Brevet FR2123190A1 — publié le 19720908

It présente invention conca@ne un dispositif pour mesurer un intervalle de temps entre dux impulsions, la premier de ces impulsions étant appeléP impulsion "d'arrêt" la deuxième étant appelée impulsion "de départ". Un dispositif connu, pour mesurer un intervalle de temps entre deux impul- sions, comporte une horloge délivrait des impulsions à fréquence de récurrence fixe. Ces impulsions d'horloge sont loger, ait moyen d'organes logiques, dans l'intervalle qui sépare les impulsions dont on veut mesurer l'écartement dans le temps.Le dénombrement par un compteur des impulsions d'horloge contenues dans cet intervalle inique le temps qui sépare ces impulsions de départ et d'arrêt, puisque la fréquence de récurrence des impulsions d'horloge es. connu Un dispositif tel que décrit ci-dessus a l'inconvénient d'être peu precis, notamment dans Je cas où l'intervalle de temps à mesurer est inférieur à la nancseconde. Le manque de pré- cision est Cfl grande partie, dû à un manque de stabilité en température des éié- ments constitutifs du dispositif. Ce manque de stabilite entraîne une variation dans le denombrement dos impulsions d'horloge par le compteur.De plus dans la mesure des intervalles de temps inférieurs à la naposeconde, il est nécessaire d'employer des fréquences d'horloge de plusieurs centaines de mégahertz, dont la stabilite nécessite des horloges d'une prix très élevé. Un autre dispositif connu comporte un organe du type "Vernier" qui reroit sur une première entrée l'impulsion do départ et sur une deuxième entrée, l'impulsion d'arrêt. Ce vernier est constItué de manière à rapprocher d'un délai constant, l'impulsion de départ par rapport à impulsion d'arrêt ; ces doublets d'impulsions sont fournis par une sortie du vernir qui est connectée par une boucle, à une troisième entrée de celui-ci. Cette entrée reçoit donc le doublet d'impulsions "départ", "arrêt", qui parviennent de nouveau à la sortie du vernies en étant rapprochées du délai constant. Ce doublets effectuent un certain nombre de tours de boucle qui sent pris en compte par un compteur, jusqu a coincidence à la sortie du vernier, de l'impulsion "d'arrêt" et de l'impulsion "de départ".Le produit du nombre de tours de boucle effectués, par le délai, indique alors l'in intervalle de temps qui sépare impulsions de "départ" et "d'arrêt". Dans cet autre dispositif, le rapprochement de l'impulsion d'arrêt par rapport à l'Impulsion de départ se fait géneralement au moyen de systèmes électroniques classiques, très sensibles aux variations de température, ceci ayant pour résultat de rendre les mesures peu précises. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. La présente invention a polir objet un dispositif de mesure d'un intervalle de temps entre une impulsion "d'arrêt" et une impulsion "de départ", comportant, un circuit appelé ci-après "Vernicr", recevant sur une première entrée l'impulsion de "départ" et sur une deuxième entrée l'impulsion "d'arrêt", ce "vernier" étant constitues de manière à rapprocher d'un délai constant ladite impulsion de "départ" de ladite impulsion "d'arrêt", à chaque tour d'une boucle qui connecte une sortie du "vernier" délivrant ces impulsions à une troisième eutree de ce "vernier", un coapteur étant prévu pour compter 1 nombre de tour de boucle effectués par ces impulsions jusqu'à la coïncidence des impulsions de "départ" et "d'arrêt", dispo itif caractérisé par le fait que ledit "vernier" comporte un organe "d'entrée" dont les entrées constituent lesdites première, deuxième et troisième entrées dudit "vernier", des moyens agissant sur cet organe d'entree pour commander le début et la fin de la mesure, cet organe d'entree délivrant à sa sortie les impulsions 8 "départ" et "d'arrêt" rapprochees dudit délai à chaque tour de boucle, an organe de déla constitué de manière à rapprocher dudit délai les impclsions de