Brevet FR2182207A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne un circuit de mesure digitale de la fréquence ou de la durée d'une période d'un signal de mesure, à l'intérieur d'un intervalle de mesure, à l'aide d'une chaîne de circuits de comptage et d'une calculatrice connectée a.:. so?iii£ fe 5 ces circuits, ceci avec application d'une série d'impulsions d'horloge à fréquence d'horloge élevée et déterminée par le degré de précision demandé. Un tel circuit est déjà utilisé dans un appareil connu. Grâce à ce circuit, il est possible de surmonter la difficulté qui 10 se présente lorsque l'intervalle de mesure est si court que, pour la fréquence la plus basse à mesurer du signal de mesure, quelques périodes seulement de ce signal tombent dans l'intervalle de mesure, de sorte qu'il n'est pas possible d'atteindre le degré de précision demandé en comptant simplement le nombre de périodes du signal de mesure tombant 15 dans l'intervalle de mesure. Dans ce cas, la fréquence doit être obtenue par la mesure de la durée de la période. Dans un tel cas de mesure, la précision la meilleure est obtenue lorsqu'on prend la moyenne de toutes les périodes tombant dans l'intervalle de mesure. A cet effet, le circuit connu utilise deux compteurs, notamment un pour compter toutes les pé-20 riodes de signal de mesure tombant dans l'intervalle de mesure et un compteur pour compter les périodes ayant une fréquence d'horloge élevée, de manière à pouvoir tenir compte aussi de la fraction de la dernière période de signal de mesure mesurée. A la fin de l'intervalle de mesure, la fréquence du signal de mesure est mesurée automatiquement en partant 25 des comptes des deux compteurs. Lorsqu'il faut pouvoir mesurer des fréquences très différentes, les deux compteurs doivent avoir la capacité de comptage nécessitée par le degré de précision demandé. Il s'ensuit qu'il faut disposer d'un grand nombre de circuits de comptage. En outre, à la fin de l'intervalle de 30 mesure précité, les données de mesure ne sont pas encore disponibles parce que le vrai travail de mesure ne commence qu'avec la première période complète du signal de mesure venant après le début de l'intervalle de mesure. Ceci est particulièrement défavorable dans les systèmes utilisant une représentation analogique en fréquence des données de mesure, 35 c'est-à-dire là où les intervalles de mesure doivent se succéder sans interruption. La présente invention a pour but de faire qu'il soit possible d'effectuer complètement la mesure digitale de la fréauence d'un signal de mesure à l'aide d'un petit nombre de circuits de comptage 40 et ceci à l'intérieur d'un intervalle de mesure. Ceci est obtenu selon la 73 15457 2 2182207 présente invention du fait qu'un premier groupe de circuits de la chaîne de circuits de comptage à subdiviser en au moins deux groupes compte des impulsions d'horloge, que chaque impulsion du signal de mesure de forme puisée rappelle ce premier groupe de circuits de comptage à un état de 5 départ, qu'un deuxième groupe de circuits de comptage compte des impulsions du signal de mesure, que les impulsions délimitant l'intervalle de mesure rappellent ce deuxième groupe de circuits de comptage à un état de départ et que la calculatrice calcule la fréquence f^ ou la durée.de période du signal de mesure à partir des états des circuits de 10 comptage du premier groupe au début et à la fin de l'intervalle de mesure, à partir de l'état n des circuits de comptage du deuxième groupe à la fin de l'intervalle de mesure et à partir du nombre donné d'impulsions d'horloge se présentant à l'intérieur de l'intervalle de mesure et à partir de la fréquence f^ de l'impulsion d'horloge, ceci selon la for-15 mule s f = — „ n . M TM = z + m^ - m^ " t' Ceci est basé sur l'idée que, pour les fréquences élevées du signal de mesure, si de nombreuses périodes du signal de mesure tombent dans l'intervalle de mesure ce qui entraîne un groupe important de circuits de 20 comptage, il y a moins d'impulsions d'horloge qui tombent dans les fractions des périodes de signal de mesure au début et à la fin de l'intervalle