Brevet FR2545669A1 — publié le 19841109

Oscillateur à quartz compensé en température. La présente invention a pour objet un oscilla- teur à quartz compensé en température, du type compre- nant des premier et second plateaux en matériau diélec- trique, disposés face à face et écartés l'un de l'autre et sur les faces internes desquels sont disposées res- pectivement une première et une deuxième électrode une pastille piézoélectrique en quartz interposée entre lesdites première et deuxième électrodes sans contact avec ces dernières, taillée selon une coupe cristallographique impliquant une faible sensibilité à la température et constituant avec les première et deuxième électrodes un premier résonateur à quartz; et des moyens pour appliquer aux première et deuxième électrodes une puissance électrique d'excitation de la partie active de la pastille piézoélectrique selon un mode utile choisi pour déterminer une référence de fréquence f M. Un oscillateur à quartz de ce type utilisant un résonateur à quartz à électrodes non adhérentes au cristal a été décrit par exemple dans la demande de brevet français N O 2 338 607. Un tel type d'oscillateur présente de nombreux avantages notamment quant à la stabilité dans le temps et la tenue mécanique Toutefois, comme pour tous les types d'oscillateur, les variations de la température ambiante induisent des fluctuations de la fréquence de l'oscillateur dues aux variations de la température du cristal vibrant. Pour neutraliser les effets dus aux variations de la température ambiante, qui peut évoluer sur une large gamme, par exemple 40 C à + 850 C, on est amené à placer les oscillateurs à quartz de très bonne stabi- lité dans des thermostats Or, un thermostat est un accessoire volumineux, qui consomme de l'énergie, et qui entraîne un temps de mise en température qui peut -2- atteindre une heure pour des oscillateurs pilotes et de très haute stabilité ou plusieurs dizaines de minutes pour des oscillateurs pilotes moins performants. Il s'avère que dans le domaine des oscilla- teurs à quartz, on cherche de plus en plus à réaliser des appareils de volume et de masse réduits, de faible consommation, qui présentent cependant une très bonne stabilité Dans ces conditions, il convient de recher- cher des moyens autres que des thermostats, pour compen- ser les effets de la température ambiante sur la fré- quence fournie par un oscillateur à quartz. Des solutions ont déjà été proposées Parmi celles-ci, la plus connue est celle qui réalise une compensation électronique de la fréquence de l'oscilla- ter, à l'aide d'une diode à capacité variable montée en série avec le résonateur à quartz Dans ce type de montage d'oscillateur à cristal compensé en tempéra- ture dit TCXO, la capacité de la diode à capacité va- riable est fonction d'une tension continue V élaborée à partir d'une tension fixe, par un réseau potentiomé- trique composé de résistances et de thermistances Une tension de compensation ajustable est en outre opposée à la tension délivrée par le réseau potentiométrique. Selon une variante de réalisation, la capacité variable est réalisée par modification du gain d'un amplifica- teur, par l'utilisation de l'effet Miller selon lequel la capacité d'entrée d'un amplificateur de gain G peut varier comme 1-G Ce type de solution n'est pas toujours satisfaisant pour des oscillateurs de haute stabilité car la mise en oeuvre d'un réseau correcteur utilisant des thermistances pour élaborer la tension de commande d'une diode à capacité variable ou faire varier le gain d'un amplificateur, est limitée par la qualité des thermistances utilisées. -3- Une autre solution, proposée par Donald L. HAMMOND dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 3 826 931, utilise une combinaison algébrique de fréquences dont la somme f = fl + Kf 2 présente pour une valeur choisie de la constante K un coefficient de tem- pérature du premier ordre égal à zéro Les fréquences f 1 et f 2 sont fournies par deux résonateurs piézoélec- triques à double rotation taillés dans deux régions par- ticulières d'un cristal de quartz de telle façon que les orientations spécifiques + et ô de chaque résonateur dans le cristal permettent d'obtenir une annulation des coef- ficients de température du 2 ème et du 3 ème ordre dans la combinaison algébrique qui relie f à f 1 et f 2 On ob- tient finalement une fréquence f présentant des coeffi- cients de température nuls pour les trois premiers ordres du développement en série de la loi fréquence- température. Cette solution implique cependant l'utilisa- tion de cristaux de quartz à double rotation taillés de façon très