Brevet FR2244307A1 — publié le 19750411

Le traitement des impulsions fait appel à des appareils plus ou moins complexes dont les fonctions sont, par exemple, les suivantes - Discrimination en amplitude - Sélection en amplitude - Mesure d1un intervalle de temps entre deux impulsions quelconques - mesure d'intervalles de temps entre deux impulsions déter minées - Mesure de coïncidences et d'anticoïncidences - Discrimination sur une mesure de temps - Addition de deux impulsions - Sélection sur une mesure de temps, etc. Dans la technique actuelle, chaque opération (sélection par exemple) nécessite un appareil indépendant se présentant sous la forme d'un tiroir modulaire. Si une expérience déterminée contient six sélections par exemple, il devra y avoir six tiroirs sélecteurs. Le prix de la channe de mesure sera d'autant plus élevé que le nombre de tiroirs-modules est important. L'invention vise à supprimer ces appareils fort coûteux tout en améliorant les performances. Le principe de fonctionnenent est basé sur le fait que le temps nécessaire pour effectuer une opération logique (sélection par exemple) est toujours très inférieur au temps de descente de l'impulsion. 'invention prend comte point de départ ces considérations sur les temps. L'appareil décrit remplit les mêmes fonctions que les appareils courants, mais au lieu d'avoir n circuits sélecteurs par exemple, il comportera une seule fonction 1sélection1 gui sera commutée n fois de suite. L'avantage essentiel d'un tel appareil est surtout d'ordre financier puisque n circuits seront remplacés par un seul circuit servant tnw fois. Cependant, le système envisagé apporte également d'autres avantages qui sonteles suivants : amélioration des performances, absence de tiroirs d'alimentation, utilisation très simple, possibilité# d'extension à ltinfini et possibilité de rendre l'appareil portatif. L'appareil selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de conversion analogique-digital rapide des impulsions à traiter, des moyens de prise de temps de ces mêmes impulsions, les sorties desdits moyens de conversion et desdits moyens de prise de temps étant multiplexées et amenées à l'entrée d'une unité arithmétique et logique suivie d'une mémoire, et une horloge programmable commandant les opérations de traitement des impulsions en fonction de l'arrivée des impulsions à traiter et des opérations à effectuer programmées dans ladite horloge. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en se reférant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma du dispositif de traitement selon l'invention - la figure 2 est un schéma d'une mémoire programmable commandant le fonctionnement du dispositif de la figure 1 - la figure 3 est un schéma d'un convertisseur analogiquedigital utilisé dans le dispositif de la figure 1 ; et - la figure 4 est un schéma d'un convertisseur temps-ampli tonde faisant partie du dispositif de la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1. Le dispositif selon l'invention comprend un convertisseur analogique-digital rapide 1 auquel sont envoyées, par une voie 2, les impulsions à traiter, ainsi que par une voie 4. Le convertisseur 1 comprend un discriminateur rapide produisant une impulsion logique de discrimination H1 ou k respectivement selon la voie. La sortie du convertisseur 1 est recueillie sur une ligne omnibus 5. Les impulsions sont également envoyées à un convertisseur temps-amplitude rapide 6 et à un convertisseur temps-amplitude lent 7. Les sorties des convertisseurs 6 et 7 sont multiplexées sur la ligne omnibus 5 avec les sorties du convertisseur 1. Les convertisseurs 6 et 7 émettent également des impulsions logiques de synchronisation H3 et H4 respectivement. La ligne omnibus 5 attaque un additionneur 8 dont la sortie est connectée, par une ligne 9, à des registres 10, Il et 12. Le registre 10 est attaqué par la sortie d'un clavier 15 destine à introduire dans une mémoire rapide 14, à l'adresseN,la valeur des données correspondant aux opérations à effectuer (seuil de discrimination par exemple). La sortie du registre 12 est utilisée pour l'adressage de la mémoire 14 dont la sortie est envoyée, par une ligne 15, à l'entrée du registre 10. La sortie du registre 11 est envoyée par une ligne omnibus 16, à l'entrée de l'additionneur 8. La sortie de l'additionneur 8 est envoyée à un convertisseur digital-analogioue 17 commandant un dispositif de visualisation 18 tel qu'un oscilloscope. La sortie de l'additionneur 8 est également envoyée à une logique de test 19 commandant une série de bistables de permission 20. