Brevet FR2339890A1 — publié le 19770826

L'invention est relative à des perfectionnements apportés à un dispositif de mesure de temps du type électronique qui comporte un générateur de fréquence déterminée, cette fréquence déterminée étant utilisée comme référence pour la mesure du temps. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif de mesure de temps perfectionné. L'invention a surtout pour but de permettre la réalisation d'unXdxlspositif dans lequel ladite fréquence déterminée est particulièrement stable. Elle a également pour but de permettre une réalisation simple et économique d'un tel dispositif de mesure de temps. Le dispositif de mesure de temps conforme à l'invention est caractérisé en ce que ledit générateur de fréquence déterminée comporte deux oscillateurs aptes à engendrer des signaux de fréquences F et F' distinctes dont la différence est fonction (en général égale) de ladite fréquence déterminée, et des moyens pour additionner les signaux fournis par lesdits oscillateurs de façon à produire un signal de battement dont la fréquence est égale à ladite fréquence déterminée. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les deux oscillateurs sont agencés de façon à engendrer des signaux de fréquences F et F' voisines et d'amplitudes égales ; en d'autres termes la différence F - F' a une valeur faible par rapport aux valeurs de F et F'. I1 est également préférable que lesdits oscillateurs présentent des structures identiques. Avantageusement, dans ce cas, lesdits oscillateurs se présentent sous forme de circuits intégrés réalisés simultanément, de préférence sur une meme plaquette d'un matériau semi-conducteur. Dans un mode de réalisation de l'invention, les deux oscillateurs dudit générateur de fréquence déterminée comportent chacun un multivibrateur astable, ces deux multivibrateurs astables comprenant chacun, de préférence, deux transistors de types de conductivité opposés. Lorsque ces deux multivibrateurs astables sont réalisés sous forme de circuit intégré, il est avantageux de réaliser ces circuitsmultivibrateurs de façon telle qu'ils comportent une résistance intégrée ajustable de façon à permettre de régler la fréquence d'au moins l'un de ces circuits, ledit réglage est alors -effectué par variatdieon/a sectioD de ladite résistance intégrée, de préférence par volatilisation d'une partie d'-un matériau constituant l-adite résistance àl'aide d'un chauffage par faisceau laser. Il est à noter que, quel que soit le mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, celui-ci présente une fréquence déterminée qui est particulièrement stable car il est toujours possible de réaliser les deux oscillateurs dudit générateur de façon telle que les dérives en fréquence soient compenses ; en effet la fréquence du générateur - une fréquence de battement est égale à la différence entre deux fréquences qui varient dans le même sens, ces variations présentant, en pratique, la même valeur. D'autres buts, dispositions et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de certains de ses modes de réalisation, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - La figure 1 représente, de façon schématique, sous forme de blocs, un dispositif conforme à l'invention, - les figures 2 à 4 montrent, chacune, un mode de réalisation du dispositif illustré sur la figure 1, et - la figure 5 représente une vue en plan d'un mode de réalisation, sous forme de circuit intégré, du dispositif montré sur la figure 4. Le dispositif de mesure de temps représente sur la figure 1 comporte un générateur 1 de fréquence déterminée qui, selon l'invention, comprend deux oscillateurs 2 et 3 engendrant des signaux qui présentent des fréquences F et F' distinctes mais de valeurs voisines. Dans une réalisation particulière, l'oscillateur 2 est propre a fournir un signal de fréquence 1 Mhz et l'oscillateur 3 fournit un signal de fréquence 1,032768 Mhz. Les sorties, respectivement 2a et 3a, desdits oscillateurs 2 et 3 sont connectées à une même borne de sortie 4 qui constitue la sortie du générateur 1. Sur cette sortie 4 apparaît un signal qui est la somme des signaux fournis par les oscillateurs 2 et 3. Ce signal est un signal de battement ; la fréquence des battements est égale à la différence F - F' entre les fréquences F et F' des signaux des oscillateurs 2 et 3. Pour obtenir des battements, il est préférable que les signaux fournis par les oscillateurs 2 et 3 présentent la même amplitude a. En effet, dans ce cas, le signal y1 apparaissant sur la sortie 2a a pour valeur Y1 = a sin 2 TT F t, t étant le temps, et le signal Y2 se présentant sur la sortie 3a a pour valeur Y2 = a sin 2W F't. Sur la sortie 4 on obtient alors le signal y = Y1 + Y2 = 2a sin 2TF + FI t. cos 2 T F 2 F t. 2 Le signal y présente donc une amplitude 2a cos w (F --F') t qui varie à la fréquence .1F - Fi . Comme montré sur la figure 1, la sortie 4 Qu générateur I est reliée l'entrée d'un filtre passe-bas 5 destin à éliminer tet les fréquences F et