La production de pièces d'horlogerie pourvues d'un oscillateur à quartz se développe sur une grande échelle depuis l'apparition des montres-bracelets électroniques de ce genre. Ce développe ment pose de nombreux problèmes relatifs à la fabrication et au montage en grande série des constituants du module et notam ment à la fabrication des divers éléments du circuit électronique. Ainsi, l'un des premiers problèmes que les producteurs de ces modules ont rencontrés a été le problème du quartz.
II s'agissait de rationaliser les opérations e9'usinage afin d*obtenir des vibreurs ayant des dimensions déterminées avec des tolérances de fabrica tion extrêmement faibles, et cela à un prix de revient acceptable. Pour atténuer les difficultés que rencontre cette fabrication et permettre d'élargir les tolérances d'usinage des quartz, on a proposé récemment d'adjoindre au circuit électronique un correc teur ajustable qui peut être constitué en partie ou en totalité par des éléments de circuits intégrés sur le même substrat que les étages du diviseur de fréquence.
L'adjonction d'un correcteur au circuit électronique dune pièce d'horlogerie à quartz permet d'ajuster le rapport clé di%ision du diviseur de fréquence en fonction du quartz que l'on adjoint au circuit de façon que l'affichage soit piloté par un signal dont la fréquence correspond à la fréquence nominale désirée, même si la fréquence propre du quartz en différé quelque peu. Cette proposi tion permet donc d'abaisser le prix de revient des quartz en élargissant leur tolérance de fabrication. De plus, le correcteur remplace le trimer qui était de toute façon nécessaire pour l'ajus tage fin de la fréquence de l'oscillateur.
En revanche, elle com plique la disposition du circuit intégré puisque, sur lit plaquette, qui porte les diviseurs de fréquence et, dans certains cas, un élément de mise en forme des impulsions de sortie ou même des circuits de décodage. il faut encore prévoir les éléments de circuits du correcteur ajustable. L'élément d'ajustage proprement dit peut être un contacteur multiple ou, le cas échéant, une mémoire électronique.
On a constaté toutefois que l'adjonction d'un correcteur au circuit intégré d'une montre à quartz pouvait, dans certains cas. conduire à des difficultés notamment lors des contrôles des consti tuants, telles que l'avantage résultant d'un abaissement du prix du quartz pouvait se perdre entièrement. Pour montrer en quoi consiste ce problème, il convient d'exposer. sur la base d'un exemple. comment un circuit correcteur permet de régler dans une certaine plage d'ajustage le rapport de division d'une chitine de diviseurs binaires.
Considérons un système diviseur constitué de n étages divi seurs par 2 en série. Si fo est la fréquence d'entrée au niveau du premier diviseur. lu fréquence de sortie à lit tin du dernier étage sera de fo 2".
Le signal électrique de plus longue période (on admettra que celle-ci peut atteindre plusieurs secondes, voire dizaines de secondes) est le signal qui parvient à la sortie du dernier étage diviseur. Gràce au correcteur, ce signal est utilisé pour envoyer une rétroaction sur un certain nombre d'étages de lit chaîne de division, afin de modifier 1 < i période totale du système. Ainsi à chaque cycle du dernier étage. un ordre de correction est envoyé par l'intermédiaire d'un circuit approprié, sur un nombre variable de diviseurs de fréquence.
Cet ordre de correction consiste à faire faire un pas en avant à chaque diviseur qui reçoit l'ordre. Ainsi, par exemple, si un ordre de correction parvient au premier étage diviseur, celui-ci bascule dans l'état opposé et tout se passe comme s'il avait reçu une impulsion supplémentaire à l'entrée provenant de l'oscillateur. De la même manière, si l'on envoie une impulsion au deuxième étage diviseur, celui-ci change d'état et tout se passe comme s'il avait reçu une impulsion de l'étage diviseur précédent,
donc comme si deux impulsions avaient été ajoutées à l'entrée du premier diviseur. La correction effectuée sur le deuxième étage a un poids double de celle effectuée sur le premier étage, et ainsi de suite. Lii correction effectuée sur le p\ étage aura un poids de 2t' 1 par rapport au premier étage et correspondra à l'introduction de 21' 1 impulsions à l'entrée de lit chaîne de division.
