Brevet FR2775789A1 — publié le 19990910

TEST NUMRIQUE DE SIGNAL PÉRIODIQUE La présente invention concerne le domaine de la mesure de caractéristiques d'un signal numérique périodique et plus particulièrement la mesure de la fréquence et de la gigue d'un signal numérique périodique par un dispositif numérique de mesure. De nombreux circuits électroniques intègrent des dispo- sitifs de production d'un signal numérique périodique tels qu'une boucle à verrouillage de phase (PLL). Ces dispositifs de produc- tion de signal numérique périodique doivent être testés pour garantir le bon fonctionnement du circuit. En particulier, il est nécessaire de mesurer la fré- quence et la gigue du signal numérique périodique produit afin de vérifier qu'elles ne sont pas en dehors des domaines de fonction- nement garantis. De nombreux dispositifs permettant un tel test sont disponibles sur le marché. De manière classique, on utilise un dispositif de mesure de temps (TMU) dédié ajouté à un dispositif de test numérique classique. La figure 1 représente à titre d'exemple le principe des mesures effectuées par un TMU. On désigne par Sin un signal numérique périodique dont on veut mesurer la fréquence et la gigue, par CK un signal d'horloge interne du TMU, par tl et t2 les contenus de deux compteurs incrémentés par l'horloge CK, dont le comptage est déclenché respectivement par un front montant et un front descendant du signal Sin et est réinitialisé respective- ment par les fronts descendant et montant du signal Sin. Une fois les contenus tl et t2 connus, un calculateur détermine la fréquence du signal Sin en calculant l'inverse de tl + t2. De même, le TMU peut effectuer un grand nombre de mesures de la valeur t2, et reporter dans un tableau le nombre d'occur- rences de chaque valeur mesurée pour t2. Ce tableau permet de tracer une courbe représentant la loi de répartition dans le temps du front montant du signal Sin, et un calculateur en déduit la valeur a correspondant à l'écart type de cette loi de réparti- tion, c'est-à-dire à la gigue du signal Sin. Un inconvénient de ce procédé tient au fait qu'il nécessite un signal d'horloge CK ayant une fréquence élevée, produite par un dispositif spécial coûteux. Les évolutions tech- nologiques entraînant une utilisation fréquente de dispositifs tels que des PLL produisant des signaux numériques périodiques Sin de fréquence croissante, l'état de la technique entrainera l'utilisation de TMU fonctionnant à des fréquences croissantes et d'un coût de plus en plus élevé. Un objet de la présente invention est de permettre la mesure de la fréquence et de la gigue d'un signal numérique périodique sans avoir recours à un TMU. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif permettant la mesure de la fréquence et de la gigue d'un signal numérique périodique, qui puisse être intégré sur le circuit qui contient le circuit de production du signal numérique périodique. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit un procédé pour déterminer une caractéristique d'un signal numérique périodique, comprenant les étapes consistant à définir une période de mesure telle que le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique soit un rapport de nombres entiers; à sélectionner un ensemble de périodes de mesure dans lesquelles le signal numérique a sensiblement la même phase; à définir un instant de mesure ayant une même position dans chaque période de mesure de l'ensemble; à relever la valeur du signal numérique à chaque ins- tant de mesure; à décaler l'instant de mesure d'un pas prédéterminé in- férieur à une période de mesure; à réitérer les deux étapes précédentes jusqu'à ce que l'instant de mesure de chaque période de mesure ait balayé une partie prédéterminée de la période de mesure; et à analyser la succession des valeurs relevées. Selon un aspect de la présente invention, ladite carac- téristique est la fréquence du signal numérique; le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique est un nombre entier; ladite partie prédéterminée de la période de mesure est la période de mesure toute entière; et l'analyse consiste à comparer les valeurs relevées à une valeur attendue, à mémoriser dans un tableau le nombre d'inégalités