F') les fréquences hautes, notamment la fréquence#jFr. La sortie du filtre 5 est connecte à l'entrée d'un circuit 6 diviseur de fréquences. Dans l'exemple ce circuit G est propre à diviser par 32 768la fréquence du signal d'entrée ; dans ces conditions, il fournit sur sa sortie un signal de fréquence 1 Hertz. Ce signal de fréquence 1 Hertz est appliqué sur l'entrée d'un circuit d'interface 7 propre à alimenter un dispositif d'affichage 8.Ce dispositif 8 est de préférence, du type à cristaux liquides, toutefois, en variante, le dispositif 8 comporte des diodes électroluminescentes. il est particulièrement avantageux, comme on le verra cides sous en relation avec les figures 2 à 5 que les oscillateurs 1 et 2 soient réalisés de façon identique, c'est-à-dire avec la même structure et les mêmes composants. Bien entendu, ces deux circuits oscillateurs 2 et 3 différeront par la valeur de ceux des composants qui déterminent la fréquence ; toutefois, ces valeurs seront peu différentes, les fréquences F et F' dé ces deux oscillateurs étant voisines.Dans ces conditions, les dérives des fréquences F et F', en fonction de la température ou en fonction du tempss seront pratiquement égales et sur la sortie 4 du générateur 1' les dérives se compensent mutuellement car le signal en ce point présente une fréquence Fqui est la différence entre les fréquences F et F'. Les divers circuits représentés- sur le dispositif de la figure 1, notamment les o-scillateurs 1 et 2, sont alimentés par une même source de courant continu (non montrée), telle qu'une pile. On a représenté sur la figure 2, un premier mode de réalisation du générateur lb à deux oscillateurs 2b et 3b de fréquences voisines. Dans ce mode de réalisation, les oscillateurs 2b et 3b sont constitués chacun par un multivibrateur astable. La structure du multivibrateur constituant l'oscillateur 3b est identique à celle du multivibrateur constituant l'oscillateur 2b. Le multivibrateur 2b comporte deux transistors 10 et 11 de même type de conductivité, NPN dans l'exemple. Les émetteurs de ces transistors sont tous deux reliés à la borne négative (-) d'une source de courant continu (non montrée). Les collecteurs desdits transistors 10 et 11 sont tous deux reliés à la borne positive ( t) de ladite source par l'intermédiaire de résistances, r-especti- vement 12 et 13. De même, on prévoit des rrsistances, respectivement, 14 et 15, entre les bases des transistors 10 et Il et la borne positive de la source.Enfin, le collecteur du transistor 10 est relié à la base du transistor Il par l'intermédiaire d'un condensateur 16 et, de môme, le collecteur du transistor 11 est connecté à la base du transistor 10 par l'intermédiaire d'un condensateur 17. Le collecteur du transistor 10 du multivibrateur 2b est connecté à la sortie 4b par l'intermédiaire d'un condensateur 20. De façon analogue, on prévoit un condensateur 21 entre le collecteur du transistor de sortie 108 du multivibrateur 3b et la sortie 4b Entre ladite sortie 4b et le pôle négatif de la source est disposée une impédance de charge 22. Le signal aux bornes de cette impédance 22 constitue le signal de sortie du générateur lb. On a représenté sur la figure 3 un autre mode de réalisation du générateur lc à oscillateurs2c et 3cqui présentent également des structures identiques, celle d'un multivibrateur astable. Toutefois, ce mode de réalisation se distingue de celui illustré sur la figure 2 par le fait que lesdits multivibrateurs sont du type à émetteurs couplés ; on sait que de tels multivibrateurs sont réalisés avec un nombre de composants plus réduit que les multivibrateurs classiques. Chaque multivibrateur comporte, comme dans le mode de-réalisation de la figure 2, deux transistors 30 et 31 (oscillateur 2c) de même type de conductivité, le. type NPN dans l'exemple. La base du transistor 30 et le collecteur du transistor 31 sont reliés directement à la borne pqsitive (+) d'une source de courant continu (non montrée). Le collecteur du transistor 30 est relié à laite borne (+) par l'intermédiaire d'une résistance 32 et, de même, une résistance 33 est disposée entre ladite borne positive de la source et la base du transistor 31. Un condensateur 34 est disposé entre la base du transistor 31 et le collecteur du transistor 30. Les émetteurs des transistors 30 et 31 sont tous deux reliés à une borne commune 35 et une résistance 36 est installée entre ladite borne 35 et le pôle négatif (-) de la source de courant continu. Dansl'exemple, la borne 35, commune aux émetteurs des transistors 30 et 31, constitue la sortie du multivibrateur 2 c Cette borne est reliée à la sortie 4c par l'intermédiaire d'un condensateur 20 . De même, un condensateur 21 est installé entre c - c les émetteurs des transistors du multivibrateur 3 et la sortie 4 c c Enfin, une charge 22 est installée entre la sortie 4c et la borne c c négative de la source. Bien que dans l'exemple, les sorties des multivibrateurs 2 et c 3c soient constituées par la borne commune aux