La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage électro-optique pour garde-temps électronique alimenté par une
source de tension et comprenant une base de temps et un diviseur
de fréquence, 1'affichage électro-optique étant forme de cellules contenant des matériaux électrochromes pouvant prendre deux
aspects différents et étant commandé par un convertisseur de code
dont les sorties livrent des variables d'etat correspondant chacune
à l'aspect que doit avoir une cellule d'affichage correspondante,
l'un des aspects d'une cellule correspondant à un état stable,
I'autre de ces aspects correspondant à un état quasi stable qui
nécessite une dépense d'énergie très faible ou nulle pour être maintenu, tandis que les passages d'un état à l'autre nécessitent
des apports d'énergie bien détermines.
On connaît déjà de nombreuses exécutions de garde-temps
basées sur différents types d'affichage, tels que lampes à incandescence, décharge gazeuse, électroluminescence, cristaux liquides, etc. II s'avère que toutes les solutions proposées jusqu'ici se
heurtent à des difficultes lorsqu'on essaie de les appliquer à la montre-bracelet, à cause de la faible tension et de la faible capacité de la source d'énergie. Celle-ci est en général une batterie au mercure ou à l'oxyde d'argent possédant une capacité de 100 à 200 mAh et livrant une tension de 1, 35 à 1, 5 V. Pour garantir que
la batterie dure une année, la consommation de courant moyenne doit être de 10 à 20 uA pour 1'ensemble de la montre.
Une possibilité encore peu connue de réaliser un affichage pour montre consiste à influencer les propriétés d'absorption ou de réflexion d'un matériau par une transformation électrochimique réversible. On peut ranger dans cette même catégorie
I'application des matériaux électrochromes. Nous désignerons par
le terme electrochromes les divers affichages présentant les propriétés suivantes : ils possèdent au moins deux états présentant des propriétés optiques de réflexion ou d'absorption différentes. L'un de ces états, que nous appellerons état clair, est stable indéfiniment. L'autre état, que nous appellerons état foncé, est quasi stable c'est-à-dire qu'il nécessite une dépense d'énergie très faible ou nulle pour être maintenu.
Le passage d'un état à l'autre est possible sous l'effet d'une excitation électrique et requiert une dépense d'énergie non négligeable. Le retour à l'état primitif peut s'accomplir sans dépense d'énergie ou, au contraire, nécessiter un apport d'énergie supplémentaire pour être accéléré. On peut résu- mer par une formule la puissance moyenne P nécessaire pour produire l'apparition et la disparition périodique d'un signe quelconque, à une fréquence f : P=P, +fW, (1)
Ps est la puissance statique nécessaire pour maintenir l'un des états, W, est la dépense d'énergie nécessaire pour le passage de l'un des états à l'autre et retour à l'état initial.
Les matériaux électrochromes appliqués dans la présente invention ont en commun la propriété que, dans l'expression 1, le deuxième terme est superieur au premier même à des fréquences très basses notablement inférieures Åa I Hz. De plus, l'ordre de grandeur de ce terme est tel qu'il est indispensable, pour obtenir une basse consommation, de réduire au minimum la fréquence des transitions et de doser exactement l'apport d'énergie à chaque transition en fonction de l'effet optique désiré.
Ce problème est essentiellement différent de celui que posent les autres principes d'affichage, aussi bien actifs (affichages agissant comme des sources de lumière, tels que lampes, éléments électroluminescents, etc.) que passifs (affichages basés sur la propriété de certains corps à changer d'aspect sous l'application d'un champ electrique), pour lesquels la puissance consommée est liée au nombre ou à la surface des signes excités.
Ainsi, les circuits connus pour ces autres types ne sont pas utilisables pour l'excitation des matériaux électrochromes, car t'éner- gie qu'ils utilisent serait beaucoup trop importante.
Le dispositif d'affichage électro-optique selon 1'invention est caractérisé en ce qu'un détecteur de changement fournit à un
sélecteur des informations pour déclencher les opérations d'ins
cription et d'effacement des cellules d'affichage, le sélecteur
dosant les apports d'énergie nécessaires apportés à l'affichage
pour assurer la correspondance entre les variables d'état livrées
par le convertisseur de code et l'aspect des cellules d'affichage cor
respondantes, de manière à assurer le passage d'un état à l'autre
avec un apport d'énergie minimum.
Le dessin représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution
ainsi que des variantes de détail du dispositif d'affichage électro
chrome selon l'invention.
La fig. I est une représentation schématique montrant le prin
cipe du fonctionnement d'un garde-temps à affichage électro
chrome.
La fig. 2 représente une montre-bracelet comportant un affi
chage numérique des heures et des minutes.
La fig. 3 représente un circuit d'excitation d'une seule cellule
d'affichage.
La fig. 4 est un diagramme des tensions, du courant et de
l'aspect correspondant à l'excitation d'une cellule d'affichage elec
trochrome.
La fig. 5 est un schéma-bloc d'un garde-temps à affichage élec
trochrome.
La fig. 6 montre un mode de représentation numérique des
heures et des minutes.
La fig. 7 représente le diviseur de fréquence du garde-temps de
la fig. 5.
La fig. 8 est une figure explicative montrant ta numérotation des sept segments d'un chiffre.
La fig. 9 est un schéma montrant la correspondance entre les chiffres affichés, les variables de sortie du diviseur et les variables d'état associées à chaque segment.
La fig. 10 représente le schéma de principe d'une cellule de memoire.
La fig. I I est un circuit d'une cellule de mémoire comportant des transistors MOS complémentaires.
La fig. 12 est un schéma de principe des circuits d'excitation de 1'affichage électrochrome.
La fig. 13 est un circuit d'excitation selon la fig. 12 comportant des transistors MOS complémentaires, et
la fig. 14 est un schéma représentant le programme pendant une minute des variables de sortie du diviseur et des variables de commande de l'affichage.
La fig. I représente le schéma de principe d'une montre à affichage électrochrome et illustre le principe de commande d'un tel affichage. La montre comprend une base de temps 1 d'un type connu. Ce peut être un oscillateur piloté par un quartz, par un résonateur métallique, par un circuit RC, par un récepteur de radio, etc. Cette base de temps peut comporter un premier diviseur de fréquence pour aboutir à un signal de I Hz par exemple.
Le signal de sortie de cette base de temps attaque un diviseur de fréquence 2 de type connu, comportant de préférence un certain nombre d'étages binaires connectés en cascade. Certaines sorties de ce diviseur, provenant d'étages intermédiaires et symbolisées par la flèche large 3, sont connectées à un convertisseur de code 4, qui procède à une combinaison logique des signaux qu'il reçoit.
Ce convertisseur possède plusieurs sorties 5 qui fournissent ce que nous appellerons des variables d'état car elles représentent l'état dans lequel doit se trouver l'affichage à chaque instant. Ces variables sont introduites dans un sélecteur 6 comportant des amplificateurs dont les sorties 7 sont connectées aux électrodes d'un organe d'affichage 8. Dans certains dispositifs connus, ce sélecteur est commandé par des sorties 9 du diviseur, en général différentes des sorties 3 aboutissant au convertisseur. Ce sélecteur peut avoir des fonctions différentes selon les systèmes, telles qu'une modulation en durée des signaux, qui permet un réglage d'intensite, ou une fonction matricielle qui permet de diminuer le nombre de connexions à l'organe d'affichage.
Une batterie 10 alimente le garde-temps, le diviseur et I'affichage, en fournissant de l'énergie à tous les organes qui en ont besoin. Ce système ne suffit pas pour commander un dispositif d'affichage électrochrome. Un tel dispositif exige en effet pour chaque signe élémentaire un apport d'énergie précis pour passer d'un état a l'autre, suivi d'une puissance d'excitation très faible ou nulle pour maintenir cet état jusqu'à la prochaine transition. Le principe faisant l'objet du présent brevet consiste à détecter les changements de variables d'état par un détecteur de changements 11. Ce détecteur fournit par les connexions 12 I'information supplémentaire qui permettra au sélecteur 6 de former les impulsions requises pour une excitation correcte de 1'affichage.
Ce détecteur peut, dans certaines exécu- tions, être combiné au sélecteur dans un même circuit. Avant de décrire plus en détail les organes de commande d'un affichage électrochrome, il est nécessaire de décrire sommairement cet affichage lui-même et ses propriétés.
Une montre à affichage numérique des heures et des minutes est présentée à la fig. 2. Les cellules élémentaires sont des segments pouvant prendre deux aspects différents selon l'excitation.
Un segment tel que 20 est à peine visible lorsqu'il est dans son etat clair, car sa couleur se confond avec celle du fond 21. Un segment tel que 22 est bien visible car il présente une différence marquée de couleur ou de teinte. Le passage d'un état à l'autre est graduel, mais pour les besoins de cet affichage numérique, on n'a besoin que de deux états différents que l'on a appelés pour simplifier état clair et état foncé. Les segments sont disposés d'une façon connue, pour former un huit lorsqu'il sont tous foncés (23). Par des combinaisons de segments clairs ou foncés, on peut représen- ter tous les chiffres de 0 à 9, ainsi que certaines lettres. Chaque chiffre a les dimensions typiques'de 7 x 3 mm, la largeur des traits étant de 0, 3 à 0, 6 mm.
L'excitation de certains segments par des moyens électriques permet d'afficher l'heure et la minute entre 1 h 0 mn et 12 h 59 mn. La représentation 0 h n'est pas usuelle.
Une extension de la représentation jusqu'à 24 h est possible et ne présente pas de difficultés.
La fig. 3 présente un circuit d'excitation simple de l'affichage électrochrome. Un générateur de tension 30 fournit des impulsions bipolaires à une cellule d'affichage (segment) symbolisée en 31, par l'intermédiaire d'une résistance série Rs 32. La tension au générateur est U l et à l'affichage U2. Le courant fourni est 1.
La fig. 4 montre le résultat d'une mesure typique faite sur le circuit de la fig. 3. Le générateur applique une tension U variant par paliers successifs. I1 s'etablit un courant I à travers R, qui provoque une transformation de la cellule d'affichage s'accompagnant d'un changement d'aspect et d'une tension électrique U2.
On distingue essentiellement quatre phases déterminées par les impulsions du générateur de tension :
1) Une phase de repos 41 où la cellule est a l'état clair. de durée indéfinie ; pendant cette phase, tensions et courants sont nuls, et la cellule doit être de préférence en court-circuit mais peut rester égaiement en circuit ouvert.
2) Une phase d'inscription 42 provoquée par l'application d'une tension positive au générateur, s'accompagnant d'un courant. 11 en résulte dans la cellule d'affichage un passage graduel de
I'aspect du c) air au foncé, ainsi qu'une tension croissante U2 aux bornes de la cellule. Après quelques secondes (ici 2 s) 1'aspect final est atteint. L'intégrale du courant représente la charge Q fournie à l'élément (ici 30 uC).