spécifique pour réaliser une compensation de l'influence de la température. Un moyen différent pour obtenir une fréquence indépendante de la température à l'aide d'un bi-résona- teur a été proposé par Raymond BESSON dans la demande de brevet européen N O 0010046 Cette solution-met en oeuvre un dispositif comportant deux résonateurs de même coupe cristalline mais de fréquences différentes, excités dans un système de condensateurs dont une armature est commune aux deux résonateurs Dans la mesure o les comportements thermiques des résonateurs sont identiques, la comparai- son pouvant être faite à partir des courbes fréquence - température de chaque résonateur, il est possible d'ex- ploiter une combinaison des fréquences des deux résona- teurs, cette combinaison étant une fonction simple de la température La réalisation de deux résonateurs de même -4 coupe cristalline et de comportements thermiques iden- tiques peut cependant s'avérer délicate dans certains cas. Enfin, un autre type de compensation a été pro- posé par John A KUSTERS et al dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n' 4,079,280 et 4,160,183 Cette solution utilise un résonateur à quartz de coupe t = 21 93 et e = 33 930 fonctionnant simultanément sur deux modes de cisaillement d'épaisseur différents, les modes B et C Une combinaison des deux fréquences est appliquée à un micro-processeur qui corrige l'erreur de fréquence liée à la température par l'intermédiaire d'un - procédé de compensation analogique ou numérique Une fréquence de référence est ainsi artificiellement re- constituée Dans ce mode de compensation, on utili- se un seul résonateur vibrant sur deux modes différents, de sorte qu'il peut apparaître des couplages directs entre les deux fréquences de vibration. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précédents et à permettre de réaliser une compensation des effets de la température ambiante sur la fréquence fournie par un oscillateur à quartz, d'une manière simple, peu coûteuse et effi- cace qui conduise à un dispositif compact pouvant être aisément fabriqué selon les techniques connues. Ces buts sont atteints grâce à un oscillateur à quartz du type défini en tête de la description dans lequel, conformément à l'invention, le premier plateau est constitué par un cristal de quartz taillé selon une coupe cristallographique impliquant une sensibilité à la température supérieure à celle de ladite pastille pié- zoélectrique en quartz, et coopère avec ladite première électrode et une troisième électrode déposée sur la face externe du premier plateau pour former un second résona- teur à quartz,et qui comprend en outre des moyens pour f 545669 -5- appliquer aux première et troisième électrodes une puis- sance électrique d'excitation de la partie active du premier plateau selon un mode sensible à la température,a une fréquence f T dont la valeur est voisine, mais légè- rement différente de la fréquence de référence f M; des moyens de comparaison pour comparer les signaux présents aux bornes des deuxième et troisième électrodes et des moyens d'asservissement des moyens d'application d'une puissance électrique d'excitation de la partie active de la pastille piézoélectrique du premier résonateur en fonction du résultat de la comparaison des fréquences f T et f M Ainsi, selon l'invention, le résonateur princi- pal destiné à fournir une référence de fréquence peut être constitué à partir d'un cristal de quartz taillé selon une coupe classique Quant au second résonateur, destiné à servir de capteur de température, il peut être taillé dans une partie quelconque d'un cristal de quartz et même sui- vant une coupe non définie, la seule obligation étant qu'il présente au moins une vibration dont la fréquence soit suf- fisamment sensible à la température. La mise en oeuvre d'un second résonateur n'af- fecte nullement la compacité du dispositif, puisque c'est l'un des plateaux supportant une électrode d'excitation qui sert lui-même de second résonateur Cette disposition présente de plus l'avantage de placer l'élément capteur de température au plus près de la pastille piézoélectrique constituant le résonateur principal. La pastille piézoélectrique en quartz consti- tuant le résonateur principal est avantageusement taillée suivant la coupe cristallographique AT (y = o, 9 = 35 25 '). Le plateau en quartz constituant le second ré- sonateur peut être taillé suivant la coupe cristallogra- phique à double rotation SC qui présente un mode de vi- bration très sensible à la température. -6- Selon un autre mode de réalisation, le plateau en quartz constituant le second résonateur est taillé suivant