de mesure. Au contraire, dans le cas d'un signal de mesure à basse fréquence, le premier groupe de circuits de comptage ne doit être que très court du fait que quelques périodes seulement du signal de mesure 25 tombent dans l'intervalle de mesure, alors qu'un plus grand nombre d'impulsions d'horloge peuvent tomber danè les fractions des périodes de mesure au début et â la fin de l'intervalle de mesure, le deuxième groupe de circuits de comptage devant être plus grand par conséquent. Le nombre total de circuits de comptage nécessaires est cependant indépendant de la 30 fréquence du signal de mesure, de sorte que si on subdivise la chaîne de circuits de comptage en groupes fonction des capacités de comptage des groupes de circuits de comptage déterminées par la fréquence attendue du signal de mesure, ces circuits peuvent être utilisés de façon optimum. De cette manière, la mesure de la fréquence peut se faire au moyen d'un ap-35 pareillage restreint. En outre, toutes les données de mesure sont disponibles â la fin de l'intervalle de mesure donné. Dans certains cas il est cependant contre-indiqué - qu'un des états du premier groupe de circuits de comptage soit formé au cours d'une période précédant le véritable intervalle de mesure. S'il 73 15457 3 2182207 faut, par exemple, analyser successivement une série de canaux de mesure analogique de fréquence, l'impulsion délimitant l'intervalle de mesure étant chaque fois commutée au canal de mesure suivant, l'état du premier groupe de circuits de comptage n'est pas disponible sans plus au début 5 de l'intervale de mesure. C'est pourquoi un développement ultérieur de l'idée de base de l'invention consistant à disposer de toutes les grandeurs de mesure nécessaires au calcul de la fréquence du signal de mesure à l'intérieur de l'intervalle de mesure, est caractérisé en ce que la chaîne de circuits de comptage peut être subdivisée en trois groupes, 10 en ce que chaque impulsion délimitant l'intervalle de mesure rappelle le troisième groupe de circuits de comptage à un état de départ, en ce que le troisième groupe de circuits de comptage compte des impulsions du signal d'horloge à partir de chaque impulsion délimitant l'intervalle de mesure jusqu'à la première impulsion de signal de mesure apparaissant 15 après cet intervalle, en ce que l'état atteint alors par le troisième groupe de circuits de comptage détermine l'état de départ du premier groupe de circuits de comptage, et en ce que l'état du premier groupe de circuits de comptage communiqué à la calculatrice au début de l'intervalle de mesure est la valeur zéro. De ce fait, les fractions de périodes 20 de mesure au début et à la fin de l'intervalle de mesure sont comptées et additionnées à l'intérieur de cet intervalle de mesure. Pour le calcul de la fréquence du signal de mesure, il suffit donc de former la différence à partir du nombre donné d'impulsions d'horloge et à partir de l'état du premier groupe de circuits de comptage. Cette formation d'une 25 différence peut même être évitée lorsque l'état de départ du troisième groupe de circuits de comptage correspond aux états correspondants du nombre donné d'impulsions d'horloge se situant à l'intérieur de l'intervalle de mesure et que le premier et le troisième groupe de circui-fcs de comptage comptent à rebours. La différence est en effet alors obtenue 30 par ce compte à rebours. L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un graphique de temps facilitant la compréhension du fonctionnement du circuit de la présente invention, 35 la figure 2 représente une chaîne de circuits de comptage selon la présente invention subdivisée en deux groupes ainsi que les circuits de commande, et les figures 3 et 4 donnent deux exemples de commande dans le cas de la subdivision des circuits de comptage en trois 40 groupes. 