FR2578367A1 - Dispositif conferant a une impulsion un retard commandable numeriquement - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET UN DISPOSITIF CONFERANT, A UNE IMPULSION, UN RETARD DONT LA VALEUR EST COMMANDABLE NUMERIQUEMENT. IL COMPORTE ESSENTIELLEMENT UN CIRCUIT ANALOGUE (INTEGRATEUR A, C, R ET COMPARATEUR C COMMANDE NUMERIQUEMENT) QUI RECREE UNE IMPULSION DE SORTIE S EN UTILISANT L'IMPULSION D'ENTREE E EN TEMPS QUE DECLENCHEUR.

Description

DISPOSITIF CONFERANT A UNE IMPULSION UN
RETARD COMMANDABLE NUMERIQUEMENT
La présente invention a pour objet un dispositif conférant un retard à une impulsion, retard dont la valeur est commandable numériquement.

Dans certaines applications, il est nécessaire de conférer à une impulsion, dont le front de montée peut être très rapide dans certains cas, un retard précis dont la valeur doit être commandable.

A cet effet, différentes solutions sont connues parmi lesquelles on peut citer notamment la ligne à retard analogique et le registre à décalage.

La ligne à retard analogique classique, du type circuit LC à constantes localisées ou réparties, peut comporter des prises, commutables, réparties tout au long de la ligne et permettant de prélever le signal avec un retard qui dépend de la position de la prise. Les inconvénients d'un tel dispositif sont principalement les suivants : les valeurs des retards qu'on peut ainsi conférer à un signal d'entrée ne peuvent prendre que des valeurs définies lors de la construction de la ligne ; la commutation des prises est complexe à réaliser ; la bande passante de la ligne est limitée technologiquement et, ce, d'autant plus que le retard conféré est grand, ce qui fait que ce type de ligne est particulièrement inadapté aux impulsions dont le front de montée est très rapide; enfin, le retard conféré au signal d'entrée ne peut pas être très précisément déterminé du fait de l'existence d'un coefficient de température souvent non négligeable en pratique, surtout dans le cas de retards importants.

Les registres à décalage sont des circuits numériques qui comportent un certain nombre de cellules en cascade, l'impulsion d'entrée avançant d'une cellule à chaque - période d'une horloge extérieure ; le signal peut être prélevé au niveau de chacune des cellules, avec un retard dont la valeur dépend de la position de la cellule.Les limitations d'un tel dispositif se situent au niveau de la résolution : en effet, pour obtenir une résolution fine, c'està-dire pouvoir faire varier le retard conféré d'une petite valeur, la fréquence de l'horloge doit être élevée et, lorsqu'on souhaite obtenir un retard long, le nombre des cellules doit être très grand ; à titre d'exemple, pour conférer à une impulsion un retard de 10 ,us avec une résolution de 25 ns, il faudrait une horloge dont la fréquencé devrait être de 40 MHz, ce qui est à l'heure actuelle sensiblement la limite de ce qu'on sait réaliser en technologie TTL, et un registre à décalage de 400 cellules.Par ailleurs, un tel dispositif présente des inconvénients : l'horloge et le signal d'entrée n'étant pas en général synchronisés, il existe une incertitude (appelée "gitter" en Anglais) sur la position du signal de sortie, égale à la valeur d'une période de l'horloge; de plus, la commutation d'une valeur de retard à une autre devient complexe lorsque le nombre de retards possibles augmente (grande résolution et retard long); enfin, des limitations technologiques dues à la vitesse de commutation des cellules font qu'il est difficile à l'heure actuelle d'obtenir une résolution de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes.

La présente invention a pour objet-un dispositif qui permet d'éviter ces différents inconvénients et qui consiste à utiliser un circuit analogique, comportant principalement dans un mode de réalisation un intégrateur et un dispositif à seuil à commande numérique, qui recrée l'impulsion d'entrée, cette dernière n'étant utilisée que pour déclencher le fonctionnement du circuit analogique.

Cette solution présente notamment l'avantage de permettre d'obtenir un retard précis sans utiliser d'horloge extérieure et sans "gitter", avec une grande résolution et un temps de retard long par rapport à la résolution obtenue.