une coupe dégénérée proche de la coupe AT et présentant un angle O voisin de 35 05 ' Cette coupe est assez sensible à la température et son usage, en combinaison avec une coupe AT pour le résonateur prin- cipal permet de limiter au maximum les dilatations dif- férentielles entre le résonateur principal et le second résonateur. Selon un mode de réalisation préférentiel, le premier plateau et la pastille piézoélectrique sont plan-convexe, la face convexe de la pastille piézo- électrique étant constituée par la face située en re- gard de la deuxième électrode déposée sur la face in- terne du second plateau, et la face convexe du premier plateau étant constituée par la face externe de ce premier plateau qui porte la troisième électrode. Selon une caractéristique particulière, la première électrode comprend une couche métallique à faible pouvoir réflecteur et la surface de la face in- terne du premier plateau est rodée et non polie. Au contraire, la troisième électrode comprend une couche d'un métal à grand pouvoir réflecteur, et la surface de la face externe du premier plateau est polie. Par ailleurs, une quatrième électrode ne jou- ant pas de rôle électrique est déposée sur la face ex- terne du second plateau diélectrique. Avantageusement, les deuxième et quatrième électrodes sont réalisées d'une manière similaire aux première et troisième électrodesrespectivement. Ces diverses caractéristiques tendent à faci- liter les échanges thermiques entre le premier et le second résonateur tout en limitant les échanges entre ces résonateurs et le milieu ambiant. 7 2545669 De préférence, les premier et second plateaux diélectriques sont constitués par des cristaux de quartz de même coupe cristallographique. Ceci tend à rendre symétriques les contraintes engendrées par la dilatation différentielle entre le résonateur principal et le second résonateur. Dans l'oscillateur selon l'invention, les moyens de comparaison pour comparer les signaux présents aux bornes des deuxième et troisième électrodes respecti- vement comprennent un circuit mélangeur auquel sont appliqués les signaux de fréquence f M et de fréquence f T présents respectivement sur les bornes des deuxième et troisième électrodes, et qui délivre en sortie un signal de fré- quence f T f M; un circuit diviseur de fréquence rece- vant les signaux de référence de fréquence f M présents sur la borne de la deuxième électrode pour fournir des signaux d'horloge à une cadence prédéterminée; et un compteur auquel sont appliqués les signaux de fréquence f T f M issus du circuit mélangeur et dont la base de temps est constituée par les signaux d'horloge issus du circuit diviseur. L'oscillateur comprend des moyens de calcul d'un signal de correction fonction du type de coupe cristallographique de la pastille de quartz et de la valeur du signal issu du compteur, qui est représenta- tive de la température du premier plateau, et des moyens pour modifier, en fonction du signal de correction, la commande des moyens d'application d'une puissance élec- trique d'excitation de la partie active de la pastille piézoélectrique. De façon plus particulière, les moyens de cal- cul d'un signal de correction comprennent une mémoire vive munie d'une table de données donnant en sortie un nombre proportionnel à la puissance à appliquer au réso- nateur en fonction de la température d'entrée, la mé- moire vive étant adressée par le signal issu du comp- teur et lesdits moyens de modification de la commande des moyens d'application d'une puissance électrique d'excitation comprennent un convertisseur numérique- analogique auquel est appliquée l'information de sortie fournie par la mémoire vive et un circuit de contrôle automatique de gain qui reçoit le signal de tension is- su du convertisseur numérique-analogique et commande la puissance de fonctionnement de l'amplificateur excita- teur dont la sortie est reliée à la -deuxième électrode. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui fait suite d'un mode particulier de réalisation en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe d'un résona- teur principal associé à deux plateaux support d'élec- trodes conformément à l'invention, et la figure 2 représente le schéma d'un oscil- lateur à quartz selon l'invention utilisant le système de résonateur de la figure 1. On voit sur la figure 1 la structure d'un réso- nateur métrologique RM à électrodes non adhérentes au cristal, réalisé de la manière décrite par exemple dans le brevet français 2 338 607 Une pastille piézoélec- trique 10 comprenant une partie centrale active 104 re- liée à une partie périphérique 103 par des ponts amincis