part et d'arrêt et qui comprend d'une part, une premiere voie constituée d'une premiè- re porte "ET" dont une première entrée est connectée à ladite sortie de l'organe d'entrée, une sortie de cette premièrn porte "ET" étant connectée à une première entre d'une porte "OU" de sortie, d'autre part une deuxième voie constituée d'une deuxième porte "ET" dont une première entrée est connectée à ladite sortie de l'organe d'entree, une sortie de cette dite deuxième porte "ET" étant connectée à une deuxième entée de ladite porte "OU" de sortie, une sortie de cette porte "OU" de sortie constituant ladite sortie. dudit "vernier", un organe "d'aiguillage" dirigeant lesdites impulsions de "départ" et "d'arrêt" respectivement vers Lesdites première et deuxième voies, cet organe d'aiguillage étant constitué d'une bascule "bistable" d'aiguillage dont une première sortie est connectée à une deuxième entrée de ladite première porte "ET", une deuxième sortie logiquement complémen- taire de la première sortie de ladite bascule bistable d'aiguillage étant connectée à une deuxième entrée de ladite deuxième porte "ET", des moyens étant prévus pour envoyer des "impulsions d'aiguillage" sur une entrée du bistable d'aiguillage, de manière que les sortics de ce bistable commandenc l'ouverture de ladite prelllie- re porte "ET" et la fermeture de ladite deuxième porte "ST", lorsqu'une impulsion de départ est présente à ladite sortie de l'organe d'entrée et réciproquement, quand une impulsion d'arrêt est présente, des moyens pour rapprocher dudit délai contant les impulsions de "départ1, et "d'arrêt" sont prévus, de manière que les impulsions de départ" se succèdent à ladite troisième entrée selon une "période de départ" supérieure audit intervalle de temps entre impulsions de départ et d'arrêt, et que les impulsions "d'arrêt" se succèdent à ladite troisième entrée selon une "période d'arrêt", la période de départ étant égale à la période d'arret diminuée dudit délai. A titre purement illustratif et nullement limitatif, un exemple de rise en oeuvre du dispositif selon l'invention va être décrit avec une figure schématique à l'appui. La figure unique est un schéma du dispositif qui comporte - un circuit appelé "vernier" qui reçoit sur une première entrée ], une impulsion de "départ" "ID", et sur ne deuxième entre 2 une impulsion "d'arrêt" "IA" Une boucle 3 connecte a sortie 4 de ce "vernier" d une troisième de ses entrées 5. Un compteur 6 est égalcment prévu pour compter le nombre le tours de boucle effectué par les impulsions, le vernier étant constitue de manière à rapprocher d'un délai constant l'impulsion "de départ" par rappert à l'impulsion "d'arrêt" jusqu'à la coïncidence de ces impulsions. - ce vernier comporte - un organe d'entrée 7 dont les entras constituent les première 1, deuxième 2, et troisième 5, entrées du vernier. - des moyens 8, pour agi sur cet organe d'entrée 'fin de commander le début et la fin de la mesure. - un organe 10 constitue de'manière à rapprocher d'un délai constant les impulsions de "départ" et "d'arrêt" à chaque tour de boucle effectué par cee impulsions. Cet organe 10 comporte 'une part une première voie constituée d'une première port !1 du type "ET", dont une première entrée 12 est connectée a une sortie 9 de l'organe d'entrée. Une sertie 13 de cette première porte 11 est connectée à une première enrrée 14 d'une torte 20 du type "OU", de sortie. L'organe 1'D comporte d'autre part une deuxième voie constitue d'une d@uxième porte 15 du type "ET", dent une premicre entrée 16 est connectée à la sortie 5 de l'organe d'entree 7. Upe sortie t8 de cette porte 15 est connecte à ne deu xieme entrée 19 de la porte "OU" de sortie, 20. Une sortie 4 de catte porte 20 ccnstitue la sortie eu "Vernier". - un organe 21 "d'aiguillage" des impulsions de "départ" et "d'arrêt," vers les première et deuxième oies respectivement. Cet organe "d'aiguillage" est