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est commandé par une horloge programmable représentete à la figure 2. L'horloge programmable 21 est commandée par des interrupteurs 22 pour indiquer le type des opérations à effectuer. Les interrupteurs 22 commandent une mémoire morte 23 qui effectue le décoda- ge des interrupteurs et dont la sortie est appliquée à l'horlo- ge 21 pour en effectuer la programmation. L'horloge est déclenchée par les impulsions de synchronisation H1,H2,H3 et H4 dont l'origine a été décrite précédemment. Les sorties S de l'horloge 21 ne sont effectives qu'au signal 'B#RO3E" de faible durée. Chaque sortie "S" de l'horloge a une signification précise, par exemple - SI : ransfert du registre Il sur la ligne omnibus 16 - 52 : Transfert du registre 10 sur la ligne omnibus 5 - 53 : Addition duxcontenu des lignes omnibus 16 et 5i etc. Le traitement global d'une impulsion se traduira donc au niveau de la machine par une succession d'ordres élémentaires, les sorties "S" + STROBE. En fait, le traitement global sera d'abord décomposé en fonctions simples (discrimination, sélection ...) à l'aide de la mémoire 23. Ces fonctions simples iront programmer l'horloge afin d'obtenir les sorties "S". Les circuits constituant l'horloge seront donc de deux types différents : - Des circuits de décodage alimentés par la sortie de la mémoire 23 qui, sous forme binaire, envoie à lthorloge la nature des différentes fonctions à exécuter (sélection, etc.). - Des circuits de synchronisation, dont le but est de délivrer les sorties su + STROBE dans des temps déterminés par rapport à l'arrivée de l'impulsion à traiter0 Il convient de bien distinguer ces deux fonctions de l'horloge programsée, la première étant la fonction "Programmation1 qui, en quelque sorte, se fera une fois pour toutes au début de l'expérience, la deuxième étant la fonction "Horloge" qui fonctionnera à chaque impulsion. La synthèse de ces deux fonctions se trouve dans les sorties "S" + STROMBE. Les données, (seuil de discrimination, par exemple) seront entrées par le clavier 13. Comme il a été indiqué, elles sont d'abord décodées décimaI/bina#re, puis mises dans le registre 10 et enfin écrites en mémoire 14 dans une zone réservée Le clavier comportera en plus les touches suivantes - une touche d'effacement de registre, - une touche "+" faisant +1 à un registre précisé par un rotacteur ou autre, - une touche "-" dont le fonctionnement est identique. En outre, un circuit sera conçu de telle façon que l'utilisateur puisse faire 11 en continu. Cette possibilité pourra se faire par appui prolongé sur la touche considérée et servira notamment à déplacer le spot sur l'écran du tube cathodique de l'analyseur par modification de son adresse. La programmation de l'horloge va être décrite, à titre d'exemple, pour effectuer une discrimination. Les opérations sont les suivantes - établissement du schéma de l'expérience par l'utilisateur (interrupteurs) - décodage direct par la mémoire 23 dont la sortie va vers l'horloge 21. Cette sortie indique, sous forme binaire, les opérations à effectuer (discrimination) - entrée, par l'utilisateur, de la valeur du seuil par le clavier 13. Mise de cette valeur en mémoire 14 à l'adresse "N". Les impulsions arrivent et sont#traitées de la façon suivante - passage dans le convertisseur 1 et conversion en binaire -.déclenchement de l'horloge 21 par le signal H. La programmation de cette horloge