CH705679A2 - Circuit d'autorégulation de la fréquence d'oscillation d'un système mécanique oscillant, et dispositif le comprenant. - Google Patents
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Abstract
Le circuit d’autorégulation (10) permet de réguler la fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant, tel qu’un balancier ayant un ressort spiral. Un élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23) est monté sur le ressort spiral en oscillation pour générer une tension alternative (V P ). Le circuit d’autorégulation est relié à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif pour d’une part redresser la tension alternative (V P ) générée par l’élément piézoélectrique ou à polymère actif, et réguler la fréquence de la tension alternative. La tension redressée est stockée sur un condensateur (Cc) pour alimenter le circuit d’autorégulation. Le circuit d’autorégulation comprend encore un étage oscillateur (15) relié à un résonateur MEMS (16) pour fournir un signal de référence (V R ), des moyens de comparaison (12, 13, 14, 17) pour comparer la fréquence de la tension alternative (V P ) avec la fréquence du signal de référence (V R ), et une unité d’adaptation de fréquence (18) reliée à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23) pour fournir un signal d’adaptation de fréquence (V A ) à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif sur la base du résultat de la comparaison dans les moyens de comparaison (12, 13, 14, 17), afin de réguler la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant. Tous les composants électroniques du circuit d’autorégulation sont regroupés pour ne former qu’un unique module électronique.
Description
[0001] L’invention concerne un circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant.
[0002] L’invention concerne également un dispositif comprenant le système mécanique oscillant et le circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant.
[0003] Dans le domaine de l’horlogerie, le système mécanique oscillant peut être un balancier sur lequel est monté un ressort spiral, dont une extrémité est fixée à l’axe de rotation du balancier et l’autre extrémité est fixée sur un élément fixe d’une platine. Le système mécanique est maintenu en oscillation par l’intermédiaire d’une source d’énergie généralement mécanique. Cette source d’énergie peut être par exemple un barillet entraînant un train d’engrenages avec une roue d’échappement coopérant avec une ancre. Cette ancre rotative actionne par exemple une cheville fixée à proximité de l’axe de rotation du balancier. Le balancier avec le ressort spiral peut ainsi former un organe régulateur d’un mouvement d’horlogerie. Cet organe régulateur oscillant détermine la vitesse d’entraînement du train d’engrenages avec la roue d’échappement conduisant aux aiguilles d’indication de l’heure.
[0004] De manière à précisément régler la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant, il peut être prévu d’adapter la longueur du ressort ou également ajouter ou retirer une masse sur la partie circulaire extérieure du balancier. Cependant dans le cas d’une montre-bracelet, tous ces éléments supplémentaires de réglage occupent une place non négligeable à l’intérieur de la boîte de montre, et occasionne un temps de fabrication de la montre et un coût relativement élevés. Cela constitue donc des inconvénients.
[0005] Dans une montre mécanique ou électro-mécanique, il est connu de réguler la vitesse de rotation d’une génératrice électrique reliée au barillet à ressort sous forme de spirale pour l’entraînement mécanique des aiguilles de la montre par l’intermédiaire d’un train d’engrenages. La génératrice électrique génère une tension alternative, qui est redressée au moyen d’un redresseur d’un circuit électronique de régulation. Ce circuit de régulation a pour tâche d’asservir la vitesse de rotation de la génératrice pour pouvoir déplacer les aiguilles d’indication de l’heure en fonction d’une indication correcte de l’heure courante. Un transistor du circuit de régulation peut permettre de court-circuiter par périodes temporelles déterminées, la génératrice afin de la freiner et ainsi réguler la vitesse de rotation. A ce titre, on peut citer les demandes de brevet EP 0 762 243 A1 ou EP 0 822 470 A1, qui décrivent une telle montre munie de ce circuit de régulation.