La correction effectuée à chaque cycle du dernier étage de division a donc pour effet. en rajoutant un certain nombre d'impulsions. de raccourcir la période effective clé tout le système, c'est-à-dire en fait de modifier la fréquence de sortie que l'on désire ajuster à une fréquence standard.
Un exemple chiffré montre qu'en pratique il est suffisant de pouvoir ajouter des impulsions sur les 8 premiers étages: en effet, avec 20 étages binaires, une rétroaction sur l'étage le moins significatif, c'est-à-dire le premier, donne une variation de période de 2 '- , soit 0,96 x 10 6 fois la période finale. De la même manière, une rétroaction sur le huitième étage a un poids 2 ou 128 fois supérieur. La variation de lit période totale est alors de 2 1-3 fois la période finale, soit de 122 x 10<B>"</B>en variation relative.
En utilisant toutes les combinaisons possibles de rétroaction sur les étages 1 à 8, on peut varier la période résultante du système de O (aucune rétroaction) à 243 x 10 "en variation relative (2 3 # 2 2 =0).
Un circuit qui réalise cette fonction permet donc de compenser la fréquence de l'oscillateur dans des limites de 0,24 pour<B>1000</B> et il suffit que le système oscillant. quartz et oscillateur, ainsi que tous les autres éléments entrant dans la définition de la fréquence. n'introduisent pas de variations plus grandes que celles mention nées ci-dessus par rapport à la fréquence nominale, pour que le circuit remplisse les fonctions pour lesquelles il a été prévu.
Si on désire une plage de réglage plus grande. on peut, soit allonger la chaîne totale de division. soit augmenter le nombre d'étages sur lesquels les rétroactions sont faites. Lit longueur totale de la chaîne de divisions donne directement la résolution minimale. c'est-à-dire le plus petit pas de correction que l'on peut effectuer. Le nombre de rétroactions au l'étage de plus fort poids donne directement la plage maximale d'ajustage.
Ainsi, l'opération d'ajustage du rapport de division du divi seur consiste à déterminer sur lequel ou lesquels des p premiers étages du diviseur une impulsion supplémentaire doit ètre envoyée. Le circuit intégré doit don,, être équipé d'une connexion entre une oui plusieurs sorties du diviseur et les entrées des p premiers étages. De plus, il faut prévoir des moyens pour activer ou désactiver chacune de ces connexions à volonté au moment du montage.
Pour cela, on peut utiliser. comme on l'a indiqué plus haut, un contacteur multiple pourvu de p contacts de fitçon qu'au moment de l'ajustage il suffise de placer chacun des p contacts dans une position telle que seuls les étages que l'on désire activer reçoivent périodiquement l'impulsion supplémentaire.
En principe. la fabrication d'un circuit intégré comportant un circuit correcteur n'entraîne pas de grandes difficultés. Une fois que les masques nécessaires ont été établis, et que les opérations ont été programmées, la fabrication peut s'effectuer en grande série.
Toutefois, une organisation rationnelle de la fabrication nécessite, avant d'incorporer un circuit intégré à un appareil comme une pièce d'horlogerie. le contrôle du circuit intégré et ce contrôle doit porter sur toutes ses fonctions.
Dans le cas d'une pièce d'horlogerie à quartz dont le circuit intégré est muni d'un correcteur capable, par exemple, d'activer huit étages du diviseur, il convient donc de contrôler si les impulsions prises à la sortie du diviseur commandent réellement l'introduction d'une impulsion supplémentaire sur chacun des huit étages activables. De plus, la transmission simultanée des impulsions à chacun des étages activés doit également être contrôlée au moins de façon statis tique.
Or. si la période du signal à la sortie du dernier étage du diviseur est de 32 secondes, valeur qui petit avantageusement être adoptée pour lit réalisation des corrections. le contrôle de l'activa tion des huit étages activables du circuit intégré durera 256 se condes au minimum. L'appareillage permettant de vérifier le fonctionnement du circuit intégré représentant lui-même un investissement important, la durée des contrôles et leur coût par immobilisation d'un appareillage coûteux risquent de compenser la diminution du prix de fabrication du quartz, et d'annuler l'avantage qui en découle.