3) Une phase de maintien 43 pour laquelle les conditions doivent être telles que I'aspect de la cellule reste sensiblement constant. Dans certains cas. un faible courant de maintien est nécessaire, que l'on obtient en appliquant une tension U très légèrement supérieure à la tension U correspondant a 1'état désiré. Ce courant est destiné à compenser un courant de fuite à l'intérieur de la cellule. Si ce courant est négligeable, il suffira de
laisser la cellule à elle-même pendant cette phase, c'est-à-dire en circuit ouvert pour éviter un courant de décharge par l'extérieur.
4) Une phase d'effacement 44 provoquée par l'application d'une tension inverse Ul qui introduit un courant de signe opposé. L'aspect de la cellule passe du foncé au clair. Cette phase est en général plus lente (ici 4 s) et nécessite un apport de charge plus grand (ici 40 uC) que pour la phase d'inscription. Toutefois, une économie d'énergie est possible en commençant la phase d'effacement par une période ou la cellule est en court-circuit, et en terminant le cycle par l'application d'une tension négative.
Les fig. 3 et 4 ayant montré les conditions d'emploi d'une cellule on peut décrire maintenant les circuits d'une montre comportant un affichage électrochrome.
La fig. 5 montre le schéma-bloc d'un garde-temps comportant un affichage numérique des minutes, des dizaines de minutes et des heures. Une base de temps 50 combinée à un premier diviseur de fréquence livre des impulsions de sortie 51 de I Hz. Un diviseur 52 par 60 les divise jusqu'à un signal 53 dont la période est de
I mn. Un diviseur 54 par 10 divise ce signal pour aboutir à un signal 55 ayant une période de 10 minutes. Un diviseur 56 par 6 divise ce signal pour aboutir à un signal 57 ayant une période de I heure. Enfin ce signal attaque un dernier diviseur par douze 58.
Les diviseurs 54, 56 et 58 possèdent chacun plusieurs sorties 59, 60 et 61 qui sont connectées aux convertisseurs de code 62, 63 et 64 dont les sorties sont les variables d'etat 65, 66 et 67. Chaque variable d'état est associée à un segment, et repre- sente l'état dans lequel ce segment devrait se trouver.
Le fonctionnement du dispositif est un peu différent pour les variables changeant fréquemment d'état, telles que les minutes et les dizaines de minutes, et pour les variables changeant plus rarement d'état, telles que les heures.
Pour les variables changeant fréquemment d'etat, il est essentiel de limiter la consommation de courant en réduisant au minimum les opérations d'inscriptions et d'effacement, qui consomment chaque fois une charge électrique importante. En conformité avec les conditions d'excitation d'une cellule d'affichage, exposées à propos de la fig. 4, le dispositif doit détecter les changements des variables d'état, et, pour chaque type de changement, appliquer 1'excitation électrique appropriée à la cellule d'affichage correspondante. La détection des c llungements et la commemde de cha4ue f ellule sefuit a l'aide des blocs M et S.
Les blocs M 68 et 69 sont des éléments de mémoire qui mémorisent les variables d'etat 65 et 66 avant les changements, et restituent cette information après les changements, par les sorties 70 et 71. Une variable de commande 88 détermine les phases d'écriture et de lecture de ces mémoires. La fonction des sélecteurs S 72 et 73 est de combiner les variables d'état 65 et 66, les variables mémorisées 70 et 71 avec des variables de commande 74, dont la fonction est de déclencher
les diverses phases d'inscription, de maintien, d'effacement ou de repos. Ces blocs S comprennent aussi des amplificateurs capables de livrer les tensions et courants nécessaires à 1'affichage.
Les sorties 75 et 76 de ces blocs sont directement reliées aux électrodes
individuelles de l'affichage électrochrome 77, à raison d'une élec
trode par segment.
On peut se contenter d'une organisation simplifiée pour les variables changeant rarement d'état. 11 est admissible que l'on
fasse des opérations d'effacement et d'inscription inutiles, par exemple, en effaçant tous les segments fonces juste avant le
changement d'heure, et en inscrivant tous les segments foncés juste après le changement d'heure. Cette organisation simplifiée
rend inutile la fonction de mémorisation. Un détecteur de change
ments est commun à tous les segments de l'affichage des heures. Il
est commandé par une combinaison des sorties du diviseur, ayant
une période de 1 heure, indépendante de l'information à afficher,
donc des variables d'état.
Les variables d'état 67 correspondant à
l'affichage des heures sont introduites dans un sélecteur 78 où
elles sont combinées avec des variables de commande 74 afin
d'exciter l'affichage 77 par les électrodes 79.
Chaque segment de 1'affichage comporte deux électrodes.
L'une de ces électrodes est individuelle et fait partie des
groupes 75, 76 et 79. L'autre électrode 80 est commune. On pour
rait la mettre à la masse. Mais il est parfois avantageux de la com mander par un bloc de commande de l'électrode commune CEC 81. Cela permet, par l'introduction d'un seul circuit auxiliaire, de simplifier la commande de toutes les autres électrodes individuelles. Cela permet également de n'utiliser qu'une seule source de tension d'alimentation pour tout le système. Ce bloc 81 est commandé par ses propres variables de commande 82.
Les variables de commande 74 et 82 sont obtenues par des combinaisons logiques des sorties intermédiaires 83, 84 et 85 provenant du diviseur, combinaisons réalisées dans le bloc des variables de commande VC 86. Tout le dispositif est alimente par au moins une batterie 87.
Avant d'aborder le détail des fonctions se rapportant au garde-temps de la fig. 5, il est nécessaire de préciser les exigences de l'affichage numérique. La fig. 6 montre une indication typique.
Quoiqu'il y ait 4 chiffres différents, il est avantageux de grouper les 2 chiffres des heures et de les considérer comme un symbole unique H pouvant passer par 12 aspects différents, représentés à la première ligne. Le chiffre des dizaines de minutes D peut prendre 6 aspects différents représentés à la deuxième ligne. Le chiffre des minutes M peut prendre 10 aspects différents représen- tés à la troisième ligne.
Le tableau 1 résume quelques propriétés de l'affichage numé- rique à 7 segments des heures, des dizaines de minutes et des minutes. Le nombre d'aspects différents de chaque symbole se déduit de la fig. 6. Le nombre total de segments se déduit également de la fig. 6, en additionnant les segments de chaque ligne.
Le nombre moyen de segments foncés s'obtient en divisant le nombre total de segments par le nombre d'aspects. La durée du cycle est l'intervalle de temps qui sépare I'apparition successive d'un même chiffre. En considérant à nouveau la fig. 6, on constate que la transition d'un chiffre au suivant s'accompagne pour chaque segment de quatre possibilités :
1. maintien de l'état clair ;
2. passage du clair au foncé (inscription) ;
3. maintien de 1'état foncé ;
4. passage du foncé au clair (effacement).
Une propriété essentielle de 1'affichage électrochrome étant le fait que la consommation d'énergie est liee aux changements d'état, il est important de connaitre le nombre d'inscriptions pour un cycle complet. Ce nombre d'inscriptions, divise par le nombre d'aspects d'un symbole, donne le nombre d'inscriptions moyen par cycle. Ce nombre d'inscriptions moyen, divisé par la durée du cycle en minutes, donne le nombre d'inscriptions moyen par minute.
La formule (2) du bas du tableau 1 indique la consommation moyenne de courant pour l'affichage électrochrome, en fonction du courant moyen ! o nécessaire au maintien d'un seul segment dans un état foncé (in peut être nul dans certains cas) et en fonction de la charge Qi nécessaire à l'inscription et de la charge Q, nécessaire à l'effacement d'un seul segment, Le nombre Ni d'inscriptions pendant 1 cycle est égal au nombre d'effacements. Le facteur 60 indique que la durée du cycle de référence est de 60 secondes I
(fréquence f =-Hz)
60
Cette formule (2) est un cas particulier de la formule (1).
Une première manière d'exciter l'affichage étectrochrome consiste à procéder à 1'effacement de tous les segments à la fin de chaque minute, et à l'inscription des nouveaux segments au début de la minute suivante. On aura ainsi un nombre moyen d'inscriptions Ni correspondant au nombre moyen N, de segments foncés, soit
N., = 14, 57
Tableau 1-Propriétés de l'affichage numérique des heures et des minutes comportant des chiffres à 7 segments
EMI3.1
<tb> <SEP> Dizaines
<tb> <SEP> Symbole <SEP> Heures <SEP> de <SEP> Minutes
<tb> <SEP> minutes
<tb> Nombre <SEP> d'aspects <SEP> différents <SEP> 12 <SEP> 6 <SEP> 10
<tb> <SEP> Nombre <SEP> total <SEP> de <SEP> segments <SEP> 62 <SEP> 27 <SEP> 49
<tb> Nombre <SEP> moyen <SEP> de <SEP> segments <SEP> fonces <SEP> 5,
<SEP> 17 <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> 4, <SEP> 90 <SEP>
<tb> Durée <SEP> du <SEP> cycle <SEP> 12 <SEP> h <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 10 <SEP> min. <SEP>
<tb>
Nombre <SEP> d'inscriptions <SEP> par <SEP> cycle <SEP> 22 <SEP> (62) <SEP> 10 <SEP> 15
<tb> <SEP> "moyen <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> (5, <SEP> 17) <SEP> 1, <SEP> 67 <SEP> 1, <SEP> 5
<tb> <SEP> ""par <SEP> minute <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> (0, <SEP> 09) <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 5
<tb>
Nombre total moyen de segments foncÚs
N = 5,17 + 4,50 + 4,90 = 14,57
S
Nombre total d'inscriptions par minute a) minimum Ni = 0, 03 + 0, 17 + 1, 5 = 1, 70 b) avec effacement. total du chiffre des heures à chaque change
ment :
Ni = 0, 09 + 0, 17 + 1, 5 = 1, 76
Consommation moyenne de courant pour l'affichage Úlectrochrome
I = NsIo + Ni(Qi + Qe) / 60
Une seconde manière d'exciter l'affichage electrochrome consiste à procéder à l'effacement d'un symbole entier à la fin du cycle pendant lequel il ne change pas, et à inscrire le nouveau symbole au début du cycle suivant. Cela revient à inscrire en moyenne 4, 9 segments à chaque minute, plus 4, 5 segments toutes les 10 minutes, plus 5, 17 segments toutes les 60 minutes.
Le nombre moyen d'inscriptions par minute sera alors p + -5 +
Une troisième manière d'exciter l'affichage électrochrome consiste à procéder à une opération seulement lorsqu'il y a changement de chiffre, comme dans le second procédé, mais en inscrivant tous les segments à la fin du cycle, puis en effaçant ceux qui
sont en trop au début du cycle suivant. Cela revient à inscrire et à effacer un nombre moyen de segments plus faible que pour la deuxième maniere, ce nombre étant, pour un affichage à 7 segments, le complément à 7 du nombre moyen de segments foncés.