une bascule bistable dont une première sortie 22 est connnectée à une deuxième antrée 23 de la première porte "ET", 11. Une deuxième sortie 24 de ce bistable d'aiguil- lage, logiquement complémentaire de la première sortie 22, est connectée à une deuxième entrée 17 de la deuxième porte "ET", 15. Des moyens sont prévas pour envoyer des "impulsions d'aiguillage" sur une entrée 25 de ce bistable "d'aiguil- lage". Les mcyens prévus pour envoyer des impulsions d aiguillage sur l'entrée 25 du bistable d'aiguillage" comportent un organe de retard d'aiguillage" 26. qui peut être par exemple une ligne à retard, dont une entrée 29 est connectée à la sortie 9 de l'organe d'entrée et dont la sortie 30 est connectée à l'entrée 25 du bistable 21. Les moyens prevus pour rapprocher d'un délai constant les impulsions de départ par rapport aux impulsions d'arrêt comportent un organe de "retard dc départ" 27, qui peut être par exemple une ligne ;- retard, connectée entre la sortie de la premiere porte "ET", 11, et l'entréc 14 de la porte "OU" de sortie, 20. De la même maniere, un orgaro de "retard d'2rrêt" 28, qui peut être par exemple une ligne à retard, est connecté entre la sortl 18 de la deuxième porte "ET", 15, et l'entrée 19 de la port "OU", 20, de sortie. Lînrgdne d'entrée 7 comporte - une "porte logique d'entrée" 31, du type 'OU" dont les trois entrées 1, 2, 5 constituent les trois entrées de cet organe et celles du dispositif. - une troisième porte logique 47, du type "ET" dont une première entrée 33 est connectée à la sortie 32 le la porte "0U' 31. La porte 47 pourrait être suivie d'un dispositif de mise en forme des impl- sions, avant qu'elles soient transmises à chacune dec voies de "départ" et "d'arrêt". La sortie 9 de cette porte 47 constitue la sortie de l'organe d'entree. Une deuxième entrée 34 de cette. porte 47 est commandée par les moyens prévus pour assurer le début et la fin de la mesure. Ces moyens comportent - un bistable de commande" 35 dorLt une première entrée 36 reroit l'impulsion de départ ID. Une sortie 37 de cette bascul 3 commande la deuxième entrée 34 de la porte 47 be l'organe d'entrée. Cette impulsion ID commande en outre une autre entrée du bistable d'aiguillage 21. - une bascule monostable 43 dont une entée 42 est connectée à la première entrée 14 de la perte "OU" de ortie, 20, par exemple par l'intermédiaire d'une ligne à retard 50. Une autre entrée 44 de cette porte est cennectée à la deuxième entrée 19 de la porte "OU" de sortie, ?0. Cette bascule 43, d'un Lype particulier ne fournit une impulsion en sortie 45, que si les impulsions qu'elle reçoit sur ses entrées sont en phase. Cette sortie 45, commande une autre entrée 46 du bistable de commande 35. - une porte logique 39, du type "OU" dont une entree 40 est connectée à l'entrée 1Z de la porte 20 du type "OU", par l'intermédiaire de la ligne a retard 50. La sortie 41 de cette porte 39 est connectée à une entrée de comptage du compteur 6. Le fonctionnement du dispositif sera mieux compris à l'aide des explications suivantes, en regard du schéma annexé et de la description qui vient d'être faîte: Une impulsion de départ ID parvient a la première entrée 1 de l'organe d'entrce. Cette impulsion parvient en outre à l'entrée 36 du bistable de commande, dont la sortie passe par exemple d'un niveau 0, à un niveau 1. L'impulsion ID est aussi présente à entrée 38 du bistable d'aiguillage 21, dont la sortie 22 passe d'un niveau 0 à un niveau 1 par exemple, et la sortie 24 logiquement complémentai- re de la sort@e 22, passe d'un niveau I à un niveau 0. Cette première impulsion de départ va sc retrouver à l'entrée 33 de la porte 47, qui Pst "ouverte" par suite de la présence d'un niveau 1 sur l'entrée 34. Cette première impulsion de départ va donc dssurer le début de la mesure. On a représente en 48, et en exemple, une. ligne à retard tenant compte du temps de basculement du bist'ble