Brevet FR2104641A1 — publié le 19720421

i 2104641 La présente invention a pour objet un analyseur d'intervalles de temps et, plus particulièrement, un appareil fournissant directement, sous forme digitale, un nombre proportionnel à un intervalle de temps à mesurer, matérialisé par deux impul-5 sions électriques successives apparaissant sur deux voies distinctes . Il est connu, pour réaliser la mesure précise d'inter-vallês de temps délimités par deux impulsions électriques émises à des instants tl et t2, de faire circuler chacune de ces im-10 pulsions dans une ligne coaxiale associée, en circuit fermé, à vin régénérateur d'impulsions. La ligne dans laquelle circule l'impulsion émise à l'instant t2 est plus courte que la ligne dans laquèlle circule l'impulsion émise à l'instant tl, de telle sorte que la seconde impulsion rattrape peu à peu la première. 15 Lorsque les impulsions régénérées se trouvent en phase, un circuit à coïncidences arrête les régénérateurs. Ceci a lieu après un nombre de tours de la seconde impulsion, qui est proportionnel à l'intervalle de temps t2 - tl à mesurer ; ce nombre est enregistré dans un dispositif approprié. 20 Cette méthode, qui repose sur la détection de la coïncidence d'impulsions étroites, nécessite cependant que la largeur de ces impulsions soit assez grande pour qu'il y ait, à coup sûr, une détection de coïncidence, si bien qu'il peut se produire une coïncidence entre la partie arrière d'une impulsion et la 25 partie avant de l'autre. De plus, le front arrière de l'impulsion en avance a un rôle actif et son évolution n'est pas obligatoirement la même que celle du front avant de l'impulsion en retard. La précision de cette méthode est ainsi limitée par les fluctuations de largeur et de forme de l'impulsion en avance, 30 fluctuations qu'il n'est pas possible de compenser. La présente invention propose un analyseur d'intervalles de temps qui exploite également la circulation, dans deux circuits fermés à temps de parcours très voisins, d'informations liées aux instants tl et t2, mais ne présente pas les inconvénients 35 inhérents à la méthode précitée. Cet analyseur d'intervalles de temps, matérialisés par deux impulsions électriques successives apparaissant chacune sur une voie individuelle est principalement caractérisé en ce qu'il comporte un premier générateur de signaux rectangulaires récurrents, de période Tl, déclenché 40 par la première impulsion, un deuxième générateur de signaux 70 07533 2 2104641 rectangulaires récurrents, de période T2 légèrement inférieure â la période Tl, déclenché par la deuxième impulsion, les polarités des signaux émis par chacun de ces générateurs étant opposées, des moyens permettant de détecter l'inversion de phase des fronts avant 5 desdits signaux, et une échelle de comptage entraînée par l'une desdits générateurs et stoppée par lesdits moyens lorsqu'une inversion de phase des fronts avant a été détectée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite 10 en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation de cet analyseur. Sur ces déssins : - là figure 1 est le schéma de principe d'un analyseur d'intervalles de - temps conforme à 1'invention, 15 - et la figure 2 représente son diagramme de fonctionnement. L'analyseur schématisé figure 1 réalise la mesure d'intervalles .de temps t2 - tl matérialisés par deux échelons de tension calibrés El et E2 respectivement négatif et émis à l'instant tl, et positif et émis à l'instant t2. Il est cons-20 titué des éléments suivants : - un premier générateur 3 de signaux électriques rectangulaires récurrents de polarité négative et de période Tl, qui est déclenché par l'échelon de tension El ; - un deuxième générateur- 4 de signaux électriques rectan-•25 gulaires récurrents, de polarité positive et de période T2, qui est déclenché par l'échelon de tension E2; la période T2 est très légèrement inférieure à la période Tl ; - une capacité de différenciation 5 transformant les signaux rectangulaires provenant du générateur 4 en impulsions 30 étroites alternativement positives et négatives; les impulsions positives correspondent aux fronts avant desdits signaux ; - un circuit détecteur à l'entrée duquël sont superposés les signaux rectangulaires de période Tl et les impulsions étroites de période T2 et qui bascule lorsque leur somme atteint 35 une valeur seuil; ceci intervient.