Brevet FR2060029A1 — publié le 19710611

L'invention concerne un circuit pour réduire la suroscillation de signaux à flancs ascendants se situant dans la gamme des nanosecondes, produits par un générateur à faible résistance intérieure et qui sont appliques à un oscillographe au moyen d'un palpeur, par exemple par l'intermédiaire d'un circuit de blocage et d'une ligne d'amenée de masse, les inductances d'alimentation du commutateur à touches et de la ligne d'amenée de masse formant, avec la capacité d'entrée du palpeur, un circuit oscillant additionnel à fréquence de résonance variable. L'électronique moderne tend vers des fréquences de plus en plus élevees, c'est-à-dire vers des impulsions de plus en plus brèves (cf. Archiv filr technisches Messen, n" 398, mars 1969, pp. 57 à 62). Cela entraîne la nécessité de procéder aux mesures avec un très grand soin. Il existe en particulier des possibilités d'erreur lors de mesures d'impulsions avec des palpeurs et des amplificateurs qui ne sont pas réellement séparés. Dans la pratique, avec les sources de tension les plus diverses, on a affaire à des résistances intérieures souvent inconnues. Trouver la résistance intérieure pour chaque point de mesure et l'adapter à l'impédance de l'appareil de mesure constituent une opération beaucoup trop compliquée.Dans de nombreux cas, le fonctionnement de l'objet à l'essai s'en trouve modifié ou remis en question, étant donné que la source de signaux ne peut pas fournir la puissance additionnelle nécessaire. Pour ces raisons, il a-été mis au point une technique de mesure par laquelle on essaie de charger aussi peu que possible la source de signaux. Cela pose, pour la technique de mesure, le problème de transporter les signaux à mesurer à l'entrée de l'appareil de mesure avec toute la fidélité possible au point de vue amplitude et phase et d'éviter des réactions sur l'objet à l'essai. Une transmission d'énergie aussi grande que possible est par contre sans importance et est négligée par rapport aux exigences mentionnées.La mise en oeuvre correcte de cette technique permet des mesures exactes, même dans la gamme des nanosecondes, mais des erreurs notables peuvent intervenir par un couplage inapproprié. S'agissant dtamplificateurs d'oscillographes à large bande, on a en général adopté une conception du circuit d'entrée qui offre les plus grandes possibilités de mise en oeuvre. La résistance d'entrée est maintenue très élevée, à 1 Mohm environ, et permet d'effectuer les mesures pratiquement sans charge en tension continue. La sensibilité d'entrée élevée de l'amplificateur peut être adaptée, par un diviseur de tension échelonné monté en amont, sur la valeur nécessaire pour l'observation du signal. Les tensions continues peuvent être écartées de l'entrée de l'amplificateur par un condensateur monté en amont Toutefois, les composants nécessaires à cette fin donnent lieu à une capacité d'entrée notable qui, pour de bons oscillographes, appropriés à des mesures d'impulsions, se situe généralement aux environs de 20 pF.Mais étant donné qutil s'agit de capacités individuelles reparties en de nombreux points, qui sont en outre connectées entre elles par des self-inductions de lignes et des résistances, leur influence sur le signal du générateur peut ne pas être calculée, mais seulement prise en considération par des mesures. -S'agissant d'appareils à largeurs de bande de plus de 100 MHz, les perturbations du signal du générateur peuvent apparaitre. Depuis que des transistors à effet de champ appropriés peuvent-Stre fabriqués, il est possible de réaliser des palpeurs dits actifs. Ceux-ci comportent un amplificateur dans la pointe du-palpeur.- De la sorte, on parvient a maintenir à un niveau très faible la capacité d'entrée de.l'oscillographe, sans que cela s'accompagne d'une perte de tension du signal. Seule l'adaptation à l'entrée de l'appareil donne lieu à une réduction de la tension du signal. les valeurs de la capacité d'entrée se situent au-dessous de 6 pF dans la plupart des-cas.Mais > *les oscillographes connus possèdent des coefficients de déviation suffisamment faibles pour que, dans la plupart des applications, on puisse s'accommoder d'une perte en tensions de signal. Des palpeurs passifs à division de tension correspondante suffisent dans ces cas. Des inductances d'alimentation sont contenues dans les lignes entre la source de signaux et l'entrée du palpeur. La ligne de couplage (ligne de signal et ligne d'amenée de masse) au générateur donne lieu à une charge -addtionnelle inductive 8u capacitive, qui est appréciable, car nilles palpeurs, ni les points- de mesure n'offrent une possibilité de connexion coaxiale. L'usage est plutôt d'opérer avec des commutateura à touches et des lignes d'amenee de masse plus ou moins longues.