Brevet FR2535544A1 — publié le 19840504

La présente invention a pour objet un dispositif oscillateur piloté et régulé par un organe résonateur piézo-électrique et l'utilisation de ce dispositif. On connatt des dispositifs de ce genre dans lesquels un oscillateur astable excite un résonateur piézo-électrique qui, par effet inverse, restitue des impulsions permettant de pio- ter l'oscillateur, assurant ainsi la stabilité de- fréquence des signaux de sortie destinés à être utilisés. Un tel dispositif, par exemple décrit dans le brevet français N EN 71. 36 862 qui met en oeuvre un résonateur à barreau piézo-élec trique permet de travailler à une fréquence relativement basse tout en étant très stables ce qui autorise l'économie d'un certain nombre de diviseurs de fréquence, par rapport à ceux qui sont indispensables lorsqu9est utilisé un résonateur à quartz à haute fréquence D'autre part, l'utilisation du quartz comme matériau piézo-électrique présente de nombreux inconvénients: le taillage d'un barreau de quartz reste oné- reux ce matériau est relativement friable, ses performances piézo-électriques sont inférieures à celles de certaines substances artificielles telles que des céramiques piézo-électri- ques et, en outre, lorsqu'on utilise un quartz à basse fré quence cette basse fréquence implique nécessairement un en comblement important du quartz qui s' oppose aux exigences de miniaturisation rencontrées dans le domaine de garde-temps tels que des montres Il est d'autre part également connu de constituer le résonateur piézo-électrique par une partie de plaquette relativement mince réalisée par exemple, en céramique piézo-électrique de forme ronde, carrée rectangulai re etc., formant le cadran même deux garde temps tel qu'une montre et comportant en outre, sous la forme de circuits imprimés, l'oscillateur et divers composants. Dans de telles réalisations, la nécessaire fixation du cadran en matériau piézo-électrique à la platine ou éventuel- lement au boîtier de garde-temps tel qu'une montre9 introduit des perturbations de stabilité et d'isochronisme. En outre ce mode de fixation entraîne un abaissement du coefficient de surtension du matériau piézo-électrique considéré.Egalement du fait que seul un secteur réduit du matériau piézoélectrique est utilisable en tant que résonateur piézo-élec- trique actif, il est évident que la non-exploitation de la plus grande partie du cadran en matière piézo-électrique d'un coût relativement élevé et d'une fragilité notoire, ne concourt pas à l'économie de l'application. Par ailleurs, jusqu a présent, le résonateur et les circuits d'excitation, de pilotage et d'utilisation se présentent sous la forme de composants discrets juxtaposés, même si les circuits sont réalisés sous forme intégrée, ce qui, avec les supports indispensabless nécessite cependant l'occupation d'un volume qui reste important et qu'il est légitime de chercher à réduire, indépendamment des efforts faits au niveau de l'encombrement des piles d'alimentation et des modules dsaffi- chage numérique ou des micromoteurs associés à un affichage analogique. Le dispositif oscillateur piloté et régulé per un organe piézo-électrique objet de l'invention se propose de remédier à ces inconvénients de manière simple et elicace en mettant à la disposition de l'utilisateur un dispositif dans lequel lor- gane piézo-électrique agissant comme résonateur se présente sous la forme d'une plaquette piézo-électrique dans une région d'amplitude de vibration nulle ou négligeable de laquelle sont disposés au moins un circuit intégré et le moyen support ou de fixation de ladite plaque piézo-électrio.ue, 11 ensemble du dispositif, de dimensions remarquablement faibles, étant logé avec facilité, par exemple, entre platines d'un gardetemps ou dans le mouvement même d'une montre. L'invention sera du reste mieux comprise en de reportant à la description qui va ,suivre, en référence au dessin schématique a-lmexé, donnant à titre d'exemple et non limitativement, un mode de réalisation du dispositif oscillateur piloté et régulé par un organe oscillateur