L'affichage de l'heure consiste, par ce procédé, à inscrire en
moyenne 2, 1 segments à chaque minute, plus 2, 5 segments toutes
les 10 minutes, plus 1, 83 segment toutes les 60 minutes. Le
nombre moyen d'inscriptions par minute sera
Ni3 = 2, 1 + 2,5 10 + @ = 2, 38
Une quatrième manière d'exciter l'affichage électrochrome
consiste à ne procéder à des opérations d'inscriptions et d'efface
ment que sur les segments nécessitant un changement. En procé
dant ainsi systématiquement sur tous les chiffres on parvient au
nombre calculé sur le tableau)
N, 4 = 1, 70
On peut choisir pour chaque chiffre une excitation d'un de ces
4 types.
Mais il est possible de choisir des procédés différents se
lon les chiffres. Par exemple, le tableau 1 indique la variante con
sistant à exciter les chiffres des minutes et des dizaines selon le quatrième procédé, qui conduit au nombre minimum de changements, alors que les chiffres des heures sont excites selon le deuxième procédé, en étant complètement effacés et inscrits à nouveau une fois par heure. On aboutit alors pour l'ensemble de l'affichage au nombre moyen d'inscriptions
N, 5= 1,
Le choix du procédé dépendra de considérations faisant intervenir les propriétés de 1'affichage, la limite de consommation tollé- rable et la complexité des circuits.
A titre d'exemples numériques, 1'affichage électrochrome dont les caractéristiques correspondent à la fig. 4, nécessite une charge de 70 uC par segment et par changement. Si, de plus, cet affichage nécessite un courant de maintien moyen 10 de 0.) uA par segment. les 5 procédés d'excitation donneront les consommations moyennes figurant sur le tableau 2.
Dans une montre-bracelet où le courant disponible pour l'affichage ne doit pas excéder 4 uA. seuls les procédés 4 et 5 seront utilisables. Le procédé 5 a été choisi comme exemple car il montre une organisation mixte (fig. 5) faisant appel à la fois au procédé
N'2 pour les heures, et au procédé N 4 pour les minutes et les dizaines de minutes.
Les figures qui suivent donnent le détail des circuits du gardetemps. dont la fig. 5 est le schéma-bloc.
La fig. 7 représente le diviseur de fréquence qui livre, à partir d'un signal de référence de I Hz, une série de signaux correspondant aux sorties intermédiaires Ao, Bo... D3. Ce diviseur comporte des étages binaires au flip-flops d'un type connu en cascade tels que 90, comportant chacun une entrée T, une entrée R et une sortie Q. Le signal de sortie change chaque fois que le signal en T passe de I à 0. Le signal de sortie est mis à zero chaque fois que R
passe à 1. Ce diviseur comporte encore des blocs logiques tels que 91 qui combinent certaines sorties des étages binaires et
livrent un signal de remise à zéro, tel que Ro, lorsqu'une certaine combinaison des sorties intermédiaires est atteinte.
Le nombre
décimal correspondant à cette combinaison est indiqué sur chaque
Tableau 2-Consommations moyennes selon le procédé dexcitation
EMI5.1
<tb> Procédé <SEP> d'excitation12345 <SEP>
<tb> <SEP> Nombre <SEP> moyen <SEP> d'inscriptions <SEP> Ni <SEP> 14, <SEP> 57 <SEP> 5,44 <SEP> 2,38 <SEP> 1,70 <SEP> 1,76
<tb> <SEP> Consommation <SEP> statique <SEP> en <SEP> ÁA <SEP> 1,46 <SEP> 1,46 <SEP> 1,46 <SEP> 1,46 <SEP> 1,46
<tb> <SEP> Consommation <SEP> dynamique <SEP> en <SEP> uA17, <SEP> 06, <SEP> 352, <SEP> 781992, <SEP> 06 <SEP>
<tb> <SEP> Consommation <SEP> totale <SEP> en <SEP> ÁA <SEP> 18,5 <SEP> 7,81 <SEP> 4,24 <SEP> 3,45 <SEP> 3,52
<tb> bloc. Ainsi on obtient les périodes désirées pour les signaux de sortie.
Par exemple, on désire en Fo un signal dont la période soit de l minute. Le diviseur comporte 6 étages binaires, qui, normalement, diviseraient par 64. Des 6 sorties intermédiaires Ao, Bo, Co,
Do, Eo, Fo disponibles, 4 d'entre elles Co, Do, Eo, Fo sont connectées au bloc logique 91 qui reconnait la combinaison binaire correspondant au nombre 15, et remet les 4 derniers étages à zéro à ce moment. Le rapport de division de la combinaison de ces 4 étages et du bloc logique est ainsi ramené de 16 à 15, et l'ensemble des 6 étages divise par 60. D'une façon analogue, le groupe des 4 étages binaires suivants, qui fournit 4 sorties intermédiaires Al, Bl, Cl, Dl divise par 10 grâce à la connexion des sorties B ;.
C ; et D1 Ó un bloc logique 92 qui reconnait la combinaison binaire correspondant au nombre 5 et remet les étages correspondants à zéro. Le groupe des 3 étages binaires suivants, qui fournit 3 sorties intermédiaires A2, B2, C2 divise par 6 grâce a la connexion des sorties B2 et C2 à un bloc logique 93 qui reconnait la combinaison binaire correspondant au nombre 3 et remet les étages correspondants à zero. Enfin, le groupe des 4 derniers étages binaires, qui fournit les 4 sorties intermédiaires A3,
B3, C3, D3 divise par 12 grâce a la connexion des sorties C3, D3 à un bloc logique 94 qui reconnait la combinaison binaire correspondant au nombre 3 et remet les étages correspondants à zéro.
Le diviseur présente donc en Fo un signal dont la période est de 1 minute, en Dl un signal dont la période est de 10 minutes. en C2 un signal dont la période est de 1 heure et en D3 un signal dont la période est de 12 heures.
Les blocs convertisseurs de code CC 62, 63 et 64 de la fig. 5 sont des combinaisons de portes logiques formant directement, à partir des sorties 59, 60 et 61 du diviseur, les variables d'état
F 65, 66 et 67 représentant l'état logique dans lequel doit se trouver chaque segment de 1'affichage. La fig. 8 définit la correspondance entre les segments de t'affichage et les variables d'état F. La fig. 9 donne, en fonction de chaque chiffre à afficher, t'état (reprÚsenté par des barres symbolisant la valeur 1) des sorties du diviseur ABCD et des variables d'état F.
Les équations logiques permettant de passer des variables ABCD aux variables F s'obtiennent par les procédés courants de la logique (réduction au moyen des tables de Kamaugh par exemple). Le tableau 3 indique ces équations.
Tableau 3-Formation des variables F dans les convertisseurs de
code, en fonction des variables de sortie du diviseur
EMI5.2
<tb> Affichage <SEP> l. <SEP> Minutes <SEP> 2. <SEP> Dizaines <SEP> de <SEP> M. <SEP> 3. <SEP> Heures
<tb> Compte0-1-2-..-8-90-1-2-3-4-512-1-2-3-..-10-11 <SEP>
<tb> Var. <SEP> Diviseur <SEP> A1, <SEP> Bt, <SEP> Cl, <SEP> Dl <SEP> A2, <SEP> B2, <SEP> C2 <SEP> A3, <SEP> B3, <SEP> C3, <SEP> D3 <SEP>
<tb> Var.
<SEP> d'Útat <SEP> Fm1 <SEP> Ó <SEP> Fm7 <SEP> Fm11 <SEP> Ó <SEP> Fm17 <SEP> Fh1 <SEP> Ó <SEP> Fh9
<tb> F1 <SEP> BCD <SEP> + <SEP> B <SEP> AC? <SEP> BC <SEP> + <SEP> AB <SEP> AB+BCD+BD+AD <SEP>
<tb> F2 <SEP> B <SEP> + <SEP> AC <SEP> B <SEP> D <SEP> + <SEP> AC <SEP> + <SEP> AB
<tb> F3 <SEP> B <SEP> + <SEP> D <SEP> + <SEP> AC <SEP> + <SEP> AC <SEP> B <SEP> + <SEP> AC <SEP> + <SEP> AC <SEP> ABD+ACE+BD+AC+AB
<tb> F4 <SEP> D+AB+AB+AC <SEP> B <SEP> + <SEP> A <SEP> BD+¯B+AC+ABD
<tb> F5 <SEP> C+D+AB+AB <SEP> C+AB+AB <SEP> C+BD+AD+ABD
<tb> F6 <SEP> D+AC+AB+BC+ABC <SEP> B+AC+AC=F <SEP> 3 <SEP> BD+AC+AB+ABC+BCD
<tb> F7 <SEP> D+BC+AB+BC <SEP> B <SEP> + <SEP> C <SEP> ABC+BD+AC+AB+BCD
<tb> F8 <SEP> = <SEP> F9 <SEP> BD <SEP> + <SEP> ABCD
<tb>
Les mémoires 68 et 69 de la fig.
5 peuvent être réalisées au moyen d'un montage comportant 2 inverseurs et un commutateur électronique. La fig. 10 montre le principe d'une cellule de mémoire. Une variable d'état F est introduite, à travers un commutateur 100 à l'entrée d'un inverseur 101. La sortie de ce même inverseur est connectée à l'entrée d'un second inverseur 102, tout en
livrant la variable M. La sortie de ce second inverseur est connectée à l'autre borne du commutateur 100 et livre la variable M.
Une variable de commande K, détermine la position du commutateur électronique de sorte que lorsque Ki = 1, G = F et lorsque Kl = 0, G = M. Dans la position K, = 1, la variable F impose l'état des deux inverseurs de sorte que F = M. Dans la position Ki = 0, les 2 inverseurs sont bouclés sur eux-mêmes, ce qui constitue un système bistable, donc un élément de mémoire qui conserve indéfiniment la valeur qu'avait F au moment du pas sagedeKl=OàKI=1.
Jusqu'à présent, il n'a pas été fait mention de la technologie à employer pour réaliser les fonctions précédentes. La technologie des circuits intégrés à transistors métal-oxyde-semi-conducteurs (MOST) complémentaires étant bien adaptée aux conditions imposées par la montre-bracelet, elle servira à illustrer la realisa- tion de quelques fonctions particulières. Une cellule de mémoire selon le principe de la fig. 10, comprenant 8 MOST, est représen- tée sur la fig. 11. 4 transistors 121, 122, 123, 124 sont à canal n, et 4 transistors 125, 126, 127, 128 sont à canal p. Les transistors 122 et 126 forment le premier inverseur, les transistors 123 et 127 le second inverseur.
Le commutateur électronique comporte deux portes de transmission. Une porte de transmission se compose d'un MOST de type n et d'un MOST de type p dont les sources, reliées ensemble, constituent l'entree, dont les drains, reliés ensemble, constituent la sortie, et dont les grilles sont reliées respectivement à une variable de commande et à son complément.
La première porte de transmission, formée des MOST 121 et 125, relie la variable d'entrée F à l'entrée G du premier inverseur lorsque la variable de commande Kl = I et son complement ki = 0. La seconde porte de transmission, formée des
MOST 124 et 128, relie la sortie M du second inverseur à l'entrée G du premier lorsque K I = 0 et Ki = 1. Ce circuit livre donc la variable M et son complément M satisfaisant aux conditions imposées.
