Brevet FR2552954A1 — publié le 19850405

COMPOSANT POUR OSCILLATEUR COMPENSE EN TEMPERATURE ET OSCILLATEUR LE COMPRENANT La présente invention a pour objet un composant pour oscillateur compensé en température ainsi qu'un oscillateur le comprenant. Dans la demande de brevet français 83.11257 déposée le 6 juillet 1983 par la Demanderesse, il a été proposé d'associer un oscillateur à résonateur piézo-électrique utilisé comme résonateur capteur à un oscillateur pilote afin d'obtenir une compensation thermique. Pour que le fonctionnement de la compensation soit correctement assuré, il faut que les résonateurs de l'oscillateur pilote et de l'oscillateur capteur soient à des températures aussi voisines que possible, c'est-à-dire soient connectés thermiquement l'un à l'autre. La présente invention a pour objet un perfectionnement à cette connexion thermique. Celui-ci consiste à disposer sous un même boîtier, éventuellement sous vide, un cristal de quartz de faible dérive thermique destiné à constituer la référence de fréquence de l'oscillateur, et un cristal de tantalate de lithium (fonctionnant en mode partiel 3) destiné à constituer, grâce à sa dérive thermique élevée, typiquement -40 10-6/OC une référence de température en vue de ladite compensation, et à donner aux deux cristaux des dimensions telles qu'ils présentent des masses calorifiques sensiblement égales. Les deux cristaux peuvent, en première approximation, présenter des volumes sensiblement égaux. Selon une variante, les deux cristaux sont superposés et sont montés chacun sur deux supports assurant leur découplage mécanique, I'un des cristaux étant de diamètre supérieur à l'autre. L'invention concerne également un oscillateur comportant un tel composant et comprenant un oscillateur pilote dont le résonateur est le cristal de quartz, ainsi qu'un oscillateur capteur thermo métrique dont l'élément sensible est consitué par ledit cristal de tantalate de lithium, et une boucle de contre-réaction pour compenser la dérive thermique de l'oscillateur de référence à l'aide des variations de fréquence de l'oscillateur thermométrique. Il peut comporter un compteur produisant en sortie une valeur numérisée de la fréquence de l'oscillateur thermométrique, une mémoire dans laquelle sont mémorisées les valeurs de la compensation à appliquer à l'oscillateur pilote pour chaque valeur donnée par le compteur, un circuit de commande recevant séquentiellement les signaux de sortie du compteur et appelant dans la mémoire la valeur de compensation correspondante, afin de la produire à sa sortie, et un convertisseur numérique-analogique recevant à son entrée ladite valeur de compensation correspondante et dont la sortie commande un circuit de déphasage de l'oscillateur pilote. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les figures qui représentent: - la figure 1, une vue en coupe d'un composant selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2, une vue en perspective du composant de la figure 1, après enlèvement du capot de son boîtier ; et - la figure 3, un mode de réalisation d'un oscillateur selon l'invention. Selon les figures 1 et 2, le composant selon l'invention est constitué par un boîtier comportant une embase 3 et un capot 4, et dans lequel sont disposés un cristal de quartz 1 à faible dérive thermique et un cristal de tantalate de lithium 2. Le cristal de quartz 1 est porté par deux supports 5 destiné à le découpler mécaniquement, et notamment à absorber les retraits thermiques différentiels entre le cristal I et l'embase 3. A la figure 2, un des supports 5 est en contact électrique avec une électrode 10 disposée sur la face supérieure du cristal 1, I'autre support étant en contact électrique avec une électrode (non visible) disposée à la face inférieure du même cristal 1. De la même façon, le cristal de tantale de lithium 2 est porté par deux supports 7, dont un est en contact avec une électrode 11 disposée à la face supérieure du cristal 2, et dont l'autre est en contact avec une électrode (non visible) disposée à la face inférieure du même cristal 2. Les supports 5 et 7 sont soudés sur l'embase 3 et sont de ce fait en contact électrique avec des picots, respectivement 6 et 8. Les cristaux 1 et 2 sont superposés et les supports 5 et 7 sont décalés angulairement de 90". Pour faciliter le montage, le cristal, ici 2, placé le plus près de l'embase 3 a un diamètre légèrement inférieur à l'autre. La compensation de température sera d'autant plus efficace que la température du cristal de tantalate de lithium 1 sera plus voisine de celle du cristal de quartz 1. Selon l'invention, on choisit les dimensions des deux cristaux de telle sorte qu'ils présentent approximAtivement la même masse calorifique. Ils suivront alors de la même façon les variations de température auxquelles sera soumis le boîtier, à savoir avec le même temps de réponse. Ceci évite d'avoir à mettre en place un pointage thermique élaboré entre les cristaux 1 et 2. En première approximation, on