[0006] La génératrice électrique susmentionnée comprend des aimants permanents en rotation et une bobine en regard des aimants, susceptible de fournir une tension induite alternative. La réalisation d’une telle génératrice et du circuit de régulation peut s’avérer compliquée. Il doit également être prévu un grand nombre d’éléments pour concevoir ladite génératrice avec le circuit de régulation. De plus, le champ magnétique des aimants en rotation peut induire des effets parasites à certaines parties ferromagnétiques voisines. Cela constitue donc plusieurs inconvénients.
[0007] En lieu et place d’une génératrice électrique composée d’aimants permanents en rotation et d’une bobine générant une tension induite alternative, il a déjà été proposé dans le brevet FR 2.119.482 de munir un système mécanique oscillant d’un élément piézoélectrique. Cet élément piézoélectrique est de préférence disposé sur un ressort spiral relié à un balancier. Pour ce faire, il est précisé le dépôt de pellicules de matière piézoélectrique (PZT) sur la majeure partie de la longueur du ressort et sur une face intérieure et une face extérieure dudit ressort métallique. Un convertisseur de tension permet de fournir une tension alternative à l’élément piézoélectrique pour générer alternativement une force de compression et une force d’extension au ressort afin de régler l’oscillation du balancier relié au ressort spiral. Cependant dans ce document de brevet, il n’est nullement fait mention de la régulation de la fréquence d’oscillation du balancier avec le ressort spiral au moyen d’un circuit d’autorégulation, ce qui est un désavantage.
[0008] Le réglage de la fréquence d’oscillation d’un balancier combiné à un ressort spiral piézoélectrique en tant que générateur de tension alternative est connu de la demande de brevet JP 2002-228 774. La tension alternative est redressée dans un redresseur qui comprend au moins deux diodes et des transistors FET commandés par le circuit électronique de réglage. La tension redressée est stockée sur au moins un condensateur de stockage de la tension d’alimentation. Le circuit électronique peut être alimenté directement par la tension alternative du générateur, qui a été redressée et stockée sur le condensateur. Le générateur piézoélectrique est du type bimétal (PZT). Pour le réglage de la fréquence d’oscillation, il est effectué une comparaison entre un signal à fréquence de référence fourni par un circuit à oscillateur à quartz, et le signal alternatif du générateur. Le circuit électronique proposé ne permet pas de concevoir un système mécanique oscillant avec le circuit de régulation de manière très compacte et simple à réaliser, ce qui constitue un inconvénient.
[0009] L’invention a donc pour but de fournir un circuit d’autorégulation compact pour pouvoir réguler précisément la fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant, avec un nombre restreint de composants et pour pallier aux inconvénients susmentionnés de l’état de la technique.
[0010] A cet effet, l’invention concerne un circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant, qui comprend les caractéristiques mentionnées dans la revendication indépendante 1.
[0011] Des formes particulières du circuit d’autorégulation sont définies dans les revendications dépendantes 2 à 11.
[0012] Un avantage d’un tel circuit d’autorégulation selon l’invention réside dans le fait qu’il peut être réalisé sous la forme d’un unique module électronique, qui peut être relié directement ou par l’intermédiaire de deux fils électriques à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif disposé sur le système mécanique oscillant. Ce système mécanique oscillant peut être de préférence un balancier sur lequel est disposé un ressort spiral, qui comprend l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif.
[0013] Avantageusement, le circuit d’autorégulation comprend un étage oscillateur relié à un résonateur du type MEMS, qui peut être placé ou réalisé sur, à côté ou dans le même substrat d’intégration des autres composants dudit circuit d’autorégulation. De cette manière, le circuit d’autorégulation avec tous ces composants ne constitue qu’un unique composant compact. Cela permet de réduire considérablement la dimension du système mécanique oscillant avec son circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation, afin de pouvoir le monter avantageusement dans une montre-bracelet mécanique.