Les blocs S, VC et CEC de la fig. 5 sont déterminés par les conditions d'excitation des cellules d'affichage. I1 est donc utile de préciser les moyens d'excitation avant de décrire les autres blocs
fonctionnels. Sur la fig. 12, on a représenté 3 cellules d'affichage 110, 111, 112 présentant respectivement des électrodes de commande individuelles 113, 114, 115 et une électrode commune 116. Un premier moyen de commander chaque cellule serait de relier l'électrode commune à la masse, et de relier chaque etc- trode individuelle. par l'intermédiaire de résistances série et d'interrupteurs, à une ou plusieurs sources de tension positives et à une source de tension négative.
L'avantage de ce schéma est la possibilité de commander simultanément l'inscription de certaines cellules et l'effacement d'autres cellules. La fig. 12 indique un autre schéma dont t'avantage principal est l'utilisation d'une seule source de tension + UB pour les opérations d'inscription et d'effacement. Une source de tension auxiliaire + UM n'est requise que si une tension de maintien est nécessaire. Cette source de ten sion débite un courant très faible, et peut s'obtenir à partir de + UH à 1'aide d'un circuit régulateur de tension (UM est compris entre 0 et UB).
Le schéma représenté montre que chaque etc- trode individuelle telle que 113 est excitée pour 1'inscription par un premier interrupteur tel que Tu, en série avec une résistance Ri, relié à la borne + UB de la source de tension, et pour l'effacement par un second interrupteur tel que TEI, en série avec une résistance RE. relié à la masse. De son côté l'électrode commune est reliée à 3 interrupteurs TA, TM et TB la reliant respectivement à + Us à + UM ou a la masse.
Chaque cellule peut être soumise à 5 régimes différents selon la combinaison des interrupteurs ouverts ou fermés. Une variable de transfert T associée à chaque interrupteur étant 0 lorsqu'il est ouvert et I lorsqu'il est fermé, le tableau 4 représente les 5 régimes envisagés. Dans la 3'colonne, la tension aux bornes de la cellule est symbolisée par + I pendant l'inscription, + 1/2 pendant le maintien,-1 pendant 1'effacement, 0 pendant le court-circuit.
Un X dans une colonne quelconque signifie que plusieurs possibi
lités existent (indifférence). Les 5 colonnes de droite indiquent les positions requises pour chaque interrupteur.
Tableau 4-Excitation d'une cellule d'affichage selon fig. 11
EMI6.1
<tb> Symbole <SEP> Fonction <SEP> U1-Uc <SEP> TA <SEP> TB <SEP> tM <SEP> TI <SEP> TE <SEP>
<tb> <SEP> M <SEP> Maintien <SEP> 1/2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP>
<tb> <SEP> CCCourt-circuit001001 <SEP>
<tb> <SEP> E <SEP> Effacement-1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP>
<tb> <SEP> I <SEP> Inscription <SEP> +1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP>
<tb> <SEP> 0 <SEP> Circuit <SEP> ouvert <SEP> X <SEP> X <SEP> X <SEP> X <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb>
La fig. 13 représente le circuit d'excitation des cellules d'affichage realisé avec des MOST.
Comme sur la fig. 12, 3 cellules 110, 1I1, 112 sont représentées. L'électrode séparée 113 d'une cellule telle que 110 est reliée au drain d'un MOST à canal p 130 commande par le complement Ta de la variable Tn, et dont la source est à la tension + UB, et au drain d'un MOST à canal n tel 3382/72 que 131 commandé par la variable TEI, et dont la source est à la masse. La fonction de chacun de ces transistors est à la fois celle du commutateur et celle de la résistance série représentés sur la fig. 12. Une paire de transistors commande l'électrode séparée de chacune des cellules.
Le circuit de commande de l'électrode commune 116 (bas de la figure) combine des fonctions logiques et ana logiques. Les fonctions logiques sont la commande, par les variables TA, TB et TM. de fonctions de commutation ayant le même effet sur l'électrode commune 116 que les 3 commutateurs de la fig. 12. Les fonctions analogiques sont celles d'un régulateur de tension qui fournit une tension UB-UM lorsqu'on le désire de façon qu'une tension UM soit appliquée aux cellules d'affichage.
Le MOST à canal p 132 a une fonction d'interrupteur simple. Il est bloqué lorsque TA = 1 (TA = 0) et il conduit lorsque TA = 0 (TA = 1). Dans cet état, sa résistance doit être suffisamment faible pour que la chute de tension qu'il produit soit négligeable même au courant maximum prevu. Le MOST à canal n 133 peut avoir 3 fonctions différentes selon l'état des deux variables de commande TB et TM. Lorsque M = I (TM = 0) la résistance 134 n'est parcourue par aucun courant, et tout se passe comme si le MOST était commandé directement par la variable TB.
En conséquence, le MOST est bloqué si TB = 0, et il conduit si TB = 1. La condition imposée au MOST 133 est la même que pour le MOST 132, à savoir que la chute de tension soit négligeable même au plus fort courant prévu. Enfin, si Ta = 0 et TM = 0 (TM = 1), le MOST 133 agit dans un domaine de conduction intermédiaire, comme un régulateur série. Sa grille 135 est commandée par un circuit de réglage formé des MOST 136, 137 et des résistances associées, de façon à maintenir le potentiel de l'électrode commune 116 à la valeur désirée.
La fonction du MOST 138 est de commander la mise en service du circuit de réglage en permettant à un courant de s'établir à travers la résistance 139. Cette résistance est pratiquement connectée à la borne + Ue lorsque TM = 0. La fonction du diviseur de tension formé des résistances 140 et 141 est de réduire la tension de l'électrode 116 à une valeur située dans le domaine de fonctionnement linéaire du circuit de réglage.
La fonction du diviseur de tension forme des résistances 142 et 143 est d'établir une tension de référence égale à la tension nominale du point 144, cette tension étant elle-même lieue par un rapport fixe à la tension de l'électrode 116.
Connaissant les conditions que doivent remplir les variables de commande, on peut maintenant décrire la partie des blocs S de la fig. 5 qui n'est pas incorporée dans le circuit des fig. 12 ou 13. Ces blocs combinent des variables de commande K aux variables d'état F et aux variables des états mémorises M de façon à exciter l'affichage de façon correcte. Les variables de commande sont des variables prenant la valeur I pendant que certaines opérations doivent s'effectuer, et prenant la valeur 0 pendant que les autres opérations ont lieu. Les variables de commande sont définies au tableau 5.
Tableau 5
Définition des variables de commande
Kl Maintien chiffres des minutes et dizaines
et commande des mémoires.
K2 Court-circuit et inscription
tous les chiffres.
K3 Effacement chiffres des minutes
et dizaines.
K4 Inscription chiffres des minutes
et dizaines.
K5 Effacement chiffres des heures.
K6 Inscription et maintien chiffres
des heures.
K7 Commande générale changement d'heure.
Les équations logiques combinant les variables F et M qui sont individuelles pour chaque segment, aux variables K, qui sont communes à tout le système, donnent les variables de transfert T qui déterminent la commande de l'affichage, c'est-à-dire des interrupteurs du haut de la fig. 12 ou des transistors du haut de la fig. 13. Ces équations logiques sont de deux types.
Losrqu'on dispose à la fois d'une variable d'état F et d'une variable mémorisée M, les équations des variables de transfert T correspondantes sont :
Inscription : TIm = Fm (K1 + MmK4)
Effacement : TEm = Fm + K (M
(3)
Ces équations représentent la solution par des moyens logiques du détecteur de changements, combinée avec les moyens de commande déterminant l'instant et la durée des cycles d'inscription (K4 et K2) et d'effacement (K3) ainsi que les fonctions de maintien (Kí) et de court-circuit (K2).
Ces équations s'appliquent aux fonctions commandant l'affichage des minutes et des dizaines de minutes, dans le schéma de la fig. 5 (blocs 72 et 73) et représentent la manière d'exciter un affichage électrochrome avec un minimum de consommation de courant.
Lorsqu'on ne dispose pas de variables mémorisées, les opera- tions d'effacement et d'inscription peuvent se dérouter d'une façon correcte si les conditions suivantes sont remplies :
1. Commande des cycles de maintien et de court-circuit sur la base des variables d'état F, combinées avec des variables auxiliaires de commande K6 et K2.
2. Commande d'une opération d'effacement sur la base des variables d'état F, combinées avec une variable de commande K5 appliquée juste avant un changement possible de F. Alors, seuls les segments fonces recevront un courant d'effacement.
3. Commande d'une opération d'inscription sur la base des variables d'état F, combinées avec une variable de commande K6, qui peut être la même que celle qui commande l'opération de maintien.
En effet, la différence de tension appliquée à un segment entre une opération d'inscription et une opération de maintien peut être réalisée soit du côté de l'électrode individuelle de chaque segment, soit du côté de l'électrode commune. On a choisi cette seconde possibilité, qui permet de simplifier les opérations logiques nécessaires pour la commande des électrodes individuelles.
Ces opÚrations s'expriment alors par les Úquations suivantes:
TIh = FhK6 ¯ (4)
TEh = FhK2 + FhK5
Ces équations s'appliquent aux fonctions commandant t'affi- chage des heures dans le schéma de la fig. 5 (bloc 78). Elles représentent la réalisation d'un mode d'excitation avec effacement complet (ici : des heures) à chaque changement.
L'excitation de l'électrode commune nécessite la détermination de trois variables de transfert TA, TB et TM (voir tableau 4, ainsi que les fig. 12 et 13). Ces variables doivent être synchronisées avec les variables de commande K figurant dans les équations (3) et (4). Elles sont déterminées comme suit :
TA = K3 + K5
TB = K2
TM = K1
(5)
II reste à préciser la séquence des phases d'inscription, de maintien, d'effacement, de court-circuit ou de circuit ouvert. Ces phases doivent respecter le cycle de I minute pour 1'affichage des minutes et des dizaines de minutes, ainsi que le cycle de I heure pour l'affichage des heures.
Les variables Kl, K2, K3 et K4 ont un cycle de l minute, reparti en plusieurs phases où ces variables prennent alternativement les valeurs 0 et I, à une exception près concernant K2. Les variables Ks, Ko et K7 ont un cycle de
I heure. La variable K7 vaut I au moment d'un changement d'heure, ou plus précisément entre le milieu de la 59'minute et le milieu de la 60'minute.
Les variables K5 et K6 sont synchronisées avec les variables K à K4 et, en plus, n'interviennent que lorsque K7 vaut 1. L'exception concernant K2 est que l'une des phases de court-circuit est supprimée à la fin de la 59'minute pour permettre une opération d'effacement. Le tableau 6 donne une séquence des variables de commande qui a été expérimentée sur un affichage électrochrome. Les deux dernières lignes de ce tableau donnent les durées des phases et les instants correspondant aux passages d'une phase à la suivante.
Tableau 6
Séquence des variables de commande pendant une minute quelconque (entre parenthèses sont représentées les séquences modifiées à la fin de la 59'minute et au début de la 60'minute).