de commande 3O. Cette impulsion de départ ID va passer dans la première voie, c'est-à-dire la porte 11 et l'organe de retard de départ, 27. En effet la sortie Z2 du bista1e d'aiguillage 21, est à un niveau 1, donc l'entré 23 de la porte 11 est elle aussi à un niveau 1, cette porte est 'ouverte". L'impolsion de départ va alorc passer dans l'organe de retard de départ 27, la porte "OU" de sortie 20 et revenir à entrée 5 de la Forte "OU" d'entrée apres un temps que l'on appelera "période de départ".Il a été représenté sur le schéma. un "organe de retard d'aiguillage" 29, qui peut être par exemple u-:ie ligne à retard. Cet organe de retard, va recevoir de la sortie 9 de l'organe d'entrée, l'im@ pulsion de départ ID, qui va être ratardée pour parvenir à l'entrée 25 du "bistable d'aiguillage". Ce bistable ne changera donc à nouveau d'état, qu'après un temps supérieur à calui du passage ae l'impulsion ID par la porte 11. Ce tempo d'aiguillage dépend du choix de la ligne à retard 2'. Il est nécessaire que la "période da dÉpart" soit supérieure à l'intervalle de temps à mesurer En effet, l'impulsion de de part retarde ne doit pas parvenir a l'entrée 5 du dispositif avant l'impulsion d'arrêt, non encore retardée pour ne pas perturber le fonction- nement du dispositif.Le retard donné à l'impulsion de départ est en grande par tie dû à la ligne 49 que l'on a représentéaen exemple dans la boucle 3. Supposons alors que l'impulsion d'arrêt IA, parvienne à l'entrée 2 du dispositif avant que l'impulsion de depart, retardée par l'organe de retard 27 et la ligne 49, ne soit revenue à l'entrée 5 par la boucle 3. Cette impulsion IA va parvenir à l'entrée 33 de la porte 47, qui est ouverte, puisque la sorti 37 du bistable de commande 35 et donc l'entrée 34 de la porte 47, sont restées au niveau 1.. Le bistable d'aiguillage 21 a basculé dans un nouvel état lorsqu'il a reçu l'impulsion d'aiguillage (impulsion de départ retardée par l'organe de retard d'aiguillage 26 durant un temps inférieur au délai choisi).La sortie Z4 de ce bistable est donc au niveau 1 et sa sortie 22 au niveau 0. "L'impulsion d'arrêt" va donc passer dans la deuxième voie puisque la porte 15 est "ouverte", et la porte 11 "termée." Cette impulsion d'arrêt va prendre un "retard d'arrêt" dans la deuxième voie, grâce à l'organe de retard 28 et à la ligne à retard 49, qui vont retarder cette impulsion selon une "période d'arrêt". La période de depart est égale à la période d'arrêt diminuée du délai constant choisi. La bc-icle 3 et la ligne à retard 49 sont un parcours eommun aux impulsions de départ et d'arrêt. Le délai constant est donc, dans l'exemple choisi, uniquement fonction de la difference de longueur des lignes 27 et 28. L'impulsion "d'arret" est elle aussi transformée en "impulsions d'aiguillage" grace à l'orga- ne de "ratard d'aiguillage" 26. Cette nouvelle impulsion d'aiguillage va agir sur le bistable d'aiguillage, dont les sorties vont ètre dans des états correspondant à nouveau, à l'ouverture de ia première voie et à la fermeture de la deuxième voie.L'impulsion de de part précédemment retardée va donr passer dans la première vote et le cycle va se reproduire identiquement. tes imp@lsions de "départ" et "d'arrêt" vont parcourir alternaLivement et successivement, la boucle 3, l impulsion "de départ" étant à chaque tour de boucle, rapprochée d'un délai constant par rapport à l'impulsion "d'arrêt". Ces impulsions de "départ" et "d'arrêt" vont à chaque tour de boucle, se rapprocher en parvenant aux entres 14 et 19 de la porte 20 de sortie, et vont agir sur les entrées 42 et 44 de la bascule 43.Loisque les impulsions de départ et "d'arrêt" retardées seront suffisamment proches au niveau des encrées 42 et 44, de la bascule 43, la sortie 45 de cette bascule va fourni une impulsion à entrée 46 du bistable de commande 35. La sortie 37 de ce bistable va passer d'un niveau 1 à un niveau 0, dans