[0014] Avantageusement, le circuit d’autorégulation permet d’appliquer une tension d’adaptation pour générer une force de compression ou d’extension continuelle ou par périodes temporelles déterminées à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif. Ceci permet de réguler la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant. A ce titre, une comparaison entre une fréquence d’un signal de référence généré par l’intermédiaire de l’étage oscillateur et la fréquence de la tension alternative générée par l’élément piézoélectrique ou par l’élément à polymère électroactif est effectuée.
[0015] A cet effet, l’invention concerne également un dispositif comprenant le système mécanique oscillant et le circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant, qui comprend les caractéristiques définies dans la revendication indépendante 12.
[0016] Des formes particulières du dispositif sont définies dans les revendications dépendantes 13 à 16.
[0017] Les buts, avantages et caractéristiques du circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant, et le dispositif le comprenant, apparaîtront mieux dans la description suivante sur la base d’au moins une forme d’exécution non limitative illustrée par les dessins sur lesquels:
<tb>la fig. 1<sep>représente de manière simplifiée un dispositif, qui comprend un système mécanique oscillant et un circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant selon l’invention,
<tb>la fig. 2<sep>représente une portion d’un ressort spiral du système mécanique oscillant, qui comprend un élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif du dispositif selon l’invention, et
<tb>la fig. 3<sep>représente un schéma bloc simplifié des composants électroniques du circuit d’autorégulation selon l’invention, qui est relié à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif du système mécanique oscillant.
[0018] Dans la description suivante, tous les composants électroniques du circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant, qui sont bien connus d’un homme du métier dans ce domaine technique, ne sont décrits que de manière simplifiée. Comme décrit ci-après, le circuit d’autorégulation est principalement utilisé pour réguler la fréquence d’oscillation d’un balancier sur lequel est monté un ressort spiral à élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif. Toutefois d’autres systèmes mécaniques oscillants peuvent aussi être envisagés, par exemple un système acoustique comme un diapason, mais dans la suite de la description, il ne sera fait référence qu’à un système mécanique oscillant sous la forme d’un balancier avec le ressort spiral à élément piézoélectrique ou à élément à polymère électro-actif (EAP).
[0019] La fig. 1 représente un dispositif 1, qui comprend un système mécanique oscillant 2, 3 et un circuit d’autorégulation 10 de la fréquence d’oscillation fosc du système mécanique oscillant. Dans une montre mécanique, le système mécanique oscillant peut comprendre un balancier 2, qui est formé d’un anneau métallique relié par exemple par trois bras 5 à un axe de rotation 6, et un ressort spiral 3, sur lequel est disposé un élément piézoélectrique ou un élément à polymère électro-actif expliqué brièvement ci-après. Une première extrémité 3a du ressort spiral 3 est maintenue fixe par un piton 4 d’un pont de balancier (non représenté). Ce pont de balancier est fixé à la platine (non représentée) du mouvement de la montre. Une seconde extrémité 3b du ressort spiral 3 est fixée directement sur l’axe de rotation 6 du balancier.
[0020] Le balancier 2 avec son ressort spiral 3 est maintenu en oscillation par l’intermédiaire d’une source d’énergie (non représentée), qui peut être électrique, mais de préférence mécanique. Cette source d’énergie mécanique peut être un barillet, qui entraîne traditionnellement un train d’engrenages avec une roue d’échappement coopérant avec une ancre. Cette ancre rotative actionne par exemple une cheville fixée à proximité de l’axe de rotation du balancier. Le balancier avec le ressort spiral peut ainsi former un organe régulateur d’un mouvement d’horlogerie.