issues de ces comparaisons pour chaque position d'un instant de mesure, et à utiliser l'image du signal numérique donnée par ce tableau pour calculer la période du signal numé- rique. Selon un autre aspect de la présente invention, ladite caractéristique est la gigue du signal numérique; ladite partie de période prédéterminée est un voisinage d'un front du signal numérique; et l'analyse consiste à comparer les valeurs relevées à une valeur attendue, à mémoriser dans un tableau le nombre d'inégalités issues de ces comparaisons pour chaque position d'un instant de mesure, à calculer la dérivée par rapport au temps de la succession de nombres contenue dans ce tableau, et à utiliser cette dérivée pour calculer la gigue du signal numérique. Selon un autre aspect de la présente invention, on pré- voit un procédé pour déterminer la fréquence d'un signal numérique périodique, comprenant les étapes consistant à définir une période de mesure telle que le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique soit un rapport non entier de nombres entiers; à définir un instant de mesure ayant une même position dans chaque période d'un ensemble de périodes de mesure consécu- tives; à relever la valeur du signal numérique à chaque ins- tant de mesure; et à effectuer sur les valeurs relevées une transformée inverse de Fourier. Selon un autre aspect de la présente invention, on pré- voit un dispositif pour déterminer une caractéristique d'un signal numérique périodique, comprenant des moyens pour définir une période de mesure telle que le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique soit un rapport de nombres entiers; des moyens pour sélectionner un ensemble de périodes de mesure dans lesquelles le signal numérique a sensiblement la même phase; des moyens pour définir un instant de mesure ayant une même position dans chaque période de mesure de l'ensemble; des moyens pour relever la valeur du signal numérique à chaque instant de mesure; des moyens pour décaler l'instant de mesure d'un pas prédéterminé inférieur à une période de mesure; des moyens pour réitérer les deux étapes précédentes jusqu'à ce que l'instant de mesure de chaque période de mesure ait balayé une partie prédéterminée de la période de mesure; et des moyens pour analyser la succession des valeurs relevées. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 illustre un procédé classique de calcul de la fréquence et de la gigue d'un signal numérique périodique; la figure 2 illustre un procédé de mesure de la fré- quence d'un signal numérique périodique selon la présente invention; la figure 3A illustre un procédé de mesure de la fré- quence d'un signal numérique périodique particulier selon la présente invention; la figure 3B représente des courbes obtenues avec le procédé illustré en figure 3A; la figure 4A illustre un procédé de mesure de la gigue d'un signal numérique périodique particulier selon la présente invention; la figure 4B représente une courbe intermédiaire obte- nue avec le procédé illustré en figure 4A; la figure 4C représente une courbe obtenue avec le pro- cédé illustré en figure 4A; la figure 5 illustre un procédé de mesure de la gigue d'un signal numérique périodique selon la présente invention; et la figure 6 représente un dispositif pour mesurer la gigue et la fréquence d'un signal numérique périodique selon la présente invention. On propose selon la présente invention d'utiliser de manière originale un testeur numérique classique, ne disposant pas de dispositif de mesure de temps (TMU), pour mesurer la fréquence ou la gigue d'un signal numérique périodique Sin. Un testeur numérique classique est synchronisé sur une horloge de mesure CK, définissant une période de mesure T. Il permet de réaliser un ou deux relevés ou échantillonnages de l'état du signal mesuré en des instants de mesure réglables à l'intérieur d'une même période T. Il permet en outre de comparer chaque échantillon obtenu à une valeur attendue, et de mémoriser les résultats des comparaisorns dans une mémoire ou de les communiquer à un calculateur. Le rapport de la période T et de la période du signal Sin doit être égal à un rapport de nombres entiers pour permettre une analyse du signal Sin par un testeur. Pour