piézo-électrique objet de ladite invention. La fig. i représente de façon schématique un dispositif régulateur selon iPlnvention, mais où le circuit électronique, pour faciliter la compréhension, est représenté séparé du résonateur piézo-électrique. La fig. 2 montre, en vue latérale, une plaquette piézo éleetrique avec ses électrodes et porteuse de son circuit inté gre associé. La fig. 3 est une vue de dessus de la plaquette piézoélectrique moltie de ses électrodes et porteuse de son circuit intégré, selon fig. 2. On voit en fig. 1, associé à son circuit oscillateur 2, symboliquement enfermé dans une ligne -en trait interrompu, un résonateur piézo-électrique 1, constitué par une plaquette 3, ici, rectangulaire et porteuse sur ses grandes faces de deux paires d'électrodes opposées deux à deux, respectivement 4, 5 et 6, 7, connectées comme représenté au circuit 2 et laissant libre la région médiane 8 de la plaquette 3. La plaquette 3 peut être constituée de tout matériau piézo-électrique présentant un coefficient de surtension très important, tel qu'une céramique piézo-électrique au zirconate-titanate de plomb, substance dure, chimiquement inerte et insensible aux variations de température et d'hygrométrie. Aux électrodes 4 à 7 déposées sur la plaquette 3 est relié le circuit 2 comprenant un oscillateur sous forme de multivibrateur astable, par exemple du genre de celui décrit dans le brevet français NO EN 71,36 862, de fonctionnement connu. Ce multivibrateur astable est accordé par ses composants Cl > C2, R2, R3 à une fréquence de vibration très proche de celle de la plaquette 3. Le choix d'un multivibrateur astable n'est pas limitatif, mais préférence lui est donnée du fait de sa simplicité, de sa faculté d'autodémarrage et de la facilité dsen asservir la fréquence.Déterminé correctement, il oscille spontanément à la fermeture de son circuit d'alimentation par les pales 9a et 9b, à une fréquence voisine de celle de la plaquette 3. En effet, une variation du courant, aléatoire ou provenantsdwune asymétrie des éléments du multivibrateur, déplace les points de fonctionnement des transistors TR 1 et TR 2 qui basculent vers l'un des états instables plut8t que vers l'autre; il y a ensuite une oscillation libre entre ees deux états. Cette oscillation est cependant asservie par des impulsions de pilotage, impulsions recueillies par la paire d'électrodes 6, 7 et provoquées par la vibration de la plaquette 3 excitée par le circuit 2 par lein- termédiaire de la paire d'électrodes 4 et 5.Les impulsions de sortie du circuit 2s excitant et piloté par le résonateur 1, sont recueillies en 10a et lOb pour utilisation, Dans exemple représenté et décrit, les vibrations indui- tes dans la plaquette 3 sont de direction transversale, ce C'li laisse au centre de Visite plaquette entre les paires d'électrodes 4,5 et 6, 7, dans la partie libre 8, une zone où l'amplitude de vibration est nulle ou négligeable, zone mise à profit pour sT placer, sur une face de la plaquette 3, le circuit 2 qui sera bien entendu réalisé sous forme intégrée, et, sur l'autre face, dans la même zone 8, la fixation de la plaquette 3 à un support, avec interposition d'un matériau amortisseur non représenté. Selon l'utilisation envisagée, une chaine de diviseurs,(non figurée), abaissant la fréquence des impulsions à celle souhaitée, par exemple 1 Hz, peut Aetre intégrée au circuit oscillateur 2 en amont des sorties l0a et lOb, ce qui ne pose aucun problème de réalisation pour l1horn- me de métier. Dans l'exemple décrit, la plaquette 3 est équipée de deux paires d'électrodes opposées, 4 et 5 et 6 et 7, mais il est elair que, sans sortir pour cela du cadre de l'invention, d'autres formes de réalisation peuvent être envisagées, avec une seule paire d'électrodes ou davantage et utilisation d'un circuit oscillateur adapté en conséquence, à condition que subsiste sur les faces de la plaquette au moins une zone libre d'électrodes et correspondant à une région nodale ou d'amplitude de vibration nulle ou négligeable pour permettre d'y rapporter le circuit intégré et d'y assurer l'ancrage de