Brevet FR2114021A1 — publié le 19720630

L'invention concerne des dispositifs permettant de mesurer la durée d'une impulsion électrique. La technique utilisée pour la mesure de la durée d'impulsions consiste à enclencher un indicateur de durée, tel qu'un gé-5 nérateur d'impulsions d'horloge associé à un compteur, par le flanc avant de l'impulsion en question et à déclencher l'indicateur de durée par le flanc arrière de l'impulsion. Dans le cas idéal, l'indicateur de durée doit être enclenché au moment où commence le flanc avant et déclenché au moment où commence le flanc arrière. En pratique, le flanc avant doit, 10 évidemment, atteindre un niveau déterminé, qui suffit pour l'enclenchement de l'indicateur de durée et, le flanc avant présentant un temps de montée fini, le déclenchement de l'indicateur de durée est retardé* ce qui se traduit par une petite erreur. D'une façon analogue, le déclenchement de l'indicateur de durée est retardé jusqu'à ce que le flanc arrière 15 de l'impulsion soit "baissé jusqu'à la valeur de déclenchement. Cette technique donne entière satisfaction et fournit des résultats exacts si les temps de montée et de descente des flancs dé l'impulsion sont très petits, comparativement à la durée totale de l'impulsion. Toutefois, lorsque la durée totale de l'impulsion 20 diminue, les temps de montée et de descente deviennent de plus en plus importants par rapport à la durée totale, et la précision de mesure diminue si les pentes des flancs avant et arrière ne sont pas symétriques. Ainsi, la précision devient de plus en plus tributaire de la forme du signal d'impulsion lorsque la durée diminue. Par suite de ces difficultés 25 qui sont inhérentes à la mesure de la durée d'impulsions, la définition de la durée d'impulsions a été normalisée comme la durée "demi-hauteur", c'est-à-dire la période comprise entre le moment où le flanc avant atteint la moitié de son niveau d'amplitude final et le moment où le flanc arrière "baisse jusqu'à la demi-valeur. L'adoption de cette définition 30 normalisée diminue notablement les difficultés pratiques mentionnées ci-dessus du fait qu'elle peut être utilisée convenablement, quelle que soit les durées de montée et de descente. Toutefois, des méthodes connues pour la mesure de la demi-hauteur, telles que celles décrites dans le brevet américain 35 N# 3•553•593» présentent certains désavantages. Les circuits enroulés doivent être rigoureusement linéaires et aucune limitation de la hauteur de l'impulsion ne doit se présenter. Cela implique une limitation de la gamme de valeurs dynamiques de niveaux de signal pouvant être mesurés avec précision par le dispositif mesurant la durée d'impulsions. De plus, 40 de tels dispositifs connus requièrent un circuit de retard fournissant un 7141147 2114021 temps de retard égal ou supérieur au temps de montée supérieur attendu. Du fait que ce retard affecte également le flanc arrière de l'impulsion, la mesure ne peut pas être complétée avant la fin de la période de retard. Cela réduit la fréquence de mesure de répétition du système et de 5 plus, la précision ne peut pas être maintenue si les impulsions présentent un temps de montée plus long que le retard éprouvé. La présente invention vise à fournir un dispositif permettant de mesurer la durée d'impulsions, qui convient à une large gamme dynamique de niveaux de l'impulsion d'entrée, dont la mesure est 10 essentiellement indépendante de la forme de l'impulsion de signal et qui est peu coûteux et facile à réaliser. L'invention se sert d'une bascule de Schmitt usuelle, c'est-à-dire un circuit qui est porté à un état déterminé, lorsque le signal d'entrée dépasse une tension de référence (Vref) d'un mon-15 tant déterminé (V1) et qui est ramené à l'état intial lorsque le signal d'entrée devient inférieur, d'un montant déterminé (V2), à la tension de référence. Un dispositif mesurant la durée d'impulsions conforme à l'invention comporte un comparateur de signaux qui fouirait une 20 impulsion de sortie correspondant à la durée d'impulsions à connaître et qui est muni de deux entrées, qui sont connectées chacune à un circuit de signal, dont