Le dispositif selon l'invention, pour conférer un retard à une impulsion, comporte:
- des premiers moyens, recevant l'impulsion à retarder et la transformant en un signal d'amplitude constante et de durée T prédéfinie;
- un intégrateur recevant le signal précédent et le transformant en une rampe de tension à pente constante pendant la durée
T;
- des moyens à seuil recevant la rampe de tension et engendrant le front de montée d'un signal lorsque la rampe de tension atteint une valeur égale à celle d'une tension de référence programmable, et le front de descente dudit signal à la fin de la rampe, ledit signal constituant le signal de sortie du dispositif, présentant un retard par rapport à l'impulsion à retarder dont la valeur est fonction de la tension de référence.

D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée sur les dessins annexés, qui représentent:
- la figure 1, un mode de réalisation du dispdsitif selon l'invention;
- la figure 2, différents diagrammes de signaux en fonction du temps, se rapportant au fonctionnement du dispositif de la figure 1.

Sur ces différentes figures les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.

L'impulsion à retarder est donc appliquée à l'entrée du dispositif et repérée E sur la figure 1. L'impulsion E est illustrée, en fonction du temps, sur le premier diagramme de la figure 2 : il s'agit d'une impulsion rectangulaire, dont le front de montée correspond à un instant repéré to. Cette impulsion est appliquée à un monostable
M dont le signal de sortie est représenté sur le deuxième diagramme de la figure 2 : le monostable M a pour fonction de transformer l'impulsion d'entrée en un signal rectangulaire de plus longue durée
T, T étant la valeur maximale du retard qu'il est possible de conférer à l'impulsion d'entrée, avec T = tl - to. En pratique, il est préférable que la durée T soit légèrement supérieure au retard maximum souhaité.

Ce signal rectangulaire est ensuite appliqué à ùn intégrateur, réalisé par exemple à l'aide d'un amplificateur opérationnel Al dont l'entrée positive est reliée à la masse, l'entrée négative reçoit le signal rectangulaire par l'intermédiaire d'une résistance R et la sortie est reliée à l'entrée négative par l'intermédiaire d'un condensateur C. En outre, la sortie du monostable M est reliée à un amplificateur AQ, lequel est relié à l'entrée de commande d'un transistor Q, dont les deux autres bornes sont reliées aux bornes du condensateur C; le transistor Q est de préférence un transistor à effet de champ.En fonctionnement, pendant la durée T, l'amplificateur AQ bloque le transistor Q, ce qui permet la charge linéaire du condensateur C par l'amplificateur opérationnel Al ; on obtient ainsi à la sortie de l'amplificateur Ai une rampe linéaire, représentée sur le troisième diagramme de la figure 2, s'étendant sur la durée T et revenant à zéro à l'instant tl. La pente de la charge du condensateur (dv/dt) est choisie en fonction de la valeur du retard maximum souhaité (T) et de la tension maximum qui est possible d'obtenir par l'amplificateur Al sans saturation.

La rampe de tension obtenue est traitée ensuite par un dispositif à seuil. Plus précisément, elle est appliquée sur la première entrée (-) d'un comparateur de tension Cp, caractérisé de préférence par une grande rapidité et une faible dérive d'entrée.

L'autre entrée (+) du comparateur Cp reçoit une tension de référence VR, qui est obtenue à l'aide d'un convertisseur numériqueanalogique Cv, lui-même recevant un signal de commande numérique C. On a représenté, sur le quatrième diagramme de la figure 2, les deux signaux reçus sur les entrées du comparateur C, à savoir la rampe issue de l'intégrateur sur l'entrée (-) et la tension VR sur l'entrée (+) . Ces deux tensions sont égales tout d'abord à un instant t2, compris entre t et tl, puis à l'instant tl.

Le dernier diagramme de la figure 2 représente le signal S de sortie du comparateur Cp qui est un signal rectangulaire dont le front de montée correspond à l'instant t2, où la rampe de tension devient égale à la tension VR et qui est défini par la valeur de la tension VR, et le front de descente à l'instant tl, où la rampe de tension croise à nouveau la valeur VR.