la plaquette sur son support. Pour en revenir à l'exemple envisagé, les figs. 2 et 3 illustrent un mode de réalisation pratique du résonateur piézo-électrique avec sa plaquette 3 porteuse du circuit intégré 2, les connexions électriques n'étant pas représentées pour éviter de nuire à la clarté du dessin. La~plaquette 3 est ici rectangulaire et porte sur ses grandes faces opposées et jusqu a leurs extrémités les électrodes 4, 5 et 6, 7 déposées de façon connue et qui laissent dans la région médiane une zone libre 8, correspondant plus particulièrement vers son centre à une amplitude de vibration nulle ou négligeable. Le circuit intégré 2, comprenant éventuellement une chalne de diviseurs, est rapporté au centre de cette-zone sur une des grandes faces de la plaquette.3, par exemple par collage. La connexion aux électrodes supérieures 4 et 6, et inférieures, 5 et 7 ne pose aucun problème. De façon conventionnelle, le circuit 2 sera enveloppé dans une enveloppe protectrice, telle pr exemple, 'Utu-;e route de résine époxy 12. Il est encore à noter que le dipositif selon l'invention autorise une compensation en température très efficace, le circuit intégré 2 étant solidaire de la plaquette 3 et donc à la même température que cette dernière. On notera également que, sans que lion sorte pour cela du cadre de l'invention, les électrodes pourront être obtenues par métallisation sous vide ou par sérigraphie, les connexions du circuit électronique étant réalisées par ultrasons. Le dispositif pourra être utilise de façon particulière- ment avantageuse comme base de temps dans des domaines tech- noologiques où la miniaturisation reste un souci majeurs comme dans les télécommunications et peut être surtout dans les garde-temps de fable volume tels que les montres-bracelets, l'espace laissé dans une boite de montre pour la pile d'aIl- mentation, un module d'affichage numérique commandé par les impulsions de sorties 10a et lOb ou encore pour un un micromoa teur commandé par ces impulsions de sorties pour animer un affichage analogique par exemple à aiguilles étant considé- rable. REVENDICATIONS 1 - Dispositif oscillateur (2) piloté et régule par un organe résonateur piézo-électrique (1), caractérisé par le fait qu'il constitue un tout insérable dans un garde-temps et dont l'organe résonateur.piézo-électrique (1) est constitué par une plaquette piézo-électrique (3) équipée d'un nombre pair d'électrodes (4, 5, 6 et 7) reliées à l'oscillateur (2), cette plaquette (3) étant porteuse, dans une région (8) à am plitude de vibration nulle ou négligeable, au moins de los- clîlateur (2) sous forme de circuit intégré (2). 2 - Dispositif selon la revendlcation12 earactéris8 par le fait que le circuit intégré (2), outre l'oscillateur pro priment dit, comprend une chatne de diviseurs de fréquence. 3 - Dispositif selon une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le circuit intégré (2) est solidarisé de la plaquette piézo-électrique (3). 4 - Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la plaquette (3) est constituée d'une céramique piézo-électrique. 5 - Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise par le fait que la plaquette (3) est rectangu- labre et porte sur ses grandes faces deux paires d'6lectro- des opposées deux à deux (4, 5, et 6, 7), la région médiane (8) de la plaquette (3) restant libre d'électrodes et rece- vant sur une face le circuit intégré (2). 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisée par le fait que la plaquette (3), dans sa région (8) à amplitude de vibration nulle ou négligeable et par sa face opposée au circuit intégré (2) est ancrée à un support. 7 - Utilisation d'un dispositif selon une quelconque des revendications i à 6, caractérisée par le fait que ce dispositif sert de base de temps à un garde temps. 8 - Utilisation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ce dispositif commande un dispositif d'affichage numérique associé. 9 - Utilisation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ce dispositif commande un moteur animant un dispositif d'affichage analogique associé.