Brevet FR2531226A1 — publié le 19840203

"Procédé et appareil de saisie de forme d'onde d'un-signal répétitif sur une pluralité de cycles". Les oscilloscopes numériques réalisent la sai- sie de signaux électriques en numérisant des échantillons pris à des intervalles de temps séparés et en mémorisant ensuite ces échantillons numérisés dans une mémoire en vue de leur affichage ultérieur sous forme de formes d'onde reconstituées. Jusque récemment, les oscilloscopes numériques ont été sévère- ment limités dans leur largeur de bande apparente parce que tous les échantillons comprenant une forme d'onde devaient être pris de manière séquentielle à la fréquence de l'horloge d'échantillonnage pendant un seul çycle du signal du fait de la relation asynchrone entre le phénomène de déclenchement et l'horloge d'échantillonnage Ce mode de fonctionnement est connu dans le domaine des oscilloscopes numériques sous le nom de saisie à coup unique. La largeur de bande apparente de la saisie du signal a été étendue de manière importante dans un mode de saisie qui est similaire à un échantillonnage aléatoire "à temps équivalent", c'est-à-dire l'échantillonnage de points sur des cycles respectifs d'un signal récurrent et la recons- titution à partir de ces échantillons d'un seul cycle à temps équivalent du signal même si les échantillons de forme d'onde peuvent avoir été saisis pendant plusieurs cycles séparés Un -roblè te assezié à cette reconst ituticn de forme d'ond e à temp équivalent est que cela prend un temps relativement long pour saisir tous les échantillons significatifs qui représentent les points de données respectifs. Un autre problème est que le point de déclenche- ment qui est le même pour chaque cycle successif du signal, et l'horloge d'échantillonnage qui fonctionne à une fréquence fixe prédéterminée ne sont pas corrélés et il en résulte un vacillement horizontal des points de données affichés les uns par rapport aux autres Ce problème a été traité par la demande de brevet français N 02 464 479 de la demanderesse qui décrit -2- une correction du vacillement dû à 1 'incertitude des échantil- lons en mesurant l'in Lervalle de temps séparant un phénomène de reconnaissance de déclenchement (produit lorsque la ten- sion dlu signal passe à un certain niveau de seuil qui peut être choisi) et l'impulsion d'horloge suivant immédiatement un échantillon, et en utilisant la valeur mesurée pour engendrer un courant déphasé dans l'unité d'affichage horizontal, ce qui crée un décalage horizontal sur chaque ligne de trame de l'affi- chage de manière à placer chaque échantillon affiché à sa posi- tion temporelle correcte Mais cette solution au problème du vacillement ne se prête pas à un traitement immédiat de forme d'onde par un ordinateur ou analogue parce que cette correc- tion a lieu dans l'unité d'affichage. Un autre aspect dela reconstitution d'une forme d'onde à temps équivalent est l'effet de la limite inférieure de NYQUIST sur la fréquence d'échantillonnage pour un échantil- lonnage périodique C'est-à-dire que si la fréquence d'échan- tillonnage est inférieure au double de la fréquence du signal d'entrée, il y aura une perte d'information du fait d'un sous- échantillonnage, ce qui peut éventuellement se traduire par une distorsion de la forme d'onde affichée C'est pourquoi il serait désirable de saisir plusieurs échantillons pour chaque reconnaissance d'un signal de déclenchement et de fournir 1 'emp 11 aerflent correct de temps équivalent pour chaque p Gint de donnée échantillonné lors de la procédure de saisie. Conformément à la présente invention, un procédé et un appareil de saisie de forme d'onde permettent de prendre une pluralité d'échantillons d'un signal électrique d'entrée pour chaque phénomène de reconnaissance de déclenchement et de les mémoriser dans des adresses de mémoire prédéterminées plutôt que d'avoir à effectuer un décalage horizontal sur l'affichage. On mesure le temps entre un phénomène de reconnaissance de dé- clenchement et la première impulsion d'horloge d'"échantillonna- ge pour chacun des nombreux échantillons et, ensuite, on déter- mine de manière arithmétique l'adresse correcte en temps équi- 3 - valent pour chaque échantillon Les échantillons sont numériess et mémorisés dans une mémoire de forme d'onde à l'adresse qui a été calculée Le procédé est répété pour chaque bloc de plu- sieurs échantillons jusqu'à ce que la mémoire de forme d'onde contienne la forme d'onde entière aux adresses calculâes Une caractéristique de l'invention est l'utilisation de memoire rapide de N échantillons telle que celle fournie par les dis- positifs à transfert-de charge (CCD} de telle manière que l'on puisse prévoir une capacité de