l'exemple choisi. Ainsi la porte 47 va se fermer, et donc arrêter le dispositif en fin de mesure. Le nombre de tours de boucle effectues par les impulsions de départ et d'arrêt rapprochée du délai constant prédétrminé à chacun de ces tours le boucle va indiquer avec précision, l'intervalle de temps à mesuror. Ce comptage se fait pour plus de précision, sur le nombre de tours de boucle effectues par les impulsions de départ par exemple en connectant le compteur 6 à la sortie 4J de la porte "OU" 39. Cette porte ainsi que la ligne à retard 50 sont destinées à éviter une réaction parasite du compteur, sur le fonctionnement du dispoitif. est - Il/à remarquer que la précision du dispositif, ainsi que sa sensibilité, sont données par le choix du délai constant pré@éterminé, rapprochant impulsions de "départ" et "d'arrêt" à chaque tour de boucle. - Ce dispositif, unîquetient constitué de portes et bascules, qui sont des circuits intégrés sur substrat semi-conducteur, est de mise en oeuvre facile. - Les première et deuxième voies, constituées notamment de portes identiques 11 et 15, thermiquement couplées, n'introduisent pas de décalages accidentels entre impulsions do départ et d'arrêt. Les dérives thermiques sont faibles dans ces portes couplées, ainsi que dans les lignes à retard 27 et 28. - La boucla 3 est commune a chaque impulsion de départ et d'arrêt, et ne peut introduire d'erreur. A titre d'exemple il est possible d'atteindre avec un tel dispositif, une résolution de 10 picosecondes, par tour de boucle, avec une très bonne stabilité en fonction de la température. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de mesure d'un intervalle de temps, ente une impulsion de "départ" et une impuision "d'arret", comportant u@ circuit appelé ci-après "Vernier", recevant sur une première entre l'impulsion dc "départ" et sur ur deuxième entrée l'impulsion "d'arrêt", c@ vernie@ étant constitué de manière à rapprocher d'un délai constant lesdites impulsions de "départ" et "d'arrêt" à chaque tour d'une boucle. qui connecte une sortie du vernier délivrant ces impuisions, à une troisième entrée de ce "vernier", un compteur étant prévu pour compter le nombre de tours de boucle effectués par ces impulsions jusqu'à la colncidence des impulsions de "départ" et "d'arrêt", dispositif caractérisé par le fait que ledit 'vernier" comporte un organe "d'entrée" dont les entrées constituent lesdites première deuxième et troisième entrées dudit vernier, des moyens agissant sur cet organe d'entrée pour commander le début et la rin de la mesure, cet organe d'entrée délivrant à sa sortie les impulsions de "départ" et "d'arret" rapprochées dudit délai à chaque tour de boucle, un "organe dc délai" constitue de manière à rapprocher dudit délai, impulsions de départ et d'arrêt, cet organe de délai comprend, d'une part, une première voie constituée d'une première porte ET dont une première entrée est connectée à ladite sortie de l'organe d'entrée, une sortie de cett-e première porte ET étant connecte à une première entrée d'une porte "OU" dc sortie, d'autre part une deuxième voic constituée d'une deuxième porte "ET" dont une première entree est connectée à ladite sortie de organe d'entree, 1lne sortie de ceLte dite deuxième porte "ET" étant connectée à une deuxième entrée de ladite porte "OU de sortie, une sortie de cette porte "OU" de sortie constituant ladite sortie dudit "vernier", un organe "d'aiguillage", dirigeant lesdites impulsions ue "départ" et "d'arrêt" respectivement vers lesdites première et deuxième voies cet "organe d'aiguillage" étant constitué d'une bascule "bistable" d aiguillage dont une première sortie est connectée à une deuxième entrée de ladite preîère porte "ET", une deuxième sortie logiquement complémentaire de la premiere sortie de ladite bascule bistable "d'aiguillage" étant connectée à cne deuxième entrée de ladite deuxième porte "ET", des movens