à un instant où la phase des fronts avant des deux types de signaux rectangulaires vient de s'inverser, c'est-à-dire lorsque, pour la première fois, le front avant d'un signal de période T2 se trouve en avance sur le front avant d'un signal de période Tl; naturellement, ce fonctionnement 40 implique que soit respectée la condition : 70 07533 3 2104641 Tl/2 >, (t2 - tl) + t , max (t2 - tl) représentant la valeur maximale des intervalles de max temps à mesurer et t la largeur des impulsions étroites de période T2 ; c'est donc l'intervalle de temps à mesurer qui dé-* 5 termine le choix de la valeur attribuée à Tl; - line échelle de comptage 7 enclenchée par le générateur 4 et stoppée par le circuit 6 lorsque la détection de l'inversion de phase a été réalisée. Le générateur 3 de signaux rectangulaires négatifs de 10 période Tl est constitué par un oscillateur à ligne, du type quart d'onde, dont les deux principaux organes sont une diode tunnel 8 et une ligne coaxiale 9 en court-circuit ayant une longueur L1 proportionnelle à T2/4. L'anode de la diode tunnel 8 est à la masse et sa cathode est reliée d'une part au conducteur 15 central de la ligne 9 par l'intermédiaire d'une résistance 10 et d'autre part à une source de tension de polarisation négative, non représentée, par l'intermédiaire d'une résistance variable 11. L'entrée sur laquelle est appliqué l'échelon El est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 12 et à la cathode 20 de la diode 8 par une résistance 13. Une résistance 14 relie la sortie de cet oscillateur à l'entrée du circuit détecteur 6. Le générateur de signaux rectangulaires positifs de période T2 est également constitué par un oscillateur à ligne, du type quart d'onde de configuration rigoureusement identique 25 à celle du précédent. Ses deux principaux organes sont une diode tunnel 15 et une ligne coaxiale 16 en court-circuit ayant une longueur L2 proportionnelle à T2/4. La cathode de la diode tunnel 15 est à la masse et son anode est reliée d'une part au conducteur central de la ligne 16 par l'intermédiaire d'une ré-30 sistance 17 et d'autre part à une source de tension de polarisa- ; • r> f tion positive, non représentée, par l'intermédiaire d'une résistance variable 18. L'entrée sur laquelle est appliqué l'échelon E2 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 19 et à l'anode de la diode 15 par une résistance 20. Une résistance 21 35 relie la sortie de ce générateur à l'entrée du circuit détecteur 6 par l'intermédiaire de la capacité de différenciation 5. Le circuit détecteur à seuil 6 a pour organe essentiel une diode tunnel 22 dont la cathode est à la masse et l'anode reliée d'une part à une source de tension de polarisation positive, 70 07533 4 2104641 non représentée, par l'intermédiaire d'une résistance 23 et d'autre part à la masse par une résistance 24 et une self 25 en série. L'entrée de ce circuit sur laquelle sont appliqués les signaux provenant des deux générateurs 3 et 4 est reliée direc-5 tement à 1 ' anode de la diode 2.2. L'entraînement de l'échelle de comptage 7 au rythme du générateur 4 est assuré par un signal prélevé sur l'anode de la diode tunnel 15 et transmis par une résistance 26. Son arrêt est commandé par un signal prélevé sur 1'anode de la diode 10 tunnel 22 et transmis par une résistance 27. L'analyseur décrit fonctionne de la manière suivante. L'échelon El (fig. 2a) déclenche à l'instant tl le premier oscillateur 3 qui envoie au circuit détecteur 6 un train de signaux rectangulaires à polarité négative de période Tl (fig. 2b). 15 Puis, l'échelon E2 (fig. 2c) déclenche à l'instant t2 le deuxième oscillateur 4 qui délivre un train de signaux rectangulaires à polarité positive de période T2 (fig. 2d) qui sont pris en compte dans l'échelle 7 et transformés par la capacité 5 en impulsions étroites alternativement positives et négatives (fig. 2c). 