-Les inductances d'alimentation qui en résultent forment, avec la capacite d'entrée du palpeur, un circuit oscilLant qui a aussi bien pour effet de charger le générateur que d'influer sur le comportement de transmission du palpeur lui-meme. Etant donné que la ligne d'amenée de masse peut présenter des longueurs différentes d'un cas à l'autre et qu'un contact ou un mouvement de la ligne d'amenée de masse ou de la ligne de signal a déjà pour conséquence une modification des inductances d'alimentation, la fréquence de résonance de ce circuit oscillant qui provoque une perturbation additionnelle est variable.L'influence sur le comportement de la conduction des palpeurs se manifeste par une suroscillation des flancs de montée des signaux : selon la grandeur de l'amortissement d'un circuit oscillant, le circuit oscillant sollicité par un saut de tension oscille au-delà de la valeur finale stationnaire de la tension qui sollicite le circuit oscillant. Le rapport entre l'oscillation au-delà de l'amplitude finale et l'amplitude d'ensemble du saut de tension à l'état transitoire en est une mesure. L'amplitude de la suroscillation diminue lorsque l'amortissement augmente. Le montage selon l'invention prévoit ltinsertion, dans la ligne d'amenée de masse, d'une résistance ou d'un noyau de fer ou de ferrite à haute perméabilité, à forte perte dans la zone des hautes fréquences, qui amoindrit la qualité du circuit oscillant. I1 forme, aVec la capacité d'entrée du palpeur, un filtre passe-bas et élimine~la fréquence de résonance du circuit oscillant additionnel du spectre de fréquences des signaux produits par le générateur. L'invention est ci-après expliquée en détail à propos d'un exemple d'exécution en référence à deux figures 1 et 2. La figure l représente un palpeur T avec un objet à l'essai, c'est-à-dire un générateur d'impulsions rectangulaires RG. La ligne de signal S est alimentée à partir du générateur d'impulsions rectangulaires RG avec une resistance intérieure RI de 50 ohms. A l'extrémité de la ligne se trouve par exemple un oscillographe d'échantillonnage (non représenté en détail) avec également une resistance d'entrée de 50 ohms. Le palpeur T est essentiellement constitué par la pointe de palpeur TS avec les capacités C1 et C2 et le montage en parallèle de la capacité C3 avec la résistance ohmique RI de 9 Ohms, par un autre cible de jonction V avec les inductances de ligne 13 à 16 dans la ligne de signal et la ligne de masse, ainsi que par les résistances de ligne R2 et R3 et les capacités de ligne CA et C5. A ce crible de jonction V fait suite un réseau d'adaptation A avec une résistante variable R4 et une capacité variable C6, ainsi que l'inductance de ligne I7. L'entrée E de l'appareil est constituée par la résistance R5 de 1 Mohm et la capacité C7. L'invention concerne essentiellement la partie du montage entre le générateur d'impulsions rectangulaires RG avec la résistance intérieure RI et la capacité d'entrée C1 de la pointe de palpeur TS. Dans la ligne de signal S se trouve l'inductance de ligne I1 et dans la ligne d'amenée de masse M l'inductance de ligne I2. La capacité d'entrée C1 (inférieure à 9 pF) à gamme de fréquences élevées (supérieure à 100 MHz) de la pointe de palpeur TS constitue, avec les inductances d'alimentation I1 et I2 dans la ligne de signal S et la ligne de masse M, un circuit oscillant additionnel. Comme oscillographe de mesure (non représenté en détail), on utilise un oscillographe à bande large de 120 MHz. Si l'on considère les conditions de transmission en cas de couplage optimal (coaxial), il en résulte, pour un temps de montée total de 3 nanosecondes pour les signaux rectangulaires du générateur