[0021] Comme représenté en partie à la fig. 2, le ressort spiral 3 est réalisé de manière connue au moyen d’un fil ou bande métallique d’épaisseur généralement inférieure à 0.3 mm, par exemple de l’ordre de 0.025 à 0.045 mm. Avant d’enrouler à chaud de préférence la bande métallique 24 sous la forme d’un spiral avec les spires espacées l’une de l’autre, au moins une couche piézoélectrique ou polymère électro-active 23 est déposée sur une des faces de la bande métallique 24. Cette couche piézoélectrique peut être composée par exemple d’oxyde de titane d’une épaisseur de préférence inférieure à 0.1 mm. Il peut aussi être prévu de déposer une première couche piézoélectrique ou polymère électro-active 23 sur une face désignée face extérieure et une seconde couche piézoélectrique ou polymère électro-active 23 ́ sur une autre face désignée face intérieure. Lors de l’enroulement de la bande métallique avec les couches piézoélectriques ou polymères électro-actives 23, 23 ́, la face intérieure est celle en regard de l’axe de rotation du balancier, alors que la face extérieure est opposée à la face intérieure.
[0022] De préférence, les couches piézoélectriques ou polymères électro-actives 23, 23 ́ sont déposées sur toute la longueur de la bande métallique 24, mais il peut aussi être envisagé qu’uniquement une portion de la bande est recouverte par une ou plusieurs couches piézoélectriques ou polymères électro-actives. il peut même aussi être envisagé que la bande est réalisée intégralement dans un matériau piézoélectrique ou dans un matériau polymère électro-actif par exemple de section transversale circulaire ou rectangulaire.
[0023] Lors de l’oscillation du balancier 2 avec le ressort spiral 3, une force de compression ou une force d’extension est appliquée alternativement aux couches piézoélectriques ou polymères électro-actives, qui génèrent ainsi une tension alternative. La fréquence d’oscillation du balancier 2 avec le ressort spiral 3 peut être située entre 3 et 10 Hz. Le circuit d’autorégulation 10 est donc relié électriquement aux deux couches piézoélectriques ou polymères électro-actives pour recevoir cette tension alternative. Ce circuit d’autorégulation peut être relié directement ou par l’intermédiaire de deux fils métalliques à deux bornes des couches piézoélectriques ou polymères électro-actives.
[0024] La fig. 3 représente les différents éléments électroniques du circuit d’autorégulation 10 pour pouvoir réguler la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant. Le circuit d’autorégulation 10 est relié à deux bornes de l’élément piézoélectrique ou l’élément à polymère électro-actif 23, qui est placé sur le ressort spiral du système mécanique oscillant, tel que le balancier. Le circuit d’autorégulation 10 est en mesure de redresser la tension alternative VP reçue de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif 23 par l’intermédiaire d’un redresseur 11 traditionnel. La tension redressée de la tension alternative VP est stockée sur un condensateur Cc. Cette tension redressée entre les bornes VDDet VSS du condensateur Cc peut être suffisante pour alimenter tous les éléments électroniques du circuit d’autorégulation sans l’aide d’une source de tension supplémentaire comme une batterie.
[0025] Le circuit d’autorégulation 10 comprend un étage oscillateur 15 connecté à un résonateur du type MEMS 16. Le circuit oscillant de l’étage oscillateur avec le résonateur MEMS fournit un signal oscillant, qui peut être d’une fréquence inférieure à 500 kHz, par exemple de l’ordre de 200 kHz. Ainsi l’étage oscillateur 15 peut fournir de préférence un signal de référence VR, dont la fréquence peut être égale à la fréquence du signal oscillant du circuit oscillateur.
[0026] Il peut aussi être envisagé que l’étage oscillateur comprenne au moins un diviseur de fréquence pour diviser la fréquence du signal oscillant, afin de fournir un signal de référence VR à fréquence divisée par rapport à la fréquence du signal oscillant. Dans ce cas, la fréquence du signal de référence VR peut être de l’ordre de la fréquence de la tension alternative VP générée par l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif.
[0027] Le résonateur MEMS peut être réalisé dans un substrat silicium monolithique épais du type SOI. Ce même substrat peut également servir pour réaliser l’intégration de tous les autres composants du circuit d’autorégulation 10. Pour ce faire, il peut être déposé sur le substrat épais SOI, une autre couche de SOI fin pour intégrer les autres composants électroniques. Ainsi le circuit d’autorégulation peut constituer un unique module électronique compact pour la régulation de la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant. Le circuit d’autorégulation réalisé peut également être encapsulé de manière traditionnelle dans un matériau plastique opaque. Cela permet de réduire les interconnexions avec d’autres éléments externes et également de réduire la consommation électrique.
