FR2480956A1 - PIECE OF ELECTRONIC WATCHMAKING - Google Patents
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Abstract
Description
-1--1-
PIECE D'HORLOGERIE ELECTRONIQUEPIECE OF ELECTRONIC WATCHMAKING
L'invention concerne une pièce d'horlogerie électronique comportant un moteur pas-à-pas, un oscillateur pour produire un signal de référence standard, un diviseur de fréquence couplé audit oscillateur et un circuit d'entraînement du moteur couplé audit diviseur, fournissant de l'énergie au moteur sous forme d'impulsions motrices. Lors de la conception d'une telle pièce d'horlogerie, on cherche à rendre maximal le rendement global, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie mécanique fournie par le moteur pour entraîner des organes d'affichage analogiques et An electronic timepiece comprising a stepper motor, an oscillator for producing a standard reference signal, a frequency divider coupled to said oscillator and a motor drive circuit coupled to said divider, providing motor energy in the form of driving pulses. During the design of such a timepiece, it is sought to maximize the overall efficiency, that is to say the ratio between the mechanical energy supplied by the motor to drive analog display devices and
l'énergie électrique fournie-par la pile, afin d'obtenir de l'en- the electrical energy supplied by the battery, in order to obtain
semble un fonctionnement fiable pendant une durée maximale. La structure des différentes parties de la pièce d'horlogerie, comme seems reliable operation for a maximum duration. The structure of the different parts of the timepiece, as
son fonctionnement sont prévus pour une tension de pile détermi- operation are provided for a determined battery voltage.
née.born.
Le moteur pas-à-pas, notamment, qui est le principal consom- The stepper motor, in particular, which is the main consumer
mateur d'énergie doit être optimisé dans sa construction. La recherche du meilleur rapport couple utile-consommation conduit en energy meter needs to be optimized in its construction. The search for the best relationship between usefulness and consumption leads in
particulier à adopter pour la bobine un diamètre de fil particu- particular for the coil to adopt a particular wire diameter
lier et à prévoir pour l'entraînement du moteur, compte tenu de sa bind and to be expected for the engine drive, given its
charge, une énergie d'impulsions motrices déterminée. charge, a determined motor pulse energy.
L'équipement d'une pièce d'horlogerie par une pile présentant une tension différente de celle pour laquelle elle a été conçue entraîne donc, sinon son mauvais fonctionnement, tout au moins une The equipment of a timepiece by a battery having a voltage different from that for which it was designed therefore causes, if not its malfunction, at least one
diminution de ses performances par une augmentation de sa consom- decrease in its performance by an increase in its
mation.mation.
Or, les différents types de piles dont on dispose actuelle- However, the different types of batteries currently available-
ment présentent des tensions qui diffèrent notablement les unes des autres. Par exemple, une pile au mercure correspond à une tension de 1,35 V alors que les tensions de piles à l'argent ou au lithium sont respectivement de 1,55 V et de 3,0 V. L'utilisateur est donc tenu d'employer une pile d'un type donné, c'est-à-dire que, dans le cas o le prix des différents types de piles viendrait à varier fortement, il ne pourrait pas have tensions that differ significantly from each other. For example, a mercury battery corresponds to a voltage of 1.35 V while the battery voltages to silver or lithium are respectively 1.55 V and 3.0 V. The user is therefore required to to use a battery of a given type, that is, in the event that the price of different types of batteries would vary greatly, it could not
choisir d'utiliser toujours la plus économique. choose to always use the most economical.
Par ailleurs, il peut surgir des problèmes d'approvisionne- In addition, supply problems may arise
ment régionaux ou globaux qui empêchent l'utilisateur de se procu- regional or global barriers that prevent the user from procuring
rer la pile qu'il recherche.the pile he is looking for.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. The object of the invention is to overcome these disadvantages.
