Couverture ElectroniqueS n°127

Micro Crystal améliore d'un facteur 2 la stabilité de son oscillateur horloger sans mettre en péril la faible consommation ou le volume. Mieux que le quartz en coupe AT ! Alors qu'un classique diapason à quartz horloger à 32,768 kHz est caractérisé par une variation importante de sa fréquence d'oscillation (±160 ppm) sur la plage de température de fonctionnement de 40°C à +85°C, les modèles en coupe AT assurent, eux, une stabilité de ±30 ppm. Cependant, ces derniers fonctionnent à des fréquences élevées, de l'ordre du mégahertz, ce qui entraîne une augmentation importante de la consommation dans le domaine du milliampère. Or, les applications portables nécessitant une bonne précision d'horloge réclament plutôt des courants de l'ordre du microampère, l'horloge étant par essence même un des rares circuits dont il n'est pas possible de couper l'alimentation. Le Suisse Micro Crystal avait déjà fortement amélioré la stabilité des quartz horlogers en dévoilant il y a 4 ans l'OT-7602-C1, un oscillateur dont le diapason fonctionnant en torsion permettait d'atteindre une stabilité de +0/50 ppm sur la plage de température de 40°C à +85°C tout en maintenant une consommation extrêmement faible (7 µA typique). Il récidive aujourd'hui avec l'OC-7603, dont la stabilité est encore améliorée, de l'ordre de ± 10 ppm sur -40°C/+ 85°C tout en maintenant la consommation en dessous de 20 µA. L'échantillonnage de cet oscillateur est prévu pour octobre et la production de volume l'année prochaine. La société a par ailleurs mis au point un boîtier céramique à double cavité lui permettant de proposer des fonctionnalités inédites telles qu'une horloge temps réel (RTC) miniature à tolérance resserrée.Une consommation typique de 15 µA !Pour améliorer encore la stabilité en température de ses quartz horlogers, Micro Crystal est parti d'une structure connue dans le milieu des composants temps-fréquence sous le nom d'oscillateur Marconi. Cette structure consiste à faire osciller deux résonateurs aux propriétés de stabilité différentes en fonction de la température et de combiner les deux signaux générés pour obtenir un signal plus stable. Le fabricant suisse encapsule ainsi dans le même boîtier un diapason à quartz en mode torsion qui résonne à 393,216 kHz et un autre en mode flexion à 131,072 kHz. Les fréquences fondamentales sont choisies pour que les variations en température d'ordre 2 s'annulent en effectuant la différence des signaux. Ce qui permet de les combiner avec un circuit intégré simple (déphaseur, porte, diviseur et filtre) consommant très peu d'énergie pour fournir un signal de sortie à 32,768 kHz. Les prototypes industriels testés affichent une stabilité en température de ±10 ppm sur la plage de -40°C à +85°C tout en consommant 15 µA typique, et 20 µA maximum sous une tension d'alimentation de 3 V. Ces premiers modèles ont été encapsulés dans un boîtier céramique de 3,6 x 7,8 x 1,8 mm regroupant sous le même capot les deux quartz et le circuit intégré. Mais la société compte également exploiter une autre innovation qu'elle vient de mettre au point, un boîtier céramique à deux cavités, l'une en dessous pour le circuit intégré, l'autre sur le dessus pour les résonateurs, recouvert d'un capot en verre. Cette séparation permet d'améliorer la qualité de l'encapsulation des quartz, dont le comportement en présence d'impuretés est similaire à celui d'un capteur (variation importante de la fréquence). Le capot en verre autorise également la société à faire une retouche très fine de la fréquence d'oscillation en phase finale sur les lignes de production : un laser évapore si besoin est une petite partie de la métallisation or des résonateurs tout en surveillant la fréquence de sortie véritable du composant (qui tient compte des paramètres du circuit intégré et des connexions) et non celle anticipée à partir du résonateur seul. La tolérance sur la valeur initiale peut alors descendre à près de ±5 ppm, suivant le temps consacré à cet ajustage. Dans ce même boîtier, la société échantillonne actuellement une horloge temps réel à quartz intégré. Mesurant 5 x 3,2 x 1,2 mm, ce composant est ainsi disponible avec une tolérance de ±10 ppm grâce à la fenêtre en verre qui autorise l'ajustage du quartz. Il fonctionne avec un courant de 220 nA en veille sous 3 V et démarre en 325 ms. Il sera disponible en volume au troisième trimestre. Voir notre lexique page 42.

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