est interposée entre deux plateaux 11, 12 en maté- riau diélectrique portant chacun une électrode 1,2 res- pectivement sur leur face interne 111, 121 respective- ment, située en regard de la pastille piézoélectrique La partie périphérique 103 de la pastille piézo- électrique 10 est montée en sandwich entre les plateaux Il et 12 et permet l'immobilisation de la partie cen- trale active 104 de la pastille 10 en regard des élec- trodes 1,2 et à faible distance de celles-ci, la par- t 545669 -9-. tie des faces internes 111,121 des plateaux 11,12 qui porte les électrodes 1,2 étant légèrement en retrait par rapport à la partie des faces internes 111,121 qui est en contact avec la partie périphérique 103 de la pastille 10 La partie centrale des faces opposées 101, 102 de la pastille 10 est ainsi située en regard des électrodes 1,2, respectivement, mais sans contact avec ces dernières. Le résonateur principal R constitué par la pas- tille piézoélectrique 10 est excité à l'aide du jeu d'électrodes non adhérentes 1,2 sur un des modes clas- siquement utilisés pour un résonateur métrologique, par exemple sur le mode 5 M Hz, partiel 5, pour une pastille taillée suivant la coupe cristallographique AT (ô = o, = 35025 ') qui présente l'avantage de four- nir une fréquence métrologique fi dépendant peu de la température. Grâce à une adaptation très simple de la struc- ture qui vient d'être décrite, la présente invention permet de réguler la fréquence métrologique f M afin de compenser les variations de fréquence, même faibles, qui sont provoquées par les fluectuations de la tempé- rature du milieu ambiant dans lequel est placé le réso- nateur RM' Selon l'invention, le premier plateau Il est réalisé de manière à constituer un second résonateur piézoélectrique fournissant une fréquence f T dépendant beaucoup de la température Le premier plateau Il doit ainsi être réalisé à partir d'un cristal de quartz, mais peut être taillé dans une partie quelconque d'un tel cristal et suivant une coupe non définie, la seule obli- gation étant qu'il présente au moins une vibration dont la fréquence soit suffisamment sensible à la tempéra- ture. Le second résonateur RT est ainsi constitué par -10 - le premier plateau 11 en quartz qui coopère avec deux électrodes adhérentes 1 et 3 déposées respectivement sur la face interne et la face externe du premier pla- teau 11 L'électrode 1 déposée sur la face interne du premier plateau 11 est commune au résonateur principal et au second résonateur, tandis que l'électrode supplé- mentaire 3 ne joue un rôle que pour le second résona- teur, qui est excité à l'aide du jeu d'électrodes adhé- rentes 1,3 sur un mode particulièrement sensible à la température Du fait même de sa constitution, le second résonateur,constitué par le premier plateau Il et les électrodes 1,3 déposées sur ce plateau, présente un vieillissement et une qualité qui sont moins bons que ceux du résonateur principal formé par la pastille de quartz 10 et les électrodes non adhérentes 1,2 Ceci ne constitue cependant nullement un inconvénient, car la fréquence f T du second résonateur n'est pas desti- née à être utilisée comme une référence de fréquence, mais simplement comme un signal donnant une informa- tion sur la température du premier plateau Il et, par là-même, de la pastille piézoélectrique 10. Le premier plateau piézoélectrique Il présente une face extérieure 112 convexe et de forme sphérique afin de faciliter le piégeage de l'énergie vibratoire dans ce plateau destiné à constituer le second réso- nateur jouant le r 8 le de détecteur de température La pastille piézoélectrique 10 est elle-même, de façon classique, plan-convexe Par raison de symétrie, les faces planes 101,111 de la pastille 10 et du premier plateau Il sont situées en regard l'une de l'autre et coopèrent avec la première électrode 1, tandis que les faces convexes 102,112 de la pastille 10 et du premier plateau Il sont sensiblement symétriques par rapport au plan contenant la première électrode 1 et coopèrent respectivement avec la deuxième et la troi- ú 545669 sième électrode 2,3. Une quatrième électrode 4 est-déposée sur la face externe 122 du second plateau 12 afin de garantir la symétrie des échanges thermiques par rayonnement, et réduire le gradient thermique interne du montage Cette quatrième électrode 4 ne joue ainsi aucun r 8 le élec- trique mais, toujours pour des raisons de symétrie, peut être reliée par un fil métallique conducteur identique à ceux qui alimentent les première, deuxième et troi- sième électrodes l,2,3,à une borne du boîtier étanche dans lequel est monté l'ensemble de la pastille 10 et