Brevet FR3131021A1 — publié le 20230623

Procédé de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dispositif électronique et produit programme d’ordinateur associé . L’invention se rapporte à un procédé de génération, par un dispositif électronique, à partir d’un signal d’entrée, d’un signal de sortie présentant un temps de propagation de groupe négatif. Ce procédé comprend les étapes suivantes, réalisées par une unité de traitement numérique programmable dudit dispositif : - obtention (13) d’une fréquence d’échantillonnage associée à un signal numérique représentatif du signal d’entrée ; - obtention (14) d’une valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - détermination (15) d’un ensemble de coefficients d’une équation aux différences, en fonction de ladite fréquence d’échantillonnage et de ladite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - calcul (16), à l’acquisition d’une valeur courante dudit signal numérique, d’une valeur courante correspondante dudit signal de sortie, au moyen de ladite équation aux différences. Figure d’abrégé : Figure 2 Procédé de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dispositif électronique et produit programme d’ordinateur associé. Le domaine de l’invention est celui de l’électronique, et plus particulièrement des dispositifs électroniques permettant de générer un temps de propagation de groupe négatif. Art antérieur De manière générale, un circuit électronique est composé d’éléments de natures différentes (e.g. transistors, résistances, composants à inductance propre, condensateurs, etc.) connectés les uns aux autres selon différentes configurations (également appelées topologies), afin de générer une ou plusieurs fonctions précises (e.g. amplifier, filtrer, etc.). Parmi ces fonctions, il a été montré que certains circuits électroniques analogiques ont la propriété singulière de générer un temps de propagation de groupe négatif. Une telle propriété est illustrée schématiquement en relation avec la , qui présente une comparaison des résultats de l’interaction d’un signal de forme gaussienne (i.e. en cloche) avec un dispositif classique D C d’une part, et de l’interaction de ce même signal avec un dispositif à temps de propagation de groupe négatif D NGD d’autre part. Sur cette figure, le dispositif classique D C et le dispositif à temps de propagation de groupe négatif D N GD sont représentés sous forme de boîte noire, et il est supposé, dans un modèle volontairement simplifié à des fins explicatives, que le signal ne subit pas de déformation de forme en traversant l’un ou l’autre des dispositifs. On s’intéresse en premier lieu au dispositif classique D C . Une première portion du signal, correspondant à un front montant, pénètre dans le dispositif classique D C à l’instant t 0 . Comme montré sur la , le signal met un certain temps à ressortir du dispositif, et le temps de propagation de groupe (TPG) du dispositif correspond à l’intervalle de temps entre le moment où le maximum de l’amplitude du signal entre dans le dispositif et le moment où il en ressort. Physiquement, le temps de propagation de groupe est associé à la vitesse de propagation de l’énergie contenue dans ce signal, et il correspond généralement à un retard induit par le dispositif sur le signal. Si on s’intéresse maintenant au dispositif à temps de propagation de groupe négatif D NGD , on constate qu’au moment t 0 où le signal commence à pénétrer dans ce dispositif, il en est également déjà en grande partie ressorti. Plus particulièrement, l’amplitude maximale du signal de sortie sort du dispositif D NGD avant même que l’amplitude maximale du signal d’entrée n’y pénètre, d’où la désignation de « temps de propagation de groupe négatif » pour qualifier cette propriété singulière du dispositif D NGD . En d'autres termes, le dispositif à temps de propagation de groupe négatif D NGD est en quelque sorte capable de régénérer le signal d’entrée en anticipant l’évolution de sa forme temporelle, i.e. de générer une avance plutôt qu’un retard. Alors qu’on comprend aisément qu’une telle propriété présente un potentiel indéniable dans de nombreux domaines d’activité (e.g. physique, biologie, médecine, et plus généralement dans tout domaine où le temps de réaction d’un dispositif électronique revêt une importance) force est de constater que ses applications pratiques sont actuellement très limitées, voire quasiment inexistantes. Ceci tient essentiellement à de nombreuses contraintes et limites associées aux solutions actuelles de génération d’un temps de propagation de groupe négatif. En premier lieu, avec les dispositifs à temps de propagation de groupe négatif actuels, la génération du temps de propagation de groupe négatif est circonscrite à une plage de