Brevet FR2590748A1 — publié le 19870529

LIGNE A RETARD ELECTROMAGNETIQUE A VARIATION CONTINUE DU RETARD. La présente invention se rapporte aux lignes à retard electromagnétiques du type à constantes localisées et à variation continue du retard. Les lignes à retard électromagnétiques connues sont de type à constantes réparties ou à constantes localisées. Ce sont des filtres passe-bas constitués de cellules LC. Dans le cas des lignes à constantes localisées, les constantes selfiques et capacitives sont obtenues par des composants discrets, les inductances étant disposées en série et les capacités en parallèle. I1 est alors facile de disposer de retards intermédiaires. Dans le cas des lignes à constantes réparties, on peut utiliser les constantes linéiques L et C d'une ligne de transmission comme c'est le cas par exemple d'un coaxial. Il est assez difficile d'aménager des sorties de retards intermédiaires pour les lignes à constantes réparties. Bien souvent ces lignes à retard sont utilisées pour retarder des signaux logiques, ce qui signifie qu'elles se trouvent connectées généralement entre deux circuits actifs tels que des portes par exemple. C'est la raison pour laquelle on connaît également des lignes à retard actives. Dans certains circuits, il est très souvent nécessaire de disposer d'un retard très précis qu'il n'est pas toujours possible de calculer ou de prédéterminer et qu'il faut souvent ajuster. C'est la raison pour laquelle les fabricants de lignes à retard ont recherché des solutions permettant d'obtenir des retards variables. Les solutions proposées n'offrent cependant pas entièrement satisfaction. En effet, les lignes à retard à constantes localisées que l'on connaît ne permettent que des ajustements par bonds ce qui peut ne pas être suffisamment précis et les lignes à retard à constantes réparties et à retard variable sont des dispositifs encombrants, mécaniquement peu fiables et compliqués, au réglage malaisé et aux performances médiocres. Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention propose une ligne à retard du type à constantes localisées, passive ou active, disposant d'un système de variation continue du retard qui est à commande électronique, donc fiable, peu encombrant et au réglage très facile. Le réglage continu du retard se-fait grâce à une tension de commande unique agissant sur des diodes à variation de capacité ou diode varicap. itinvention a donc pour objet une ligne à retard électromagnétique capable de délivrer, en fonction d'un signal d'entrée, un signal de sortie retardé d'une valeur contintment variable dans une gamme déterminée, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une cellule comprenant une branche selfique disposée entre l'entrée et la sortie et deux branches capacitives connectées Pune en parallèle sur l'entrée et l'autre en parallèle sur la sortie, chaque branche capacitive comprenant au moins une diode varicap, la valeur du retard étant déterminée par variation d'une tension de commande appliquée à chaque diode. L'invention prévoit également de garder constante l'impédance caractéristique de la ligne dans la gamme de variation du retard. Pour cela l'inductance de la branche selfique est rendue variable en fonction de la tension de commande. Elle est-avantageusement montée sur un noyau magnétique saturable dont le degré de saturation est contrôlé par l'intermédiaire de moyens de commande réagissant à ladite tension de manière à faire varier la valeur de l'inductance. Ces moyens de commande peuvent comprendre un amplificateur tension-courant et un enroulement de commande, l'amplificateur fournissant à l'enroulement un courant qui est fonction de la tension de commande. L'enroulement de commande peut être bobiné sur un circuit magnétique possédant un entrefer dans lequel est placé le noyau magnétique saturable ou il peut être bobiné également sur le noyau magnétique saturable. La ligne à retard peut être rendue active en l'intercalant entre des portes inverseuses. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront au moyen de la description qui va suivre et des figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 est le schéma électrique d'une ligne à retard selon l'art connu, la figure i est le schéma synoptique d'un circuit t électrique, - la figure 3 représente une ligne à retard à variation continue du retard selon l'art antérieur, - la figure 4 est le schéma électrique d'une ligne à retard selon l'invention, - les figures 5 et 6 sont des diagrammes montrant l'évolution d'une capacité et d'une inductance en fonction de la tension, - la figure 7 est le schéma électrique d'une ligne à retard active selon l'invention, - les figures 8 et 9 sont des variantes d'une ligne à retard