Brevet FR2275071A1 — publié le 19760109

L'invention est relative aux système pour la transmission et la réception de signaux électriques analogiques impulsionnels et notamment de tels signaux obtenus par échantillonnage de signaux analogiques modulant en amplitude une fréquence porteuse de la gamme dite des radiofréquences et pouvant atteindre une valeur de plusieurs Elégahertz. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs dits "changeurs de cadence" ou "compresseurs de durée" dont le role est de grouper des signaux impulsionnels transmis avec une première cadence ou fréquence de récurrence en séquences ou rafales à l'intérieur desquelles les signaux défilent à une deuxième cadence plus rapide que la première, les durées résiduelles de silences résultant de l'accélération de la cadence constituant les intervalles entre les rafales.De tels dispositifs sont utilisés comme éléments d'interface dans les systèmes de traitement de signaux (ordinateurs à temps partagé, stations centrales téléphoniques à commutation temporelle, etc..) dans lesquels les flux d'information sont assimilés en séquences ou rafales de signaux dont la cadence est plus rapide que la cadence d'échantillonnage des signaux adressés par les lignes ou les canaux de transmission, notamment par des liaisons coaxiales ou hertziennes. Le problème du changement de cadence des signaux impulsionnels analogiques est plus difficile à résoudre que celui du changement de cadence des signaux numériques binaires. It suffit, dans ce dernier cas, d'emmagasiner les signaux reçus et de les délivrer par séquences cadencées au rythme fixé par une horloge. Mais lorsque les signaux sont analogiques et modulés en amplitude, il faut restituer les valeurs d'amplitudes et le changeur de cadence doit en conséquence comporter,soit une multiplicité de lignes analogiques à retard dont chacune est affectée à un signal d'ordre déterminé à l'intérieur de chaque séquence, soit au moins une ligne à retard dans laquelle les signaux subissent un nombre de réinjections fonction de leur numéro d'ordre. Le problème invoqué plus haut se pose notamment pour le traitement des signaux analogiques d'échantillonnage affectés à la transmission d'images par des lignes téléphoniques ou des canaux de radiodiffusion. Ces signaux sont modulés à des fréquences élevée,, de }'ordre de plusieurs Mégahertz et la valeur de leur rapport signal à bruit n'est pas toujours très élevée.On a déjà proposé de réaliser le groupement en rafales par des lignes à retard acoustique résonnant à la fréquence porteuse - soit en utilisant une ligne à milieu acoustique solide ou liquide avec boucles de réinjection, avec l'inconvénient d'une dégradation du rapport signal à bruit d'autant plus sensible que le nombre des réinjections est plus élevé ; - soit en utilisant des lignes à milieu acoustique solide excité par des ondes de volume, solution qui interdit de mettre en oeuvre des fréquences porteuses élevées permettant un débit d'information convenable en raison de l'impossibilité de réaliser avec l'état de surface désirable des plaquettes de substrat suffisamment minces pour résonner en volume à des fréquences de l'ordre du Mégahertz. L'invention évite ces inconvénients. Elle met en oeuvre un élément de retard par transmission acoustique comportant des moyens pour l'exciter par des ondes de surface ou ondes de Rayleigh. I1 est ainsi possible d'exciter ledit élément par des fréquences de valeurs élevées tout en lui conférant une épaisseur rendant sa réalisation facile. En outre, l'invention met en oeuvre les dispositions suivantes - ltélément de retard est constitué par une plaquette de substrat en matériau piézo-électrique munie d'une multiplicité de transducteurs d'excitation dont chacun est attaqué par l'intermédiaire d'une porte analogique par un signal de la séquence de signaux électriques impulsionnels à regrouper et d'au moins un transducteur de restitution délivrant à partir des impulsions acoustiques qui l'atteignent des signaux électriques impulsionnels de même forme que les signaux d'entrée - la valeur élevée de la fréquence acoustique de traitement permet de disposer les transducteurs à la surface du substrat de telle sorte que les impulsions acoustiques parcourant simultanément ladite surface suivent des chemins indépendants, c'est-à-dire non interférants entre eux, et que le chemin à parcourir par une impulsion acoustique est d'autant plus court que le signal électrique qui lui a donné naissance est plus tardif dans la séquence. L'invention permet donc de n'utiliser qu'un seul substrat acoustique pour effectuer-le regroupement. D'autres dispositions et les avantages qui