sélection de prédéclenchement pour des signaux à un seul phénomène aussi bien que pour des formes d'onde à temps équivalent saisies pendant de nombreux cycles d'un signal d'entrée répétitif C'est donc un objet de la présente invention de prévoir un procédé et un appareil nouveaux pour la saisie de forme d'onde dans lesquels on peut reconstituer des formes d'onde à temps équivalent avec une réduction substantielle du vacillement. C'est encore un autre objet de l'invention de prévoir un procédé et un appareil de saisie de forme d'onde qui élimine le vacillement en mesurant la différence de temps entre le phénomène de reconnaissance du déclenchement et l'im- pulsion d'échantillonnage suivant immédiatement, et en calculant les adres- ses correctes en temps équivalent pour chaque bloc d'échantil- lons saisis. Selon encore un autre objet d l' inienti on, on prévoit un procédé et un appareil qui permettent une saisie rapide de signaux répétitifs pour la fréquence de NYQUIS'I' à phénomène unique et en-deçà de cette fréquence, et qui con - servent encore la même capacité de sélection de prédéclenche- ment que pour des signaux à phénomène unique. Un objet supplémentaire de l'invention est de prévoir un procédé et un appareil de saisie de forme d'onde qui soit capable de saisir rapidement une forme d'onde com- plète en temps équivalent en utilisant une-mémoire analogique à vitesse élevée qui permet de conserver tous les échantillon- nages significatifs saisis à la fréquenoe d'échantillonnage élevée. -4- Le procédé selon l'invention _co:prend les étapes suivantes saisie d'un ou plusieurs échantillons à des intervalles espacés d'une horloge d'échantillonnage pendant chaque cycle d'une pluralité de cycles mesure de la différence du temps entre un point fixe sur chaque cycle et une impulsion d'horloge d'échan- tillonnage se produisant juste après; calcul à partir de ladite différence de temps mesuré d'une adresse dans une mémoire pour chacun desdits échan- tillons, et mémorisation desdits échantillons dans ladite mémoire auxdites adresses calculées. L'appareil selon l'invention comprend des orga- nes pour saisir un ou plusieurs échantillons à des intervalles séparés d'une horloge d'échantillonnage pendant chaque cycle d'une pluralité de cycles; des organes pour mesurer la diffé- rence de temps entre un point fixe de chaque cycle et l'impul- sion d'horloge se produisant juste après; des organes pour cal- culer à partir de ladite différence de temps mesuré une adresse d'une mémoire pour chacun desdits échantillons et des organes pour mémoriser lesdits échantillons dans ladite mémoire auxdi- tes adresses calculées. D'autres caract-ristiue e%:vantaes de l'in vention ressortiront de la description qui suit, faite à titre illustratif en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels la fig 1 est un sch ma bloc d'un appareil de saisie de forme d'onde conforme à la présente invention; la fig 2 est un diagramme de forme d'onde illustrant la mesure de l'intervalle de temps pour chaque bloc d'échantillon saisi en vue de permettre le calcul des adresses correctes en temps équivalent, et la fig 3 représente une forme d'onde en équi- valent-temps reconstituée. 2531226 Sur le schéma bloc de la fig 1, on voit qu'un signal analogique est appliqué, par l'intermédiaire d'une bor- ne d'entrée 10, à un préamplificateur 14 qui peut être avanta- geusement constitué par un amplificateur usuel à commutateur de gain et qui est destiné à amplifier ou à atténuer le signal d'entrée à un niveau approprié Le signal analogique pré- amplifié est ensuite appliqué à un circuit 16 d'échantillonnage- blocage qui saisit des échantillons de valeurs instantanées du signal analogique à des intervalles de temps espacés de maniàre régulière et déterminés par une horloge d'échantillonnage 18. Dans un mode de réalisation commercial, l'horloge d'échantil- lonnage 18 produit des impulsions d'horloge d'échantillonnage à une fréquence qui peut être choisie entre 200 k Hz et 20 M Hz afin de s'adapter à une large gamme de fréquence de signaux analogiques Les valeurs instantanées du signal analogique sont envoyées sur une mémoire analogique rapide qui peut avantageu- sement être constituée par un dispositif à transfert de charge (CCD) qui permet une saisie rapide d'une séquence de plusieurs échantillonns de signaux. Le signal analogique est appliqué à partir du préamplificateur 14 à un circuit de reconnaissance de déclen- chement 22 qui crée un signal porte de reconnaissance à un point du signal analogique qui est déterminé par une commande de ni- veau interne de la manière usuelle pour le déclenchement d'un oscilloscope De plus, le circuit de reconnaissance de déclen- chement peut