fréquences très limitée, ou à tout le moins relativement étroite. Le temps de propagation de groupe négatif n’est donc généralement pas obtenu sur toute la largeur de bande du signal à traiter, ni même sur une majeure partie de cette largeur de bande, ce qui limite de manière importante ses possibilités d’applications pratiques. Par ailleurs, ce phénomène s’accompagne généralement également d’une forte atténuation de l’amplitude du signal de sortie. En deuxième lieu, la valeur de temps de propagation de groupe négatif (i.e. l’avance) qu’il est possible d’obtenir au moyen d’un dispositif à temps de propagation de groupe négatif actuel est intrinsèquement liée non seulement à la topologie particulière du dispositif – c’est-à-dire à la manière dont les composants qui le composent sont connectés – mais également aux valeurs particulières de ces composants. En d'autres termes, pour une configuration donnée (i.e. topologie et valeur des composants) de dispositif analogique à temps de propagation de groupe négatif, une seule valeur de temps de propagation de groupe négatif est obtenue, ce qui en fait une solution relativement rigide. En outre, les dispositifs à temps de propagation de groupe négatif actuels, réalisés à base de circuits analogiques, ne permettent pas de synthétiser une avance au-delà de la seconde, ce qui les rend inexploitables pour de nombreuses applications pratiques (notamment des applications industrielles reposant sur l’exploitation de signaux lents). Aussi, ces solutions actuelles de génération d’un temps de propagation de groupe négatif souffrent d’un manque important de flexibilité et d’adaptabilité. En troisième lieu, la génération d’un temps de propagation de groupe négatif impose des contraintes importantes en termes de dimensionnement des composants nécessaires à l’obtention d’une telle fonction, qui rendent ces solutions difficilement compatibles avec les exigences des applications industrielles actuelles. Par ailleurs, il a été constaté que, pour une même configuration de dispositif à temps de propagation de groupe négatif, une faible variation de certains facteurs est susceptible d’avoir un impact potentiellement important sur la valeur de temps de propagation de groupe négatif obtenue. Par exemple, des petites variations au niveau des conditions de fabrication des composants électroniques analogiques utilisés, ou encore des dérives liées à la montée en température de ces composants lors de leur utilisation, peuvent conduire à l’obtention de valeurs sensiblement différentes de temps de propagation de groupe négatif, voire même compromettre l’obtention d’un temps de propagation de groupe négatif. Ce caractère aléatoire ou incertain du temps de propagation de groupe négatif obtenu avec les solutions actuelles fait que celles-ci ne sont généralement pas considérées comme étant suffisamment fiables ou robustes pour des applications industrielles. Ainsi, malgré son potentiel, les freins et verrous technologiques précédemment décrits sont tels que cette propriété de génération d’un temps de propagation de groupe négatif offerte par certains dispositifs électroniques analogiques apparaît majoritairement dans la littérature comme une singularité physique, sans réelle possibilité d’applications pratiques. Il existe donc un besoin pour une solution de génération d’un temps de propagation de groupe négatif qui permette de s’affranchir au moins en partie de ces nombreuses contraintes de l’art antérieur. La présente technique permet de proposer une solution visant à remédier à certains inconvénients de l’art antérieur. La présente technique se rapporte en effet à un procédé de de génération, par un dispositif électronique, à partir d’un signal fourni en entrée dudit dispositif électronique, d’un signal de sortie présentant un temps de propagation de groupe négatif vis-à-vis dudit signal d’entrée. Selon la technique proposée, un tel procédé comprend les étapes suivantes, mises en œuvre par une unité de traitement numérique programmable dudit dispositif électronique : - l’obtention d’une fréquence d’échantillonnage associée à un signal numérique représentatif dudit signal d’entrée ; - l’obtention d’une valeur de temps de propagation de groupe, dite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - la détermination d’un ensemble de coefficients d’une équation aux différences, en fonction de ladite fréquence d’échantillonnage et de ladite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - le calcul, à l’acquisition d’une valeur courante dudit signal numérique, d’une valeur courante correspondante dudit signal de sortie, au moyen de ladite équation aux différences. Dans un mode de réalisation particulier, ladite équation aux différences est déterminée en fonction d’un