selon l'invention. Le schéma électrique de la figure 1 se rapporte à une ligne à retard électromagnétique selon l'art connu. Elle est formée d'inductances L disposées en serie entre l'entrée E et la sortie S de la ligne, et de capacités C disposées en parallèle et qui ont toutes une électrode commune M, par exemple reliée -à la masse. Un signal électrique appliqué à l'entrée E se trouve retardé à la sortie S d'un temps T tel que: où n représente le nombre de cellules élémentaires. Celles-ci sont au nombre de cinq dans le cas de la figure 1. On remarque que chacune des cellules élémentaires introduit un retard élémentaire t tel que: et que, de ce fait, une sortie intermédiaire peut etre prévue sur chaque cellule. Ceci permet de réaliser une ligne à retards multiples. Cette ligne à retard peut être utilisée dans des circuits tels que celui représenté à la figure 2. Un signal A doit par exemple être traité différemment selon deux voies avant d'être envoyé à un étage 1. D'une part, il est traité dans une voie électronique comportant la succession d'étages 2, 3, 4 et 5 avant d'être envoyé à l'étage 1. D'autre part, il est traité dans une voie comportant l'étage 6 avant d'être envoyé à l'étage 1 qui doit comparer les signaux issus des deux voies. Les caractéristiques de ces voies sont telles que les temps de propagation Tpl et Tp2 du signal sont différents et l'étage 1 destiné à traiter :Simultanément les signaux issus des deux voies ne peut pas fonctionner ou fonctionne mal. On insère alors dans la voie ayant le temps de propagation le plus court, Tp2 par exemple, une ligne à retard 7 dont le retard T doit être égal à Tpl-Tp2 de façon que les signaux à traiter parviennent simultanément aux entrées du circuit 1. Or, ces temps de propagation Tpi et Tp2 sont très difficiles à prédéterminer et sont sujets à de grandes tolérances de fabrication. Une solution connue et approximative consiste à utiliser une ligne à retard du type à retards multiples. Un commutateur 8 permet de choisir entre cinq retards possibles. Cette solution ne donne pas toujours satisfaction, le retard ne pouvant être ajusté que par bonds avec des incréments de l'ordre de 5 ns, par exemple: 5, 10, 15, 20 ou 25 ns, ce qui peut ne pas être suffisamment précis. Le dispositif représenté à la figure 3 permet une variation continue du retard. I1 s'agit d'une ligne à retard à constantes réparties du type électromécanique. Un barreau de bobinage 10 en matériau isolant est muni de raies de métallisation 11 servant d'armature commune aux condensateurs répartis et qui sont connectées à la terre. Sur le barreau 10 est enroulé un fil isolé 12, émaillé par exemple, comportant une piste 13 selon l'une des génératrices du bobinage. La surface dénudée de cette piste permet la liaison électrique avec un contact 14 glissant sur une barre métallique 15. la molette 16 permet le déplacement du contact 14 et l'obtention d'un retard variable de façon continue entre l'entrée E où le signal est injecté et la sortie S où il est disponible. Les inconvénients de ce système électromécanique ont déjà été énumérés: l'encombrement, le manque de fiabilité, la médiocrité des performances, etc. La ligne à retard électromagnétique faisant l'objet de la présente invention est de type à constantes localisées, ce qui permet d'assurer de très bonnes performances électroniques. Elle dispose d'un système de variation continue du retard de type électronique fiable et peu encombrant, et son réglage est très facile. La figure 4 illustre le mode de réalisation préféré de l'invention. Il s'agit d'une ligne à retard comportant, à titre d'exemple, cinq cellules comprenant des inductances L et des capacités variables C de type diode varicap. Des condensateurs C' permettent d'isoler galvaniquement chaque diode varicap C. Ils peuvent être choisis de valeur suffisamment grande devant C pour que leur influence soit négligeable dans le calcul du retard introduit par la ligne. La capacité C varie en fonction de la tension inverse appliquée aux bornes de la diode varicap. Cette tension est appliquée aux diodes à travers des résistances R comme il est d'usage pour ce type de diode. Elle est rendue variable grâce à un potentiomètre P connecté entre la source d'alimentation +V et la masse.Un signal injecté à l'entrée de la ligne (entre E et M) sera disponible à la sortie (entre S et M) avec un retard T = n avec n = 5 dans le cas présent. La figure 5 est un diagramme montrant, en coordonnées logarithmiques, l'évolution de la capacité C d'une diode varicap en fonction de la tension Vc fournie par le potentiomètre P. A partir de ce diagramme, on voit qu'il est possible de faire varier C de 70 pF à environ 15 pF lorsque la tension Vc passe de 0,3 à 30 volts. Dans