[0028] Il est à noter qu’il peut aussi être envisagé de réaliser le résonateur MEMS dans un premier substrat silicium monolithique. Le résonateur MEMS peut être placé sur ou à côté d’un second substrat silicium monolithique d’intégration des autres composants du circuit d’autorégulation. Les deux substrats sont encapsulés dans un matériau plastique opaque traditionnel pour former un unique module compact.
[0029] Pour pouvoir réguler la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant, une comparaison doit être effectuée dans le circuit d’autorégulation 10 entre la tension alternative VP et le signal de référence VR. Pour ce faire, le circuit d’autorégulation 10 comprend des moyens de comparaison 12, 13, 14, 17 pour comparer la fréquence de la tension alternative VP avec la fréquence du signal de référence VR. Dans le cas où la fréquence du signal de référence correspond à la fréquence du circuit oscillant de l’étage oscillateur 15, c’est-à-dire à une fréquence de l’ordre de 200 kHz, les moyens de comparaison doivent être conçus de telle manière à tenir compte de l’écart important de fréquence entre la tension alternative VPet le signal de référence VR.
[0030] Les moyens de comparaison sont constitués tout d’abord d’un premier compteur d’alternances 12, qui reçoit en entrée la tension alternative VP de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif, et qui fournit un premier signal de comptage NP à une unité de traitement à processeur 17. Les moyens de comparaison comprennent encore un second compteur d’alternances 14, qui reçoit en entrée le signal de référence VR, et qui fournit un second signal de comptage NR à l’unité de traitement à processeur 17.
[0031] Pour tenir compte de l’écart de fréquence entre la tension alternative VP et le signal de référence VR, il est prévu encore une fenêtre de mesure 13 disposée entre le premier compteur d’alternances 12 et le second compteur d’alternances 14. Cette fenêtre de mesure 13 détermine le temps de comptage du second compteur d’alternances 14. L’unité de traitement à processeur 17 fournit des paramètres de configuration à la fenêtre de mesure 13 pour déterminer le temps de comptage pour le second compteur d’alternances. Ces paramètres de configuration sont mémorisés dans une mémoire non représentée dans l’unité de traitement à processeur. Ces paramètres de configuration peuvent être différents selon qu’il s’agisse d’une montre pour dame ou d’une montre pour homme. Les différentes opérations traitées dans l’unité de traitement à processeur 17 peuvent être contrôlées par un signal d’horloge fourni par exemple par le circuit oscillant de l’étage oscillateur 15.
[0032] Le temps de comptage du second compteur d’alternances 14 est adapté proportionnellement au temps de comptage d’un certain nombre déterminé d’alternances comptées par le premier compteur d’alternances dans le premier signal de comptage NP. L’unité de traitement à processeur peut éventuellement commander aussi le premier compteur d’alternances 12 pour définir le début et la fin d’une période de comptage. Cependant il peut aussi être envisagé que le premier compteur d’alternances 12 fournisse une information du début et de la fin d’un nombre déterminé d’alternances comptées à l’unité de traitement à processeur. S’il est prévu de compter par exemple 200 alternances dans le premier compteur d’alternances, la fenêtre de mesure 13 est configurée pour que le second compteur d’alternances 14 compte un nombre d’alternances du signal de référence VR pendant une durée à peu près 5000 fois inférieure. Cette durée peut être dépendante aussi du temps de comptage par exemple des 200 alternances du premier compteur d’alternances. Cela permet de réduire la consommation électrique du circuit d’autorégulation.