émetteurs des transistors de chaque multivibrateur, cette sortie peut, en variante, être constituée par le collecteur de l'un des deux transistors, par exemple le transistor 30 de chaque multivibrateur. Dans le mode de réalisation e l'invention qui est illustré sur les figures 4 et 5, les oscillateurs 2d et 3d sont également constitués par des multivibrateurs as tables à deux transistors et de constitutions identiques. Toutefois, dans cette réalisation, les deux transistors constituant chaque multivibrateur C2d ou 3 sont de types de conductivité opposés. Chaque oscillateur, par exemple l'oscillateur 2ds comprend un premier transistor 40 d'un premier type de conductivité, à savoir le type NPN dans l'exemple. Le second transistor 41 du multivibrateur 2d est donc du second type de conductivité, ctest-à-dire le type PNP. L'émetteur du transistor 41 est relie à la première borne 42 d'une résistance 42 dont la seconde borne est reliée a au pôle positif (+) d'une source de courant continu (non montrée). Le collecteur du transistor 40 est relié à la borne 42 par l'inter- a médiaire d'une résistance 43. Le collecteur du transistor 41 est relié directement à la base du transistor 40. Un condensateur 44 est installé entre la base du transistor 41 et le collecteur du transistor 40. Entre la base dudit transistor 41 et le pôle négatif de la source de courant continu, on prévoit une résistance 45. L'émetteur du transistor 40 est connecté directement au pâle négatif de la source. Enfin un condensateur de découplage 46 est installé entre la berne 42a et la borne négative de la source. Comme dans les exemples montrés sur les figures 2 et 3, la sortie 4d du générateur ld est reliée aux sorties des multivibrateurs 2d et 3d par l'intermediaire de condensateurs, respectivement 20d et 21d - Dans l'exemple, la sortie de chaque multivibrateur est constituée par le collecteur du transistor de sortie (transistor 40 pour le multivibrateur 2 ).Enfin, une résistance de charge 22d est installée entre la sortie 4d et le pâle négatif (-) de la source de courant continu. Le générateur représenté sur la figure 4 présente lavantageX par rapport à ceux décrits en relation avec les figures 2 et 3, de consommer peu d'énergie électrique. Dans un mode de réalisation particulier du circuit montré sur cette figure 4, la source de courant continu produit un signal de tension 1,1 volt, les résistances 42 et 42b ont pour valeur environ 100 KSL, et les résistances 45, 43 et 22d ont pour valeur, respectivement, 300 Kfl, 100 Kft et 10 Kfl. Les condensateurs 44 et 20d ont pour capacités respectivement 1S pF et 5 pF. Dans cet exemple, les multivibrateurs 2d et 3d ne diffèrent que par les valeurs des résistances 42 et 42b ; c'est la différence de valeurs entre ces résistances qui permet de conférer des valeurs distinctes aux fréquences desdits multivibrateurs.Dans l'exemple, les fréquences F et F' des multivibrateurs 2d et 3d sont de l'ordre de 30 Khz, la fréquence des battements étant de l'ordre de 1000 Hertz. Quel que soit le mode de réalisation du générateur 1, il est particulièrement avantageux que les oscillateurs 2 et 3 soient fabriqués simultanément sous forme de circuits intégrés sur une même plaquette de matériau semi-conducteur. Avec une telle réalisation, les dérives des fréquences de deux oscillateurs sont particulièrement bien compensées. On a illustré sur la-figure 5, un exemple d'implantation sur une même plaquette 50 de silicium des divers éléments du circuit montré sur la figure 4. Les éléments correspondants de ces deux figures ont été repérés par les mêmes chiffres de référence. Au sujet de la figure 5 on notera que les condensateurs 20d et 21d sont réalisés sous forme de résistances intégrées ; en effet, on sait que de telles résistances- présentent une capacité de valeur non négligeable, de l'ordre du picofarad. Pour le condensateur 44, on utilise la jonction base-émetteur d'un transistor du type NPN. Enfin, on notera qu'une résistance telle que la résistance 45 est du type à double diffusion. En ce qui concerne la présentation des divers transistors de la figure 5, on remarquera, par exemple, que la plage 51 du transistor NPN 40 représente la zone d'émetteur de ce transistor ; la plage 52 représente. la zone de base et les plages 53 et 53a correspondent aux zones de collecteurs-. Pour un transistor du type PNP, tel que le transistor 41, la plage 55 représente la zone d'émetteur, la plage 56 la zone de collecteur et la plage 57 la zone de base. Dans l'exemple montré sur la figure 5, les divers éléments présentent les caractéristiques indiquées ci-dessus en relation avec la figure 4. Avec une telle réalisation, la zone de la plaquette 50 qui est représentée sur la figure 5 a une longueur de 350 microns et une largeur de 300 microns. On notera, enfin, pour ce qui concerne le mode de réalisation décrit en relation avec les figures 4 et 5, que les résistances 42 et 42 sont représentées sous la forme de résistances ajustables. Toutefois, en fonctionnement