l'entrée est connectée à l^entrée d'impulsion du dispositif de mesure, ce dispositif mesurant la durée d'impulsions étant caractérisé en ce que le comparateur de signaux est constitué par une bascule de 25 Schmitt, le premier circuit de signalétantune connexion directe et 1* second circuit de signal comportant un formateur d'impulsions. Ainsi, le point de rétablissement de la bascule de Schmitt correspond au niveau du signal d'entrée, de sorte que la durée de sortie résultante s'approche de la durée d'impulsions d'un signal dans 30 une large gamme dynamique et est essentiellement indépendante de la forme d'impulsions de signal. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 35 La fig. 1 montre un schéma synoptique d'un dis positif mesurant la durée d'impulsions conforme à l'invention. La fig. 2 montre des diagrammes tension-temps correspondant au schéma selon la fig. 1. Les figures 3 et 4 montrent des formateurs d'im- 40 pulsions alternatifs. 7141147 3 2114021 Sur la fig. 1, l'impulsion à mesurer est appliquée à la borne IP comme signal d'entrée pour une bascule de Schmitt 1 et pour un formateur d'impulsions 2. La sortie du circuit de Schmitt 1 commande un indicateur de durée 3» qui comprend une porte ET 4 à deux 5 entrées et un compteur 5« L'état du compteur peut être lu digitalement à la borne de sortie OP. La sortie du formateur d'impulsions 2 est connectée à l'entrée de la tension de référence Yref de la bascule de Schmitt 1. Une source d'impulsions d'horloge est connectée à la seconde entrée de la porte ET 4* 10 Le fonctionnement de l'ensemble selon la fig. 1 sera expliqué à l'aide des diagrammes tension-temps représentés sur la fig. 2. Comme il a été mentionné ci-dessus, la bascule de Schmitt change d'état lorsque le signal d'entrée dépasse une tension de référence Vref d'un montant V"! et passe à l'état initial lorsque le signal d'entrée 15 baisse d'un montant déterminé V2 jusqu'au-dessous du niveau de référence Yref. Comme on le sait, le circuit de la bascule peut être conçu de façon à fournir toute valeur prédéterminée à V1 et V2. La fig. 2a montre la variation du signal d'impulsion d'entrée IP, de la tension de référence Vref et de la sortie de la bascule de Schmitt (ST). Cette figure montre 20 également les temps de montée tr et le temps de descente tf du signal d'impulsion et l'intervalle T compris entre tr et tf. La fig. 2b montre le cas où le signal est petit et celui où le signal est grand, lorsque le formateur d'impulsions 2 est constitué par un simple circuit de retard, tel qu'une bobine. Le signal 25 d'entrée est retardé d'un montant D par le formateur 2, afin de former la tension de référence Vref. La bascule de Schmitt 1 modifie immédiatement son état lorsque le signal d'entrée atteint V1, du fait que par suite du retard D, Vref est toujours à zéro à ce point et n'est pas effectué par 30 le temps de montée du signal. Le point auquel la bascule de Schmitt change d'état est tributaire du niveau de signal d'entrée et se produit lorsque le signal d'entrée baisse de V2 volts au-dessous de Vref, c'est-à-dire le niveau du signal d'entrée retardé. 35 Si, dans le cas d'un petit signal provoquant tout juste un changement d'état, V^ = Vg, le circuit passe d'un état à l'autre à la fin du temps de montée d'impulsion et passe à l'état initial à la fin du temps de descente d'impulsion, l'impulsion de sortie fournie à une durée pratiquement égale â T + tf. Dans le cas de très 40 grands signaux, le circuit change d'état au début du temps de montée 7141147 2114021 pour passer à l'état initial peu après que l'impulsion commence à baisser (Y1 et V2 étant petits comparativement à l'amplitude d'impulsion). La durée de sortie pour de très grands signaux est donc située pratiquement égale à T + tr. Si tr = tf, le circuit fournit en théorie une impul-5 sion de sortie égale à la durée d'impulsions demi-hauteur conventionnelle dans toute la gamme dynamique. Le signal de sortie de la bascule de Schmitt 1 peut être utilisée de plusieurs façons pour commander des. indicateurs de durée mesurant la durée du signal de sortie et l'indicateur de durée 3 10 montre une forme de