en découlent appa raieront dans la description d'exemples de réalisation qui suit et qui se réfère aux dessins annexés dont - la Fig. 1 est un schéma montrant les effets de la concentration en rafales d'impulsions primitivement isochrones - la Fig. 2 est un schéma d'une forme de réalisation du dispositif de l'invention - la Fig. 3 est une vue de dessus à très grande échelle d'un transducteur du dispositif de retard de la Fig. 2 - la Fig. 4 est une vue de dessus d'une forme de réalisation de la plaquette de substrat du dispositif de retard de la Fig. 2 ; et - la Fig. 5 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation de la même plaquette. On se réfère d'abord à la Fig. 1 relative aux effets chronologiques du groupage de séquences d'impulsions en rafales à cadence accélérée. La figure comporte deux diagrammes. Le diagramme la montre sur un tronçon d'axe temporel arbitraire une succession d'impulsions à regrouper en rafales. Les impulsions sont représentées, en supposant leurs fronts verticaux, par des rectangles dont la largeur est proportionnelle à leur durée et la hauteur à leur amplitude. On a supprimé dans lesdits rectangles la représentation de la porteuse qui est inutile pour la compréhension du processus chronologique mis en oeuvre. T désigne le pas temporel avant compression, c'est-à-dire l'intervalle de temps qui sépare les époques d'ouverture ou de fermeture des fenêtres de découpage temporel. t est la largeur des impulsions, autrement dit la durée d'ouverture des fenêtres temporelles. Le diagran-e lb montre sur un tronçon d'axe temporel, évidemment plus tardif que celui du diagramme la, 1 'effet du regroupement en rafales. On a supposé que le rapport de compression n -autrement dit le rapport entre la valeur initiale du pas temporel ou cadence et sa valeur dans chaque rafale après regroupement- est de trois et que le groupage est effectué par rafales de cinq impul suions, Pour faciliter leur identification d'un diagraphe à l'autre, certaines impulsions sont repérées par la lettre i suivie d'un indice à deux chiffres dont le premier est un numéro d'ordre ou de rang de séquence ,i de de rafale et le second un numéro d'ordre ou de rang d'impulsion dans la séquence ou rafale. On voit que dans chaque rafale, le pas temporel des impulsions est réduit à T/3 et que le pas temporel des rafales est de ST. D'une façon plus générale, si T est le pas des impulsions avant compression, n le rapport de compression et s le nombre d'im- pulsions par rafale, le pas temporel des impulsions dans une rafale est T/n et le pas des rafales est sT. XIl ressort en outre de la Fig. 1 que n C; T/t c'est-à-dire que la valeur du rapport de compression ne saurait être supérieure à la valeur du rapport entre le pas des impulsions avant compression et la largeur des impulsions, faute de quoi il y aurait chevauchement des impulsions d'une même rafale. On voit enfin que si chaque rafale doit contenir p impulsions à à ip, ip étant la dernière, il faut imposer à chaque impulsion p autre que ip, si lton désire conserver l'isochronisme à l'intérieur de la rafale, un retard relatif proportionnel à la différence entre p et son propre rang. Par exemple, si l'impulsion de rang p-l subit un retard e, une impulsion de rang m doit subir un retard t e x ( p - m ) avec T ~ T - e = n , rapport de compression La Fig. 2 montre un exemple de schéma de réalisation du dispositir de l'invention permettant d'obtenir ce résultat avec un noise élevé d'impulsions par rafales.On verra par la suite que ce schéma peut-être sensiblement simplifié si îron se contente de rafales de moindre capacité, c'est-à-dire contenant moins d'impulsions. La ligne 10 d'arrivez des signaux électriques impulsionnels à regrouper est connectée à l'entrée d'un circuit répartiteur 20 qui possède p sorties 21 d'indices respectifs variant de 1 à p. Dans tous les repères à trois signes portés dans la Fig. 2, le dernier signe doit entre considéré comme un indice, que ce soit un chiffre ou une lettre. Le répartiteur 20, du genre connu, délivre par exemple la première impulsion d'une séquence par sa sortie 211 et la p-ième par sa sortie 21p, puis la répartition est répétée cycliquement, c'est-à-dire qu'une impulsion de rang p+l, 2p+l, etc... est délivrée par la sortie 211 et une impulsion de rang p, 2p, 3p, etc... est délivrée par la sortie 21p. Les lignes 2t attaquent respectivement les entrées de p portes analogiques 30 de mêmes indices. Celles-ci sont ouvertes tour à tour à la cadence f de découpage des signaux impulsionnels ( f = 1/T ) par les signaux adressés par p lignes 411 à 4ip connectées aux sorties d'un circuit 40 de commande séquentielle actionné