produire une porte de reconnaissance en réponse à un signal de déclenchement extérieur (EXT) ou à un signal du réseau à 60 Hz (LINE), ce signal étant appliqué au circuit 22 de la manière usuelle pour le déclenchement d'un oscilloscope. Le signal porte de reconnaissance est appliqué à l'entrée de commande d'un compteur-prérég Iable 24 qui peut être préréglé pour avoir un fonctionnement en prédéclenchement ou en post - déclenchement de manière usuelle Les impulsions d'horloge d'échantillonnage sont également appliquées à l'entrée d'horloge du compteur préréglable 24 Lorsque l'on a obtenu le compte -6- final, un signal de blocage (HOLD) es: appliqué à la mémoire analogique rapide pour bloquer tous 1 es échantillons qui y sont mémorisés Le signal d blocage provenant du compteur prèréjla- ble 24 est égalemen L appliqut, par l'intermédiaire d'un bus 26, à un système micro-processeur 28 afin de fournir à ce micro- processeur, qui commande l'ensemble de l'appareil, une notifi- cation l'informant qu'une série d'échantillonnages est mémorisée dans la mémoire analogique rapide 20 Il y a lieu de noter que le système microprocesseur 28 fournir aussi une information de préréglage au compteur préréglable 24 et une information de fréquence d'échantillonnage à l'horloge d'échantillonnage 18. Les valeurs effectives peuvent être choisies par l'utilisateur de l'appareil au moyen de commandes disposées sur le panneau frontal ou d'un clavier (non représentés). La porte de reconnaissance fournie par le cir- cuit de reconnaissance de déclenchement 22 est également appli- quée à un élément de mesure d'intervalle de temps 30 qui mesure l'intervalle de temps entre le phénomène de reconnaissance et l'impulsion d'horloge d'échantillonnage qui le suit immédiate- ment et qui est fournie à cet élément de mesure 30 à partir de l'horloge d'échantillonnage 18 Une horloge de référence à vitesse élevée, par exemple 40 M Hz, est appliquée à l'élément de mesure d'intervalle de temps 30 à partir du système micro- -processeur 28 afin de faciliter la mesure de l'intervalle. La valeur mesurée est envoyée sous la forme de données en série par l'intermédiaire du bus 26 au microprocesseur 28 Comme cela est usuel, le système microprocesseur 28 peut avantageusement comprendre une unité logique arithmétique pour réaliser des opérations arithmétiques, une mémoire vive (RAMI) opur la mémo- risation temporaire d'informations et une mémoire morte (ROM) contenant diverses instructions pour le processeur A partir de l'information de mesure d'intervalle de temps, le système microprocesseur 28 calcule des adresses correctes destinées à la mémoire active (RAM) 32 de forme d'onde en vue de mémori- ser les échantillons contenus dans la mémoire analogique rapide 20. 7 2531226 Après que le système microprocesseur 23 ait reçu le signal de blocage du compteur préréglable 24 A et les données-en série de l'élément 30 de mesure d'intervalle de temps, un signal d'horloge de lecture est envoyé sur la mé- moire analogique rapide 20 et sur un convertisseur analogique- numérique 34 en vue de lire les échantillons mémorisés et de les convertir en des mots de données numériques qui sont ap- pliqués, par l'in Ltermédiaire du bus 26 (dans cetexemple), à la mémoire de forme d'onde 32 pour y être mémorisés aux adres- ses calculées Ensuite, d'autres séries d'échantillons peuvent être saisies et mémorisées dans la mémoire analogique rapide, un nouvel intervalle de temps est mesuré par l'élément 30 de mesure d'intervalle de temps, de nouvelles adresses sont cal- culées et les nouveaux échantillons sont convertis sous forme digitale et mémorisés dans la mémoire de forme d'onde 32 aux adresses correctes calculées Le processus est répété jusqu'à ce que la mémoire de-forme d'onde contienne une forme d'onde complète en temps équivalent dans laquelle chaque échantillon est mémorisé à l'emplacement donné par l'adresse correcte cal- culée La forme d'onde emmagasinée peut ensuite être lue à partir de la mémoire de forme d'onde 32 et affichée par une unité d'affichage 36 ou traitée de toute autre manière L'unité d'affichage 36 peut avantageusement comprendre des convertis- seurs usuels numériques-analogiques, des amplificateurs et un tube cathodique pour l'affichage d'une forme d'onde reconsti- tuée. La fig 2 représente un exemple très simplifié de la saisie d'un signal d'entrée répétitif et la fig 3 montre la forme d'onde reconstituée en temps équivalent Pour cet exemple, on supposé que l'on saisit seulement quatre échantil- lons pour chaque cycle-du signal et que le compteur préréglable 24 est réglé pour compter des échantillons pris à la suite de la reconnaissance du déclenchement Comme cela a été expliqué plus