Il ressort de ce qui précède que le dispositif de la figure 1 permet d'obtenir un signal de sortie S de forme rectangulaire, dont le front de montée présente un retard T = t2 - t0 par rapport à l'impulsion d'entrée E, avec T 4 T, ce retard T étant défini par la valeur d'une tension (VR) qui est commandable numériquement (signal C).

Il est à noter que, dans ce dispositif, la durée T n'intervient pas sur la précision du retard T programmé, mais que l'amplitude de l'impulsion de sortie du monostable M doit être constante, sous peine de voir varier la pente de l'intégrateur (signal de sortie de AI) et, par suite, le retard T correspondant à une tension de référence VR donnée.

Par ailleurs, dans ce dispositif, la résolution des pas de retard qu'il est possible d'obtenir est déterminée par le nombre de bits du signal C de commande du comparateur Cp : par exemple quatre bits pour le signal C permettent 16 retards différents, donc une- résolution de T/16, huit bits, une résolution de T/256, etc.

A titre d'exemple, avec une tension maximum à l'instant tl de 5 V et un retard maximum T de 1 us, on obtient 236 pas de 4 ns chacun, correspondant à un pas de tension (pour VR) de 20 mV.

Le dispositif selon l'invention permet donc de conférer un retard T, programmable, à une impulsion d'entrée E sans nécessiter d' horloge et sans "gitter". Il permet en outre de réaliser des retards relativement longs par rapport à la résolution possible : le rapport retard/résolution peut être de l'ordre de 1000 et, ce, aussi bien pour les circuits électroniques lents que les circuits électroniques rapides le retard peut être de l'ordre de la milliseconde avec un pas de l'ordre de la microseconde ou un retard maximum de l'ordre de quelques microsecondes avec un pas de quelques nanosecondes.

Enfin, la valeur du retard est directement et simplement programmable par l'entrée du convertisseur numérique-analogique Cv, sans problème de commutation particulier.

Un tel dispositif de retard est plus particulièrement adapté à l'utilisation dans un système d'aide à Patterrissage de type DME (pour Distance Measuring Equipement), où il est nécessaire de régler le retard interne du système avec une grande précision (quelques nanosecondes) avec des impulsions dont le front de montée est très rapide (inférieur ou égal à 20 ns).

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Dispositif conférant un retard à une impulsion, caractérisé par le fait qu'il-comporte:

- des premiers moyens (M), recevant l'impulsion à retarder et la transformant en un signal d'amplitude constante et de durée T prédéfinîe ;

- un intégrateur (AI, R, C), recevant le signal précédent et le transformant en une rampe de tension à pente constante pendant la durée T

- des moyens à seuil (Cp), recevant la rampe de tension et engendrant le front de montée d'un signal lorsque la rampe de tension atteint une valeur égale à celle d'une tension de référence (VR) programmable, et le front de descente dudit signal à la fin de la rampe, ledit signal constituant le signal de sortie (S) du dispositif, présentant un retard (T) par rapport à l'impulsion à retarder dont la valeur est fonction de la tension de référence.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tension de référence (VR) est programmable numériquement à l'aide d'un convertisseur numérique-analogique (Cv), recevant une commande numérique (C) et délivrant la tension de référence (VR) correspondante.

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les premiers moyens comportent un monostable (M).

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'intégrateur comporte un amplificateur opérationnel (A1) dont une entrée (-) reçoit ledit signal précédent par l'intermédiaire d'une résistance (R) et est reliée à sa sortie par l'intermédiaire d'un condensateur (C), I'autre entrée (+) étant reliée à la masse, un transistor (Q) étant en outre connecté aux bornes du condensateur (C), l'entrée de commande du transistor (Q) recevant ledit signal précédent.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens à seuil comportent un comparateur de tension (cl), recevant sur l'une de ses entrées (+) la tension de

p référence (VR) et sur l'autre (-) la rampe de tension, et délivrant le signal de sortie (S) du dispositif. I