sera - sortie du convertisseur 1 -----) ligne omnibus 5 -------) Additionneur 8 ; - sortie additionneur 8 -------) registre 11 ; - adressage de "N" (adresse où se trouve la valeur du seuil) dans la mémoire 14 - lecture du contenu de "N" --------) registre 10 - registre 10 -------) omnibus 5 Passage dans registre 11 -------) omnibus 16 ----) } l'addition- neur 8 +1 - sortie de l'additionneur 8 --------) Unité de test 19 ;; - si > 0,positionnement d'un bistable de permission 20. Comte on vient de le voir dans cet exemple, la discrimination se réduit, dans l'appareil décrit, à une simple soustraction suivie d'un test positif ou négatif. Le bistable de permission aura par la suite une action déterminée, par exemple +1 dans une échelle de comptage. Les circuits d'entrée (convertisseur analogique digital 7 et convertisseurs temps-amplitude 6 et 7) seront conçus en fonction de l'horloge. Le convertisseur analogique-digital 1 (figure 3) devra avoir un temps de conversion extr#mement rapide de façon à effectuer un grand nombre d'opérationspendant la retombée de l'impulsion. La particularité du convertisseur selon l'invention est de ne pas comporter d'horloge interne. Le mode de fonctionnement est le suivait : un compteur réversible à retenue parallèle 24 (par exemple en logique TTL Shottky) contient en binaire la valeur de la dernière tension convertie "a". Lorsqu'une nouvelle tension "b" survient à ltentrée 25, une soustraction analogique |a - b| est effectuée dans l'amplificateur opérationnel 27 recevant la sortie du compteur 24 à travers un interrupteur électronique 26. Le résultat de cette#soustraction va sers un comparateur 28 à diodes tanel dont les tensions de référence sont des tensions binaires : IV, 2V, 4V, et 8V. La diode tunnel présente la parti cularité d'avoir un front de montée rapide (quelques dizaines de ps). Ce front de montée est employé à la place du signal d'horloge. Il a pour rôle d'effectuer une addition ou soustraction directe au compteur de + +2, +4 ou +8. Ce compteur change d'état, modifie donc la tension "a" et un nouveau cycle recommence. Par exemple, si "a" = 0 V et "b" (entrée) = 13 V, nous aurons |a - b| = 13 V. En sortie des portes "exclusives ou" du comparateur 28, nous aurons : D8 = 1 car 13 > 8 D4 = O car C8 = 1 et C4 = 1 D2 = 0 car C4 = I et C2 = 1 D1 = 0 car C2 = 1 et C1 = 1 On additionne '.8" au compteur. La tension "a" devient donc égale à 8 volts. La différence la - bl n'est plus que 13 - 8 = 5 volts, d'oùd'où 1)8 = O car 5 > 8 D4 = 1 car 5 > 4 et D8 = O D2 =O car C4 = 1 et C2 = 1 D1 =O car C2 = 1 et C1 = 1 On additionne +4 au compteur quihpasse de 8 à 12.Lors du dernier cycle, on fera une addition de +1 et la conversion sera terminée. La rapidité de conversion dépend essentiellement du temps de réponse des composants. D'autre part, il faut noter que les diodes tunnel peuvent être remplacées par des Triggers de Schmitt, La sortie des étages du compteur 24 est appliquée à la ligne omnibus -5 et à une porte "z2" 29 câble de façon à etre effective au-dessus d'une tension donnée et qui jouera le rale d'un discriminateur rapide. Sa sortie "En ira déclencher l'hor- loge afin de la synchroniser avec l'impulsion. Un circuit sera prévu pour indiquer à l'utilisateur sous forme directement accessible par lui le rapport tension maximale détectée/tension maximale admissible0 L'utilisateur pourra ainsi régler le gain de son préamplificateur de façon à obtenir une bonne excursion lors de la conversion analogique/digitale. Ce circuit comprendra par exemple un pont diviseur 30 pour normaliser la tension à 1 V, un convertisseur analogique/digital 31, simple, un convertisseur binaire/décimal 32 et un moyen de visualisation 330 Ce circuit indiquera le rapport désiré de préférence sous forme d'un pourcentage ; 98 * = conditions excellentes, 104 * = légère saturation, par exemple. Il sera.prévu également un circuit destiné à éviter les erreurs dues aux empilements. Un signal d'erreur R sera émis si une deuxième impulsion survient