cette gamme de tension, et pour une valeur de L constante, le retard T variera donc environ du simple au double. Il est possible de modifier le schéma de la figure 4 en montant plusieurs diodes varicap en parallèle ou en branchant en parallèle une diode varicap et un condensateur fixe pour augmenter les valeurs de capacités. La ligne à retard ainsi décrite peut cependant présenter un inconvénient. En effet, lorsque L et C varient séparément, l'impédance caractéristique de la ligne à retard tarie également, ce qui peut rendre son utilisation difficile voire impossible. C'est un autre aspect de l'invention de maintenir l'impédance caractéristique Z constante quelles que soient les valeurs prises par L et C. On conservera donc le rapport LIC constant dans toute la gamme de variation de L et de C. Pour faire varier L en correspondance avec C, on peut utiliser le circuit auxiliaire représenté également à la figure 4. Pour ce faire, les inductances L ont été montées sur un noyau magnétique saturable 20 comportant un enroulement de commande 21 relié à la source d'alimentation +V et ainsi traversé par un courant continu variable i. La tension de commande variable Vc est appliquée à l'entrée d'un amplificateur tension-courant 22 délivrant ce courant i variable à travers une inductance d'arrêt 23 destinée à isoler la partie inductances L-capacités C de la ligne à retard proprement dite de son circuit de commande 21. Par variation de i, due à la variation de Vc, on obtient une variation des inductances L telle que le représente le diagramme de la figure 6. Ce diagramme est représenté en coordonnées logarithmiques comme celui de la figure 5.L'axe des ordonnées est gradué en nH et l'axe des abscisses représente la tension Vc en volts. La variation de L s'effectue d'une manière analogue à celle de variation- de C. I1 est relativement aisé de rendre par divers artifices (choix du matériau du noyau magnétique, la forme de ce noyau, le choix de la diode varicap, de la capacité C' par rapport à C) les courbes des figures 5 et 6 pratiquement superposables. Par exemple, le choix de C' peut, sans intervenir notablement sur les valeurs de C, influer sur l'allure de la courbe et contribuer, avec les autres intervenants cités, à donner à la courbe de la figure 5 une pente se rapprochant de celle de la courbe de la figure 6. Les courbes des figures 5 et 6 réalisent ce compromis.Pour illustrer la variation du retard T sans que l'impédance Z varie, on peut choisir trois points de fonctionnement dans la gamme de tension Vc correspondant aux figures 5 et 6. Ces points correspondent à Vc = 0,5 volt, 5 volts et 20 volts et sont situés respectivement au début, au milieu et en fin de gamme. Pour Vc = 0,5 volt, L vaut 0,65H, C vaut 65 pF, donc Z = 100 ait le retard T est de 32,5 ns. Pour Vc = 5 volts, L vaut 0,32eH, C vaut 32 pF, donc Z = 100suet le retard T est de 16 ns. Pour Vc = 20 volts, L vaut 0,16,ka, C vaut 16 pF donc Z = l00SLet le retard T est de 8 ns.On obtient donc une ligne à retard variable entre s et 32,5 ns pour cinq cellules et pour une variation de la tension de commande Vc de 0,5 à 20 volts avec une impédance Z constante. On peut remarquer que dans ce cas le retard varie environ d'un facteur I à 4 alors qu'avec une inductance constante, la variation n'était que de 1 à 2 pour une gamme de tension plus grande (de 0,3 à 30 volts). On a représenté sur la figure 4 un potentiomètre P pour faire varier la tension Vc mais ce potentiomètre peut bien sûr être remplacé par tout autre dispositif fournissant une tension continue variable (circuit à transistor, etc.). Il entre dans le cadre de l'invention de réaliser des lignes à retard actives à variation continue du retard. Le schéma d'une telle ligne à retard est représenté à la figure 7. Sur cette figure; la ligne à retard ne comprend qu'une seule cellule mais elle peut bien sOr en comporter plusieurs. Sur ce schéma, les mêmes références qu'à la figure 4 représentent les mêmes éléments. Cette ligne à retard fonctionne comme celle de la figure 4, c'est-à-dire qu'entre l'entrée E et la sortie S un signal peut être retardé de L et C variant en fonction de la tension de commande Vc de façon que le rapport reste constant. Pour faciliter l'utilisation d!une telle ligne à retard, on intercale deux portes inverseuses 25 et 26 à l'entrée et à la sortie des cellules et on ferme la sortie S sur une résistance d'adaptation R' égale à Z. Un signal logique appliqué à l'entrée E' du dispositif se retrouve inversé à l'entrée E de la ligne à retard variable. Ce signal retardé est appliqué à l'entrée de la deuxième porte logique 26 qui inverse une nouvelle fois la polarité du signal. A la sortie S', on dispose donc d'un signal retardé d'un temps