cela, l'horloge CK est généralement utilisée comme stimulus pour le circuit produi- sant le signal Sin. Un avantage notable de ce procédé est que la fréquence de mesure de l'horloge CK du testeur peut être sensi- blement inférieure à la fréquence du signal Sin analysé, et ainsi permettre l'utilisation d'un testeur de coût limité. La figure 2 représente un signal numérique périodique Sin dont on veut mesurer la fréquence f (Sin). Le signal Sin de la figure 2 est tel que le rapport de sa période et de la période de mesure T du signal d'horloge CK est égal à un rapport non entier de deux nombres entiers. On désigne par SP un instant de mesure de la valeur du signal Sin, tel que chaque instant SP soit à une même position dans une période de mesure T correspondante. Selon la présente invention, on réalise un nombre N d'échantillonnages de la valeur du signal Sin à des instants SP d'un nombre N de périodes T successives. Dans l'exemple de la figure 2, le premier échantillon obtenu est égal à 1. La phase du signal Sin change dans la période T suivante, de sorte que le deuxième échantillon obtenu est égal à 0. Les premiers échan- tillons obtenus, dans cet exemple, aux instants SP sont égaux à 1, 0, 0.. . On remarque que de par le rapport existant entre les deux périodes, on retrouve périodiquement une même phase entre le signal Sin et la période de mesure T. Ainsi, les échantillons obtenus forment une suite périodique de uns et de zéros. Cette suite périodique est transmise à un calculateur, généralement associé à un testeur numérique classique, qui en calcule la transformée de Fourier discrète, et qui calcule en particulier la fréquence Fmax correspondant à l'amplitude maxi- male de cette transformée. Si la période de mesure T, déterminant la fréquence d'échantillonnage, satisfait au théorème de Shannon par rapport à la fréquence f(Sin) du signal à analyser, alors la fréquence f(Sin) est égale, avec une précision égale à + F/N, o F = 1/T, à la fréquence Fmax. On remarque que si la fréquence d'échantillonnage F ne satisfait pas au théorème de Shannon, c'est-à-dire qu'elle est inférieure à deux fois Fmax, la fréquence f(Sin) sera égale à K.F-Fmax + F/N si K est pair ou à KFmax + F/N si K est impair. Si l'on souhaite accroître la précision de la mesure, il suffit d'accroître le nombre N d'échantillons utilisés pour le calcul. On remarquera cependant qu'un tel procédé n'est utili- sable que lorsque la période de l'un des signaux CK et Sin n'est pas égale à un nombre entier de périodes de l'autre signal. Dans le cas contraire, aucun déphasage n'apparaît entre le signal Sin et la période de mesure T, la valeur échantillonnée serait cons- tante, et la suite d'échantillons serait inutilisable selon ce procédé. La figure 3A illustre un procédé selon la présente invention pour mesurer la fréquence d'un signal numérique périodique Sin lorsque la période de mesure T du testeur numé- rique est égale à un nombre entier de périodes du signal Sin. On fixe un premier instant d'échantillonnage SP1, tel que cet instant soit proche du début de chaque période de mesure T. On effectue ensuite N échantillonnages du signal Sin dans N périodes de mesure consécutives. On compare chacune des valeurs échantillonnées à une valeur attendue, par exemple 0, et on mémorise le nombre d'inégalités, ou erreurs. En figure 3A, l'instant SP1 est tel que le testeur mesure N fois une valeur 1, ce qui correspond à N erreurs par rapport à la valeur 0 attendue. Une fois la première série de mesures achevée, on uti- lise un nouvel instant de mesure SP2, distant de l'instant SP1 d'un pas At, petit par rapport à une période de mesure T. On effectue à nouveau N mesures de la valeur du signal Sin dans N périodes de mesure consécutives. En figure 3A, l'instant SP2 est tel que l'on mémorise à nouveau N erreurs par rapport à la valeur 0 attendue. Cette étape est réitérée pour des instants de mesure SP3, SP4... SPm, o m est tel que mAt soit sensiblement égal à T. A titre d'exemple, on pourra choisir m = 50. Une fois que l'on a effectué m séries de N mesures, on dispose d'un tableau de m valeurs. Ces valeurs, correspondant chacune au nombre d'erreurs pour un instant de mesure forment une image de l'évolution du signal à