à la cadence f par une horloge 50. L'élément de retard 60 est constitué par une plaquette de substrat 61 en matériau piézo-électrique. Il comporte, intimement liés à sa surface, p transducteurs d'excitation 631 h 63p respectivement connectés aux portes 301 à 30p par des bornes 621 à 62p. Ces transducteurs transforment les impulsions électriques qui leur parviennent en impulsions mécaniques de même fréquence porteuse qui donnent naissance à des ondes acoustiques impulsionnelles directives à la surface du substrat 61. Un exemple de constitution de ces transducteurs est donné en référence à la Fig. 3. Chaque transducteur d'excitation 63 selon la Fig. 3 est un petit circuit résonnant passif à résistance de rayonnement accordé sur la fréquence porteuse des signaux à traduire. Il comporte une capacité constituée par deux éléments métalliques plans 6301 et 6302 découpés en forme de peignes "interdigités" c'est-à-dire dont les dents 6303 et 6304 s'intercalent sans se toucher, et liés intimement au substrat 61 de la Fig. 2. Le peigne 6301 est connecté à la borne 62 de même indice que le transducteur. Le peigne 6302 est connecté à une liaison de masse que la Fig. 2 ne représente pas. L'accord du circuit sur la fréquence porteuse, d'ailleurs peu critique, est réalisé au moyen d'une petite self 6305 reliant à la masse la connection denturée du peigne 6301. Pour des fréquences porteuses de l'ordre du Mégahertz, la largeur d'un tel transducteur est de l'ordre du centième de millimètre et sa longueur de quelques millimètres. Les armatures doivent être intimement liées au substrat piézo-électrique et sans aucune interposition de couche de liaison étant donné la fréquence des ondes acoustiques impulsionnelles à exciter. Le procédé le plus avantageux consiste à former les peignes par vaporisation d'un métal et dépôt sous vide au travers d'un masque. On choisit de préférence un métal bon conducteur, non corrodable et facilement déposable sous vide, tel que l'or ou l'aluminium.La longueur de tels transducteurs étant sensiblement supérieure à la longueur d'onde des impulsions acoustiques excitées, celles-ci sont délivrées transversalement à ladite longueur et sont très directives, c'est-à-dire qu'elles parcourent dans la zone superficielle du substrat un chemin rectiligne et peu divergent. On se réfère de nouveau à la Fig. 2. Les transducteurs d'excitation 63 sont parallèles les uns aux autres et disposés en contremarches d'escalier, le pas des marches ayant une valeur : a=vT(n-1 )/n v étant la célérité des ondes dans le matériau piézo-électrique, T la cadence des impulsions électriques excitatrices et n le rapport de compression. Face aux transducteurs d'excitation 63 sont disposés des transducteurs de restitution 64 dont le rblè est de restituer des impulsions électriques à partir des impulsions ultrasoniques qui les atteignent. Leur constitution est identique à celle des transducteurs 63 mais leur longueur est plus grande car ils doivent intercepter toutes les ondes acoustiques directes délivrées par ces transducteurs 63. On indique à ce propos qu'il importe de prendre des précautions dont on donnera plus loin des exemples pour que les impulsions élastiques des transducteurs 63 délivrées dans d'autres directions que celles des transducteurs 64, telles que les impulsions émises dans la direction opposée ou réfléchies par les bords du substrat soient absorbées. Les transducteurs 64 collectent les impulsions acoustiques par leur armature qui est connectée à la masse et délivrent les signaux électriques reconstitués par l'autre armature à des bornes de sortie 651 à 65r. L'élément de retard 60 comporte un nombre déterminé de transducteurs de restitution 64, par exemple r transducteurs affectés des indices 1 à r, l'indice r étant affecté au transducteur 64 le plus proche des transducteurs 63. Les transducteurs 64 sont échelonnés avec un pas de valeur pa. Les sorties 651 à 65r sont respectivement connectéest par l'intermédiaire d'amplificateurs vidéo 661 à 66r, à des portes analogiques 801 à 80r dont ltouverture est commandée à tour de rble par les sorties 71 d'un circuit de commande séquentielle 70 synchronisé par l'horloge 50. Ltouverture est réalisée à la cadence f/p, f étant on le rappelle la cadence de découpage des signaux impulsion nela et p le nombre des transducteurs d'excitation. Les signaux adressés par les portes 80 par l'intermédiaire de liaisons 81 sont collationnés par un circuit sommateur 90 qui les délivre à la ligne 91 de sortie du dispositif concentrateur. En considérant l'ouverture de l'une des portes 80, le transducteur 64 qui lui est relié est atteint par une séquence dimpul- sions