immédiatement après la première dans une fenêtre de temps déterminée ou bien avant que la ligne de base ne soit restituée a Ce signal d'erreur empêchera le traitement de cette impulsion erronée. Le circuit utilisé pour la première condition peut etre un simple monostable tandis que1 pour la deuxième, on utilisera un comparateur 34 destiné à s'assurer que le niveau O volt est bien atteint (un niveau négatif provoque le signal d'erreur). ouåours dans le convertisseur, un dernier circuit sera prévu pour indiquer à l'utilisateur son taux éventuel d'empilement afin que ce dernier puisse faire les corrections nécessaires. Ce circuit sera constitué de façon à effectuer constamment le rapport : nombre d'erreurs par unité de temps/nombre d'impulsions se présentant a'à t entrée par unité de temps, Le circuit pourra être constitué par exemple de deux cellules RC montées en ictomètre et reliées à un ampli différentiel dont la sortie est visualisée sous forme digitale de préférence (non représen té)O Dans le système d'acquisition et de traitement de données envisagé, il est indispensable que tous les organes d'entrée aient leurs sorties en binaire0 De ce fait, le convertisseur de temps rapide 6 sera conçu de la façon suivante : Le procédé consiste à déterminer les intervalles de temps at par mesure d'intervalles de longueur nx. il s'agit d'une application de la théorie des lignes. Les deux impulsions sont envoyées respectivement sur les lignes Â et B (figure 4). Tout au long de ces lignes seront placés des détecteurs discrets ou continus 35 (électromagnétiques, électrostatiques, hybrides, à semi-conducteur, à effet RAIl'). L'endroit du croisement des deux impulsions sera facilement détecté car ce lieu aura des propriétés particulières, corme par exemple l'absence de champ entre les lignes, absence due à l'annulation mutuelle. Il convient cependant de noter les deux points suivants - les détecteurs seront montés de préférence en mode différentiel - pour améliorer leur sensibilité, il sera judicieux de faire un montage circulaire. L'impulsion recueillie sera ainsi "r" fois plus grande, "r" étant le nombre de tours. En ce qui concerne le convertisseur de temps longs 7, le procédé de MENER pourra filtre utilisé à la différence toutefois que les bascules primaires seront constituées de diodes tunnel, La rapidité étant accrue, nous aurons donc une meilleure défi notion. Ce convertisseur emps/amplitude 7 comportera une particularité très intéressante qui évite d'avoir recours au montage appelé "LENT-RAPIDE" (voir l'ouvrage de Mrs. SARREZIN-PIGNERET & SAMUELLI : Instrumentation électronique, page 202). Le système envisagé se propose de retarder volontairement ehaque impulsion, à l'aide de lignes à retard 36 (figure 1) de façon à ce qu'une sélection puisse être faite avant la prise de temps. La sortie de ces lignes à retard sera permise ou non suivant le résultat de la sélection. L'information "temps" sera gardée puisque les lignes à retard sont fixes. La précision sera la meme que dans le montage Lent-Rapide. Les analyseurs multicanaux actuels sont constitués notamment d'une mémoire, de registres et d'un additionneur. Pour des raisons financières, il serait judicieux de mettre en commun les circuits de l'appareil décrit selon l'invention et ceux d'un analyseur. Dans ce sens, il est prévu dans l'invention que l'horloge prendra en charge cette mise en commun, L'horloge programmée aura donc une fonction supplémentaire à effectuer : la mise en commun des circuits. En pratique, cela se traduit par une simple question d'organisation interne. L'analyseur étant un appareil connu en soi ne sera pas dé Critb Cependant, le système employé, basé sur l'utilisation d'une horloge programmée, modifie un peu la structure de l'analyseur. Ces modifications sont des automatismes destinés à rendre llap- pareil selon l'inventivn plus efficace. Un dispositif d'étalonnage indiquera à l'utilisateur la correspondance canal/unité physique. Le principe est le suivant Dans une première étape, l'utilisateur