analyser Sin au cours d'une période de mesure T. Un calculateur détermine à partir des tran- sitions présentes dans ce tableau, la fréquence f(Sin) recherchée. Si l'on appelle d la distance entre deux transitions de même sens, on a f(Sin) = 1/d. La figure 3B représente un exemple de tableau de nombres d'erreurs et l'image correspondante du signal Sin. La figure 4A illustre un procédé selon la présente invention pour mesurer la gigue d'un signal numérique périodique Sin lorsque la période de mesure T du testeur numérique est égale à un nombre entier de périodes du signal Sin. On détermine en premier lieu, par exemple par un échan- tillonnage tel que celui décrit en relation avec la figure 3A, la position P d'un front du signal à analyser Sin dans la période de mesure T. La position P est alors connue avec une précision égale à plus ou moins le pas temporel At mentionné en relation avec la figure 3A. On suppose que la gigue du signal Sin fait varier la position du front considéré autour de sa position nominale P entre deux positions P1 et P2. Chacun des intervalles P2 - P et P - P1 est généralement petit par rapport au pas temporel At susmentionné. Selon la présente invention, on définit pour la mesure de la gigue, m instants de mesure SPI' à SPm', tels que P SPI' = At, SPm' - P = At, et tels que deux instants de mesure successifs soient séparés par un pas de temps ôt. On a ainsi (m-l)6t = 2At Comme pour la mesure de fréquence décrite en relation avec la figure 3A, on effectue successivement pour chaque instant de mesure SP1' à SPm', N échantillonnages du signal numérique périodique Sin dans N périodes de mesure T consécutives. On compare les valeurs mesurées à une valeur attendue, par exemple zéro, et on mémorise le nombre d'inégalités ou erreurs obtenues pour chaque instant de mesure dans un tableau. Ce nombre d'erreurs donne une information sur la fréquence avec laquelle le signal Sin est à un à l'instant de mesure dans chaque période de mesure. Si l'on représente le tableau ainsi obtenu sous forme d'une courbe du nombre d'erreurs en fonction de l'instant de mesure, on obtient, comme cela est représenté en figure 4B, la loi de répartition cumulée de la position du front du signal numérique périodique Sin. On transmet le tableau obtenu à un calculateur qui en effectue une dérivation par rapport au temps. On obtient ainsi, comme le représente la figure 4C, une courbe correspondant à la loi de répartition de la position du front considéré du signal Sin. Le calculateur détermine l'écart type de cette loi de répar- tition, qui correspond à la gigue a du signal Sin. Si l'on désire accroître la précision de la mesure de la gigue, on accroît le nombre N d'échantillonnages réalisés en correspondance avec chaque instant de mesure. La figure 5 illustre un procédé selon la présente invention pour déterminer la gigue d'un signal Sin lorsque le rapport de la période de mesure T du testeur numérique et de la période du signal à analyser Sin est un rapport non entier de nombres entiers. On retrouve le phénomène de déphasage du signal Sin par rapport aux périodes de mesure T que l'on a décrit en relation avec la figure 2, et on veut appliquer le procédé décrit en relation avec la figure 4A à des périodes de mesure T dans les- quelles la phase du signal Sin est la même. Pour vérifier la phase du signal Sin par rapport à chaque période de mesure T, on fixe un premier instant de mesure SP0' en un point de la période de mesure T, et on effectue une série de mesures des valeurs de Sin aux instants SP0' de périodes T consécutives. Pour une période de mesure T quelconque, la valeur de la mesure faite à l'instant SP0', ainsi que des échan- tillons pris aux instants SP0' des périodes de mesure précédentes, constituent une signature périodique qui permet à un calculateur de déterminer si la phase du signal Sin par rapport à la période de mesure T considérée, est la phase attendue ou non. En figure 5, les échantillons aux instants SP0' sont 010101..., la signature périodique est donc 01. Seules les périodes T correspondant à une valeur 0 seront utilisées pour le calcul de la gigue. Une fois que l'on a déterminé que la phase du signal Sin est la phase attendue, on effectue selon le procédé