Ce but est atteint grâce au fait que la pièce d'horlogerie selon l'invention, apte à être alimentée par différents types de piles correspondant à des tensions différentes, comporte des moyens de détection pour déterminer le type de la pile dont elle est équipée et que le circuit d'entraînement du moteur comporte des moyens d'adaptation commandés par les moyens de détection, pour modifier les impulsions motrices de façon que leur énergie conserve sensiblement la même valeur quelle que soit la tension de This object is achieved thanks to the fact that the timepiece according to the invention, capable of being powered by different types of batteries corresponding to different voltages, comprises detection means for determining the type of the battery of which it is equipped and that the motor drive circuit comprises adaptation means controlled by the detection means, for modifying the driving pulses so that their energy retains substantially the same value regardless of the voltage of the motor.
la pile dont la pièce d'horlogerie est équipée. the battery of which the timepiece is equipped.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les In a first embodiment of the invention, the
moyens d'adaptation modifient la durée des impulsions motrices. Means of adaptation modify the duration of the motor pulses.
Dans un second mode de réalisation les moyens d'adaptation In a second embodiment, the adaptation means
produisent des trains d'impulsions de rapports cycliques diffé- produce cyclic pulse trains of different
rents.ent.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- Other features and advantages of the invention are
raîtront au cours de la description qui suit de deux exemples de will be described in the following description of two examples of
réalisation en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente sous forme d'un schéma-bloc une pièce embodiment with reference to the accompanying drawing in which: - Figure 1 shows in the form of a block diagram one piece
d'horlogerie conventionnnelle.conventional watchmaking.
- les figures 2 et 3 représentent, également sous forme de schéma-blocs, deux modes de réalisation de la pièce d'horlogerie - Figures 2 and 3 show, also in block diagram form, two embodiments of the timepiece
selon l'invention.according to the invention.
La pièce d'horlogerie conventionnelle de la figure 1 compor- The conventional timepiece of FIG.
te, pour produire un signal de base de temps, un oscillateur à quartz 1 délivrant un signal de fréquence standard, par exemple 32 kHz, A un circuit diviseur de fréquence 2 composé d'une série de basculeurs branchés en cascade. Le signal de base de temps fourni par le circuit diviseur de fréquence 2 est transmis à un circuit d'entraînement 3 du moteur pas-à-pas 6. Le moteur 6 entraîne des te, to produce a time base signal, a crystal oscillator 1 delivering a standard frequency signal, for example 32 kHz, to a frequency divider circuit 2 composed of a series of cascaded switches. The time base signal supplied by the frequency divider circuit 2 is transmitted to a drive circuit 3 of the stepper motor 6. The motor 6 causes
organes d'affichage analogique non représentés. Le circuit d'en- analog display members not shown. The circuit of
traînement 3 du moteur comporte un circuit générateur dlimpulsions de commande 4 produisant, à la fréquence du signal de sortie du 3 of the motor comprises a control pulse generating circuit 4 producing, at the frequency of the output signal of the
circuit diviseur 2 qu'il reçoit, des impulsions de commande d'am- divider circuit 2 that it receives, control pulses of am-
plitude constante et de durée déterminée et un circuit de commande du moteur qui applique les impulsions 4-- commande du circuit 4 -3- au moteur 6 sous forme d'impulsions motrices généralement de constant and fixed duration and a control circuit of the motor which applies the pulses 4-- control of the circuit 4 -3- to the engine 6 in the form of driving pulses generally of
polarité alternée. Une pile 7 de type donné, par-exemple à l'ar- alternating polarity. A stack 7 of a given type, for example in the case of
gent, alimente en énergie les différents circuits 1, 2, 4, 5 et le gent, powers the various circuits 1, 2, 4, 5 and the
moteur 6 par l'intermédiaire du circuit de commande 5. motor 6 via the control circuit 5.
La figure 2 est un schéma-bloc représentant un premier mode de réalisation de la pièce d'horlogerie selon l'invention dans lequel on adapte la durée des impulsions de commande du moteur à la tension de la pile dont elle est équipée de manière à assurer FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the timepiece according to the invention in which the duration of the motor control pulses is adapted to the voltage of the battery with which it is equipped so as to ensure
un fonctionnement du moteur dans des conditions quasi optimales. engine operation under near optimal conditions.