Le but de la présente invention est de proposer une solution à ce problème.
Dans ce but, l'invention a pour objet un circuit électronique pour pièce d'horlogerie à quartz comprenant un oscillateur à quartz, un diviseur de fréquence formé de plusieurs étages binaires reliés en série et partagé par un point de liaison situé entre deux étages en un diviseur principal et un diviseur auxiliaire, un élément de commande d'un dispositif d'affichage relié audit point de liaison et un correcteur ajustable qui renvoie des signaux fournis par le diviseur auxiliaire à au moins un étage du diviseur principal, au moins une partie du correcteur et les diviseurs étant intégrés sur un même substrat,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre une connexion de shuntage d'une partie desdits étages, intégrée au substrat et une borne de sortie reliée à ladite connexion de manière que les signaux passent dans les étages shuntés ou les sautent selon la polarité de ladite borne de sortie.
On va décrire ci-après. à titre d'exemple, une forme d'exécu tion de l'objet de l'invention en se référant au dessin dont: la fig. I est un schéma bloc du circuit électronique d'une montre-bracelet à quartz, et la fig. 2 un schéma plus détaillé d'une connexion d'aiguillage faisant partie de ce circuit.
On voit en I le substrat d'un circuit intégré qui comporte un oscillateur O, une chaîne de diviseurs DI à D20 dont les huit premiers étages sont des diviseurs activables. L'élément de circuit désigné par CO est un élément de commande qui met en forme les signaux recueillis à la sortie du 16e diviseur et qui fournit des signaux de sortie sur des bornes destinées à être reliées à un moteur M entraînant le rouage et les aiguilles de la montre.
La plaquette I porte en outre un élément de circuit qui comporte une bascule JK et qui est connecté à des entrées supplémentaires que présentent les huit diviseurs activables I)I à DH. La sortie du diviseur DI est connectée à la bascule JK et chacun des huit diviseurs activables présente en outre une entrée auxiliaire connec tée à une borne externe, ces bornes étant désignées par Bl, B2, etc_ au dessin.
Le circuit I présente des bornes pour les connexions au moteur, au quartz, à la pile et à un contacteur multiple CM. les bornes connectées au contacteur CM sont les bornes BI à<B>88.</B> Elles permettent de relier l'entrée auxiliaire de chacun des divi seurs D1 à D8 individuellement au pôle + ou au pôle de la pile, selon les positions de chacune des connexions 2. Ainsi, les divi seurs dont l'entrée auxiliaire est connectée au pôle positif sont activés.
Les étages activés jouent le rôle d'étages correcteurs et chaque fois qu'un signal est émis à la sortie de la bascule J K, ce signal est transmis sous forme d'un signât d'entrée supplémentaire aux étages correcteurs qui effectuent un basculement supplémen taire. La liaison 5 entre la sortie de l'étage DI et la bascule JK est destinée à ramener cette bascule dans son état initial immédiate ment après la réception d'un signal d'entrée provenant du divi seur D20.
Quant à la liaison 6 établie entre l'un des étages acti- vables et l'élément de commande CO, elle permet de calibrer les impulsions fournies au moteur.
Dans le cas décrit, on utilise 20 étages qui forment un diviseur principal ayant par exemple 16 étages et un diviseur auxiliaire ayant 4 étages. Ceux-ci donnent à la chaîne une longueur suffi sante pour obtenir la résolution nécessaire. Le signal qui sort pour être utilisé comme fréquence de référence, au point de liaison entre le 16e et le 17\, donne en fait des impulsions irrégulièrement espacées. Prenons l'exemple d'une fréquence d'entrée de 65536 Hz (2t6Hz), la fréquence de sortie après le 20\ étage est de 1,16 de Hz, c'est-à-dire que la période du signal de correction est de 16 se condes. La fréquence de sortie après le 16\ étage est de 1 Hz.
Rappelons qu'un ordre de correction vient une fois toutes les 16 secondes. Ce qu'on verrait effectivement, si l'on pouvait mesu rer l'espace entre chaque impulsion qui sort au 16\ étage, serait <B>15</B> intervalles à peine plus grands qu'une seconde et un 16\ inter valle plus court qu'une seconde, afin que la période totale des 16 impulsions soit exactement de 16 secondes.