73 15457 4 2182207 Sur la figure 1, f représente la série d'impulsions d'horloge, les différentes impulsions d'horloge étant séparées entre elles par un espace T^. Cet espace est l'inverse de la fréquence de la série d'impulsions d'horloge qui porte donc aussi, pour la facilité 5 la référence f^. Les impulsions représentées plus bas sur la figure 1 délimitent l'intervalle de mesure Tq, dont la durée est déterminée par la fréquence de la série d'impulsions d'horloge, par l'espace entre impulsions d'horloge et par le degré de précision demandé _z, comme cela est représenté à la figure 1. 10 f est un exemple d'un signal de mesure de forme puisée ayant une fréquence f^ ou une durée de période telle qu'un nombre entier de périodes de signal de mesure plus les fractions de période de signal de mesure au début et à la fin de l'intervalle de mesure, tombent à l'intérieur de cet intervalle. Lorsque ces fractions des pé-15 riodes de signal de mesure sont exprimées par des multiples , respectivement m^ de la période d'impulsion d'horloge T^, comme cela est représenté à la figure 1, on tire des espaces de temps indiqués l'égalité suivante î z * Tt + m1 ' Tt ~ m2 * Tt " n ' TM" 20 Comme les périodes d'impulsion sont les inverses des fréquences correspondantes, on en tire directement l'équation donné dans le préambule de la présente demande de brevet s f » -J— » —S f M Tm z + m., - m2 * V n est le nombre de périodes de signal de mesure se présentant entre la 25 dernière impulsion du signal de mesure précédant l'intervalle de mesure et la dernière impulsion tombant à l'intérieur de cet intervalle. Il est impossible qu'il en soit autrement, ceci étant égal au nombre d'impulsions du signal de mesure tombant à l'intérieur de l'intervalle de mesure. La fréquence inconnue f^ du signal de mesure 30 peut donc être calculée à partir du nombre d'impulsions, ce nombre pouvant être compté à l'aide des circuits de comptage. Un exemple d'un tel circuit est donné â la figure 2. Sur cette figure 2, une chaîne de circuits de comptage Z est subdivisée en deux groupes Z^ et Zg. le premier groupe de circuits de comptage comprend les circuits Z à Z, tandis que a J 35 le deuxième groupe de circuits de comptage comprend les circuits à Z^. La série d'impulsions d'horloge f^ est appliquée, à titre de signal d'horloge servant à la commutation successive des circuits de comptage combinés, par exemple, sous la forme d'un compteur binaire, au premier groupe Itj.. Tous les circuits de comptage Z à Z.. sont rappelés à un état ' a 3 73 15457 5 2182207 de départ par une impulsion du signal de mesure f^. Cet état de départ est déterminé, par exemple en utilisant des circuits d'actionnement bi-stables à titre de circuits de comptage, en déterminant de quel côté des circuits d'actionnement considérés le signal de rappel est appliqué. Une 5 impulsion délimitant l'intervalle de mesure Tq est appliquée à un conducteur qui, pour la facilité, porte ici la référence T„, ce conducteur appliquant les signaux de sortie des circuits de comptage Z à Z. â la a j calculatrice R. Ces signaux de sortie représetent les nombres condés m^, respectivement m^ d'impulsions d'horloge. L'application des signaux de 10 sortie se produit à l'aide de circuits S& à qui peuvent remplir une fonction de mémoire, par exemple lorsque la calculatrice n'a pas de mémoire, le calcul de la fréquence du signal de mesure prenant, par exemple un temps beaucoup plus long qu'une période d'impulsion d'horloge. Le deuxième groupe de circuits de comptage Z^ 15 est constitué de façon semblable. Les impulsions d'horloge servant à l'avancement des impulsions sont constituées par le signal de mesure f^ tandis que le signal de rappel est constitué par les impulsions délimitant l'intervalle de mesure TQ. L'application de signaux de sortie des circuits de comptage Z^ à Z^ se fait au moyen du même signal que pour le 20 premier groupe de circuits de comptage . Ces signaux de sortie représentent, sous forme codée, le nombre d'impulsions de signal de mesure tombant à l'intérieur de l'intervalle de mesure. S'il est vrai que c'est le même signal qui rappelle les circuits de comptage du deuxième groupe Z^ dans leur état de départ, ce qui a pour effet d'appliquer les signaux 25 de sortie à la calculatrice, cette difficulté peut facilement être résolue si l'on utilise, pour les circuits à S^, des portes ET dynamiques ou des circuits