des plateaux 11,12 - Comme indiqué précédemment, les coupes cris- tallographiques de la pastille 10 et du premier pla- teau Il sont a priori différentes Dans ces conditions, toute variation de la température entraîne une dilata- tion différentielle non nulle entre la pastille 10 et le premier plateau 11 Pour rendre symétriques les con- traintes engendrées par cette dilatation différentielle, on choisit le même matériau et la même coupe cristallo- graphique pour les premier et deuxième plateaux 11,12. Par ailleurs, les contraintes thermiques, au niveau du résonateur métrologique constitué par la pastille 10 et les électrodes 1,2,peuvent être rendues négligeables si la partie centrale active 104 de la pastille 10 est reliée à la partie périphérique 103 par des ponts élas- tiques dont la localisation est fonction des axes cris- tallographiques du cristal. Le second-résonateur 11, qui est placé immédia- tement au voisinage de la pastille de quartz 10, fournit bien une information directement liée à la température de cette pastille de quartz 10 et prend en compte aussi bien des fluctuations de la température du milieu am- biant qui atteignent la pastille de quartz 10 que des fluctuations de la température de la pastille de quartz -12- induites par un effet de chauffage interne de la partie vibrante de cette pastille de quartz 10 En effet, les échanges thermiques entre la pastille de quartz 10 et le premier plateau Il se font essentiel- lement par rayonnement entre la première électrode 1 et la surface 101 de la pastille 10 qui fait face à la première électrode 1 Ces échanges thermiques sont très rapides Pour augmenter le pouvoir émissif de la pre- mière électrode 1, on peut d'ailleurs former cette élec- trode par le dépôt d'une couche métallique à faible pou- voir réflecteur, réalisée par exemple en platine ou en cuivre, et la surface interne 111 du premier plateau Il est de préférence conservée rodée et non polie Au contraire, pour limiter au maximum l'échange par rayon- nement entre le premier plateau Il et l'extérieur, la surface extérieure de ce premier plateau Il est soigneu- sement polie, et la troisième électrode 3 est formée par dépôt d'une couche mince d'un métal à grand pouvoir ré- flecteur tel que de l'or Pour des raisons de symétrie thermique, la deuxième électrode 2 est réalisée d 'une manière similaire à la première électrode I et la qua- trième électrode 4 est réalisée d'une manière similaire à la troisième électrode 3. Il a été précisé ci-dessus que le résonateur métrologique pouvait être taillé suivant une coupe AT d'angle 9 = 35 25 t En effet, cette coupe est celle qui présente dans la gamme -40 'C, + 850 C, la meilleure com- pensation naturelle en température C'est donc celle qui parmi toutes les coupes connues présente la plus faible variation relative de fréquence sur l'ensemble de la gamme de température citée C'est donc aussi celle pour laquelle la correction de fréquence nécessaire sera minimale Les courbes fréquence-température des coupes de la famille AT étant connues, on peut vérifier que la meilleure compensation est obtenue pour -13- e 3 35 25 ' Pour cette coupe, l'écart relatif de fréquence maximal est de 8 106 (vers -70 C) et -8 10-6 (vers 580 C) Or la mesure de l'effet amplitude-fré- * quence (effet A F) d'une coupe AT montre qu'il s'agit d'un phénomène linéaire qui, pour un résonateur 5 M Hz P 5 mode C se chiffre par une variation relative de fré- quence positive de l'ordre de 5 10 6/m W Pour compen- ser à -70 C l'effet de la température sur la fréquence à l'aide de l'effet A F, il faut diminuer la puissance d'excitation de la vibration de 8 10-6 /5 10-6 = 1,6 m W et augmenter cette puissance de 1,6 m W à 580 C On choisira donc une puissance de fonctionnement à 250 C d'environ 1,8 m W ce qui correspond à 0,2 m W à -70 C et à 3,4 m W à 580 C Les mesures effectuées dans ce domaine de puissance ont montré que ce fonctionnement est par- faitement possible avec de faibles valeurs de vieillis- sement. Toute coupe cristallographique possédant un mode sensible à la température peut être utilisée pour réaliser le premier plateau Il constituant le second résonateur Il suffit qu'elle présente une sensibilité moyenne de l'ordre de 2 10-6/*C ou plus en valeur rela- tive sur la gamme de température -40 + 850 C Bien en- tendu, il faut aussi que, sur toute cette gamme, la variation de la fréquence avec la température soit mo- notone afin d'éviter les indéterminations de tempéra- ture au comptage. Dans le cas o la pastille de quartz 10 est une coupe AT, on peut,-en particulier, utiliser pour les plateaux 11,12 une coupe dégénérée proche de la