continuellement variable et de même polarité que le signal d'entrée. Une telle ligne à retard se prête bien à l'interface avec les circuits actifs logiques qu'on trouve habituellement dans les circuits électroniques et le retard qu'elle introduit peut être facilement ajusté de façon continue par la simple manoeuvre d'un potentiomètre. Pour obtenir une loi de variation des inductances en fonction de la tension de commande conforme au diagramme de la figure 6, on peut utiliser les circuits magnétiques représentés aux figures s et 9. Par souci de simplification, on n'a pas représenté sur ces figures tous les éléments qui apparaissaient à la figure 4 pour insister davantage sur les circuits magnétiques. Les diodes varicap ont été représentées par de simples capacités. Les inductances L sont réalisées à l'aide d'un fil 30, isolé par de l'émail par exemple, enroulé dans les gorges 31 d'un batonnet magnétique 32. Ce batonnet est placé dans l'entrefer d'un circuit magnétique 33 en forme de U et équipé de l'enroulement de commande 21 parcouru par le courant i. Le flux engendré par cet enroulement traverse le batonnet 32 provoquant une variation des inductances L bobinées dans chaque gorge. Les inductances L varient de façon inversernent proportionnelle au courant i.Un tel circuit a l'avantage de bien canaliser le flux de commande dans le circuit magnétique que l'on veut saturer. On peut lui préférer, pour des problèmes d'encombrement en particulier, le montage illustré figure 9. L'enroulement de commande 21 est bobiné par dessus ou par dessous ou encore selon la technique dite du bobinage "deux fils en main" dans les mêmes gorges 31 du batonnet 32 que les inductances L. Le fonctionnement de la ligne à retard de la figure 9 est identique à celui de la ligne à retard de la figure 8. L'un des avantages du dispositif de la figure 8 est que l'on peut jouer sur la valeur de l'entrefer existant entre le batonnet 32 et le circuit magnétique 33. Cet entrefer ayant une forte influence sur la pente de la courbe de l'inductance en fonction de la tension Vc, il est plus commode de rendre superposables les courbes des figures 5 et 6, au moins sur une partie de leur tracé. REVENDICATIONS. 1. Ligne à retard électromagnétique capable de délivrer, en fonction d'un signal d'entrée, un signal de sortie retardé d'une valeur continûment variable dans une gamme déterminée, caractérisée en ce qu'telle comporte au moins une cellule comprenant une branche selfique disposée entre l'entrée (E) et la sortie (S) et deux branches capacitives connectées l'une en parallèle sur l'entrée et l'autre en parallèle sur la sortie, chaque branche capacitive comprenant au moins une diode varicap (C), la valeur du retard étant déterminée par variation d'une tension de commande (Vc) appliquée à chaque diode. 2. Ligne à retard selon la revendication 1, caractérisée en ce que les branches capacitives comprennent des condensateurs (C') permettant d'isoler la branche selfique de la tension de commande (Vc). 3. Ligne à retard selon l'une des - revendications 1 ou 2, caractérisée en - ce que la branche selfique est formée d'une inductance (L) dont la valeur est rendue variable en fonction de la tension de commande (Vc) de façon à garder constante la valeur de l'impédance caractéristique de la ligne dans la gamme de variation du retard. 4. Ligne à retard selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'inductance (L) est montée sur un noyau magnétique saturable (20) dont le degré de saturation est contrôlé par l'intermédiaire de moyens de commande réagissant à ladite tension (Vc) de manière à faire varier la valeur de l'inductance (L). 5. Ligne à retard selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent un amplificateur tensioncourant (22) et un enroulement de commande (21), l'amplificateur fournissant à l'enroulement de commande un courant qui est fonction de ladite tension (Vc). 6. Ligne à retard selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'enroulement de commande (21) est bobiné sur un circuit magnétique (33) possédant un entrefer dans lequel est placé le noyau magnétique saturable (20). 7. Ligne à retard selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'enroulement de commande (21) est bobiné également sur le noyau magnétique saturable (20). 8. Ligne à retard selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'une inductance d'arrêt (23) isole l'enroulement de commande (21) du reste de la ligne. 9. Ligne à retard selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la tension de commande (Vc) est fournie par un potentiomète (P). 10. Ligne à retard selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est rendue active en l'intercalant entre des portes inverseuses (25, 26).