d'actionnement à entrée d'armement et entrée de rappel. Dans la calculatrice R, le nombre _z, qui doit au moins être égal au nombre correspondant au degré de précision demandé, 30 est déterminé autant que possible par un câblage correspondant permettant d'obtenir une forme de circuits de comptage de construction simple. La fréquence f^ de l'impulsion d'horloge est aussi choisie de façon appropriée. Comme cela reBort de la figure 1, la première 35 valeur m^ utilisée pour le calcul est créée avant le début de l'intervalle de mesure Tq. Si cependant, comme cela a été dit dans le préambule, cette valeur ne peut pas être obtenue, la fraction de la période de signal de mesure se présentant au début de l'intervalle de mesure doit aussi être obtenue à l'intérieur de cet intervalle de mesure. Selon la 40 figure 1, cette fraction peut comprendre un nombre m^ de périodes d'im- 73 15457 6 2182207 pulsion d'horloge T^. Le calcul de la fréquence inconnue f^ du signal de mesure doit donc dériver d'une période de moins du signal de mesure, de sorte'qUe l'on peut tirer de la figure 1 l'équation suivante : Z . Tt - (m3 . Tt + m2 . Tt) = (n - 1) . 5 La valeur m^ de la fraction de période de signal au début de l'intervalle de mesure peut ou bien être créée intermédiairement ou bien être introduite dans un groupe suivant de circuits de comptage, ce qui se fait en subdivisant la chaîne de circuits de comptage en trois groupes. Ceci permet d'obtenir quelques autres avantages qui ressortiront clairement de 10 quelques formes d'exécution supplémentaires données à titre d'exemple. Dans le circuit représenté à la figure 3, on n'a plus représenté les différents circuits de comptage mais uniquement les. trois groupes de circuits de comptage , Z^ et Z^. En outre, pour la facilité du dessin, le grand nombre de conducteurs de sortie des diffé-15 rents groupes de circuits de comptage est ici représenté par un seul conducteur, tandis que la série de circuits pour l'application de signaux de sortie est représentée par une petite chaîne à laquelle on applique le signal de rappel. En ce qui concerne les deux groupes Z^ et Z^, ce 20 circuit fonctionne pratiquement de la même façon que le circuit de la figure 2. On a représenté aussi un troisième groupe de circuits de comptage Zj, deux portes de commutation et G^ ainsi qu'un circuit d'actionnement bistable P. Une impulsion délimitant l'intervalle de mesure 25 Tq est appliquée aux conducteurs correspondants de la figure 3. Il s'en suit que, comme dans le cas précédent, la valeur de départ zéro est donnée au groupe de circuits de comptage. Ce groupe est représenté de façon correspondante, pour la clarté de l'exposé. En outre, le groupe de circuits de comptage est amené dans l'état de départ zéro tandis que, 30 dans le cas du circuit d'actionnement bistable F, la sortie inférieure est activée et la sortie supérieure bloquée. La porte ET G^ est ensuite activée, de façon que le groupe Z^ puisse compter la série d'impulsions d'horloge f^. La porte.ET Gg est d'abord bloquée, de sorte que. l'entrée d'horloge du groupe ne reçoit pas de signaux de comptage. Dès que la 35 première impulsion du signal de mesure f^ apparaît après le début de l'intervalle de mesure, le circuit d'actionnement bistable F est commuté à son autre état de sorte que le circuit-porte ET G^ est ouvert, le groupe pouvant maintenant compter les impulsions suivantes du signal de mesure f^. De ce fait, la première -impulsion du signal de mesure tom-40 bant à l'intérieur de l'intervalle de mesure est effacée, de sorte que 73 15457 7 2182207 l'état du groupe à la fin de l'intervalle de mesure est n - 1, comme cela est indiqué par la dernière équation citée. En outre, grâce à la commutation du circuit d'actionnement bistable F, la porte ET est bloquée, de sorte que le 5 groupe de comptage Z^ ne reçoit plus d'impulsions d'horloge et qu'il maintient l'état qui vient d'être atteint, état qui correspond à la valeur m^ comme cela est indiqué à la figure. 