coupe AT et présentant un angle e voisin de 35005 ' Cette coupe s'avère posséder une sensibilité suffisante à la température, et son emploi présente l'avantage de limi- ter à presque zéro les dilatations différentielles entre les éléments constituant le résonateur métrologique PM et -14- le second résonateur RT. On décrira maintenant, en référence à la figure 2, le schéma d'un oscillateur à quartz utilisant les résonateurs de la figure 1 pour effectuer automatique- ment une compensation des effets dus à des variations de la température du résonateur métrologique constitué par la pastille 10 et les électrodes non adhérentes 1,2. Sur la figure 2, on reconnaît le résonateur principal RM composé de la pastille de quartz 10 et des première et deuxième électrodes non adhérentes 1,2, et le résonateur additionnel RT formé par le premier pla- teau en quartz Il associé aux première et troisième électrodes 1,3 adhérentes à ce plateau Les circuits électroniques d'entretien des vibrations dans le réso- nateur principal RM et le résonateur additionnel RT comprennent des amplificateurs 21,22,respectivement, qui présentent un point commun P correspondant à la première électrode l commune aux deux résonateurs RM et RT De façon classique, les résonateurs RM et RT sont placés dans les boucles de réaction des amplificateurs 21,22. Comme cela a été indiqué précédemment, le ré- sonateur principal RM comprend une pastille piézoélec- trique 10 taillée suivant une coupe cristallographique telle que, lorsqu'il est excité par l'amplificateur 21, il fournit une fréquence métrologique f M dépendant peu de la température Le second résonateur RT, constitué à partir du plateau de quartz Il supportant l'une des électrodes 1 du résonateur principal RM, fournit, lors- qu'il est excité par l'amplificateur 22, une fréquence f T qui, du fait du type de coupe cristallographique choisi pour le plateau 11, dépend beaucoup de la tempé- rature de ce plateau 11, et donc de la pastille de quartz voisine 10 L'information de température obte- nue à partir de la fréquence f T permet de commander, par -15l'intermédiaire de circuits de calcul, la puissance électrique appliquée au résonateur principal R 1 M et donc, par effet amplitude-fréquence, la valeur de la fréquence métrologique f M du résonateur Ri La fréquence métrolo- gique f M peut ainsi être régulée directement à partir de l'information de température fournie par le second réso- nateur RT Ceciest naturellement possible du fait que la loi de variation de la fréquence de vibration d'un cris- tal de quartz en fonction de la température est bien con- nue pour une coupe cristallographique donnée de même que la relation entre l'amplitude de la vibration et la fré- quence de résonance, de sorte qu'à -chaque information de température, une table de valeurs enregistrée dans une mémoire ou un microprocesseur permettent de déterminer automatiquement la correction à apporter dans l'alimenta- tion du résonateur principal RM pour compenser les va- riations de fréquence introduites par des variations de température. Sur le schéma de la figure 2, on voit que les signaux de fréquence f M et f T présents sur les bornes des électrodes 2 et 3 respectivement, sont appliqués à un mélangeur 23 fournissant en sortie un signal de fré- quence f T f M qui est appliqué à un compteur 25 Le signal de fréquence f 1 M est par ailleurs appliqué à un circuit diviseur 24 dont la sortie fournit au compteur des signaux d'horloge constituant une base de temps pour celui-ci et permettant au compteur de fournir un nombre représentatif de la différence ft-f M A titre d'exemple, pour une fréquence f M de 5 M Hz, le circuit diviseur peut diviser par 500 000, afin de fournir une base de temps d'environ 0,1 s Le nombre de coups n compté en sortie du compteur 25 permet d'adresser sur un nombre de bits prédéterminé, par exemple 11 bits, une mémoire vive 26 du type RAM qui a préalablement été gar- nie d'une table donnant en sortie un nombre proportion- -16- nel à la puissance à appliquer au résonateur RM en fonction de la température d'entrée L'information nu- mérique, par exemple sur 8 bits, fournie en sortie de la mémoire 26 est convertie en tension par le convertis- seur numérique-analogique 27 dont la sortie est appliquée au circuit 28 de commande automatique de gain qui com- mande la puissance de fonctionnement de l'amplificateur 21. On donnera ci-dessous un exemple de fonctionne- ment précis appliqué à une pastille 10 de coupe AT et utilisant une mémoire RAM courante 26 de 2 K octets à adressage sur Il bits Les 2048 adresses correspon- dront à l'information en température, ce