuit diviseur. ^es 15 le circuit diviseur produit à sa sortie des signaux provenant/ drains des transistors T7 et 710 pour les appliquer à l'étage suivant du circuit diviseur. Le cristal à taille AT,qui présente de petites dimensions physiques (par exemple un diamètre de 14 mm et une épaisseur de 2 mm) , maintient un signal de sortie stable et est robuste, de 20 sorte qu'il peut résister aux vibrations et chocs que subissent couramment les horloges en service. Le circuit diviseur est réalisé sur une plaquette de silicium et la Demanderesse a constaté qu'il est avantageux de prévoir sur la plaquette l'oscillateur maintenant les signaux basse fréquence destinés au système d'avance 25 pas-à-pas. Cette disposition simplifie la fabrication,étant donné que les plaquettes peuvent être reproduites de façon que chacune d'elles ne présente que quatre bornes de connexion, à savoir une borne d'entrée, une borne de sortie, une borne de mise à la masse et une borne d'alimentation. Pour monter l'appareil de mesure de 30 temps, il suffit par conséquent de connecter le cristal et le système d'avance pas-à-pas à une plaquette de silicium. La borne d'alimentation est normalement connectée à une plaque conductrice convenable qui s'appuie contre une borne d'un accumulateur électrique en forme de disque qu'on peut faire glisser dans une 35 cavité ménagée dans le boîtier de l'appareil de mesure de temps. Comme on l'a déjà indiqué ci-dessus, un cristal à taille AT 42783 5 2033206 présente certains avantages. Un avantage du cristal à taille AT réside dans sa fréquence élevée d'oscillation, d'environ un mégaHz ou plus. Cependant, même si le circuit diviseur doit avoir par conséquent vingt étages ou plus de division pour la présente application, la plaquette présente avantageusement un volume de-silicium relativement petit. Ceci signifie qu'avec les procédés actuels de fabrication des/transistors du type oxyde métallique-silicium, on peut obtenir un nombre relativement important de plaquettes à partir d'une lame de silicium. En outre,la consommation d'énergie du circuit diviseur décrit et des autres circuits, lorsqu'ils sont réalisés dans la même plaquette, peut être très faible par exemple de l'ordre de 100 milliwatts.. Dans une disposition selon l'invention, une plaquette à transistors du type oxyde métallique-silicium , constituant le circuit diviseur, le circuit entretenant les oscillations et un circuit de déclenchement périodique du signal de sortie, est fixée dans un récipient hermétiquement fermé dans lequel le cristal à taille Aï est monté. le circuit diviseur décrit peut être remplacé par d'autres fomes de circuit diviseur constitué au moins en grande partie par des circuits intégrés du type oxyde métallique-silicium, en utilisant des codes cycliques ou séquentiels comme décrit dans "Chain Codes and their Electronic Applications" (E.G-. Heath et M.W. G-ribble) I.E.E. Monograph No. 392 M - Juillet 1960, et dans "The Synthesis of Cyclic Code G-enerators" (P.E.K. Chow et A.C. Davies) Electronic Engineering - Avril 1964. En outre, les circuits intégrés du type oxyde métallique-silicium peuvent comporter des dispositifs complémentaires du type P et ET sur la même plaquette de silicium. Avec ces dispositifs, on peut diviser des fréquences élevées de l'ordre de 1 000 kHz pour obtenir des fréquences de l'ordre d'unhz avec une consommation d'énergie de l'ordre de 10 microwatts. 69 42783 - 2033206 LBG-EHDE DES DESSINS Figures Repère 2 OC Oscillateur à cristal 2 I Inverseur 5 2 E1 Entrée 1 2 E2 "2 2 S1 Sortie 1 2 S2 "2 2 EB Vers les 19 étages "binaires suivants 69 42783 7 2033206 BEVMMCATIOCTS 1. Appareil électrique de mesure de temps comportant un oscillateur à cristal à taille AT , un circuit diviseur comportant au moins un circuit intégré du type oxyde métallique-silicium 5 et un système d'avance pas-à-pas, appareil caractérisé en-ce que des signaux haute fréquence produits par l'oscillateur à cristal sont divisés par le circuit diviseur et appliqués au système d'avance pas-à-pas. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 l'oscillateur à cristal à taille AT comporte un circuit entretenant ses oscillations qui est réalisé au moins en partie par un circuit intégré du type oxyde métallique-silicium. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la fréquence d'oscillation de l'oscillateur est supérieure 15 à 800 kHz. 4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fréquence d'oscillation est d'au moins 5 000 kHz. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédente s,caractérisé en ce que la fréquence des signaux 20 appliquée au système d'avance pas-à-pas ne dépasse pas 100 Hz. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisé en ce que la fréquence des signaux appliquée au dispositif d'avance pas-à-pas est de l'ordre d'unHz.