[0033] Le début de comptage commandé par la fenêtre de mesure 13 peut être déterminé par le premier compteur d’alternances 12, mais peut aussi de préférence être commandé directement par l’unité de traitement à processeur 17. L’unité de traitement à processeur peut recevoir tout d’abord le premier signal de comptage NP relatif à un premier nombre déterminé d’alternances comptées de la tension alternative VPdans un premier intervalle de temps. Ce premier signal de comptage est mémorisé par exemple dans un registre de l’unité de traitement à processeur. Par la suite, l’unité de traitement à processeur peut recevoir le second signal de comptage Nr relatif à un second nombre d’alternances comptées dans le second compteur d’alternances 14 dans un second intervalle de temps commandé par la fenêtre de mesure 13. Ce second signal de comptage NR peut aussi être mémorisé dans un autre registre de l’unité de traitement à processeur. Finalement une comparaison des deux signaux de comptage est effectuée dans l’unité de traitement à processeur pour déterminer si la fréquence de la tension alternative VP est trop élevée ou trop basse par rapport proportionnellement à la fréquence du signal de référence.
[0034] Sur la base de la comparaison effectuée entre les deux signaux de comptage NP et NR dans l’unité de traitement à processeur, ladite unité de traitement à processeur commande une unité d’adaptation de fréquence 18, dont la sortie est reliée aux bornes de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif 23. Cette unité d’adaptation de fréquence 18 peut être prévue pour fournir un signal d’adaptation de fréquence, qui est une tension continue VA, dont le niveau est fonction de la différence entre les deux signaux de comptage communiquée par l’unité de traitement à processeur. Un réseau commutable de condensateurs ou de résistances peut être prévu à cet effet. Il peut être fourni une valeur de tension continue par l’intermédiaire d’un suiveur de tension de l’unité d’adaptation 18 à une des bornes de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif 23 ou à l’autre borne de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif. Cela permet ainsi d’induire une certaine force sur l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif pour freiner ou accélérer l’oscillation du système mécanique oscillant en fonction de la comparaison des deux signaux de comptage.
[0035] La tension continue d’une certaine valeur VA peut être fournie par l’unité d’adaptation de fréquence 18 par périodes temporelles déterminées, ce qui peut être programmé dans l’unité de traitement à processeur. Il peut aussi être prévu que plusieurs composants électroniques du circuit d’autorégulation ne soient enclenchés que dans des intervalles temporels déterminés par économie d’énergie. Par exemple, la fenêtre de mesure 13, le second compteur d’alternances 14, l’étage oscillateur 15 relié au résonateur MEMS 16 et une partie de l’unité de traitement à processeur 17 peuvent être laissés dans un mode de repos et enclenchés par intervalles temporels déterminés pour effectuer la régulation de la fréquence d’oscillation. Le premier compteur d’alternances 12 qui fonctionne à très basse fréquence, peut par contre être enclenché en continu et servir à commander l’enclenchement des autres parties du circuit d’autorégulation 10 après un certain nombre d’alternances comptées de la tension alternative VP.
[0036] Si la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant a été adaptée, il peut être prévu de prolonger le temps de mise au repos notamment de l’étage oscillateur 15. La plupart des composants électroniques au repos du circuit d’autorégulation peuvent dans ces conditions être enclenchés par exemple chaque minute, ce qui permet de fortement réduire la consommation électrique du circuit d’autorégulation. Dans ces conditions, le condensateur Ce, qui stocke une tension redressée d’alimentation, ne se décharge que fort peu, car uniquement une utilisation ponctuelle plus importante d’énergie intervient lors de (a comparaison de fréquence du signal de référence VR et de la tension alternative VP.
[0037] Le circuit d’autorégulation 10 peut comprendre également des éléments de compensation thermique bien connus, ainsi qu’une unité de remise à zéro à chaque enclenchement du circuit d’autorégulation 10. Tous les composants électroniques du circuit d’autorégulation, ainsi que le résonateur MEMS 16 et le condensateur Ce font partie d’un même module électronique compact. Tous ces composants électroniques peuvent être intégrés avantageusement dans un même substrat silicium monolithique, ce qui permet de n’avoir qu’un seul module électronique autoalimenté pour la régulation de fréquence du système mécanique oscillant.