En fait, ces différences sont négligeables, puisque bien infé rieures au pour<B>1000,</B> donc elles n'affectent en rien le système que l'on se propose de commander par ce circuit. Finalement, n'importe quelle tranche de 16 impulsions sera donc d'exacte ment 16 secondes, alors que toute tranche inférieure à<B>16</B> impul sions, par exemple 10 impulsions, sera voisine de 10 secondes.
Le nombre d'étages diviseurs est en principe de vingt si l'on veut assurer une plage de réglage suffisante en même temps qu'une bonne résolution. On peut bien entendu modifier à volonté le nombre d'étages selon les critères qu'on s'impose.
Des pas de correction plus grands permettent de supprimer des rétroactions sur les premiers étages et donc en général de diminuer la longueur de la chaîne.
Une plage de réglage plus petite permet également de suppri mer des rétroactions, sur les derniers étages (ici les 8\ et 7\, etc.). L'effet d'une rétroaction ne dépend que de sa place par rapport au dernier étage d'où provient l'ordre de correction.
Le nombre d'étages sur lesquels on peut intervenir donne directement le rapport entre la plus petite correction et la correc tion maximale.
Dans le circuit de la fig. 1, l'oscillateur à quartz peut aussi être intégré, et cela par exemple des deux manières suivantes: 1) Un étage inverseur, avec deux condensateurs (de sortie et d'entrée) assurant le déphasage nécessaire au signal électrique pour que les conditions d'oscillation soient réunies. II faut encore une résistance de contre-réaction pour garantir le démarrage du système.
2) Deux étages inverseurs avec la ou les résistances de contre-réaction permettant de garantir le démarrage du système. Dans le correcteur, l'ordre de correction est fabriqué d'une manière simple à partir du dernier étage, et disponible à la fois sur tous les étages corrigibles. Le dessin donne un exemple de la manière dont on peut créer ce signal de correction. Une bascule lip-flop du type JK bien connu des électroniciens reçoit le signal 3 de sortie du dernier diviseur qui la fait basculer; ce signal se présente toutes les 8, 16, 32 secondes selon le système choisi.
Lorsque la bascule JK change d'état sous l'effet du signal. un ordre de basculement est transmis indifféremment à tous les diviseurs du début de la chaîne. Certains de ces étages sont activés (par exemple Dl, D2), d'autres sont insensibles (D3 à D8) selon la position respective du contact 2. Le potentiel auquel est porté chaque contact 2 bloque ou laisse passer le signal de correction par le blocage d'une porte, par exemple une simple porte à deux entrées.
Dans l'exemple choisi, l'inverse du signal de correction 4 est utilisé conjointement avec le signal 5 provenant du premier étage diviseur, pour faire rebasculer le flip-flop JK. Ainsi, la séquence de comptage recommence sans perturbation jusqu'à l'apparition du prochain ordre de correction.
Le signal de sortie utilisé pour commander l'amplificateur final CO peut être pris à volonté à n'importe quel niveau de la chaîne de division. Dans le circuit décrit, la fréquence de sottie utilisée se prend du 15\ au 20\ étage. Pour cela, une connexion externe 7 peut être placée à volonté entre le circuit CO et la sottie de l'un quelconque des étages D17 à D20.
Lorsque l'amplificateur de sortie doit délivrer des impulsions de largeur calibrée, on peut déterminer celle-ci par la remise à zéro d'une bascule de cet amplificateur un certain temps après l'arrivée du signal d'entrée reçu par CO.
Ce temps est fixé par le point d'où provient le signal 6 de remise à zéro, et peut engendrer des largeurs d'impulsions de 62,5 tns, 32,25 ms ou toute valeur dans un rapport de 1 à 2 par rapport à celles-ci. On peut égale ment obtenir ces largeurs dans un assemblage judicieux de portes logiques groupées pour effectuer le produit de signaux électriques. Lorsqu'on remplace l'assemblage de portes mentionné ci-dessus par un système à bascule où l'apparition de l'impulsion de sottie est remise périodiquement à zéro comme indiqué plus haut, par le signal 6,
ce dispositif de mise en forme et d'amplification des impulsions comporte en lui-même un diviseur par deux. I1 faut donc en tenir compte dans le nombre total des étages de la chaîne de division.