acoustiques qui lui sont adressées par les transducteurs d'excitation 63. Ceux-ci émettent lesdites impulsions avec un décalage temporel, de l'une à l'autre, de valeur T, c'est-à-dire au pas temporel d' échantillonnage0 Mais ce décalage temporel est partiellement compensé par le chemin supplémentaire que doit parcourir une impulsion par rapport à celle qui la suit et qui a pour valeur t a = vr (n - 1 ) / n et qui est parcouru en un temps :: = = T (n - 1 ) / n Les impulsions adressées par les transducteurs d'excitation et reçues par un transducteur quelconque de restitution 64 sont donc déjà groupées en rafales de p impulsions, le pas temporel des impulsions dans les rafales étant : T-T(n-l ) / n=T/n le pas des rafales étant, comme on l'a déjà vu en examinant la Fig. 1, de valeur pT. Mais les portes 80 transmettent lesdites rafales séquentiellement et chaque rafale transmise est délivrée par une porte 80 associée à un transducteur 64 de plus en plus proche des transducteurs 63 jusqu'8 ce que le cycle de commande des portes 80 recommence. C'est-à-dire que, à un instant donné, deux rafales émises successivement par l'ensemble des transducteurs 63 seront décalement temporellement à l'émission de la durée pT mais que la première rafale aura pour atteindre le transducteur de restitution qui lui est assigné, à parcourir un chemin plus court de la valeur pa = p v T ( n - 1 ) / n qui correspond à une avance temporelle de pT ( n - 1 ) / n Ri bien que le pas temporel de ces deux rafales après restitution est pT - pT ( n - 1 ) / n = pT / n qui est en fait la valeur du pas de deux séquences consécutives de p impulsions de pas T/n. C'est-à-dire que r rafales de p impulsions chacune sont regroupées dans le sommateur 90 en une unique rafale de pr impulsions, p étant le nombre des transducteurs dtexcitation et r le nombre des transducteurs de restitution. On évoque maintenant les dispositions nécessaires pour éviter les réflexions d'ondes acoustiques contre les bords du substrat. On peut revêtir lesdits bords d'un enduit élasto-plastique ou de tout autre matériau d'impédance acoustique élevée. On peut aussi conférer au périmètre de la plaquette de substrat piézo-électrique une forme telle que les ondes parasites sont absor bées dans la masse dudit substrat par des réflexions multiples. Par exemple, on peut conférer à la plaquette une forme en plan trapé zoidale comme le montre la Fig. 4 sur laquelle on reconnatt les transducteurs 63 et 64. Les bords 611 et 612 situés de part et d'autre des transducteurs sont obliques relativement à la direction de propagation des ondes acoustiques. On peut aussi, comme l'indique la Fig. 5, conférer à la plaquette une section trapézoldale en usinant les côtés obliquement par rapport aux faces. te choix du matériau électrique constituant le substrat n'est évidemment pas indifférent. Le niobate de lithium semble à préférer en raison de sa sensibilité et de sa facilité de mise en oeuvre. Les paramètres de regroupement et en particulier le rapport de compression, sont fonction non seulement du matériau mais aussi du pas des transducteurs ainsi que des directions de prélèvement de la plaquette dans le cristal qui déterminent le mode des ondes acoustiques de surface (longitudinal, transversal, elliptique ou mixte) et par conséquent leur célérité. A titre d'exemple, on a obtenu des résultats particulièrement satisfaisants avec une plaquette de substrat de 20 x 18 mm en niobate de lithium prélevée en coupe Y direction Z et munie de quatre transducteurs d'excitation dont le pas était de 1,27 - et de quatre transducteurs de restitution dont le pas était de 5,08 mm. Le rapport de compression était donc de quatre et les rafales délivrées comportaient chacune 16 impulsions. La cadence d'échantillonnage des impulsions était de deux Mégahertz. L'invention permet donc dtobtenir des rafales de grande capacité à laide d'un élément de retard très peu encombrant. Le dispositif décrit en référence à la Fig. 2 et dont les performances viennent d'entre indiquées fonctionne en quelque sorte par "repliage" du fait qu'il comporte plusieurs transducteurs de restitution délivrant tour à tour par un système de commande à portes analogiques les impulsions reçues des transducteurs d'entrée. Il peut évidemment mettre en oeuvre d'autres modes de repliage que celui qui vient d'entre décrit. On doit remarquer que le dispositif de l'invention peut Qtre sensiblement simplifié si l'on se contente de rafales d'une capacité de quelques impulsions. C'est ainsi que si l'on ne conserve qu'un seul des transducteurs 64 de la Fig. 2, on obtient à sa borne de sortie des rafales de quatre impulsions sans le secours