EMI8.1
<tb>
Phase <SEP> ? <SEP> 12 <SEP> 34 <SEP> 5 <SEP> 67 <SEP> 8
<tb> OpÚration <SEP> sur <SEP> signes <SEP> minutes
<tb> et <SEP> dizaines <SEP> CC <SEP> E <SEP> I+ <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC
<tb> CC
<tb> Variables <SEP> de <SEP> M <SEP> K1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> Q <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> commande <SEP> CC <SEP> K2 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> (0)
<tb> minutes <SEP> et <SEP> E <SEP> K3 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb> dizaines <SEP> IKj,
<SEP> 00 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 00 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Opération <SEP> sur <SEP> signes <SEP> CC <SEP> 0 <SEP> CC <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC <SEP>
<tb> des <SEP> heures <SEP> (I) <SEP> (E)
<tb> Variables <SEP> de <SEP> com-E <SEP> K5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> (1) <SEP>
<tb> mande <SEP> heures <SEP> I <SEP> K6 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> (1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Commande <SEP> (min.
<SEP> quelconque <SEP> K7 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Générale <SEP> (59e <SEP> minute) <SEP> K7 <SEP> 0 <SEP> (1) <SEP>
<tb> heures <SEP> (60e <SEP> minute) <SEP> K7 <SEP> (1) <SEP> 0 <SEP>
<tb> Durée <SEP> des <SEP> phases <SEP> (secondes) <SEP> 28 <SEP> 24 <SEP> 8 <SEP> 168 <SEP> 12 <SEP>
<tb> Echelle <SEP> des <SEP> temps <SEP> (secondes) <SEP> 0 <SEP> 210 <SEP> 1216 <SEP> 24 <SEP> 40 <SEP> 48 <SEP> 60 <SEP>
<tb> <SEP> 0 <SEP> 32 <SEP> 6
<tb>
Le choix des phases a ete dicte par les considérations suivantes :
Phaee 1 :
le début de chaque minute commence par un courtcircuit applique à tous les segments qui doivent rester ou devenir clairs. Ce court-circuit amorce l'effacement des cellules qui doivent virer du fonce au clair, et diminue la charge que doit fournir la batterie pour l'effacement.
Phase 2: l'etTacement des segments minutes doit avoir lieu après le changement des variables d'état, puisque la logique de commande a besoin des anciennes variables (M) et des nouvelles variables (F), selon les équations de commande (4).
Phase 3 : 1'inscription des segments des minutes et des heures peut avoir lieu simultanément, après les changements des 3382. 72 variables d'etat. On a placé l'inscription des nouveaux segments après l'effacement des anciens segments, de façon que les symboles transitoires ne correspondent pas à des chiffres différant de l'ancien et du nouveau chiffre à afficher. Par exemple sur la fig. 6. on voit que le passage du 3 au 4 donne un 9 si l'on commence par inscrire le nouveau segment, alors qu'il donne un symbole sans signification si l'on commence par effacer les anciens segments.
Phases 4 et 6. court-circuit des segments clairs terminant l'opération d'effacement et assurant le maintien dans cet etat.
Phases 5 et 7 : maintien des segments foncés par application de la tension de maintien à des intervalles approximativement égaux.
Cette opération de maintien est nécessaire si l'état foncé est asso cié à un courant de fuite interne dans les cellules d'affichage qui produit un effacement très lent. Si ce courant est négligeable, c'est-à-dire si J'état foncé se maintient pendant une période supé rieure à la duree du cycle d'inscription, l'opération de maintien est inutile. Il suffit de laisser les cellules correspondantes en circuit ouvert.
Phase 8. court-circuit en général, sauf à la fin de la 59'minute où l'on procède, avant le changement des heures, à l'effacement de tous les segments fonces du symbole des heures.
La fig. 14 représente la variation en fonction du temps, pendant I minute, des variables de sortie du diviseur Bo Co Do Eo Fo et des variables de commande Kl à K7. Une combinaison logique des variables de sortie du diviseur permet d'obtenir chacune des variables de commande. Cette combinaison logique dépend de la durée choisie pour chaque phase. Le choix des périodes a été dicte d'une part par les exigences de l'affichage et d'autre part en choisissant des combinaisons simples des variables de sortie du diviseur lorsque les durées jouaient un râle secondaire (phases de maintien et de court-circuit).
Les combinaisons logiques correspondant à la, fig. 14 sont les suivantes :
K1 = D0 E0 F0 + D0 E0 F0
K2 = K1 K3 K5
K3 = E0 F0 [D0 (B0 +C0 )+ B0 C0 D0]
K4 = B0 C0 D0 E0 F0
K5 = K7 Eo F0
K6 = K1 + K4 K7
K7 = B1 C1 B2 (F0 A1 D1 A2 C2 + F0 A1 D1 A2 D2) ?
Les variables K ; Kj et K4 sont déterminées par les variables de sortie du diviseur représentées au haut de la fig. 14. La variable K7 est déterminée par des variables de sortie du diviseur dont la période est plus lente (jusqu'a I heure), et qui sont définies sur la fig. 7. Les variables K2 K5 et K6 sont des combinaisons logiques des précédentes.
Dans la description qui précède, il n'est pas fait mention des circuits logiques combinatoires répondant aux systèmes d'équa- tions (1) à (6). Les méthodes permettant de passer des équations logiques à un diagramme logique comportant des portes ET , OU , NOR etc., sont connues. Les méthodes de réalisation de fonctions logiques au moyen des transistors MOS complémen- taires sont également connues. II est donc superflu de représenter en détail les circuits combinatoires du système décrit, dans la mesure où ils ne font pas appel a des concepts nouveaux.
The present invention relates to an electro-optical display device for an electronic timepiece powered by a
voltage source and comprising a time base and a divider
frequency, the electro-optical display being in the form of cells containing electrochromic materials which may take two
different aspects and being controlled by a code converter
whose outputs deliver state variables each corresponding
the appearance that a corresponding display cell must have,
one of the aspects of a cell corresponding to a stable state,
The other of these aspects corresponding to an almost stable state which
requires very little or no energy expenditure to be maintained, while transitions from one state to another require
well-defined energy inputs.
We already know many executions of timepieces
based on different types of display, such as incandescent lamps, gas discharge, electroluminescence, liquid crystal, etc. It turns out that all the solutions proposed so far are
encounter difficulties when trying to apply them to the wristwatch, due to the low voltage and low capacity of the power source. This is usually a mercury or silver oxide battery with a capacity of 100 to 200 mAh and delivering a voltage of 1.35 to 1.5 V. To ensure that
the battery lasts for one year, the average current consumption should be 10-20 uA for the entire watch.
A still little known possibility of producing a display for a watch consists in influencing the absorption or reflection properties of a material by a reversible electrochemical transformation. We can place in this same category
The application of electrochromic materials. We will designate by
the term electrochromes the various displays exhibiting the following properties: they have at least two states exhibiting different optical properties of reflection or absorption. One of these states, which we will call the clear state, is stable indefinitely. The other state, which we will call dark state, is almost stable, that is to say it requires very little or no energy expenditure to be maintained.
The change from one state to another is possible under the effect of an electrical excitation and requires a significant expenditure of energy. The return to the primitive state can be accomplished without expenditure of energy or, on the contrary, require an additional contribution of energy to be accelerated. We can summarize by a formula the mean power P necessary to produce the appearance and the periodic disappearance of any sign, at a frequency f: P = P, + fW, (1)
Ps is the static power necessary to maintain one of the states, W, is the expenditure of energy necessary for the passage from one of the states to the other and return to the initial state.
The electrochromic materials applied in the present invention have in common the property that, in expression 1, the second term is greater than the first even at very low frequencies notably lower than Åa I Hz. Moreover, the order of magnitude of this term is such that it is essential, in order to obtain low consumption, to reduce the frequency of the transitions to a minimum and to precisely dose the energy input at each transition according to the desired optical effect.
This problem is essentially different from that posed by other display principles, both active (displays acting as sources of light, such as lamps, electroluminescent elements, etc.) and passive (displays based on the property of certain bodies to change of appearance under the application of an electric field), for which the power consumed is related to the number or to the surface of the excited signs.
Thus, the circuits known for these other types cannot be used for the excitation of electrochromic materials, since the energy which they use would be much too great.
The electro-optical display device according to the invention is characterized in that a change detector provides a
information selector to trigger insert operations
cription and deletion of display cells, the selector
dosing the necessary energy inputs to the display
to ensure the correspondence between the delivered state variables
by the code converter and the appearance of the display cells cor
responders, so as to ensure the transition from one state to another
with minimum energy input.
The drawing represents, by way of example, an embodiment
as well as detail variants of the electronic display device
chromium according to the invention.
Fig. I is a schematic representation showing the prin
Principle of operation of a timepiece with electro display
chromium.
Fig. 2 shows a wristwatch comprising an affi
digital display of hours and minutes.
Fig. 3 shows a single cell excitation circuit
display.
Fig. 4 is a diagram of voltages, current and
the aspect corresponding to the excitation of an elec display cell
trochrome.
Fig. 5 is a block diagram of an electronic display timepiece
trochrome.
Fig. 6 shows a digital representation of the
hours and minutes.
Fig. 7 represents the frequency divider of the
fig. 5.
Fig. 8 is an explanatory figure showing your numbering of the seven segments of a digit.
Fig. 9 is a diagram showing the correspondence between the displayed digits, the output variables of the divider and the state variables associated with each segment.
Fig. 10 represents the block diagram of a memory cell.
Fig. I I is a circuit of a memory cell comprising complementary MOS transistors.
Fig. 12 is a block diagram of the drive circuits of the electrochromic display.
Fig. 13 is an excitation circuit according to FIG. 12 comprising complementary MOS transistors, and
fig. 14 is a diagram showing the program for one minute of the divider output variables and the display control variables.
Fig. I represents the block diagram of a watch with an electrochromic display and illustrates the principle of controlling such a display. The watch includes a time base 1 of a known type. It can be an oscillator driven by a crystal, by a metallic resonator, by an RC circuit, by a radio receiver, etc. This time base may include a first frequency divider to result in a signal of I Hz for example.
The output signal from this time base drives a frequency divider 2 of known type, preferably comprising a certain number of binary stages connected in cascade. Certain outputs of this divider, coming from intermediate stages and symbolized by the wide arrow 3, are connected to a code converter 4, which proceeds to a logical combination of the signals that it receives.
This converter has several outputs 5 which provide what we will call state variables because they represent the state in which the display must be at each moment. These variables are introduced into a selector 6 comprising amplifiers whose outputs 7 are connected to the electrodes of a display member 8. In certain known devices, this selector is controlled by outputs 9 of the divider, generally different from the outputs 3. leading to the converter. This selector can have different functions according to the systems, such as a modulation in duration of the signals, which allows an adjustment of intensity, or a matrix function which makes it possible to reduce the number of connections to the display member.