RG, correspondant à une largeur de bande de 120 MHz, des conditions de transmission avec une suroscillation de 3% environ. Si par contre le palpeur T est connecté à un commutateur à touches à bornes et à une ligne d'amenée de masse M de 15 cm de longueur par exemple, il se produit une altération notable du comportement d'ensemble. Le générateur d'impulsions rectangulaires RG est chargé très fortement et une oscillation d'une fréquence de 130 MHz environ est superposée au signal de mesure. Le comportement d'ensemble devient moins critique lorsque le spectre de fréquences du signal du générateur d'impulsions rectangulaires RG ne contient plus la fréquence de résonance du circuit oscillant additionnel constitué par les lignes d'amenée (ligne de signal S et ligne d'amenée de masse M). On dispose pour cela une résistance additionnelle R dans la ligne d'amenée de masse M en amont de la pointe de palpeur TS. La résistance R, qui est une résistance ohmique ou un noyau de fer ou de ferrite à perte élevée dans la gamme des hautes fréquences et à forte perméabilité, constitue un filtre passe-bas avec la capacité dtentrée Cl et la pointe de palpeur TS. En premier lieu, la qualité d du circuit oscillant additionnel avec les resistances RI et R, la capacité C1 et les inductances de ligne Il et I2 est altérée délibérément.La qualité d ressort dans les deux cas (avec ou sans résistance additionnelle R) des équations 1 et 2 : En l'absence de la résistance R (R = 68 ohms et I1 * 12 = 300 nHy), l'amplitude au niveau du condensateur Cl à la fré- quence de résonance est plus que doublée. Elle doit être conai- dérée directement comme oscillation amortie au sommet des impulsions. En outre, la valeur de la résistance additionnelle R doit être dimensionnée pour que le filtre passe-bas élimine la fréquence de résonance de ce circuit oscillant additionnel. Pou la résistance, on choisit une valeur qui est de l'ordre de grandeu de la résistance intérieure RI da générateur d'impulsions rCm tangulaires RG.Dans l'exemple d'exécution, la résistance R a la valeur de 68 ohms. La figure 2 représente un enregistrement oscillographi- que d'un signal rectangulaire qui est délivré par le générateur d'impulsions rectangulaires RG de la figure 1 sur un écran d'oscillographe. Le signal supérieur représente un signal rectangulaire qui a été capté avec un palpeur T ayant une ligne d'amenée de masse M de 30 cm. L'échelle de temps de l'écran oscillographique est dans ce cas de 20 nanosecondes/cm. Dans le signal supérieur, il apparat donc une oscillation du signal rectangu laire pendant une durée de 20 nanosecondes Le signal du milieu est le même signal que celui d'en haut, avec cette différence que la résistance additionnelle R est montée sur la ligne d'ame- née de masse M. L'ondulation du signal est abaissée d'un facteur 2 et, par suite,~îa zone de suroscillation se réduit d'autant. Le signal inférieur représente un signal rectangulaire en cas de couplage asial. Il ne présente pratiquement aucune suroscillation. Mais, comme on l'a mentionne précédemment, un couplage coaxial du signal n'est pas touJours réalisable. - R E V E N D I C A T I O N S 1 Circuit pour réduire la suroscillation de signaux à flancs ascendant se situant dans la gamme des nano-secondes, qui sont produits par un générateur à faible résistance intérieure et qui sont appliqués à un oscillographe au moyen d'un palpeur, par exemple par l'intermédiaire d'un circuit de blocage et d'une ligne d'amenée de masse caractérisé par le fait qu'il comprend, dans la ligne d'amenée de masse (t4), une résistance (R) ou un noyau de fer ou de ferrite à haute perméabilité, à forte perte dans a gamme des hautes $requencesO 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résistance (R) cunstitue un filtre passe-bas avec la capacité d'entrée (Cl) du palpeur (T) et élimine la fréquence de résonance du circuit @@cillant additionnel du spectre de fréquence des signaux engendrés par le générateur (@G). 3. Montage selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la valeur de résistance (R) montés dans la ligne d'amenée de-masse(M) est dimensionnée dans l'ordre de grandeur de; la résistance intérieure (RI) du générateur d'impulsions rectangulaires (RG)