étant prévus pour envoyer des impulsions "d'aiguillage" sur une entrée dudit bistable d'aiguillage, de manière que les sorties de ce bistable commandent l'ouverture ue ladite première porte ET et la fermeture de ladite deuxième porte ET lorsqu'une impulsion de départ est présente à ladite sortie de l'organe d'entrée et réciproquement, quand une impulsion d'arrêt est présente, des moyens pour rapprocher dudit délai constant les impulsions de départ" et "d'arrêt" sont prévus, de manière que le; impulsions de "départ" se succèdent à ladite troisième entrée selon une "période de départ" supérieure audit intervalle de temps entre impulsions de départ et d'arrêt, et que le impulsions d'arrêt se succèdent à ladite troisième entrée selon une "période d'arrêt", la période de départ étant égale à la période d'arrêt diminuée dudit délai. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens prévus pour envoyer des impulsions "d'aiguillage" sur une entrée du bistable "d'aiguillage comportent un organe de "retard d'aiguillage" dont une entrée est connectée à ladite sorte de l'organe d'entrée, une sortie de cet organe de "retard d'aiguillage" étant connectée à l'entrée dudit bistable "d'aiguillage", cet organe de retard d'aiguillage retardant la bascuLement du bistable d'aiguillage durant un temps inférieur audit délai à chaque fois qu'une impulsion t fournie à la sortie de organe d'entrée, lesdits moyens prévus pour rapprocher d'un delai constant lesdites impulsions de "départ" et "d'arrêt" comportent un organe de retard de "départ" connecté entre ia sortie de ladite première porte "ET" et la première entrée de ladite porte "OU" de sortie, cet organe "de retard" dC depart étant constitué de manière à introduire entre impulsions de déport, un retard égal à ladite "période de départ, un organe de "retard d'arrêt" connecté entre la sortie de ladite deuxième porte 'ET" et la deuxième entrée de ladite porte "OU" de sortie, cet organe de "retard d'arrêt" étant constitué de manière à introduire entre impulsions d'arrêt un retard égal à ladite période d'arrêt. 3/ - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit orne d'entrée comporte une porte logique d'entrée du type "OU" dont trois montres constituent lesdites première, deuxième et troisième entrées dudi; organe entrée, la sortie de cette dite torte "d'entrée" du type "OU" étant connectée à une prmière entrée d'une troisième porte logique du type "ET" dont la sortie constitue ladite sortie dudit organe d'entrée, une deuxième entré de cette dite troisième porte du type "ET", étant commandée par lesdits moyens prévus pour commander le début et la fin de la mesure. 4/ - Dispositif selon ia revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour com7ander le début et la fin de la mesure comportent, un bistable de commande dont une première entrée reçoit l'impulsion de 1,départ", une sortie de ce bistable commandant ladite deuxième entrée de ladite troisième porte du typc "ET", cette impulsion de départ commandant en outre une autre entrée dudit bistable d'aiguillage, une bascule du type mon.ostable dont une entrée est connectée à ladite premiere entrée de ladite porte da sortie du type "OU", une deuxième entrée de cette bascule monostable étant connectee à la deuxième entrée de ladite porte de sorti du type "OU", une sortie de cette bascule monostable étant connectée à une autre entrée dudit bistable de commande, de manière que le début dc la mesure soit commande par le première impulsion de départ, la fin de la mesure étant commandée par la coïncidence des niveaux d'entrëes de ladite bascule monostable. 5/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par 1e fait que iesdites portes et bascule sont des circuits intégrés sur substrat semiconducteur. 6/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par ie fait lue lesdites première et deuxième portes du type "ET" sont thermiquement couplées.