réalisation convenable d'un tel dispositif. L'impulsion de sortie de la bascule ouvre la porte ET 4» de sorte que lors de la durée de l'impulsion, des impulsions d'horloge peuvent atteindre le compteur 5- La porte ET 4 est fermée à la fin de l'impulsion et le comptage est arrêté. Le résultat du comptage, qui a de préférence une forme 15 digitale, exprime la durée de l'impulsion directement en périodes d'impulsions d'horjoge. La précision du système est tributaire de la période d'impulsions d'horloge, et celle-ci doit, évidemment, être suffisamment courte, comparativement avec la durée d'impulsions minimale à mesurer, afin d'obtenir la précision requise. 20 La fig. 2b, qui représente le cas d'un petit signal, montre clairement que si le temps de retard D produit par le formateur d'impulsions 2 est plus court que le temps de montée tr, la tension de différence V1, nécessaire pour provoquer le changement d'état de la bascule de Schmitt, n'est pas atteinte. La figure montre le cas 25 limite dans lequel l'amplitude de signal d'impulsions atteint à peine V1 et dans lequel le temps de montée est tout juste égal au temps de retard D. Ainsi, le cas limite pour le signal d'amplitude minimal est celui où le retard D est 7141147 5 2114021 longs temps de montée et de descente. Sur la fig. 3a, le formateur d'Impulsions 2 comprend un seuil ou limiteur de tension parallèle 11, un dispositif de soustraction 12 et un extenseur d'impulsions 13. Le signal d'impulsion 5 est appliqué à l'entrée du limiteur de tension parallèle 11 et à une entrée du dispositif de soustraction 12. La sortie du limiteur de tension parallèle 11 est appliquée à l'autre entrée (soustractive) du dispositif de soustraction 12, dont la sortie est connectée à ^-'éntrée de l'extenseur 13. La sortie de l'extenseur 13 est connectée à l'entrée de tension 10 de référence Yref de la "bascule de Schmitt 1, comme le montre la fig. 1. Le limiteur de tension parallèle 11 limite le niveau du signal d'impulsion à une valeur égale à ou légèrement supérieure à la valeur Y1 et le signal limité ainsi obtenu est soustrait du signal d'impulsion dans le dispositif de soustraction 12. Le signal de sortie du dispositif de sous-15 traction 12 est représenté en (i) sur la fig. 3b, qui révèle que le signal d'impulsion dépasse la tension de référence Yref d'un montant Y1 pendant la montée ce qui assure le changement d'état de la bascule de Schmitt d'une façon non tributaire du temp3 de montée. Toutefois, au flanc arrière, le signal d'impulsions et la tension de référence Yref ne 20 se croisent pas et, de ce fait, le signal d'impulsion ne devient pas inférieur à Vref du montant Y2, ce qui est nécessaire pour provoquer le changement d'état de la bascule. Le signal de référence est donc étendu à son flanc arrière par l'extenseur d'impulsions 13 et la forme d'onde résultante est représentée en (ii) sur la fig. 3"b. Evidemment, on peut 25 ajouter quelque retard afin d'améliorer la sensibilité aux petits signaux et de faciliter l'effet de l'extension d'impulsions. Une forme appropriée du dispositif extenseur d'impulsions, qui allonge le temps de descente sans affecter pratiquement le temps de montée, a été représentée sur la fig=, 3e et comprend un tran-30 sistor TR, qui est connecté soffise émetteur-suiveur avec un condensateur G de façon à former un réseau parallèle RC avec la résistance d'émetteur R. Si R est grande(Par exemple 1000 ohms) comparé© à la résistance (par exemple 10 ohms) du transistor, le flanc arrière est plus étendu (par exemple 100 fois) que le flanc avant, ce que montrent les diagrammes. 35 De plus, au lieu du limiteur et du dispositif de soustraction, on peut insérer dans le circuit im seuil de tension de série entre l'entrée de l'extenseur d'impulsions 13 et l'entrée du formateur d'impulsions 2. Dans ce cas, un montant fixe est soustrait de l'amplitude d'impulsions et l'on obtient les courbes représentées sur la fig. 3. Dans 40 certaines application, on peut utiliser à cet effet une diode de Zener. 