qui, sur la gamme -40 + 850 C entraîne des incréments de température de 125/2048-= 0,060 C La courbe fréquence température de la coupe AT présente une pente maximale de 0,8 10-6 /çC Un incrément de 0 060 C correspond alors au maximum à une variation relative de fréquence de 0,8 10-6 x 0,06 = 5 10-8 On pourrait, bien entendu, incrémenter plus finement dans les zones à pente im- portante et plus grossièrement lorsqu'on se rapproche des deux zones à tangente horizontale La sortie de la mémoire étant faite sur 8 bits, on dispose de 256 infor- mations différentes pour commander la puissance de la vibration métrologique et donc sa fréquence f M par effet amplitude-fréquence Pour une gamme de varia- tion relative de fréquence égale-à 2 x 8 10-6, I'incré- ment est de 2 x 8560-= 6,3 1 o-8 en variation relative de fréquence Af/f, soit 6,3 10 /5 10 = 12,6 en puissance exprimée en La stabilité de fréquence est donnée par Lf = 6,3 10-8 entre -40 QC et + 850 C Ce résultat est à peu près vingt fois meilleur que celui obtenu avec un bon oscillateur à cristal compensé en -17- température du type T C X O sur la même gamme de température - Un exemple de valeurs des fréquences f T et f est donné ci-dessous En ce qui concerne la fréquence fm, on peut choisir le standard classique de 5 M Hz. La valeur de fréquence f T dépend de la coupe utilisée pour le résonateur RT * Si l'on prend la coupe SC, qui présente un mode B très sensible à la température, il est avantageux de régler le résonateur RT de façon à obtenir f T = 5010 k Hz à 25 *C La sensibilité à la température du mode B 5 M Hz P 3 d'une coupe SC est de l'ordre de -165 Hz/ C et la variation est relativement linéaire On aura donc vers 850 C f T = 5000 k Hz et vers -400 C f T = 5020 k Hz La différence f T f M comprise donc entre O et 20 k Hz fournira après comptage une in- formation numérique N comprise entre O et 2000, donc bien adaptée à l'adressage d'une mémoire 26 telle que la mémoire RAM évoquée précédemment Il faut que la précision de cette information numérique de température soit compatible avec la résolution souhaitée (incrément de température = 0,060 C) Cette précision est liée à la sensibilité de f T à la température, soit ici en va- leur relative (rapportée à la fréquence maximale du battement f T f M) 165/20 103/-C = 8,2 10-3/OC Or, la base de temps servant d'horloge au compteur présente la même précision relative que la fréquence úM non compensée, soit 1,6 10-5 La précision absolue de mesure sur la température est donc donnée par 1,6 10-5/8,2 10-3 = 2/1000 ome de degré Cette précision est largement suffisante pour un incrément de température de 0,060 C Il est clair qu'une précision nettement plus faible suffirait ici. On voit aussi qu'avec une capacité de mémoire beaucoup plus importante on peut aussi atteindre une stabilité relative de fréquence meilleure que 2 10-9 sur la gamme -40 + 800 C. _ I 8 REVENDICATIONS 1 Oscillateur à quartz compensé en température, du type comprenant des premier et second plateaux (ll,12) en matériau diélectrique, disposés face à face et écartés l'un de l'autre et sur les faces internes ( 111,121) des- quels sont déposées respectivement une première et une deuxième électrode ( 1,2); une pastille piézoélectrique en quartz ( 10) interposée entre lesdites première et deuxième électrodes ( 1,2) sans contact avec ces dernières, taillée selon une coupe cristallographique impliquant une faible sensibilité à la température et constituant avec les première et deuxième électrodes ( 1,2) un pre- mier résonateur à quartz ( 1,10,2); et des moyens ( 21) pour appliquer aux première et deuxième électrodes ( 1,2) une puissance électrique d'excitation de la partie ac- tive de la pastille piézoélectrique ( 10) selon un mode utile choisi pour déterminer une référence de fréquence f M, caractérisé en ce que le premier plateau ( 11) est cons- titué par un cristal de quartz taillé selon une coupe cristallographique impliquant une sensibilité à la tem- pérature supérieure à celle de ladite pastille piézo- électrique en quartz ( 10), et coopère avec ladite pre- mière électrode ( 1) et une troisième électrode ( 3) dé- posée sur la face externe ( 112) du premier plateau (II) pour former un second résonateur à quartz ( 2,11,3) et en ce qu'il comprend, en outre, des moyens ( 22) pour appliquer aux première et troisième électrodes ( 1, 3) une puissance électrique d'excitation de la partie ac- tive du premier plateau ( 11) selon un mode sensible à la température, à une fréquence f Tdont la valeur est voi- sine, mais légèrement différente de la fréquence de ré- férence f M; des moyens ( 23,24,25) de comparaison