A battery 10 powers the timepiece, the divider and the display, supplying energy to all the components which need it. This system is not sufficient to control an electrochromic display device. Such a device in fact requires, for each elementary sign, a precise supply of energy to pass from one state to another, followed by a very low or zero excitation power to maintain this state until the next transition. The principle which is the subject of the present patent consists in detecting the changes of state variables by a change detector 11. This detector supplies, via the connections 12, the additional information which will allow the selector 6 to form the pulses required for an excitation. correct display.
This detector can, in certain embodiments, be combined with the selector in the same circuit. Before describing in more detail the control members of an electrochromic display, it is necessary to briefly describe this display itself and its properties.
A watch with a digital display of the hours and minutes is shown in fig. 2. Elementary cells are segments that can take on two different aspects depending on the excitation.
A segment such as 20 is barely visible when it is in its clear state, because its color merges with that of the background 21. A segment such as 22 is clearly visible because it presents a marked difference in color or tint. The transition from one state to the other is gradual, but for the purposes of this digital display, only two different states are needed which have been called to simplify the light state and the dark state. The segments are arranged in a known manner, to form an eight when they are all dark (23). By combinations of light or dark segments, all the digits 0 to 9, as well as some letters, can be represented. Each digit has the typical dimensions of 7 x 3 mm, the width of the lines being from 0.3 to 0.6 mm.
The excitation of certain segments by electrical means makes it possible to display the hour and the minute between 1 h 0 mn and 12 h 59 mn. The 0 h representation is not usual.
An extension of the performance up to 24 hours is possible and does not present any difficulties.
Fig. 3 shows a simple drive circuit for the electrochromic display. A voltage generator 30 supplies bipolar pulses to a display cell (segment) symbolized at 31, via a series resistor Rs 32. The voltage to the generator is U 1 and to the display U2. The current supplied is 1.
Fig. 4 shows the result of a typical measurement made on the circuit of fig. 3. The generator applies a voltage U varying in successive stages. I1 is established a current I through R, which causes a transformation of the display cell accompanied by a change in appearance and an electric voltage U2.
There are essentially four phases determined by the pulses of the voltage generator:
1) A rest phase 41 where the cell is in the clear state. of indefinite duration; during this phase, voltages and currents are zero, and the cell should preferably be short-circuited but can also remain open circuit.
2) A registration phase 42 caused by the application of a positive voltage to the generator, accompanied by a current. The result in the display cell is a gradual passage of
The appearance of c) dark air, as well as an increasing voltage U2 at the terminals of the cell. After a few seconds (here 2 s) the final aspect is reached. The integral of the current represents the charge Q supplied to the element (here 30 uC).
3) A maintenance phase 43 for which the conditions must be such that the appearance of the cell remains substantially constant. In some cases. a low holding current is required, which is obtained by applying a voltage U very slightly higher than the voltage U corresponding to the desired state. This current is intended to compensate for a leakage current inside the cell. If this current is negligible, it will suffice to
leave the cell to itself during this phase, that is to say in open circuit to avoid a discharge current from the outside.
4) An erasure phase 44 caused by the application of a reverse voltage Ul which introduces a current of opposite sign. The appearance of the cell changes from dark to light. This phase is generally slower (here 4 s) and requires a larger charge input (here 40 uC) than for the registration phase. However, energy saving is possible by starting the erase phase with a period when the cell is short-circuited, and ending the cycle by applying a negative voltage.
Figs. 3 and 4 having shown the conditions of use of a cell, it is now possible to describe the circuits of a watch comprising an electrochromic display.
Fig. 5 shows the block diagram of a timepiece comprising a digital display of minutes, tens of minutes and hours. A time base 50 combined with a first frequency divider delivers output pulses 51 of I Hz. A divider 52 by 60 divides them up to a signal 53 whose period is
I min. A divider 54 by 10 divides this signal to result in a signal 55 having a period of 10 minutes. A divider 56 by 6 divides this signal to result in a signal 57 having a period of 1 hour. Finally this signal attacks a last divisor by twelve 58.
The dividers 54, 56 and 58 each have several outputs 59, 60 and 61 which are connected to the code converters 62, 63 and 64 whose outputs are the state variables 65, 66 and 67. Each state variable is associated. to a segment, and represents the state in which this segment should be found.
The operation of the device is a little different for variables that change state frequently, such as minutes and tens of minutes, and for variables that change state more rarely, such as hours.
For variables that change state frequently, it is essential to limit current consumption by minimizing write and erase operations, which each time consume a significant electrical load. In accordance with the excitation conditions of a display cell, explained with reference to fig. 4, the device must detect changes in state variables, and, for each type of change, apply the appropriate electrical excitation to the corresponding display cell. The detection of c llungings and the like of cha4ue f ellule escape using the blocks M and S.
The M blocks 68 and 69 are memory elements which memorize the state variables 65 and 66 before the changes, and restore this information after the changes, through the outputs 70 and 71. A control variable 88 determines the phases of the change. writing and reading of these memories. The function of the selectors S 72 and 73 is to combine the state variables 65 and 66, the stored variables 70 and 71 with control variables 74, the function of which is to trigger
the various phases of registration, maintenance, erasure or rest. These S blocks also include amplifiers capable of delivering the voltages and currents required for the display.
The outputs 75 and 76 of these blocks are directly connected to the electrodes
individual electrochromic display 77, at the rate of one elec
trode by segment.
We can be satisfied with a simplified organization for the variables rarely changing state. It is admissible that we
perform unnecessary erasure and write operations, for example, by erasing all dark segments just before the
time change, and by entering all the dark segments just after the time change. This simplified organization
eliminates the memory function. A currency detector
ments is common to all segments of the hour display. he
is controlled by a combination of the outputs of the divider, having
a period of 1 hour, independent of the information to be displayed,
therefore state variables.
The state variables 67 corresponding to
the hours display are entered in a selector 78 where
they are combined with command variables 74 in order to
to energize the display 77 by the electrodes 79.
Each segment of the display has two electrodes.
One of these electrodes is individual and is part of the
groups 75, 76 and 79. The other electrode 80 is common. We for
would put it to the mass. However, it is sometimes advantageous to control it by a control unit of the common electrode CEC 81. This makes it possible, by the introduction of a single auxiliary circuit, to simplify the control of all the other individual electrodes. This also makes it possible to use only one supply voltage source for the entire system. This block 81 is controlled by its own control variables 82.
The control variables 74 and 82 are obtained by logical combinations of the intermediate outputs 83, 84 and 85 coming from the divider, combinations made in the block of control variables VC 86. The whole device is powered by at least one battery 87.
Before discussing the detail of the functions relating to the timepiece of fig. 5, it is necessary to clarify the requirements of digital display. Fig. 6 shows a typical indication.
Although there are 4 different digits, it is advantageous to group the 2 digits of the hours and to consider them as a single symbol H which can go through 12 different aspects, represented in the first line. The tens of minutes digit D can take on 6 different aspects represented in the second line. The minute number M can take on 10 different aspects shown in the third line.
Table 1 summarizes some properties of the 7-segment digital display for hours, tens of minutes and minutes. The number of different aspects of each symbol can be deduced from FIG. 6. The total number of segments can also be deduced from fig. 6, by adding the segments of each row.
The average number of dark segments is obtained by dividing the total number of segments by the number of aspects. The duration of the cycle is the time interval which separates the successive appearance of the same figure. Considering again fig. 6, we see that the transition from one digit to the next is accompanied for each segment by four possibilities:
1. maintenance of the clear state;
2. change from light to dark (registration);
3. maintaining the dark state;
4. change from dark to light (erasure).
An essential property of the electrochromic display being the fact that power consumption is related to changes of state, it is important to know the number of inscriptions for a complete cycle. This number of inscriptions, divided by the number of aspects of a symbol, gives the average number of inscriptions per cycle. This average number of registrations, divided by the cycle length in minutes, gives the average number of registrations per minute.
Formula (2) at the bottom of Table 1 shows the average current consumption for the electrochromic display, as a function of the average current! o necessary to maintain a single segment in a dark state (in can be zero in some cases) and depending on the charge Qi necessary for writing and the charge Q, necessary for deleting a single segment , The number Ni of entries during 1 cycle is equal to the number of erasures. The factor 60 indicates that the duration of the reference cycle is 60 seconds I
(frequency f = -Hz)
60
This formula (2) is a special case of formula (1).
A first way to activate the electrochromic display consists in proceeding with the erasure of all the segments at the end of each minute, and the writing of new segments at the start of the following minute. There will thus be an average number of inscriptions Ni corresponding to the average number N, of dark segments, i.e.
N., = 14, 57
Table 1-Properties of the digital hour and minute display with 7-segment digits
EMI3.1
<tb> <SEP> Tens
<tb> <SEP> Symbol <SEP> Hours <SEP> of <SEP> Minutes
<tb> <SEP> minutes
<tb> Number <SEP> of different <SEP> aspects <SEP> 12 <SEP> 6 <SEP> 10
<tb> <SEP> Total <SEP> number <SEP> of <SEP> segments <SEP> 62 <SEP> 27 <SEP> 49
<tb> Average <SEP> number <SEP> of <SEP> segments <SEP> dark <SEP> 5,
<SEP> 17 <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> 4, <SEP> 90 <SEP>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> cycle <SEP> 12 <SEP> h <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 10 <SEP> min. <SEP>
<tb>
Number of <SEP> entries <SEP> per <SEP> cycle <SEP> 22 <SEP> (62) <SEP> 10 <SEP> 15
<tb> <SEP> "medium <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> (5, <SEP> 17) <SEP> 1, <SEP> 67 <SEP> 1, <SEP> 5
<tb> <SEP> "" by <SEP> minute <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> (0, <SEP> 09) <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 5
<tb>
Average total number of dark segments
N = 5.17 + 4.50 + 4.90 = 14.57
S
Total number of registrations per minute a) minimum Ni = 0, 03 + 0, 17 + 1, 5 = 1, 70 b) with deletion. total number of hours at each change
is lying :
Ni = 0.09 + 0.17 + 1.5 = 1.76
Average current consumption for the electrochromic display
I = NsIo + Ni (Qi + Qe) / 60
A second way of energizing the electrochromic display consists of proceeding to erase an entire symbol at the end of the cycle during which it does not change, and to write the new symbol at the start of the following cycle. This is equivalent to registering an average of 4.9 segments every minute, plus 4.5 segments every 10 minutes, plus 5.17 segments every 60 minutes.
The average number of registrations per minute will then be p + -5 +
A third way of activating the electrochromic display consists in carrying out an operation only when there is a change of digit, as in the second method, but by writing all the segments at the end of the cycle, then by erasing those which
are in excess at the start of the next cycle. This amounts to writing and erasing a lower average number of segments than for the second way, this number being, for a 7-segment display, the 7's complement of the average number of dark segments.
The time display consists, by this process, of entering in
average 2, 1 segments every minute, plus 2, 5 segments every
every 10 minutes, plus 1.83 segments every 60 minutes. The
average number of registrations per minute will be
Ni3 = 2, 1 + 2.5 10 + @ = 2, 38
A fourth way to excite the electrochromic display
consists of not carrying out registration and erasure operations
ment only on segments requiring a change. In process
thus systematically on all the figures we arrive at the
number calculated on the table)
N, 4 = 1.70
We can choose for each figure an excitation of one of these
4 types.