20 Le générateur 4 étant déclenché à un instant t2 tel que soit respectée la condition : Tl/2 t2 - £1 + t., les fronts avant 'des signaux négatifs de période Tl précèdent d'abord les fronts avant des signaux positifs de période T2, mais 25 cette avance diminue progressivement et il se produit une inversion de la phase desdits fronts avant. Lorsque, pour la première fois, le front avant d'un signal de période T2 apparait en avance sur le front avant d'un signal de période Tl, il y .a superposition à l'entrée du détecteur 6 d'une impulsion étroite positive à la 30 portion de niveau zéro séparant deux signaux rectangulaires (fig. 2f). La diode tunnel 22 bascule alors et interrompt la prise en compte par l'échelle 7 des signaux délivrés par le générateur 4. Le basculement intervient à un instant t3 où ladite échelle affiche un nombre N tel que : 35 t2 - tl = N (Tl - T2) + (Tl - T2) . Ce nombre qui peut être soit affiché sur des tubes lumineux, soit inscrit avec une imprimante, permet alors d'obtenir la valeur de l'intervalle t2 - tl avec une erreur absolue égale à la différence entre les périodes des deux oscillateurs. 70 07533 5 2104641 Ainsi, alors que l'intervalle de temps à mesurer détermine le choix de la valeur de Tl, c'est la précision souhaitée qui impose l'écart Tl - 12. Cette précision peut être inférieure à 10 picosecondes avec des fréquences de travail voisines de 5 25 MHz. Il apparaît immédiatement que l'analyseur conforme à l'invention possède une précision de mesure nettement supérieure à celle des dispositifs qui détectent la coïncidence d'impulsions étroites et dont la précision est surtout limitée par la fluc-10 tuation de largeur desdites impulsions. En effet, seule la fluctuation de l'écart de période Tl - T2 limite sa précision, mais comme les deux oscillateurs sont identiques et de périodes très voisines, ils dérivent de la même façon, de telle sorte que la différence Tl - T2 ne subit pratiquement pas de fluctuation. 15 Par ailleurs, cet analyseur est d'une grande simplicité; il comprend seulement trois composants actifs et les réglages, au nombre de deux seulement (résistances 11 et 18), sont particulièrement rapides. Il va de soi que la présente invention ne se limite pas 20 au seul mode de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple et que la portée du présent brevet s'étend également aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites restant dans le cadre des équivalences' ainsi qu'à toute application de telles dispositions. Il est certain, en parti-25 culier, que tout autre type d'oscillateur peut être utilisé et notamment des oscillateurs demi-ondes comme celui que l'on obtient en bouclant par une ligne coaxiale une porte intégrée monolithique ECL. Par ailleurs, l'échelle de comptage peut être entraînée indifféremment par l'un ou l'autre des oscillateurs. Enfin, ne 30 sont pas représentés les circuits auxiliaires disposés en amont des entrées El et E2 et destinés à adapter le dispositif à la mesure d'un intervalle de temps délimité par deux impulsions de forme et de niveau quelconques. B 3573-3 JG 70 07533 6 2104641 REVENDICATIONS 1.- Analyseur d'intervalles de temps matérialisés par une première et une deuxième impulsions électriques successives, caractérisé en ce qu'il comporte un premier générateur de signaux 5 rectangulaires récurrents, de période Tl, déclenché par ladite première impulsion, un deuxième générateur de signaux rectangulaires récurrents, dé période T2 légèrement inférieure à la période Tl, déclenché par ladite deuxième impulsion, les polarités des signaux émis par chacun de ces générateurs étant 10 opposées, des moyens permettant de détecter l'inversion de phase des fronts avant desdits signaux, et une échelle de comptage entraînée par l'un desdits générateurs et stoppée par lesdits moyens lorsqu'une inversion de phase des fronts avant a été détectée. 15 2.- Analyseur d'intervalles de temps suivant la reven-* dication 1> caractérisé en ce que lesdits générateurs de signaux rectangulaires sont constitués par des oscillateurs à ligne coaxiale. 3.- Analyseur d'intervalles de temps suivant la reven-20 dication 2, caractérisé en ce que lesdits oscillateurs à ligne coaxiale utilisent, comme composant actif, une diode tunnel. 4.- Analyseur d'intervalles de temps suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits oscillateurs à ligne coaxiale utilisent, comme composant actif, une porte ECL. 25 5..- Analyseur d'intervalles de temps suivant-la reven dication 1,-caractérisé en ce que les moyens permettant de détecter l'inversion de phase des fronts avant des signaux rectangulaires émis par les deux générateurs comprennent une capacité destinée à transformer les signaux rectangulaires de 30 période T2 en impulsions étroites alternativement positives et négatives et une diode tunnel sur laquelle sont appliqués les signaux rectangulaires de période Tl et lesdites impulsions étroites. B 3573-3 JG/br