L'oscillateur 1, le circuit diviseur 2, le circuit de comman- The oscillator 1, the divider circuit 2, the control circuit
de 5 et le moteur 6 sont indentiques à ceux de la pièce d'horloge- of 5 and the motor 6 are identical to those of the clock-
rie conventionnelle de la figure 1. Par contre, le repère 7 dési- Figure 1. On the other hand, the reference 7
gne ici une pile de l'un quelconque des types les plus courants, Here is a stack of one of the most common types,
c'est-à-dire au lithium, à l'argent. ou au mercure. that is, lithium, silver. or mercury.
Conformément à l'invention, la pièce d'horlogerie comporte en outre un circuit détecteur de tension à deux seuils 8, branché aux bornes de la pile. Ce circuit 8 compare la tension de la pile 7 à deux valeurs de référence mémorisées, choisies de façon à définir According to the invention, the timepiece further comprises a voltage detector circuit with two thresholds 8, connected to the terminals of the battery. This circuit 8 compares the voltage of the battery 7 with two stored reference values, chosen so as to define
trois domaines de tensions dans chacun desquels se situe la ten- three areas of tension in each of which is the
sion de l'un des types de pile précités et fournit à ses sorties 81 et 82 des signaux représentatifs du type de pile dont la pièce d'horlogerie est équipée. On peut par exemple fixer les valeurs des tensions de référence à 1,45 V et 1,80 V. Par ailleurs, la pièce d'horlogerie comporte des moyens d'adaptation des impulsions de commande constitués par un circuit formateur d'impulsions 9 qui remplace le circuit générateur d'impulsions de commande 6 (fig. 1) de la pièce d'horlogerie conventionnelle. Le circuit formateur d'impulsions 9 est capable de produire des impulsions de trois durées différentes selon les signaux qu'il reçoit du circuit détecteur 8 sur ses entrées de commande 91 et 92' chaque durée d'impulsions correspondant à un type de pile déterminé et étant sensiblement inversement proportionnelle à la tension de pile à laquelle elle est associée. L'énergie des impulsions motrices communiquée au moteur 6 reste alors sensiblement la même quelle que soit la tension d'alimentation. On choisira de préférence des durées d'impulsions de 4,0 ms pour une pile au lithium, 7,8 ms pour une pile à l'argent et 9,0 ms pour une pile au mercure. Le -4- circuit formateur d'impulsions 9 peut être constitué par trois one of the aforementioned types of battery and provides at its outputs 81 and 82 signals representative of the type of battery which the timepiece is equipped. For example, the values of the reference voltages can be set at 1.45 V and 1.80 V. Moreover, the timepiece comprises means for adapting the control pulses constituted by a pulse-forming circuit 9 which replaces the control pulse generating circuit 6 (FIG 1) of the conventional timepiece. The pulse forming circuit 9 is capable of producing pulses of three different durations depending on the signals it receives from the detector circuit 8 on its control inputs 91 and 92 'each pulse duration corresponding to a determined battery type and being substantially inversely proportional to the stack voltage with which it is associated. The energy of the driving pulses communicated to the motor 6 then remains substantially the same regardless of the supply voltage. Pulse durations of 4.0 ms for a lithium battery, 7.8 ms for a silver battery and 9.0 ms for a mercury battery are preferred. The pulse forming circuit 9 may be constituted by three
circuits élémentaires semblables au circuit générateur d'impul- elementary circuits similar to the pulse generator circuit
sions 4 (fig. 1) d'une pièce d'horlogerie classique, branchés en parallèle, chacun de ces circuits élémentaires pouvant produire des impulsions de durée déterminée et être activé individuellement 4 of a conventional timepiece, connected in parallel, each of these elementary circuits being able to produce pulses of definite duration and to be activated individually.
par les signaux du circuit détecteur de tension 8. Il peut égale- by the signals of the voltage detector circuit 8. It may also
ment consister en un circuit de combinaison d'impulsions connu en soi qui combine les signaux de sortie de différents basculeurs du circuit diviseur de fréquence 2 pour produire des impulsions de it consists of a pulse combination circuit known per se which combines the output signals of different rockers of the frequency divider circuit 2 to produce pulses of
durées différentes.different durations.