mode de fonctionnement sélectionné parmi un mode récursif et un mode non récursif, et en fonction d’un ordre associé audit mode de fonctionnement. Dans un mode de réalisation particulier, ledit signal d’entrée est un signal analogique, et le procédé comprend une étape de conversion analogique vers numérique dudit signal d’entrée, ladite étape de conversion comprenant l’échantillonnage dudit signal d’entrée à ladite fréquence d’échantillonnage, délivrant ledit signal numérique représentatif dudit signal d’entrée. Selon une caractéristique particulière de ce mode de réalisation, le procédé comprend, préalablement à ladite étape de conversion analogique vers numérique, une étape de conditionnement dudit signal analogique d’entrée. Dans un mode de réalisation particulier, ladite fréquence d’échantillonnage du signal analogique d’entrée est contrôlée par ladite unité de traitement numérique programmable. Dans un mode de réalisation particulier, ladite fréquence d’échantillonnage du signal analogique d’entrée est adaptée en fonction d’un temps de montée et/ou de descente courant dudit signal d’entrée. Selon un autre aspect, la présente technique se rapporte également à un dispositif électronique de génération d’un signal de sortie présentant un temps de propagation de groupe négatif vis-à-vis d’un signal fourni en entrée dudit dispositif électronique, ledit dispositif électronique comprenant une unité de traitement numérique programmable qui comprend : - des moyens d’obtention d’une fréquence d’échantillonnage associée à un signal numérique représentatif dudit signal d’entrée ; - des moyens d’obtention d’une valeur de temps de propagation de groupe, dite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - des moyens de détermination d’un ensemble de coefficients d’une équation aux différences, en fonction de ladite fréquence d’échantillonnage et de de ladite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - des moyens de calcul, à l’acquisition d’une valeur courante dudit signal numérique, d’une valeur courante correspondante dudit signal de sortie, au moyen de ladite équation aux différences. Les moyens dudit dispositif électronique peuvent être adaptés à la mise en œuvre de l’un quelconque des modes de réalisation du procédé de la présente demande. Dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif électronique comprend un convertisseur analogique vers numérique comprenant des moyens d’échantillonnage dudit signal d’entrée à ladite fréquence d’échantillonnage, délivrant ledit signal numérique représentatif dudit signal d’entrée, lorsque ledit signal d’entrée est analogique. Dans un mode de réalisation particulier, ladite unité de traitement numérique programmable appartient au groupe comprenant : - un microcontrôleur ; - une machine virtuelle exécutée sur un ordinateur ; - un circuit intégré prédiffusé programmable de type FPGA ; - un circuit intégré à application spécifique de type ASIC. Selon un autre aspect, la technique proposée se rapporte également à un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution d'un procédé de génération d’un temps de propagation de groupe négatif tel que décrit précédemment, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur. La technique proposée vise également un support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé tel que décrit précédemment, dans l’un quelconque de ses modes de réalisation. Un tel support d'enregistrement peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB ou un disque dur. D'autre part, un tel support d'enregistrement peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens, de sorte que le programme d’ordinateur qu’il contient est exécutable à distance. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau, par exemple le réseau Internet. Les différents modes de réalisation mentionnés ci-dessus sont combinables entre eux pour la mise en œuvre de l'invention. Figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : illustre, en relation avec l’art antérieur, dans un modèle simplifié, la propriété de génération d’un temps de propagation de groupe négatif ; présente les principales étapes d’un procédé de de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; représente un synoptique classique d’une fonction numérique de type réponse impulsionnelle infinie d’ordre 1, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; illustre une réponse en temps de propagation de groupe idéale, pour la génération d’une fonction de type temps de propagation de groupe négatif et passe-bas, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; montre un exemple de signal de sortie présentant un temps de propagation de groupe négatif vis-à-vis d’un signal d’entrée, généré au moyen d’un procédé selon la technique