1. En outre, comme la figure 3 le montre, cet état est communiqué au groupe de comptage Z^ par cette impulsion et par toutes les impulsions suivantes du signal de mesure. Ce 10 groupe de comptage compte donc, avec cette valeur de départ m^, les impulsions d'horloge à l'intérieur de chaque intervalle de mesure Tffi. Lors de l'impulsion suivante de délimitation de l'intervalle de mesure Tq, impulsion qui indique la fin de l'intervalle de mesure considéré, les états des groupes de comptage Z^ et sont ap-15 pliqués à la calculatrice, comme la figure 3 le montre. En comparant ceci aux espaces de temps de la figure 1, on peut voir que le groupe de comptage Z^ contient exactement, à ce moment, la somme m^ + tandis que le groupe de comptage Z2 contient le nombre d'impulsions de signal de mesure tombant à l'intérieur de l'intervalle de mesure moins 1. Ce» calculs ne 20 doivent donc plus être faits dans la calculatrice R. La figure 4 montre une autrp possibilité de simplification supplémentaire de l'appareillage de comptage. Cette figure correspond à la figure 3 en ce qui concerne le mode de représentation et le sens des symboles. 25 Dans ce dernier circuit, le groupe de comptage Zg est amené, au début de l'intervalle de mesure, dans l'état -1, le groupe recevant toutes les impulsions du signal de mesure f^ tombant à l'intérieur de l'intervalle de mesure à titre d'impulsions d'horloge, de sorte que ce groupe de comptage occupe le même état que le groupe de 30 comptage correspondant de la figure 3 & la fin de l'intervalle de mesure. Au contraire, le groupe de comptage Z^ est amené, au début de l'intervalle de mesure, à un état correspondant aux états correspondants z1, notamment les derniers états du nombre d'impulsions d'horloge _z. Au début de l'intervalle de mesure, le groupe de comptage Z^ reçoit, via la porte 35 ET G^, qui, comme dans le cas de la figure 3» est commandée par le circuit d'actionnement bistable F, la série d'impulsions d'horloge f^, les circuits de comptage comptant maintenant â rebours, ce qui est indiqué par un signe moins à l'entrée d'horloge. Au moment de l'apparition de la première impulsion du signal de mesure à l'intérieur de l'intervalle de 40 mesure, le groupe de comptage Z^ occupe l'état z' - m^, état qui est 73 15457 6 2182207 communiqué en tant qu'état de départ au groupe de comptage avec chaque impulsion du signal de mesure. Dans le groupe de comptage Z^ , la série d'impulsions d'horloge est aussi comptée à rebours, ce qui est à nouveau indiqué par un signe moins à l'entrée d'horloge. 5 A la fin de l'intervalle de mesure T , l'impul sion délimitant cet intervalle applique l'état z1 - (m^ + mg) du groupe de comptage Z^ à la calculatrice R qui représente directement le diviseur pour le calcul de la fréquence inconnue du signal de mesure. La calculatrice doit donc simplement effectuer 10 la division et peut donc être de construction simple. La subdivision de la châine de circuits de comptage en groupes peut être réalisée de plusieurs façons différentes. Par exemple, les entrées et les sorties des différents circuits de comptage peuvent être reliées à des contacts de commutation ou bien peuvent être reliées à des portes de commutation qui 15 sont commandées par des commutateurs. Les calculatrices peuvent, par exemple, commuter les entrées d'horloge de la série d'impulsions d'horloge au signal de mesure tandis que les entrées d'actionnement sont reliées au signal correspondant. Le réglage des commutateurs et, par conséquent, la capacité de comptage des différents groupes dépendent de la 20 fréquence attendue pour le signal.de mesure. La subdivision peut aussi cependant se faire à l'aide du signal de mesure lui-même, du fait que, par exemple, des premiers circuits de comptage de la chaîne sont commandés, en principe, par l'impulsion d'horloge et que le deuxième groupe de circuits de comptage commence par le circuit de comptage qui n'est plus in-25 fluencé par le comptage de la série d'impulsions d'horloge entre deux impulsions de signal, une mesure de sécurité supplémentaire consistant à "n tenir compte des variations statiques en prenant en compte un circuit de comptage supplémentaire. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de connaître, avant la mesure, la valeur approximative de la fréquence attendue 30 du signal de mesure. 73 15457 s 2182207 REVENDICATIONS : 1. Circuit de mesure digitale de la fréquence ou de la durée de période d'un signal de mesure à l'intérieur d'un intervalle de mesure utilisant une chaîne de circuits de comptage et une calcula— J trice reliée aux sorties de ces circuits sous la commande d'une impulsion d'horloge ayant une fréquence d'horloge élevée, déterminée par le degré de précision demandé, caractérisé en ce qu'un premier groupe de circuits de comptage d'une chaîne de circuits de comptage à subdiviser au moins en 10 deux groupes compte les impulsions d'horloge, en ce que chaque impulsion du signal de mesure de forme puisée rappelle ce premier groupe de circuits de comptage à un état de départ, en oe qu'un deuxième groupe de circuits de comptage compte des impulsions du signal de mesure, en ce que les impulsions délimitant l'intervalle de mesure rappelle ce deuxième 15 groupe de circuits de comptage à un état de départ, et en ce que la calculatrice calcule la fréquence f^ ou la durée de période du signal de mesure conformément à l'équation : 1 20 35 fM ~ Tm * ft ? M z + - nig à partir des états m^, dt»s circuits de comptage du premier groupe au début et à la fin de l'intervalle de mesure et à partir de l'état n des circuits de comptage du deuxième groupe de circuits de comptage à la fin de l'intervalle de mesure ainsi qu'à partir du nombre donné d'impulsions 25 d'horloge z tombant à l'intérieur de l'intervalle de mesure, et à partir de la fréquence f^ de la série d'impulsions d'horloge. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque impulsion délimitant l'intervalle de mesure applique les états m^, rn^, n des circuits de comptage au début de cette impulsion. 30 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la calculatrice est précédée par une mémoire dans laquelle sont mis en mémoire les états , n des circuits de comptage. 4. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'état de départ des deux groupes de circuits de comptage est l'état zéro. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chaîne des circuits de comptage peut être subdivisée en 3 groupes, en ce que l'impulsion délimitant l'intervalle de mesure rappelle le troisième groupe de circuits de comptage à un état de départ, en oe que ce troisième groupe de circuits de comptage compte des impulsions du signal d'horloge à partir de chaque impulsion délimitant l'intervalle de mesure jusqu'à la première impulsion du signal de mesure apparaissant ensuite, en ce que l'état m^ atteint 73 15457 10 2182207 alors par le troisième groupe de circuits de comptage donne l'état de départ du premier groupe de circuits de comptage, et en ce que la valeur zéro est appliquée à la calculatrice en tant qu'état du premier groupe de circuits de comptage au début de l'intervalle de mesure. 5 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'état de départ du premier groupe de circuits de comptage correspond aux états correspondants du nombre donné de z impulsions d'horloge tombant à l'intérieur de l'intervalle de mesure et en ce que le premier et le troisième groupes de circuits de comptage comptent à re-10 bours. 7. Circuit selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'état de départ du deuxième groupe de circuits de comptage est -1. 8. Circuit selon la revendication 5 ou 6, caracté-15 risé en ce que l'état de départ du deuxième groupe de circuits de comptage est zéro et en ce que la première impulsion du signal de mesure se présentant après l'impulsion délimitant l'intervalle de mesure est effacée. 9. Circuit selon la revendication 1 ou une des re-20 vendications suivantes, caractérisé en ce que la subdivision de la chaîne de circuits de comptage en groupes dépend de la capacité de comptage des groupes de circuits de comptage déterminée par la fréquence attendue du signal de mesure. * 10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé 25 en ce que la subdivision de la chaîne en groupes est déterminée automatiquement en fonction du signal de mesure.