La pièce d'horlogerie que l'on vient de décrire fonctionne- The timepiece just described works
rait encore dans de bonnes conditions si on l'équipait d'une pile d'un autre type que ceux pour lesquels elle a été conçue, mais la durée d'impulsions de 4,0 ms, 7,8 ms ou 9,0-ms ne correspondrait plus à une valeur optimale pour la tension de pile utilisée. Pour réaliser une pièce d'horlogerie susceptible de fonctionner dans les meilleures conditions quelle que soit la tension de la pile dont on l'équipe, il suffit de multiplier le nombre de seuils pour would still be in good condition if it was equipped with a battery of a different type than those for which it was designed, but the pulse duration of 4.0 ms, 7.8 ms or 9.0 ms would no longer be an optimal value for the battery voltage used. To make a timepiece capable of working under the best conditions regardless of the voltage of the battery with which it is equipped, it is sufficient to multiply the number of thresholds for
le circuit détecteur 8 et de prévoir un circuit formateur d'impul- the detector circuit 8 and to provide a pulse-forming circuit
sions de commande 9 capable-de produire un nombre d'impulsions de durées différentes prédéterminées au moins égal au nombre de domaines de tensions définis par les seuils du circuit détecteur 9 is capable of producing a number of pulses of different predetermined times at least equal to the number of voltage domains defined by the thresholds of the detector circuit
8, chaque durée d'impulsions étant sensiblement inversement pro- 8, each pulse duration being substantially inversely
portionnelle à la tension de pile se situant dans le domaine proportional to the battery voltage lying in the field
correspondant.corresponding.
On peut également maintenir l'énergie des impulsions motrices fournies au moteur sensiblement constante quel que soit le type de pile dont la pièce d'horlogerie est équipée, en produisant non It is also possible to maintain the energy of the driving pulses supplied to the motor substantially constant regardless of the type of battery of which the timepiece is equipped, by producing no
plus des impulsions de durée variable, mais des trains d'impul- more impulses of varying duration, but pulse trains
sions courtes, la durée de ces trains d'impulsions étant fixe, et en faisant varier le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport the duration of these pulse trains being fixed, and by varying the duty cycle, that is the ratio of
entre la durée d'une impulsion et la période des impulsions. between the duration of a pulse and the period of the pulses.
L'inductivité du moteur agissant comme un filtre sur de tels trains d'impulsions, l'effet de ceux-ci est le même que celui d'impulsions motrices de durée égale à celle du train d'impulsions mais dont l'amplitude serait réduite d'un facteur égal au rapport cyclique. Ceci peut être réalisé comme le montre la figure 3 sur -5- laquelle Gil retrouve les éléments communs avec les figures 1 et 2 The inductivity of the motor acting as a filter on such pulse trains, the effect of these is the same as that of driving pulses of duration equal to that of the pulse train but whose amplitude would be reduced a factor equal to the duty cycle. This can be done as shown in FIG. 3, on which Gil finds the elements common to FIGS. 1 and 2.
désignés par les mêmes repères.designated by the same references.