proposée, dans un mode de réalisation particulier ; décrit une première implémentation d’un dispositif électronique de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dans un mode de réalisation particulier ; décrit une deuxième implémentation d’un dispositif électronique de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dans un mode de réalisation particulier ; décrit une troisième implémentation d’un dispositif électronique de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dans un mode de réalisation particulier ; décrit une quatrième implémentation d’un dispositif électronique de génération d’un temps de propagation de groupe négatif, dans un mode de réalisation particulier. Procédé de génération, par un dispositif électronique, à partir d’un signal fourni en entrée dudit dispositif électronique, d’un signal de sortie présentant un temps de propagation de groupe négatif vis-à-vis dudit signal d’entrée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, mises en œuvre par une unité de traitement numérique programmable dudit dispositif électronique : - l’obtention (13) d’une fréquence d’échantillonnage associée à un signal numérique représentatif dudit signal d’entrée ; - l’obtention (14) d’une valeur de temps de propagation de groupe, dite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - la détermination (15) d’un ensemble de coefficients d’une équation aux différences, en fonction de ladite fréquence d’échantillonnage et de ladite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - le calcul (16), à l’acquisition d’une valeur courante dudit signal numérique, d’une valeur courante correspondante dudit signal de sortie, au moyen de ladite équation aux différences. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite équation aux différences est déterminée en fonction d’un mode de fonctionnement sélectionné parmi un mode récursif et un mode non récursif, et en fonction d’un ordre associé audit mode de fonctionnement. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal d’entrée est un signal analogique, et en ce que le procédé comprend une étape de conversion analogique vers numérique (12) dudit signal d’entrée, ladite étape de conversion comprenant l’échantillonnage dudit signal d’entrée à ladite fréquence d’échantillonnage, délivrant ledit signal numérique représentatif dudit signal d’entrée. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à ladite étape de conversion analogique vers numérique (12), une étape de conditionnement (11) dudit signal analogique d’entrée. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fréquence d’échantillonnage du signal analogique d’entrée est contrôlée par ladite unité de traitement numérique programmable. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite fréquence d’échantillonnage du signal analogique d’entrée est adaptée en fonction d’un temps de montée et/ou de descente courant dudit signal d’entrée. Dispositif électronique de génération d’un signal de sortie présentant un temps de propagation de groupe négatif vis-à-vis d’un signal fourni en entrée dudit dispositif électronique, ledit dispositif électronique étant caractérisé en ce qu'il comprend une unité de traitement numérique programmable comprenant : - des moyens d’obtention d’une fréquence d’échantillonnage associée à un signal numérique représentatif dudit signal d’entrée ; - des moyens d’obtention d’une valeur de temps de propagation de groupe, dite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - des moyens de détermination d’un ensemble de coefficients d’une équation aux différences, en fonction de ladite fréquence d’échantillonnage et de de ladite valeur de temps de propagation de groupe négatif cible ; - des moyens de calcul, à l’acquisition d’une valeur courante dudit signal numérique, d’une valeur courante correspondante dudit signal de sortie, au moyen de ladite équation aux différences. Dispositif électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur analogique vers numérique comprenant des moyens d’échantillonnage dudit signal d’entrée à ladite fréquence d’échantillonnage, délivrant ledit signal numérique représentatif dudit signal d’entrée, lorsque ledit signal d’entrée est analogique. Dispositif électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite unité de traitement numérique programmable appartient au groupe comprenant : - un microcontrôleur ; - une machine virtuelle exécutée sur un ordinateur ; - un circuit intégré prédiffusé programmable de type FPGA ; - un circuit intégré à application spécifique de type ASIC. Produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions de code de programme pour l’exécution d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, lorsqu’il est exécuté par un ordinateur.