décrit en relation avec la figure 4A un échantillonnage à des instants de mesure SP1' à SPm'. On obtient ainsi un tableau de valeurs cor- respondant à la loi de répartition cumulée de la position du front du signal à analyser Sin dans les périodes de mesure T effectivement utilisées. Ces périodes de mesure ne seront pas consécutives, mais espacées par des périodes T pendant lesquelles la phase du signal Sin n'est pas convenable pour effectuer un échantillonnage. Comme selon le procédé décrit en relation avec la figure 4A, le tableau des erreurs associées aux instants de mesure est dérivé par rapport au temps par le calculateur pour obtenir la loi de répartition du front du signal Sin dans les périodes de mesure T utilisées. La valeur de l'écart-type, c'est- à-dire de la gigue, est ensuite déduite par le calculateur à partir de cette loi. La figure 6 représente un mode de réalisation d'un dis- positif permettant de mettre en oeuvre les procédés selon la présente invention. Il est avantageusement intégré dans un cir- cuit numérique. L'avancée de la technologie permet de plus en plus fréquenment d'intégrer sur une même puce un circuit et son dispositif de test. Un tel dispositif de test intégré permet de valider la puce tout en se passant de l'utilisation d'une machine de test coûteuse et encombrante. On veut déterminer la gigue d'un signal numérique périodique Sin. La période de mesure ainsi que l'instant de mesure sont déterminés au moyen d'un dispositif 1 de génération d'une horloge d'échantillonnage CKi. Le dispositif 1 comprend un oscillateur cormmandé en tension 1.1 produisant des signaux d'hor- loge CK1 à CKm de même fréquence et déphasés l'un par rapport à l'autre d'un pas de temps ât, et un multiplexeur 1.2 permettant de fournir en tant que signal CKi l'un des signaux CK1 à CKm, en fonction d'un signal de commande i produit par un microprocesseur 2 (i = 1,2,...m). Le microprocesseur 2 fournit, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique non représenté, la tension de commande Vc pour régler la période T ainsi que le pas at. Il fournit également le signal i. Une bascule 3 de type D reçoit sur son entrée d'horloge CP le signal CKi et reçoit sur son entrée D le signal Sin. Sa sortie Q est connectée à l'entrée d'incrémenta- tion d'un compteur 4. La sortie Ni du compteur 4 est reliée au microprocesseur 2. On suppose la tension de commande Vc fixée par le microprocesseur 2. Ainsi, la fréquence du signal CKi et le pas t sont fixés. Le choix de l'instant de mesure SPi' (décrit en relation avec les figures 4A et 5) dépend de la position des fronts du signal CKi par rapport à la phase du signal Sin, c'est- à-dire de la valeur i fournie par le microprocesseur 2: si CK1 correspond à SP1', CK2 correspondra à SP2', etc... La valeur est programmée pour faire varier i de 1 à m, et pour chacune de ces valeurs, laisser le dispositif 1 produire au moins N périodes du signal CKi sélectionné. La sortie Q de la bascule 3 correspond aux échantillons du signal Sin aux fronts actifs du signal d'horloge CKi, cor- respondant à des instants de mesure SPi'. Le compteur 4 compte, pour chaque instant de mesure, le nombre d'occurrences à 1 du signal Sin, c'est-à-dire le nombre d'inégalités des échantillons par rapport à 0, ou erreurs. Le microprocesseur 2 est associé à une mémoire, non représentée, dans laquelle il mémorise sous forme d'un tableau le nombre d'erreurs Ni mesurées pour chaque instant de mesure. Le micropro- cesseur 2 détermine à partir de ce tableau des courbes correspondant à celles décrites en relation avec les figures 4B et 4C, puis la gigue s. Si l'on veut mesurer avec ce dispositif la fréquence du signal Sin, le microprocesseur 2 fournit une tension de commande Vc telle que le VCO 1.1 produise des signaux d'échantillonnage CK1 à CKm correspondant aux instants de mesure SP1 à SPm décrits en relation avec la figure 3A, écartés d'un intervalle At. Le microprocesseur relève alors dans le compteur 4 les nombres d'erreurs permettant de reconstituer l'allure du Signal Sin selon la figure 3B, puis de mesurer sa fréquence. Si l'on est susceptible de rencontrer le cas décrit en relation avec la figure 5, on prévoit une liaison, représentée en pointillés, entre la sortie Q de la bascule D3 et le microproces- seur 2. Ceci permettrait la recherche de signature décrite en relation avec la figure 5. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes qui apparaitront à l'homne de l'art. On pourra par exemple adapter le procédé de mesure décrit en relation avec la figure 5, utilisant une recherche des périodes de mesure pour lesquelles la phase du signal Sin analysé est constante, au procédé de mesure de fréquence décrit en relation avec les figures 3A et 3B dans le cas o le rapport de la période de mesure et de la période du signal à analyser est un rapport non entier d'entiers. REVENDICATICOS 1. Procédé pour déterminer une caractéristique d'un signal numérique périodique (Sin), comprenant les étapes suivantes: définir une période de mesure (T) telle que le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique soit un rapport de nombres entiers, sélectionner un ensemble de périodes de mesure dans lesquelles le signal numérique a sensiblement la même phase, définir un instant de mesure (SP1,... SPm; SP1',...SPm') ayant une même position dans chaque période de mesure de l'ensemble, relever la valeur du signal numérique à chaque instant de mesure, décaler l'instant de mesure d'un pas prédéterminé (Dt; bt) inférieur à une période de mesure; et réitérer les deux étapes précédentes jusqu'à ce que l'instant de mesure de chaque période de mesure ait balayé une partie prédéterminée de la période de mesure, et analyser la succession des valeurs relevées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: ladite caractéristique est la fréquence du signal numé- rique, le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique est un nombre entier, ladite partie prédéterminée de la période de mesure est la période de mesure toute entière, et l'analyse consiste à comparer les valeurs relevées à une valeur attendue, à mémoriser dans un tableau le nombre d'inégalités issues de ces comparaisons pour chaque position d'un instant de mesure, et à utiliser l'image du signal numérique donnée par ce tableau pour calculer la période du signal numé- rique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: ladite caractéristique est la gigue (C) du signal numé- rique, ladite partie de période prédéterminée est un voisinage (SP1', SPm') d'un front (p) du signal numérique (Sin); et l'analyse consiste à comparer les valeurs relevées à une valeur attendue, à mémoriser dans un tableau le nombre d'inégalités issues de ces comparaisons pour chaque position d'un instant de mesure, à calculer la dérivée par rapport au temps de la succession de nombres contenue dans ce tableau, et à utiliser cette dérivée pour calculer la gigue (a) du signal numérique. 4. Procédé pour déterminer la fréquence d'un signal numérique périodique, comprenant les étapes suivantes: définir une période de mesure (T) telle que le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique soit un rapport non entier de nombres entiers, définir un instant de mesure (SP) ayant une même posi- tion dans chaque période d'un ensemble de périodes de mesure consécutives, relever la valeur du signal numérique à chaque instant de mesure, et effectuer sur les valeurs relevées une transformée inverse de Fourier. 5. Dispositif pour déterminer une caractéristique d'un signal numérique périodique (Sin), comprenant: des moyens (1, 2) pour définir une période de mesure (T) telle que le rapport entre la période de mesure et la période du signal numérique soit un rapport de nombres entiers, des moyens (2, 3) pour sélectionner un ensemble de périodes de mesure dans lesquelles le signal numérique a sensiblement la même phase, des moyens (1, 2) pour définir un instant de mesure ayant une même position dans chaque période (T) de mesure de l'ensemble, des moyens (3) pour relever la valeur du signal numé- rique à chaque instant de mesure, des moyens (1, 2) pour décaler l'instant de mesure d'un pas prédéterminé inférieur à une période de mesure; et des moyens (2) pour réitérer les deux étapes précé- dentes jusqu'à ce que l'instant de mesure de chaque période de mesure ait balayé une partie prédéterminée de la période de mesure, et des moyens (2, 4) pour analyser la succession des 0 valeurs relevées.