haut, aussitôt que le signal analogique passe à une va- leur de déclenchement choisie, on engendre une' porte de recon- naissance de déclenchement Pour le premier cycle du signal analoci nissenat ds échantillons correspondants saisis a ces instant-s. L'élémenl de miesur-de l'intervalle de temps 30 mesure un temps T 1 entre le front montant de la porte de reconnaissance de déclenchemienrt et l'impulsion d'horloge d'échantillonnage qui lui succède immédiatement, à savoir l'i 2 pulsion la dans l'e- xemple représenté Le système microprocesseur 28 reçoit des données numériques d'entrée en série significatives de l'in- tervalle de temps T 1 et calcule à partir de ces données qua- tre adresses pour la mémorisation des quatre échantillons qui ont é é saisis Du fait que l'intervalle d'échantillonna- ge est constant, il n'est pas nécessaire d'effectuer le cal- cul pour chaque adresse On peut se rendre compte que ceci constituerait un processus utilisant relativement beaucoup de temps si, par exemple, on saisissait 32 échantillons (ou plus) pour chaque cycle du signal analogique Lors du second cycle du signal analogique, on saisit les échantillons 2 a, 2 b, 2 c et 2 d et l'on mesure l'intervalle de temps T 2 séparant la porte de reconnaissance de déclanchement et l'impulsion d'hor- loge la suivant immédiatement, à savoir l'impulsion 2 a dans l'exemple représenté L'intervalle de temps T 2 est utilisé pour calculer les adresses pour ces quatre échantillons Le processus est répété pour le troisième cycle du signal analogi- que axac la miestie à A l'inervalle de tenps r'3 et le calcul de nouvelles adresses de mémoire Ce dispositif permet de mé- moriser les échantillons de forme d'onde aux adresses correc- tes de la mémoire de forme d'onde de telle manière que, si on le désire, on peut lire la forme d'onde à partir de la mémoire pour un traitement ultérieur ou pour la transmission à un autre dispositif. La fig 3 représente la forme d'onde reconstituée avec chaque échantillon identifié en correspondance avec les échantillons saisis comme représente fig 2 Evidemment, dans une situation réelle de saisie et de reconstitution d'une for- me d'onde, on saisira de nombreux échantillons, si bien que -9- la densité de point sera augmentée pour reproduire de manièce plus précise le signal d'entrée. L'élément de mesure d'intervalle de temps 30 peut tre avantageusement constitue par l'un des nombreux appa- reils de mesure d'intervalle de temps destinés à mesurer le temps écoulé entre deux évènements Un tel exemple est celui décrit dans le brevet français N 2 468 153 Dans ce cas, on active un compteur pendant le temps séparant les deux évène- ments et on compte un signal d'hologe à fréquence élevée Dans la présente invention, on utilise dans ce but un compteur paral- lèle à 8 bits et un convertisseur parallèle-série pour fournir des données de mesure d'intervalle de temps en série au systè- me microprocesseur 28. La description ci-dessus d'un exemple de réali- sation n'a été faite qu'à titre illustratif et nullement limita- tif, et il est évident que l'on peut y apporter des modifica- tions ou variantes sans pour autant sortir du cadre de la pré- sente invention. -0 2531226 - REVE:DICATIONS 1 ) Procédé d'acquisition d'une forme d'onde en équivalent-temps sur une pluralité d_ cycles d'un signal d'entrée répétitif, caractérisé en ce qu'il comprend les éta- pes suivantes: saisie d'un ou plusieurs échantillons (la-1 d, 2 a-2 d, 3 a-3 d) à des intervalles espacés d'une horloge d'échan- tillonnage pendant chaque cycle d'une pluralité de cycles; mesure de la différence du temps (T 1, T 2, T 3) entre un point fixe sur chaque cycle et une impulsion d'horloge d'échantillonnage se produisant juste après; calcul à partir de ladite différence de temps mesuré (T 1, T 2, T 3) d'une adresse dans une mémoire pour chacun desdits échantillons, et, memorisation desdits échantillons dans ladite mémoire auxdites adresses calculées. 2 ) Appareil pour l'acquisition d'une forme d'onde en équivalent-temps sur une pluralité de cycles d'un si- gnal d'entré répétitif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: des organes ( 14,16) pour saisir un ou plusieurs échantillons à des intervalles séparés d'une horloge d'échantil- lonnage ( 18) pendant chaque cycle d'une pluralité de cycles; des organes ( 30) pour mesurer la différence de temps entre un point fixe de chaque cycle et l'impulsion d'hologe se produisant juste après; des organes ( 28) pour calculer à partir de ladite différence de temps mesuré une adresse d'une mémoire ( 32) pour chacun desdits échantillonnages et, des organes ( 34,26) pour mémoriser lesdits échantillons dans ladite mémoire ( 32) auxdites adresses cal- culées.