But it is possible to choose different processes.
lon the numbers. For example, Table 1 shows the variant con
sistant to energize the minute and tens digits according to the fourth method, which leads to the minimum number of changes, while the hour digits are energized according to the second method, being completely erased and re-entered once per hour. For the entire display, we then end up with the average number of registrations
N, 5 = 1,
The choice of method will depend on considerations involving the properties of the display, the tolerable consumption limit and the complexity of the circuits.
By way of digital examples, the electrochromic display, the characteristics of which correspond to FIG. 4, requires a load of 70 uC per segment per change. If, in addition, this display requires an average holding current of 0.) uA per segment. the 5 excitation methods will give the average consumptions shown in table 2.
In a wristwatch where the current available for the display must not exceed 4 uA. only methods 4 and 5 will be usable. Process 5 was chosen as an example because it shows a mixed organization (fig. 5) using both process
N'2 for hours, and in process N 4 for minutes and tens of minutes.
The following figures give details of the timepiece circuits. whose fig. 5 is the block diagram.
Fig. 7 represents the frequency divider which delivers, from a reference signal of I Hz, a series of signals corresponding to the intermediate outputs Ao, Bo ... D3. This divider comprises binary flip-flops stages of a known type in cascade such as 90, each comprising an input T, an input R and an output Q. The output signal changes each time the signal in T passes from I to 0. The output signal is set to zero each time R
goes to 1. This divider still includes logic blocks such as 91 which combine certain outputs of the binary stages and
deliver a reset signal, such as Ro, when a certain combination of the intermediate outputs is reached.
The number
decimal corresponding to this combination is indicated on each
Table 2-Average consumption according to the excitation process
EMI5.1
<tb> Method <SEP> of excitation12345 <SEP>
<tb> <SEP> Average number <SEP> <SEP> of entries <SEP> Ni <SEP> 14, <SEP> 57 <SEP> 5.44 <SEP> 2.38 <SEP> 1.70 <SEP > 1.76
<tb> <SEP> Consumption <SEP> static <SEP> in <SEP> ÁA <SEP> 1.46 <SEP> 1.46 <SEP> 1.46 <SEP> 1.46 <SEP> 1.46
<tb> <SEP> Dynamic <SEP> consumption <SEP> in <SEP> uA17, <SEP> 06, <SEP> 352, <SEP> 781992, <SEP> 06 <SEP>
<tb> <SEP> Total <SEP> consumption <SEP> in <SEP> ÁA <SEP> 18.5 <SEP> 7.81 <SEP> 4.24 <SEP> 3.45 <SEP> 3.52
<tb> block. This gives the desired periods for the output signals.
For example, we want in Fo a signal whose period is 1 minute. The divider has 6 binary stages, which normally would divide by 64. Of the 6 intermediate outputs Ao, Bo, Co,
Do, Eo, Fo available, 4 of them Co, Do, Eo, Fo are connected to logic block 91 which recognizes the binary combination corresponding to the number 15, and resets the last 4 stages to zero at this moment. The division ratio of the combination of these 4 stages and the logic block is thus reduced from 16 to 15, and the set of 6 stages divides by 60. In a similar way, the group of the following 4 binary stages, which provides 4 intermediate outputs Al, Bl, Cl, Dl divided by 10 thanks to the connection of outputs B;.
VS ; and D1 - a logic block 92 which recognizes the binary combination corresponding to the number 5 and resets the corresponding stages to zero. The group of the following 3 binary stages, which provides 3 intermediate outputs A2, B2, C2, divides by 6 thanks to the connection of the outputs B2 and C2 to a logic block 93 which recognizes the binary combination corresponding to the number 3 and resets the corresponding stages to zero. Finally, the group of the last 4 binary stages, which provides the 4 intermediate outputs A3,
B3, C3, D3 divided by 12 thanks to the connection of the outputs C3, D3 to a logic block 94 which recognizes the binary combination corresponding to the number 3 and resets the corresponding stages to zero.
The divider therefore presents at Fo a signal whose period is 1 minute, at Dl a signal whose period is 10 minutes. in C2 a signal whose period is 1 hour and in D3 a signal whose period is 12 hours.
The CC code converter blocks 62, 63 and 64 of FIG. 5 are combinations of logic gates forming directly, from the outputs 59, 60 and 61 of the divider, the state variables
F 65, 66 and 67 representing the logical state in which each segment of the display must be found. Fig. 8 defines the correspondence between the segments of the display and the state variables F. FIG. 9 gives, according to each figure to be displayed, the state (represented by bars symbolizing the value 1) of the outputs of the divider ABCD and of the state variables F.
The logical equations allowing to pass from variables ABCD to variables F are obtained by the current procedures of logic (reduction by means of Kamaugh tables for example). Table 3 shows these equations.
Table 3-Formation of variables F in the converters of
code, depending on the divisor output variables
EMI5.2
<tb> Display <SEP> l. <SEP> Minutes <SEP> 2. <SEP> Tens <SEP> of <SEP> M. <SEP> 3. <SEP> Hours
<tb> Account0-1-2 -..- 8-90-1-2-3-4-512-1-2-3 -..- 10-11 <SEP>
<tb> Var. <SEP> Divisor <SEP> A1, <SEP> Bt, <SEP> Cl, <SEP> Dl <SEP> A2, <SEP> B2, <SEP> C2 <SEP> A3, <SEP> B3, <SEP> C3, <SEP> D3 <SEP>
<tb> Var.
Status <SEP> <SEP> Fm1 <SEP> Ó <SEP> Fm7 <SEP> Fm11 <SEP> Ó <SEP> Fm17 <SEP> Fh1 <SEP> Ó <SEP> Fh9
<tb> F1 <SEP> BCD <SEP> + <SEP> B <SEP> AC? <SEP> BC <SEP> + <SEP> AB <SEP> AB + BCD + BD + AD <SEP>
<tb> F2 <SEP> B <SEP> + <SEP> AC <SEP> B <SEP> D <SEP> + <SEP> AC <SEP> + <SEP> AB
<tb> F3 <SEP> B <SEP> + <SEP> D <SEP> + <SEP> AC <SEP> + <SEP> AC <SEP> B <SEP> + <SEP> AC <SEP> + <SEP > AC <SEP> ABD + ACE + BD + AC + AB
<tb> F4 <SEP> D + AB + AB + AC <SEP> B <SEP> + <SEP> A <SEP> BD + ¯B + AC + ABD
<tb> F5 <SEP> C + D + AB + AB <SEP> C + AB + AB <SEP> C + BD + AD + ABD
<tb> F6 <SEP> D + AC + AB + BC + ABC <SEP> B + AC + AC = F <SEP> 3 <SEP> BD + AC + AB + ABC + BCD
<tb> F7 <SEP> D + BC + AB + BC <SEP> B <SEP> + <SEP> C <SEP> ABC + BD + AC + AB + BCD
<tb> F8 <SEP> = <SEP> F9 <SEP> BD <SEP> + <SEP> ABCD
<tb>
Memories 68 and 69 of FIG.
5 can be produced by means of an assembly comprising 2 inverters and an electronic switch. Fig. 10 shows the principle of a memory cell. A state variable F is introduced, through a switch 100 at the input of an inverter 101. The output of this same inverter is connected to the input of a second inverter 102, while
delivering the variable M. The output of this second inverter is connected to the other terminal of the switch 100 and delivers the variable M.
A control variable K, determines the position of the electronic switch so that when Ki = 1, G = F and when Kl = 0, G = M. In the position K, = 1, the variable F imposes the state of the two inverters so that F = M. In the position Ki = 0, the 2 inverters are looped on themselves, which constitutes a bistable system, therefore a memory element which keeps indefinitely the value that F had at the time of the step sagedeKl = OàKI = 1.
So far, no mention has been made of the technology to be used to perform the above functions. The technology of integrated circuits with complementary metal-oxide-semiconductor transistors (MOST) being well adapted to the conditions imposed by the wristwatch, it will serve to illustrate the realization of some particular functions. A memory cell according to the principle of FIG. 10, comprising 8 MOSTs, is shown in fig. 11. 4 transistors 121, 122, 123, 124 are n-channel, and 4 transistors 125, 126, 127, 128 are p-channel. Transistors 122 and 126 form the first inverter, transistors 123 and 127 the second inverter.
The electronic switch has two transmission doors. A transmission gate is made up of an n-type MOST and a p-type MOST whose sources, connected together, constitute the input, whose drains, connected together, constitute the output, and whose gates are connected respectively to a command variable and its complement.
The first transmission gate, formed by MOST 121 and 125, connects the input variable F to the input G of the first inverter when the control variable K1 = I and its complement ki = 0. The second transmission gate, formed of
MOST 124 and 128, connects the output M of the second inverter to the input G of the first when K I = 0 and Ki = 1. This circuit therefore delivers the variable M and its complement M satisfying the imposed conditions.
The blocks S, VC and CEC of fig. 5 are determined by the excitation conditions of the display cells. It is therefore useful to specify the excitation means before describing the other blocks
functional. In fig. 12, 3 display cells 110, 111, 112 have been shown respectively having individual control electrodes 113, 114, 115 and a common electrode 116. A first means of controlling each cell would be to connect the common electrode to ground. , and to link each individual etc- trode. through series resistors and switches, to one or more positive voltage sources and to one negative voltage source.
The advantage of this scheme is the possibility of simultaneously controlling the writing of certain cells and the deletion of other cells. Fig. 12 indicates another diagram, the main advantage of which is the use of a single voltage source + UB for the write and erase operations. An auxiliary voltage source + UM is only required if a holding voltage is required. This voltage source delivers a very low current, and can be obtained from + UH using a voltage regulator circuit (UM is between 0 and UB).
The diagram shown shows that each individual etc- trode such as 113 is energized for registration by a first switch such as Tu, in series with a resistor Ri, connected to the + UB terminal of the voltage source, and for the erasure by a second switch such as TEI, in series with a resistor RE. connected to ground. For its part, the common electrode is connected to 3 switches TA, TM and TB connecting it respectively to + Us to + UM or to ground.
Each cell can be subjected to 5 different regimes depending on the combination of open or closed switches. A transfer variable T associated with each switch being 0 when it is open and I when it is closed, table 4 represents the 5 modes considered. In the 3'column, the voltage across the cell is symbolized by + I during writing, + 1/2 during hold, -1 during erasure, 0 during short-circuit.
An X in any column means that several possibi
ities exist (indifference). The 5 columns on the right indicate the positions required for each switch.
Table 4-Excitation of a display cell according to fig. 11
EMI6.1
<tb> Symbol <SEP> Function <SEP> U1-Uc <SEP> TA <SEP> TB <SEP> tM <SEP> TI <SEP> TE <SEP>
<tb> <SEP> M <SEP> Maintain <SEP> 1/2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP>
<tb> <SEP> CCChort-circuit001001 <SEP>
<tb> <SEP> E <SEP> Erase-1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP>
<tb> <SEP> I <SEP> Registration <SEP> +1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP>
<tb> <SEP> 0 <SEP> Circuit <SEP> open <SEP> X <SEP> X <SEP> X <SEP> X <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Fig. 13 represents the excitation circuit of the display cells produced with MOSTs.