peut se contenter, de donner aux deux cristaux le même volume, ceci correspondant à peu près à des masses calorifiques égales. On remarquera par ailleurs qu'il faut tenir compte dans l'évaluation de la masse calorifique de chaque cristal, non seulement du cristal proprement dit, mais également des électrodes déposées sur celui-ci. Selon la figure 3, un oscillateur pilote 20 dont le résonateur est le cristal de quartz 1 à faible dérive thermique, comporte un circuit de commande de déphasage 21, par exemple une diode à capacité variable, dite Varicap, disposée de manière connue en soi. L'entrée de ce circuit reçoit un signal de compensation d'un circuit de commande 26 à travers un convertisseur numérique-analogique 27. Le signal de compensation est élaboré de la manière suivante. Un oscillateur 22 dont le résonateur est le cristal de tantalate de lithium 2 délivre à sa sortie des signaux de fréquence F1. Le cristal de tantalate de lithium 2 une dérive thermique important, sa variation relative de fréquence étant typiquement de 40 10-6/4C, ce qui permet d'utiliser l'oscillateur 22 comme capteur thermique Les signaux de frequence F1 sont appliqués à un diviseur 23 afin de diviser la fréquence dans un rapport n > , 1. Le signal de fréquence Fl/n est introduit dans un compteur 24 dont la sortie est introduite à une des entrées d'un circuit de commande 26, par exemple un micro-processeur. Une mémoire 25 mémorise en fonction de la fréquence Fl/n les valeur à appliquer au circuit de - déphasage de l'oscillateur de référence, de manière à faire varier la fréquence de 1'oscillateur pilote 20 d'une valeur telle que les dérives thermiques soient compensées. Le circuit de commande 26 lit dans le compteur 24 la valeur de la fréquence Fl/n à un instant donné, et appelle dans la mémoire 25 la valeur de compensation correspondante, et à produire à sa sortie ledit signal de compensation. La sortie S de l'oscillateur pilote Fo compensé en température est utilisée également comme base de temps du dispositif de compensation. Pour ce faire, un diviseur de fréquence 28 divise la fréquence Fo dans un rapport n' et les impulsions présentes à sa sortie sont appliquées au compteur 24, de telle sorte que celui-ci fournit à sa sortie des signaux échantionnés à la fréquence FO/n'. Le dispositif décrit ci-dessus n'est donné qu'à titre d'exemple. Il va de soi que l'on pourrait également mettre en oeuvre d'autres schémas, notamment ceux décrits dans la demande de brevet français 83.11257 précitée. R EVEN DlCATlON S 1. Composant pour oscillateur compensé en température, caractérisé en ce qu'il comporte, sous un même boîtier (3, 4), un cristal de quartz (1) de faible dérive thermique, destiné à constituer la référence de fréquence d'un oscillateur pilote (20) et un cristal de tantalate de lithium (2) utilisé en mode partiel 3 destiné à constituer, grâce à sa dérive thermique élevée, une référence de température en vue de la compensation de l'oscillateur pilote (20) et en ce que les deux cristaux (1, 2) ont des dimensions telles qu'ils présentent des masses calorifiques sensiblement égales. 2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux cristaux (1, 2) présentent des volumes sensiblement égaux. 3. Composant selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit boîtier (3, 4) est sous vide. 4. Composant selon une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les deux cristaux (1, 2) sont superposés et sont montés chacun sur deux supports (5, 7) assurant leur découplage mécanique, I'un des cristaux (1) étant de diamètre supérieur à l'autre (2). 5. Oscillateur compensé en température, caractérisé en ce qu'il comporte un composant selon l'une des revendications précédentes, en ce qu'il comporte un oscillateur pilote (20) dont le résonateur est le cristal de quartz (1), et un oscillateur capteur thermométrique (22) dont l'élément sensible est constitué par le cristal de tantalate de lithium, et une boucle de contre-réaction pour compenser la dérive thermique de l'oscillateur de référence à l'aide des variations de fréquence de l'oscillateur thermométrique. 6. Oscillateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un compteur (24) produisant en sortie une valeur numé risée de la fréquence (F1)- de loscillateur capteur thermométrique (22), une mémoire (25) dans laquelle sont mémorisées des valeurs de la compensation à appliquer à l'oscillateur pilote (20) pour chaque valeur donnée par le compteur (24), un circuit de commande (26) recevant séquentiellement les signaux de sortie du compteur (28) et appelant dans la mémoire (25) la valeur de compensation correspondante, afin de la produire à sa sortie et un convertisseur numérique-analogique (26) recevant à son entrée ladite valeur de compensation correspondante et dont la sortie commande un circuit (21) de déphasage de l'oscillateur pilote (20). 7. Oscillateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compteur (24) est associé à un diviseur de fréquence (23).