Le circuit formateur 9 (fig. 2) d'impulsions de durées diffé- The forming circuit 9 (FIG 2) of pulses of different durations
rentes est ici remplacé par un circuit générateur 10 ne produisant plus que des impulsions de même durée, cette durée devant être au moins égale à la durée optimale pour la pile de plus basse tension dont peut être équipée la pièce d'horlogerie et un circuit de rentes is here replaced by a generator circuit 10 producing only pulses of the same duration, this duration must be at least equal to the optimal duration for the lower voltage battery which can be equipped with the timepiece and a circuit of
hachage d'impulsions 11 branché entre le circuit formateur d'im- pulse hashing 11 connected between the training circuit of im-
pulsions 10 et le circuit de commande 5 du moteur. Le circuit de pulses 10 and the control circuit 5 of the motor. The circuit of
hachage 11, connu en soi, est relié à différentes sorties intermé- hash 11, known per se, is connected to different intermediate outputs
diaires du circuit diviseur de fréquence 2 et reçoit sur ses en- diaries of the frequency divider circuit 2 and receive on its
trées de commande 111 et 112 les signaux du circuit détecteur de tension 8. Le circuit de hachage produit, à partir des impulsions qu'il reçoit du circuit générateur 10, des trains d'impulsions plus courtes dont la fréquence peut être de l'ordre du kilohertz (par exemple 1024 Hz) et dont le rapport cyclique dépend du type 111 and 112 the signals of the voltage detector circuit 8. The hash circuit produces, from the pulses which it receives from the generator circuit 10, shorter pulse trains whose frequency may be of the order kilohertz (for example 1024 Hz) and whose duty cycle depends on the type
de pile utilisé.battery used.
Comme dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, on peut se contenter d'un détecteur à deux seuils et prévoir la As in the case of the embodiment of FIG. 2, it is possible to be satisfied with a detector with two thresholds and to provide the
possibilité de trois rapports cycliques pour les trains d'impul- possibility of three cyclical reports for the pulse trains
sions produits par le circuit de hachage 11 ou multiplier le nombre de seuils et le nombre de rapports cycliques correspondants produced by the hash circuit 11 or multiply the number of thresholds and the number of corresponding cyclic ratios
si on désire obtenir un fonctionnement optimal de la pièce d'hor- if one wishes to obtain optimal operation of the hor-
logerie quelle que soit la tension de pile. logerie regardless of the battery voltage.
-5 Dans tous les cas, le fonctionnement optimal est obtenu en -5 In all cases, optimal functioning is achieved by
choisissant un rapport cyclique sensiblement inversement propor- choosing a cyclic ratio substantially inversely
tionnel à la tension de la pile. Le plus grand de ces rapports cycliques peut être égal à un si la durée des impulsions fournies par le circuit formateur 10 correspond à la durée optimale pour la tional to the battery voltage. The largest of these cyclic ratios can be equal to one if the duration of the pulses provided by the forming circuit 10 corresponds to the optimal duration for the
tension d'alimentation la plus faible. lowest power supply voltage.
Il est facile de munir la pièce d'horlogerie selon l'inven- It is easy to provide the timepiece according to the invention.
tion d'un dispositif permettant d'adapter l'énergie des impulsions motrices envoyées au moteur à sa charge instantanée. Il suffit pou- cela de prévoir un dispositif de détection de la charge et/ou tion of a device for adapting the energy of the motor pulses sent to the engine at its instantaneous load. It is sufficient to provide a device for detecting the load and / or
de la rotation du moteur, relié soit au circuit formateur d'impul- motor rotation, connected either to the pulse-forming circuit
sions 9 (fig. 2) soit au circuit de hachage Il (fig. 3) qui, 9 (fig 2) or to the hash circuit 11 (FIG.
cociportant alors des moyens pour combiner les informations four- co-contractor then means to combine the information
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nies par le circuit détecteur de tension de la pile et le disposi- by the voltage detector circuit of the battery and the
tif de détection de la charge ou de la rotation du moteur, fournit au circuit de commande 5 des impulsions ou des trains d'impulsions dont l'énergie est optimale compte tenu de la tension de la source d'alimentation et de la charge instantanée du moteur. On élargit alors la gamme des durées d'impulsions ou des rapports cycliques pour permettre cette adaptation supplémentaire à la charge du moteur quel que soit le type de pile utilisé, en tenant compte du fait que certaines valeurs de durée d'impulsions ou de rapport cyclique prévus pour un type de pile et une charge maximale du moteur peuvent convenir pour une pile de tension plus faible et In order to detect the load or the rotation of the motor, it supplies the control circuit 5 with pulses or pulse trains whose energy is optimal taking into account the voltage of the power source and the instantaneous load of the power supply. engine. The range of pulse times or duty cycles is then extended to allow this additional adaptation to the load of the motor regardless of the type of battery used, taking into account that certain values of pulse duration or duty cycle provided for one type of battery and a maximum motor load may be suitable for a lower voltage stack and
une charge du moteur plus faible.a lower engine load.