enregistre à l'analyseur des impulsions étalonnées ayant même grandeur. Il entre ensuite, à l'aide du clavier décrit précédemment, la correspondance en unité physique (MeV par exemple). Un circuit calcule alors le rapport "k" de la grandeur physique/NO du canal. Dans une deuxième étape, l'utilisateur effectue un enregistrement de plusieurs impulsions étalons. Par interpolations successives, un circuit calculera alors à partir de la valeur "k", la non-linéarité intégrale de chaque canal (c'est-à-dire la différence qu'il y a entre la courbe réelle et une droite parfaite y = as). Chaque valeur ainsi calculée sera mise en mémoire. Lors de la lecture du spectre, la valeur physique sera calculée par un circuit à partir du--NO du canal, du rapport nkn et de la non-linéarité intégrale en ce canal. Un dispositif d'identification des pics comprendra un circuit cablé de telle façon que, à partir de l'emplacement du spot, l'utilisateur puisse déterminer rapidement l'emplacement de certains pics "caractéristiques" (par exemple en physique nucléaire, le front CONPTON, pics de rétrodiffusion ... à partir du pic photo-électrique). Le système envisagé est très simple le spot de l'analyseur est à une adresse quelconque. Cette adresse (ou NO de canal) est transformée en unité physique comme il a été dit ci-dessus. k partir de cette valeur, un circuit calcule les pics caractéristiques. Des moyens de visualisation indiquent à l'utilisateur l'emplacement de ces pics et lui donnent la valeur physique correspondante. Un dispositif sert au centrage sur un pic. Le circuit sera conçu pour rechercher le canal, autour d'un canal donné, présentant un maximum statistique# Le dispositif est le suivant L'utilisateur met son spot approximativement sur un pic situé au canal nntt. Une séquence débutera alors, dans laquelle seront calculées deux intégrales : de n à n+2 et de n à n-2 (l'intégration étant faite par additions successives) (le "2" est arbitraire). Suivant la différence entre ces deux intégrales, le circuit fera +1 ou -1 à l'adresse du spot. La séquence recommencera et starretera après le premier changement de signe. Puisqu'il y a inversion de polarité, un maximum aura été passez RSV##DI CÂTIONS 1.- Dispositif de traitement# d'impulsions électroniques, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de conversion analogique-digital rapide ues impulsions à traiter, des moyens de prise de temps de ces mimes impulsions, les sorties desdits moyens de conversion et desdits moyens de prise de temps étant multiplexées et amenées à l'entrée d'une unité arithmétique et logique suivie d'une mémoire, et une horloge progrnmmable commandant les opérations de traitement des impulsions en fonction de l'arrivée des impulsions à traiter et des opérations à effectuer programmées dans ladite horloge, 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l1hor- loge programmable est programmée par l'intermédiaire d'une mémoire morte de décodage commandée par des interrupteurs. 3.- Dispositif selon ltune des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens de conversion analogique-digital comprennent un compteur réversible à retenue parallèle contenant la dernière tension convertie, des moyens pour effectuer la soustraction analogique de la tension appliquée à cette dernière tensionfoon- vertie, le résultat de cette soustraction étant appliqué à un comparateur à diodes tunnel dont les tensions de référence sont des tensions binaires, la sortie dudit comparateur commandant ledit compteur. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de discrimination en temps et en amplitude comprennent un convertisseur de temps rapide comprenant deux lignes parallèles le long~desquelles sont placés des détecteurs permettant de localiser le point de croisement des impulsions circulant dans lesdites lignes. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de discrimination en temps et en amplitude comprennent un convertisseur de temps longs alimenté à travers des lignes à retard.