II se peut que, pour des questions de vitesse limite des circuits compteurs, l'ordre de correction 4 arrivant sur le premier étage soit trop déphasé, en retard, par rapport au signal 5. On peut alors tourner la difficulté en n'effectuant des corrections qu'à partir du deuxième étage du diviseur. II faut, dans ce cas, ajouter un étage à la fin de la chaîne de diviseurs si l'on veut conserver les mêmes caractéristiques au système.
En cours de montage du circuit. lorsqu'il s'agit de contrôler son fonctionnement correct, il est intéressant d'accélérer le rythme des corrections, afin d'observer les rétroactions ou ordres de correction plusieurs dizaines de fois par seconde. Pour ce faire, le circuit décrit est agencé de façon à permettre de raccourcir artifi ciellement la chaîne de division en sautant un certain nombre d'étages.
Le circuit intégré 1 présente une connexion de shun- tage S qui permet de réaliser l'aiguillage des signaux électriques. La connexion de shuntage S est entièrement intégrée au subs trat 1. Elle est intercalée entre les étages Dl9 et D20 du diviseur. Ainsi, la sortie de l'étage D19 est connectée à une des entrées d'une porte S 1 dont l'autre entrée est connectée à travers une porte inverseuse S2 à une borne de sortie B9.
La sortie de la porte SI est reliée à l'une des entrées d'une porte S3 dont la sortie est reliée à l'entrée du diviseur D20. La seconde entrée de la porte S3 est reliée à la sortie d'une porte S4 dont l'une des entrées est reliée à la borne B9 tandis que l'autre entrée est reliée à une prise d'aiguillage située entre le premier diviseur non activable D9 qui fait suite immédiatement au dernier diviseur activable,
et le diviseur suivant DIO. L'agencement des portes est tel que si la borne B9 est à l'état logique zéro, les signaux sortant du divi seur Df9 sont transmis au diviseur D20 et les signaux pris au niveau de l'étage D9 sont bloqués par la porte S4. En revanche, si la borne B9 est à l'état logique 1, ce sont les signaux pris entre les diviseurs D9 et<B>1) 10</B> qui sont transmis par les portes S4 et 53 au diviseur D20 tandis que les signaux provenant du diviseur D19 sont bloqués par la porte S1.
Un signal pris après le dernier étage corrigible (ici après le 9\ étage, le dernier étage corrigible étant le 8\) est réinjecté avant le dernier étage. Selon la polarité appliquée à la borne de sortie de cette connexion, le signal transmis au 20\ étage provient du<B>19'</B> ou du<B>9'</B> étage. En shuntant 10 étages, on multiplie la fréquence des corrections par 1024. Dans le cas décrit et avec un quartz de 131 kHz comme oscillateur (2i' Hz), la périodicité des ordres de correction passe de 8 s à 1 128 s = 7.8 ms.
Dans notre exemple, les nombres de 8 et 20 étages sont opti- malisés pour donner une résolution et une plage de réglage suffi santes tout en minimisant le nombre de contacts extérieurs. Un autre avantage est de réaliser les fonctions désirées avec un nombre minimal d'éléments à intégrer.
Le choix du niveau de sortie (numéro de l'étage) peut se faire soit au moment du dessin du masque de métallisation, soit par la connexion externe 7 entre deux points du circuit intégré.
II peut également être utile de réserver une sortie pour prélever l'ordre de correction, mai, le circuit intégré est alors plus com pliqué et il y d lieu. dans chaque cas. de juger du meilleur compro mis.
On peut enfin prévoir un système d'arrêt et de remise à zéro des compteurs. Les grands avantages du circuit décrit sont les suivants, à part le fait qu'il peut être intégré par des moyens classiques: il permet de supprimer un condensateur variable, élément toujours à la merci de déréglage ou vieillissement, il permet d'effectuer des corrections de réglage avec une précision mathématique, le contrôle du circuit intégré peut être effectué très rapidement.
II suffit de connecter la borne B9 à une source au niveau logique t et toutes les fonctions peuvent être vérifiées à un rythme rapide, ce qui n'immobilise l'appareillage de contrôle que pendant peu de temps.