[0038] Dans le cas où l’étage oscillateur 15 fournit un signal de référence VR à fréquence divisée correspondant à une fréquence désirée de la tension alternative VPde l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif 23, le temps de comptage du second compteur d’alternances 14 peut être directement commandé par le premier compteur d’alternances 12. Le nombre d’alternances NP de la tension alternative VP peut être directement comparé dans l’unité de traitement à processeur 17 avec le nombre d’alternances comptées NR dans le second compteur d’alternances 14.
[0039] A partir de la description qui vient d’être faite, plusieurs variantes du circuit d’autorégulation de la fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant, ainsi que du dispositif le comprenant peuvent être conçues par l’homme du métier sans sortir du cadre de l’invention définie par les revendications. Le système mécanique oscillant peut être un système acoustique. Il peut être prévu d’adapter la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant en plaçant un certain nombre de condensateurs en parallèle avec l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif sur la base de la comparaison de fréquence de la tension alternative et du signal de référence. Il peut être envisagé de déposer sur le ressort spiral une couche composite métal-ion pour servir dans un but équivalent à l’élément piézoélectrique.
Claims (16)
1. Circuit d’autorégulation (10) d’une fréquence d’oscillation d’un système mécanique oscillant (2, 3), le système mécanique comprenant un élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23) susceptible de générer une tension alternative (VP) suite à l’oscillation du système mécanique, le circuit d’autorégulation étant destiné à être relié à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif pour adapter la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant, le circuit d’autorégulation comprenant:
- un redresseur (11) pour redresser la tension alternative (VP) générée par l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif et pour stocker la tension redressée sur au moins un condensateur (Ce) pour pouvoir alimenter en électricité le circuit d’autorégulation,
- un étage oscillateur (15) pour fournir un signal de référence (VR),
- des moyens de comparaison (12, 13, 14, 17) pour comparer la fréquence de la tension alternative (VP) avec la fréquence du signal de référence (VR), et
- une unité d’adaptation de fréquence (18) destinée à être reliée à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23) pour fournir un signal d’adaptation de fréquence (VA) à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif sur la base du résultat de la comparaison dans les moyens de comparaison (12, 13, 14, 17), pour pouvoir réguler la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant,
caractérisé en ce que l’étage oscillateur (15) comprend un circuit oscillant relié à un résonateur MEMS (16) pour fournir un signal oscillant, afin que l’étage oscillateur (15) fournisse le signal de référence (VR), et
en ce que tous les composants électroniques du circuit d’autorégulation sont regroupés pour ne former qu’un unique module électronique.
2. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur MEMS est réalisé dans un substrat silicium monolithique, qui est également utilisé pour l’intégration de tous les autres composants électroniques du circuit d’autorégulation, afin de ne former qu’un unique module compact.
3. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur MEMS est réalisé dans un premier substrat silicium monolithique, qui est placé sur ou à côté d’un second substrat silicium monolithique d’intégration des autres composants du circuit d’autorégulation, les deux substrats étant encapsulés pour former un unique module compact.
4. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étage oscillateur (15) est adapté pour fournir un signal de référence (VR) de fréquence identique à la fréquence du signal oscillant du circuit oscillant.
5. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’étage oscillateur (15) est configuré pour fournir un signal de référence (VR) de fréquence supérieure ou égale à 200 kHz.
6. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (12, 13, 14, 17) comprennent un premier compteur d’alternances (12) destiné à compter un premier nombre d’alternances de la tension alternative (VP) de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif dans un premier intervalle de temps déterminé et à fournir un premier signal de comptage (NP), un second compteur d’alternances (14) pour compter un second nombre d’alternances du signal de référence (VR) fourni par l’étage oscillateur (15) dans un second intervalle de temps déterminé en partie sur la base du premier intervalle de temps et pour fournir un second signal de comptage (NR), et une unité de traitement à processeur (17) pour comparer le premier signal de comptage avec le second signal de comptage de manière à commander l’unité d’adaptation de fréquence (18) sur la base du résultat de la comparaison.
7. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (12, 13, 14, 17) comprennent encore une fenêtre de mesure (13) disposée entre le premier compteur d’alternances (12) et le second compteur d’alternances (14), ladite fenêtre de mesure (13) étant configurée par des paramètres de configuration fournis par l’unité de traitement à processeur (17) de manière à déterminer le second intervalle de temps de comptage pour le second compteur d’alternances (14) en tenant compte du premier intervalle de temps.
8. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’étage oscillateur (15) comprend un diviseur de fréquence pour pouvoir diviser la fréquence du signal oscillant, afin de fournir un signal de référence (VR), dont la fréquence est définie selon la fréquence d’adaptation désirée de la tension alternative (VP) de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif, et en ce que l’unité de traitement à processeur (17) commande une opération de comptage des premier et second compteurs d’alternances (12, 14) avec un premier intervalle de comptage équivalent au second intervalle de comptage.
9. Circuit d’autorégulation (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité d’adaptation de fréquence (18) est adaptée pour fournir une tension continue d’adaptation (VA) à l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23) en fonction du résultat de la comparaison dans une unité de traitement (17) des moyens de comparaison (12, 13, 14, 17).
10. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’unité d’adaptation de fréquence (18) est adaptée pour fournir une tension continue d’adaptation (VA) dans des périodes temporelles déterminées.
11. Circuit d’autorégulation (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier compteur d’alternances (12) est adapté pour enclencher dans des périodes déterminées pour la comparaison de fréquence, l’étage oscillateur (15), le second compteur d’alternances (14) et une partie de l’unité de traitement à processeur (17), en dehors des périodes déterminées, l’étage oscillateur (15), le second compteur d’alternances (14) et une partie de l’unité de traitement à processeur (17) n’étant pas alimenté par la tension redressée sur le condensateur (Cc).
12. Dispositif comprenant un système mécanique oscillant (2, 3) et le circuit d’autorégulation (10) de la fréquence d’oscillation du système oscillant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système mécanique oscillant (2, 3) comprend un élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23) pour générer une tension alternative à fréquence correspondant à la fréquence d’oscillation du système mécanique oscillant, deux bornes de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif étant reliées au circuit d’autorégulation de manière à recevoir du circuit d’autorégulation (10), un signal d’adaptation de fréquence (VA) sur la base d’une comparaison de fréquence entre la tension alternative (VP) et un signal de référence (VR) d’un étage oscillateur (15) du circuit d’autorégulation.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le système mécanique oscillant (2, 3) est un balancier (2) d’une montre, sur lequel est monté un ressort spiral (3), qui porte l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif (23).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif comprend au moins une couche piézoélectrique ou à polymère électro-active (23) disposée sur au moins une face d’une bande métallique (24) du ressort spiral (3).
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif comprend une première couche piézoélectrique ou à polymère électro-active (23) disposée sur une face extérieure de la bande métallique (24), et une seconde couche piézoélectrique ou à polymère électro-active (23 ́) disposée sur une face intérieure de la bande métallique (24), en ce qu’une première borne de connexion de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif est fixée à la première couche piézoélectrique ou à polymère électro-active, et en ce qu’une seconde borne de connexion de l’élément piézoélectrique ou à polymère électro-actif est fixée à la seconde couche piézoélectrique ou à polymère électro-active, les première et seconde bornes étant reliées au circuit d’autorégulation (10).
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les première et seconde couches piézoélectrique ou à polymères électro-actives (23, 23 ́) sont déposées sur une partie ou toute la longueur des faces intérieure et extérieure de la bande métallique (24).
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