As in fig. 12, 3 cells 110, 1111, 112 are shown. The separate electrode 113 of a cell such as 110 is connected to the drain of a p-channel MOST 130 controlled by the complement Ta of the variable Tn, and whose source is at voltage + UB, and to the drain of a MOST with channel n such as 3382/72 as 131 controlled by the variable TEI, and whose source is grounded. The function of each of these transistors is both that of the switch and that of the series resistor shown in FIG. 12. A pair of transistors drives the separate electrode of each of the cells.
The control circuit of the common electrode 116 (bottom of the figure) combines logic and analog functions. The logic functions are the control, by the variables TA, TB and TM. switching functions having the same effect on the common electrode 116 as the 3 switches of FIG. 12. The analog functions are those of a voltage regulator which supplies voltage UB-UM when desired so that voltage UM is applied to the display cells.
The p 132 MOST has a simple switch function. It is blocked when TA = 1 (TA = 0) and it drives when TA = 0 (TA = 1). In this state, its resistance must be low enough that the voltage drop it produces is negligible even at the maximum expected current. MOST channel n133 can have 3 different functions depending on the state of the two control variables TB and TM. When M = I (TM = 0) resistor 134 is not traversed by any current, and everything happens as if the MOST were controlled directly by the variable TB.
Consequently, the MOST is blocked if TB = 0, and it conducts if TB = 1. The condition imposed on MOST 133 is the same as for MOST 132, namely that the voltage drop is negligible even at the highest expected current. . Finally, if Ta = 0 and TM = 0 (TM = 1), MOST 133 acts in an intermediate conduction domain, like a series regulator. Its gate 135 is controlled by an adjustment circuit formed by MOST 136, 137 and associated resistors, so as to maintain the potential of common electrode 116 at the desired value.
The function of MOST 138 is to control the commissioning of the adjustment circuit by allowing a current to be established through resistor 139. This resistor is practically connected to terminal + Ue when TM = 0. The function of the divider voltage formed by resistors 140 and 141 is to reduce the voltage of electrode 116 to a value within the linear operating range of the adjustment circuit.
The function of the voltage divider forming resistors 142 and 143 is to establish a reference voltage equal to the nominal voltage of point 144, this voltage itself being in a fixed relation to the voltage of electrode 116.
Knowing the conditions which the command variables must fulfill, one can now describe the part of the blocks S of FIG. 5 which is not incorporated into the circuit of FIGS. 12 or 13. These blocks combine control variables K with state variables F and with stored state variables M so as to correctly activate the display. The command variables are variables taking the value I while certain operations must be carried out, and taking the value 0 while the other operations take place. The command variables are defined in Table 5.
Table 5
Definition of the command variables
Kl Hold digits of minutes and tens
and control memories.
K2 Short circuit and registration
all numbers.
K3 Delete minute digits
and tens.
K4 Minute digits inscription
and tens.
K5 Erase hour digits.
K6 Registering and maintaining digits
hours.
K7 General time change command.
The logical equations combining the variables F and M which are individual for each segment, with the variables K, which are common to the whole system, give the transfer variables T which determine the control of the display, that is to say switches at the top of FIG. 12 or transistors from the top of FIG. 13. These logical equations are of two types.
When both a state variable F and a stored variable M are available, the equations of the corresponding transfer variables T are:
Lettering: TIm = Fm (K1 + MmK4)
Erasure: TEm = Fm + K (M
(3)
These equations represent the solution by logical means of the change detector, combined with the control means determining the instant and duration of the write (K4 and K2) and erase (K3) cycles as well as the hold functions (Kí) and short-circuit (K2).
These equations apply to the functions controlling the display of minutes and tens of minutes, in the diagram of FIG. 5 (blocks 72 and 73) and show how to drive an electrochromic display with minimal current consumption.
When no stored variables are available, the erase and write operations can be routed correctly if the following conditions are met:
1. Control of holding and short-circuit cycles on the basis of state variables F, combined with auxiliary control variables K6 and K2.
2. Control of an erase operation on the basis of state variables F, combined with a control variable K5 applied just before a possible change of F. Then, only dark segments will receive an erase current.
3. Control of a write operation on the basis of the state variables F, combined with a control variable K6, which may be the same as that which controls the hold operation.
Indeed, the voltage difference applied to a segment between a write operation and a hold operation can be performed either on the side of the individual electrode of each segment, or on the side of the common electrode. This second possibility has been chosen, which makes it possible to simplify the logic operations necessary for the control of the individual electrodes.
These operations are then expressed by the following equations:
TIh = FhK6 ¯ (4)
TEh = FhK2 + FhK5
These equations apply to the functions controlling the display of the hours in the diagram of FIG. 5 (block 78). They represent the realization of an excitation mode with complete erasure (here: hours) at each change.
The excitation of the common electrode requires the determination of three transfer variables TA, TB and TM (see Table 4, as well as Figs. 12 and 13). These variables must be synchronized with the control variables K appearing in equations (3) and (4). They are determined as follows:
TA = K3 + K5
TB = K2
TM = K1
(5)
It remains to specify the sequence of the write, hold, erase, short-circuit or open-circuit phases. These phases must respect the 1 minute cycle for the display of minutes and tens of minutes, as well as the 1 hour cycle for the display of hours.
The variables K1, K2, K3 and K4 have a cycle of 1 minute, divided into several phases where these variables take the values 0 and I alternately, with one exception concerning K2. The variables Ks, Ko and K7 have a cycle of
I hour. The variable K7 is equal to I at the time of a change of hour, or more precisely between the middle of the 59'minute and the middle of the 60'minute.
The variables K5 and K6 are synchronized with the variables K to K4 and, in addition, only intervene when K7 is equal to 1. The exception concerning K2 is that one of the short-circuit phases is removed at the end of the 59 minutes to allow an erase operation. Table 6 gives a sequence of control variables which has been tested on an electrochromic display. The last two lines of this table give the durations of the phases and the instants corresponding to the passages from one phase to the next.
Table 6
Sequence of the control variables for any minute (in brackets are shown the sequences modified at the end of the 59 'minute and at the start of the 60' minute).
EMI8.1
<tb>
Phase <SEP>? <SEP> 12 <SEP> 34 <SEP> 5 <SEP> 67 <SEP> 8
<tb> Operation <SEP> on <SEP> signs <SEP> minutes
<tb> and <SEP> tens <SEP> CC <SEP> E <SEP> I + <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC
<tb> CC
<tb> Variables <SEP> of <SEP> M <SEP> K1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> Q <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> command <SEP> CC <SEP> K2 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> (0)
<tb> minutes <SEP> and <SEP> E <SEP> K3 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP >
<tb> tens <SEP> IKj,
<SEP> 00 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 00 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Operation <SEP> on <SEP> signs <SEP> CC <SEP> 0 <SEP> CC <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC <SEP> M <SEP> CC <SEP>
<tb> of <SEP> hours <SEP> (I) <SEP> (E)
<tb> Variables <SEP> of <SEP> com-E <SEP> K5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> ( 1) <SEP>
<tb> command <SEP> hours <SEP> I <SEP> K6 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> (1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 < SEP> 0 <SEP>
<tb> <SEP> command (min.
<SEP> any <SEP> K7 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb> General <SEP> (59th <SEP> minute) <SEP> K7 <SEP> 0 <SEP> (1) <SEP>
<tb> hours <SEP> (60th <SEP> minute) <SEP> K7 <SEP> (1) <SEP> 0 <SEP>
<tb> Duration <SEP> of the <SEP> phases <SEP> (seconds) <SEP> 28 <SEP> 24 <SEP> 8 <SEP> 168 <SEP> 12 <SEP>
<tb> Scale <SEP> of <SEP> times <SEP> (seconds) <SEP> 0 <SEP> 210 <SEP> 1216 <SEP> 24 <SEP> 40 <SEP> 48 <SEP> 60 <SEP>
<tb> <SEP> 0 <SEP> 32 <SEP> 6
<tb>
The choice of phases was dictated by the following considerations:
Phaee 1:
the start of each minute begins with a short circuit applied to all segments that need to stay or become clear. This short-circuit initiates the erasure of the cells which must turn from dark to light, and decreases the charge that the battery must provide for the erasure.
Phase 2: the etTacement of the minute segments must take place after the change of the state variables, since the control logic needs the old variables (M) and the new variables (F), according to the control equations (4) .
Phase 3: Writing of the minute and hour segments can take place simultaneously, after the changes of the 3382. 72 state variables. The inscription of the new segments has been placed after the deletion of the old segments, so that the transient symbols do not correspond to figures differing from the old and the new figure to be displayed. For example in fig. 6. we see that the passage from 3 to 4 gives a 9 if we start by entering the new segment, while it gives a meaningless symbol if we start by erasing the old segments.
Phases 4 and 6. Short-circuit of the clear segments terminating the erase operation and ensuring that they remain in this state.
Phases 5 and 7: maintaining dark segments by applying the holding voltage at approximately equal intervals.
This hold operation is necessary if the dark state is associated with an internal leakage current in the display cells which produces very slow erasure. If this current is negligible, that is to say if the dark state is maintained for a period greater than the duration of the write cycle, the maintenance operation is unnecessary. It suffices to leave the corresponding cells in open circuit.
Phase 8. short-circuit in general, except at the end of the 59 'minute when, before the hours change, all the dark segments of the hour symbol are erased.
Fig. 14 represents the variation as a function of time, during I minute, of the output variables of the divider Bo Co Do Eo Fo and of the control variables K1 to K7. A logical combination of the output variables of the divider makes it possible to obtain each of the control variables. This logical combination depends on the duration chosen for each phase. The choice of the periods was dictated on the one hand by the display requirements and on the other hand by choosing simple combinations of the divider output variables when the durations played a secondary role (holding and short-circuit phases ).
The logical combinations corresponding to, fig. 14 are as follows:
K1 = D0 E0 F0 + D0 E0 F0
K2 = K1 K3 K5
K3 = E0 F0 [D0 (B0 + C0) + B0 C0 D0]
K4 = B0 C0 D0 E0 F0
K5 = K7 Eo F0
K6 = K1 + K4 K7
K7 = B1 C1 B2 (F0 A1 D1 A2 C2 + F0 A1 D1 A2 D2)?
The K variables; Kj and K4 are determined by the output variables of the divider shown at the top of fig. 14. The variable K7 is determined by the output variables of the divider whose period is slower (up to 1 hour), and which are defined in fig. 7. The variables K2 K5 and K6 are logical combinations of the previous ones.
In the preceding description, no mention is made of combinatorial logic circuits corresponding to the systems of equations (1) to (6). The methods making it possible to pass logic equations to a logic diagram comprising AND, OR, NOR etc. gates are known. The methods of performing logic functions by means of complementary MOS transistors are also known. It is therefore superfluous to represent in detail the combinatorial circuits of the system described, insofar as they do not call on new concepts.