normal lesdites résistances 42 et 42b ne sont pas des résistances ajustables au sens habituel du terme. Le réglage de la valeur de ces résistances est effectué au cours de la fabrication du générateur ld et il a pour but d'affecter une valeur bien déterminée à la fréquence f des signaux engendrés par le générateur ld, ces résistances 42 et 42b déterminant, comme on l'a vu plus haut, les fréquences F et F' des multivibrateurs 2d et 3d. il est avantageux d'effectuer ledit réglage en faisant varier l'implantation des résistances 42 et 42b. A cette effet, on utilise un faisceau laser dont le rôle est de chauffer localement une zone de la résistance 42 ou 42b Dans ce cas le matériau constituant cette zone se volatilise et la valeur de la résistance en est donc modifiée. Bien que dans les exemples que l'on vient de décrire les divers transistors soient du type bipolaire, ilest cependant avantageux de constituer le générateur 1 sous forme de circuit intégré par la technologie MOS complémentaire (C-MOS), Le générateur conforme à l'invention se prête à une réalisation particulièrement simple et économique, que ce soit sous forme de circuit intégré ou sous forme--de circuit à éléments discrets. Ledit générateur est particulièrement utile pour la réalisation de dispositifs de mesure de temps tels que des montres, des horloges ou analogues. De façon générale; il peut être utilisé à chaque fois qu'il est nécessaire d'obtenir-un signal dont la fréquence sert de référence de temps. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de temps comportant deux oscillateurs aptes à engendrer des signaux de fréquences F et F' de valeurs distinctes, et des moyens pour additionner les signaux fournis par lesdits oscillateurs de façon à produire un signal de battement de fréquence déterminées caractérisé en ce que les divers éléments constituant les circuits oscillateurs se présentent sous la forme d'au moins un circuit intégré, lesdits circuits oscillateurs étant réalisés sur une même plaquette d'un matériau semi-conducteur. 2. Dispositif de mesure de temps comportant deux oscillateurs aptes à engendrer des signaux de fréquences F et F' de valeurs distinctes, et des moyens pour additionner les signaux fournis par lesdits oscillateurs de façon à produire un signal de battement de fréquence déterminée, caractérisé en ce que les circuits oscillateurs comportent chacun un premier et un second transistors de types de conductivité opposés, le collecteur du second transistor étant relié directement à la base du premier transistor, une impédance capacitive connectant le collecteur du premier transistor à la-base du second transistor, ledit dispositif comprenant une source de tension pour alimenter chacun desdits circuits oscillateurs, une première résistance étant installée en série entre une première borne de ladite source et le premier circuit oscillateur, une seconde résistance étant installée entre ladite première borne de la source et le second circuit oscillateur, ces première et seconde résistances étant également connectées à l'émetteur du second transistor respectivement du premier et second circuits oscillateurs, la seconde borne de la source étant reliée à l'émetteur du premier transistor de chacun desdits circuits oscillateurs. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans chacun des deux circuits oscillateurs, une résistance est installée entre l'émetteur du second transistor et le collecteur du premier transistor. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les divers éléments constituant chacun desdits circuits oscillateurs se présentent sous la forme d'un circuit intégré, lesdits circuits oscillateurs étant réalisés sur une même plaquette d'un matériau semi-conducteur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que ledit circuit intégré est réalisé selon la technologie dite MOS complémentaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux oscillateurs sont agencés pour engendrer des signaux de fréquences de valeurs voisines et d'amplitudes égales. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les structures des deux circuitsoscillateurs sont pratiquement identiques. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre de type passebas propre à éliminer les signaux de fréquences F et F'. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'affichage du type à cristaux liquides. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comprend un diviseur de fréquences dudit signal de battement. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite fréquence déterminée est comprise entre 500 et 50 000 Hertz. 12. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif étant tel qu'au moins l'un des circuits oscillateurs comporte une résistance sous forme intégrée, caractérisé en ce que, pour le réglage de ladite fréquence déterminée, on volatilise une partie du matériau constituant ladite résistance intégrée par chauffage d'au moins une zone de cette résistance à l'aide d'un faisceau laser.