pour comparer les signaux présents aux bornes des deuxième et troisième électrodes ( 2,3) et-des moyens ( 24,27,28) d'asservissement des moyens ( 21) d'application d'une 19- puissance électrique d'excitation de la partie active de la pastille piézoélectrique ( 10) du premier résona- teur en fonction du résultat de la comparaison des fré- quences f T et f M 2 Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier plateau ( 11) et la pastille piézoélectrique ( 10) sont plan-convexe, la face convexe ( 102) de la pastille piézoélectrique ( 10) étant constituée par la face située en regard de la deuxième électrode ( 2) déposée sur la face interne ( 121) du second plateau ( 12), et la face convexe ( 112) du pre- mier plateau ( 11) étant constituée par la face externe ( 112) de ce premier plateau qui porte la troisième élec- trode ( 3). 3 Oscillateur selon la revendication 1 ou reven- dication 2, caractérisé en ce que les premier et second plateaux diélectriques (ll,12) sont constitués par des cristaux de quartz de même coupe cristallographique. 4 Oscillateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une quatrième électrode ( 4) ne jouant pas de rôle électrique est déposée sur la face externe ( 122) du second plateau diélectrique ( 12). 5 Oscillateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que la pastille piézoélectrique ( 10) est constituée par un cristal de quartz taillé suivant la coupe cristallographique AT (P= o, e = 35 25 '). 6 Oscillateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier pla- teau ( 11) est constitué par un cristal de quartz taillé suivant la coupe cristallographique à double rotation SC. 7 Oscillateur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le premier plateau ( 11) est constitué - par un cristal de quartz taillé suivant une coupe dégéné- rée proche de la coupe AT et présentant un angle G voisin de 35005 '. 8 Oscillateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que la première élec- trode ( 1) comprend une couche métallique à faible pouvoir réflecteur et en ce que la surface de la face interne ( 111) du premier plateau ( 11) est rodée et non polie. 9 Oscillateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la troisième électrode ( 3) comprend une couche d'un métal à grand pouvoir réflecteur, et en ce que la surface de la face externe ( 112) du premier plateau ( 11) est polie. Oscillateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de comparaison pour comparer les signaux présents aux bornes des deuxième et troisième électrodes ( 2,3) com- prennent un circuit mélangeur ( 23) auquel sont appliqués les signaux de fréquence f M et de fréquence f T présents respectivement sur les bornes des deuxième et troisième électrodes ( 2,3), et qui délivre en sortie un signal de fréquence (f Tf M); un circuit diviseur de fréquence ( 24) recevant les signaux de référence de fréquence f M pré- sents sur la borne de la deuxième électrode ( 2) pour fournir des signaux d'horloge à une cadence prédétermi- née; et un compteur ( 25) auquel sont appliqués les signaux de fréquence f f issus du circuit mélangeur T M ( 23) et dont la base de temps est constituée par les signaux d'horloge issus du circuit diviseur ( 24). Il Oscillateur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul d'un signal de correction fonction du type de coupe cristallographique de la pastille de quartz ( 10) et de la valeur du signal issu du compteur ( 25), qui est représentative de la température du premier plateau ( 11), 21- et des moyens pour modifier, en fonction du signal de correction, la commande des moyens ( 21) d'application d'une puissance électrique d'excitation de la partie active de la pastille piézoélectrique ( 10). 12 Oscillateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de calcul d'un signal de correction comprennent une mémoire vive ( 26) munie d'une table de données donnant en sortie un nombre pro- portionnel à la puissance à appliquer au résonateur ( 10) en fonction de la température d'entrée, la mémoire vive ( 26) étant adressée par le signal issu du compteur ( 25), et en ce que lesdits moyens de modification de la com- mande des moyens ( 21) d'application d'une puissance électrique d'excitation comprennent un convertisseur nu- mérique-analogique ( 27) auquel est appliquée l'informa- tion de sortie fournie par la mémoire vive ( 26) et un circuit de contr 8 le automatique de gain ( 28) qui reçoit le signal de tension issu du convertisseur numérique- analogique ( 27) et commande la puissance de fonctionne- ment de l'amplificateur excitateur ( 21) dont la sortie est reliée à la deuxième électrode ( 2).