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6. GENERATION ANALOGIQUE D'IMPULSIONS ______________________________________

On désire très souvent générer une impulsion de durée constante à un instant bien précis

(comme au front montant ou descendant d'un signal ). Exemple d'application: on peut rendre sensible sur front une entrée sensible sur niveau, en créant une impulsion fine (de 100ns à quelques µs ) sur le front désiré du signal de commande. Un tel circuit se nomme "monostable".

Parfois on veut créer un signal périodique nommé "horloge", on utilise pour cela un "astable".

6.1. Détection des fronts d'un signal par simple RC Dans de nombreux cas, une précision de quelques % sur la largeur de l'impulsion générée

est suffisante, et ces impulsions sont toujours de durée brève (de 100ns à 1µs par exemple) on peut alors utiliser de simples circuits dérivateurs RC en remplacement des vrais "monostables". Différents montages sont possibles:

Il y a plusieurs montages possibles, à base de dérivateur ou d'intégrateur. On prendra garde aux valeurs maximales autorisées pour les résistances de rappel à la

masse en technologie TTL !

6.1.1. 6.1.1. Montage N°1

E S

E

S

tension négative, inactive

10

00

Circuit logique actionné

Seuil du circuit actionné

Le front montant de E déclenche en S une impulsion en logique positive (active à 1) .

Cette impulsion n'est pas rectangulaire mais on peut souvent l'utiliser telle quelle sur une entrée "à niveau" d'un circuit logique (ce dernier rabotera en plus l'impulsion existant sur le front descendant de S, en pratique elle sera donc d'une amplitude inférieure, et de toute façon inactive).

Rappel : pour comprendre les chronogrammes sans effectuer de calcul, se souvenir que la tension aux bornes d'une capacité ne peut pas varier durant un temps très court (si la maille présente une résistance non nulle), la capacité transmet donc la discontinuité du signal E, ensuite le circuit du premier ordre tend vers sa valeur d'équilibre finale. S tend donc vers 0 volt pour un circuit CMOS ( courant d'entrée nul), ou vers une valeur de tension de niveau bas ViL ~ R.IiL en TTL (nécessité de R < ViLmax/IiLmax)

L'impulsion générée a pour durée environ RC (ordre de grandeur).

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6.1.2. Montage N° 2

E

E

S

tension négative, inactive

10

00

Circuit logique actionnéW

W

S 1

0

Seuil du circuit actionné

On obtient en S une impulsion active à zéro, détectant le front montant de E.

6.1.3. Montage N°3

E

seuil du circuit actionné

E

S

tension négative, inactive

1 000

Circuit logique actionnéW

W

S0

Il fournit une impulsion active à 1, sur le front descendant de E.

6.1.4. Montage N°4

E

seuil du circuit actionné

E

S

tension négative, inactive1 00

0

Circuit logique actionnéW

W

S

0

W'

W'

1 1

0 Il donne une impulsion active à zéro sur le front descendant de E.

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6.1.5. Montage N°5

E S

E

S 1

Circuit logique actionné

1 1tension > Vcc, niveau 1

Seuil du circuit actionné

Niveau 0mais Attention au seuil !

On obtient une impulsion active à 0 sur le front descendant de E (comme le montage N°4, mais sans portes supplémentaires).

ATTENTION en TTL : La discontinuité descendante de S est égale à la discontinuité

descendante de E; le seuil étant assez bas, si le niveau haut de E est un peu faible, l'impulsion en S risque de ne pas franchir ce seuil d'une manière significative, l'impulsion sera de durée faible ou inexistante. Donc utiliser ce montage plutôt pour actionner un circuit CMOS (seuil = Vcc/2 et niveau haut plus élevé).

6.1.6. Montage 6

E S

E

Circuit logique actionnéW

WSeuil porte

S

Il détecte les deux fronts du signal E.

6.1.7. Remarque Les montages N°2 et N°4 peuvent générer des impulsions de durée plus importantes ( >

1µs à plusieurs secondes), en remplaçant l'inverseur suivant le dérivateur par un Trigger. Sans celui-ci, les temps de transitions devenant trop importants provoquent des oscillations parasites sur la sortie S.

Le montage N°6 peut fournir aussi des impulsions de plus longue durée en plaçant un trigger après le OU EXCUSIF.

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6.2. Retard d'un signal

ES

E

Circuit logique actionnéW

WSeuil Trigger

S

W

ou

Ce montage ne génère pas en fait d'impulsion nouvelle, mais il permet de retarder un peu

les fronts avant et arrière du signal E. Remarques: W peut s'utiliser tel quel sur des entrées sensibles sur niveau. Par contre même pour des retards faibles voisins de 100ns environ, la porte Trigger

(inverseuse) est nécessaire pour remettre le front en forme (le signal W risque sinon de ne pas présenter des fronts suffisamment raides pour actionner une entrée sensible sur fronts).

6.3. Monostables réalisés à partir de portes. Pour obtenir des impulsions de durée plus longue, et plus précise, ou réglables, ou de durée

supérieure à l'impulsion d'entrée, on doit utiliser des portes supplémentaires à défaut de circuits plus performants.