Par ailleurs, il suffit de prévoir un seuil inférieur supplé- In addition, it is sufficient to provide for an additional lower threshold
mentaire pour que le circuit détecteur de tension 8 constitue également un détecteur de fin de vie de pile. En effet, dès que la tension de la pile décroît et franchit le seuil du circuit de that the voltage detector circuit 8 also constitutes a battery end-of-life detector. Indeed, as soon as the voltage of the battery decreases and crosses the threshold of the circuit of
détection se trouvant immédiatement en dessous de la valeur norma- detection immediately below the normal value
le de la tension de la pile, les signaux de sortie du circuit détecteur 8 sont modifiés. Il suffit donc de relier les sorties déjà prévues et une sortie supplémentaire correspondant au seuil the voltage of the battery, the output signals of the detector circuit 8 are modified. It is therefore sufficient to connect the outputs already planned and an additional output corresponding to the threshold
inférieur ajouté à un circuit logique simple commandant un dispo- added to a simple logic circuit controlling a
sitif d'alarme sonore ou visuel pour munir la pièce d'horlogerie sound or visual alarm system to equip the timepiece
d'un dispositif avertisseur de fin de vie de pile. end of battery warning device.
De plus, pour la plupart des types de piles, le moteur conti- In addition, for most types of batteries, the motor con-
nue à être alimenté par une énergie suffisante, même pendant les. to be powered by sufficient energy, even during.
quelques jours qui suivent le début de la baisse de tension de la pile, la durée des impulsions ou le rapport cyclique pour les trains d'impulsions augmentant au fur et à mesure que la tension de la pile franchit des seuils de plus en plus bas du dispositif a few days after the beginning of the battery voltage drop, the pulse duration or the duty cycle for the pulse trains increasing as the battery voltage crosses lower and lower thresholds. device
détecteur.detector.
L'invention n'est naturellement pas limitée aux exemples de réalisation qui ont été décrits. On peut, par exemple, maintenir The invention is of course not limited to the embodiments which have been described. We can, for example, maintain
sensiblement constante l'énergie des impulsions de commande en- substantially constant the energy of the driving pulses en-
voyées au moteur, quel que soit le type de la pile et éventuelle- engine, whatever the type of battery and possibly
ment adapter cette énergie à la charge du moteur en associant un circuit formateur d'impulsions de durées différentes et un circuit adapt this energy to the load of the motor by associating a pulse-forming circuit of different durations and a circuit
de hachage pour obtenir des trains d'impulsions de durées diffé- hashes to obtain pulse trains of different durations
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rentes et de rapport cyclique variable. annuities and variable cyclical ratio.
On peut également produire des trains d'impulsions de rapport cyclique constant mais modulées en amplitude et faire varier le It is also possible to produce pulse trains of constant duty cycle but modulated in amplitude and to vary the
taux de modulation en fonction de la tension de la pile. modulation rate according to the voltage of the battery.
Par ailleurs, on peut prévoir d'autres moyens qu'un détecteur de tension pour identifier le type de pile dont est équipée la pièce d'horlogerie, par exemple, des dispositifs détectant la présence ou l'absence de moyens mécaniques d'adaptation dont l'utilisation serait rendue nécessaire du fait de différences Furthermore, other means may be provided that a voltage detector to identify the type of battery with which the timepiece is equipped, for example, devices detecting the presence or absence of mechanical adaptation means of which the use would be made necessary because of differences
formes ou de dimensions entre les différents types de pile. shapes or dimensions between different types of battery.
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