7141147 6 2114021 lien que le dispositif est alors pratiquement indépendant du temps de montée, l'effet de l'extenseur d'impulsions tend toujours à limiter la fréquence de mesure de répétition du dispositif. Une forme de réalisation préférentielle, qui n'affecte pas cette 5 fréquence de mesure de répétition a été représentée sur la fig. 4a, sur laquelle le formateur d'impulsions 2 comprend un différentiateur 21, dont la sortie est appliquée par l'intermédiaire d'un limiteur 22 à l'entrée de soustraction d'un dispositif de soustraction 23. L'impulsion de signal est appliquée à l'entrée du différentiateur 21 et au dispositif de sous-10 traction 23, tout comme pour la forme de réalisation précédente. Le différentiateur 21 assure la différentiation du flanc avant et du flanc arrière du signal d'impulsion et les crêtes produites par les grands signaux d'entrée sont limitées pair le limiteur 22, qui peut être petit ou n'exercer aucun effet sur les petits signaux ou sur les longs temps 15 de montée et de descente. Le signal de sortie du limiteur est soustrait du signal d'impulsion dans le dispositif de soustraction 23. Les diagrammes temps-tension en question sont désignés par a, b et c sur la fig. 4h, àont il ressort que, même avec les temps de montée et de descente lomgs représentés sur le dessin, les retards nécessaires pour 20 produire V1 et V2 sont obtenus sans réduction de la fréquence de mesure de répétition du dispositif. En pratique, il s'est révélé qu'il est avantageux d'ajouter un petit retard D dans cette forme de réalisation de la façon décrite pour la première forme de réalisation. La précision obtenue avec un dispositif conforme 25 â l'invention est supérieure d'environ tr/2 à une gamme dynamique d'entrée de 40 dB, quelle que soit la forme de l'onde. 7141147 7 2114021 REVENDICATIONS 1.- Dispositif permettant de mesurer la durée d'impulsions et comportant un comparateur de signaux qui fournit une impulsion de sortie correspond à la durée 5 d'impulsions à connaître et qui est muni de deux entrées, qui sont connectées chacune à un circuit de signal, dont l'entrée est connectée à l'entrée d'impulsion du dispositif de mesure, ce dispositif mesurant la durée d'impulsions étant caractérisé en ce que le comparateur de signaux est constitué 10 par une bascule de Schmitt, la premier circuit de signal étant une connexion directe et le second circuit de signal comportant un forma teur d'impuls ions. 2.- Dispositif permettant de mesurer la durée d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le formateur d'impulsions est un dispositif susceptible de retarder dans le temps l'impulsion à connaître. 3.- Dispositif permettant de mesurer la durée d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le formateur d'impulsions comporte un dispositif à seuil 20 de tension de série et un extenseur d'impulsions, le dispositif à seuil réduisant l'impulsion d'entrée d'un montant de tension fixe et l'extenseur d'impulsions réduisant la pente du flanc arrière de l'impulsion provenant du dispositif à seuil. 25 4.- Dispositif permettant de mesurer la durée d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le formateur d'impulsions comporte un dispositif à seuil de tension parallèle, un dispositif de soustraction et un extenseur d'impulsions, dont le dispositif à seuil limite l'impulsion 30 d'entrée à une valeur de tension fixe, une entrée du dispositif de soustraction étant connectée au dispositif à seuil, l'autre entrée recevant la tension d'entrée et la sortie étant raccordée à l'extenseur d'impulsions, qui réduit la pente du flanc arrière de l'impulsion provenant 35 du dispositif de soustraction. 5.- Dispositif permettant de mesurér la durée d'impulsions selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'extenseur d'impulsions comporte un émetteur suiveur, dans le circuit émetteur duquel une 40 résistance est shuntée par un condensateur. 7141147 8 2114021 6.- Dispositif permettant de mesurer la durée d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le formateur d'impulsions comporte un différentiateur qui assure la différentiation de l'impulsion d'entrée et un dispositif de soustraction fournissant un signal correspondant à l'impulsion d'entrée réduit de l'impulsion d'entrée différentiée.