des portes 80, du circuit de commande séquentielle 70 et du circuit sommateur 90. Quel que soit le mode de réalisation adopté, il peut etre opportun de fixer la distance qui sépare les transducteurs d'excitation et de restitution les plus proches à un multiple entier de vT, la première impulsion de chaque rafale arrivent ainsi au transducteur de restitution en synchronisme avec l'horloge 50. Ceci pour faciliter la synchronisation au moyen de la mSme horloge dans la chaîne de traitement qui suit la ligne de sortie 91. REVENDICATIONS 1. Dispositif du genre dit changeur de cadence ou compresseur de durée pour système de transmission et de réception de signaux électriques analogiques impulsionnels obtenus par échantillonnage de signaux analogiques- modulant en amplitude une fréquence porteuse située dans la gamme dite de radiofréquence, ledit dispositif ayant pour objet de regrouper les signaux impulsionnels en rafales de signaux impulsionnels dont la cadence, à l'intérieur de chaque rafale, est plus rapide que la cadence d'échantillonnage, ledit dispositif comportant pour réaliser le regroupement un élé- ment de retard à ondes acoustiques recevant par ses bornes d'entrée les signaux impulsionnels à regrouper et délivrant par ses bornes de sortie les signaux impulsionnels regroupés en rafales et étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour exciter ledit élément par des ondes de surface ou ondes de Rayleigh. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément de retard comporte une plaquette de substrat en matériau piézo-électrique. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la plaquette de substrat piézo-électrique est 'munie d'une multiplicité de transducteurs d'excitation recevant chacun, par une borne d'entrée cortriectée à une porte analogique, l'un des signaux impulsionnels du groupe de signaux destinés à constituer une rafale et excitant chacun dans la plaquette une impulsion acoustique de surface à partir du signal reçu et dtau moins un transducteur de restitution transformant les impulsions acoustiques qu'il reçoit en signaux électriques impulsionnels de sortie, lesdits transducteurs étant répartis à la surface de la plaqùette de telle sorte que les impulsions acoustiques suivent, entre les transducteurs d'excitation et le transducteur de restitution, des chemins indépendants et que le chemin parcouru par une impulsion acoustique est dau- tant plus court que le signal impulsionnel d'entrée occupe un rang tardif dans le groupe. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la plaquette piézo-électrique étant munie d'une multiplicité de transducteurs de restitution, il comporte une multiplicité de portes analogiques de sortie dont chacune est connectée à l'un desdits transducteurs, un circuit de commande séquentielle commandant tour à tour cycliquement l'ouverture desdites portes, un circuit sommateur collectant les impulsions délivrées par lesdits transducteurs et transmises par lesdites portes, et en ce que la cadence d'ouverture desdites portes et la répartition desdits transducteurs sur la plaquette sont telles que le circuit sommateur reçoit successivement et sans interruption les rafales délivrées par lesdits transducteurs au cours d'un cycle d'ouverture desdites portes de sortie. 5. Ligne à retard de signaux électriques modulant une fréquence de la gamme des radiofréquences, ladite ligne comportant un élément de retard en forme de plaquette de substrat piézo-clectri- que1 et étant caractérisée en ce que sont fixés intimement au substrat une pluralité de transducteurs d'excitation traduisant les signaux électriques qui leur sont adressés en ondes acoustiques de surface ou ondes de Rayleigh et au moins un transducteur de restitution traduisant les signaux acoustiques qui lui parviennent en signaux électriques, lesdits transducteurs étant répartis sur la surface de la plaquette de telle sorte que les ondes acoustiques directes de surface suivent des chemins indépendants et atteignent toutes le ou les transducteurs de restitution. 6. Ligne à retard selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque transducteur est un circuit résonnant constitué par une capacité à résistance de rayonnement dont les armatures sont shuntées par une inductance, lesdites armatures étant fornées de deux lamelles métalliques découpées en peignes interdigits et intimement liées au substrat; 7. Ligne à retard selon la revendication 6, caractérisée en ce que les lamelles sont constituées par un dépôt métallique réalisé par vaporisation sous vide. 8. Ligne à retard selon la revendication 7, caractérisée en ce que le matériau du substrat est le niobate de lithium.