On choisit ici des portes NAND (des montages analogues à NOR existent).

6.3.1. Montage générant des impulsions de durée inférieure à celle d'entrée:

E

E

WSeuil porte

S

WS

W'

W'

Le front montant de E génère une impulsion en logique négative sur S. Si on utilise

comme inverseur après l'intégrateur RC un Trigger, on peut générer facilement des impulsions de durée quelconque , mais obligatoirement < à la durée de l'impulsion E.

(Si E repasse à 0 avant, S est forcé à 1 et le circuit ne fonctionne plus en monostable !)

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6.3.2. Montage pouvant générer des impulsions de durée supérieure à celle d'entrée:

R

C

ES

W

Seuil porte

vers niveau bas

θ

W

E

VRVR

θ

Vers niveau bas

ST

00

1

Les deux impulsions, en E et en S sont en logique négative (actives à 0) (un circuit

réalisé avec des NOR pourrait travailler en logique positive). Selon la valeur du seuil, T va de 0,6RC à 1,4 RC (environ 1,2RC sur la figure, un calcul

exact est possible en prenant les équations des exponentielles, avec les valeurs exactes des niveaux haut et bas et du seuil).

Le rebouclage de S vers l'entrée de la porte permet de générer des impulsions de sorties >> que celle d'entrée. Le montage marche très bien pour des impulsions longues sans trigger du fait de la réaction de la sortie sur l'entrée qui provoque justement un effet trigger !.

Si l'impulsion E à une durée > T, le signal S ne change pas, seule la seconde évolution exponentielle de VR est retardée, W repassant à zéro seulement lors de la remontée de E.

6.3.3. Temps de "recouvrement" . Les circuits précédents ne peuvent être redéclenchés pour générer une impulsion nouvelle

que si ils sont revenus dans leur état de repos ( fin de la seconde exponentielle). On peut accélérer ce temps de recouvrement (appelé aussi temps de récupération par une simple diode placée dans le bon sens aux bornes de R, diminuant ainsi fortement la constante de temps de la seconde exponentielle).

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6.4. Monostables de précision en circuits intégrés. On trouve dans le commerce des circuits intégrés contenant 1 ou 2 monostables (LS123 en

TTL, et 4538 en HCMOS par exemple, cf. annexes). Ils possèdent généralement des entrées sensibles sur front montant ou descendant, un réseau RC extérieur assure la durée de l'impulsion (un générateur de courant variable à la place de R permet de faire varier le durée de l'impulsion). On trouve R et C par des abaques pour de faibles valeurs de la durée générée, puis sous forme d'une formule approchée.

Certains circuits assurent les deux modes de fonctionnement : Non redéclenchable : ils ne peuvent être redéclenchés tant que l'impulsion générée n'est

pas terminée, un temps minimum de récupération est même nécessaire. C'est le cas de tous les monostables étudiés précédemment.

Redéclenchable: ils se redéclenchent même si l'impulsion générée n'est pas terminée,

pour une durée identique, le signal de sortie restant actif. Si la période des impulsions de déclenchement est < à la durée générée, la sortie reste active en permanence. On peut ainsi différencier deux fréquences différentes, détecter la présence d'impulsions sur une ligne ....

6.5. Génération d'impulsion à la mise sous tension Il est souvent utile de générer à la mise sous tension d'un appareil une impulsion pour

remettre à zéro ou charger une valeur dans un registre ou compteur. Dans tous les systèmes informatiques et les appareils comportant un microprocesseur, une

impulsion au démarrage initialise les circuits et lancer le processeur sur le programme de démarrage.

Selon les besoins des circuits, on peut créer un simple signal retardé V1 à front non remis

en forme, un signal retardé V2 remis en forme, ou une impulsion V3. Ici V1 et V2 pourraient

actionner une entrée type Reset , V3 activerait une entrée type Reset .

L'alimentation Vcc doit

être suffisamment établie lors de la fin de V1 et V2, ou lors de l'apparition de V3 (valeurs correctes pour RC).

t

Vcc

AlimentationGénérale

Vcc v1 v2

Trigger éventuel

v1

seuil trigger

v2

monostableéventuel

v3

t

v3

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6.6. Astables à portes logiques.

6.6.1. A réseau RC Lorsqu'une précision de quelques % est suffisante, (avec Vcc stable):

6.6.1.1. Montage à trigger

Validation= 1

Vc

S départ quelconqueVc

seuil 1

niveau haut

niveau bas

seuil 2

R C

S

T1 T2

T

La fréquence de récurrence peut se calculer exactement, sur la figure on devine son ordre

de grandeur : fT T RC

=+

≈1

1 21

1 5, ( dépend des seuils et des niveaux haut et bas).

6.6.1.2. Montage à portes

S

R

C

Validation= 1

W

v Wniveau haut

niveau basseuil

RC

v et S

Pour le dessin de la figure, on voit que l'ordre de grandeur de f est de

12RC

.

Pour ce circuit ainsi que le précédent on peut arrêter l'oscillation en mettant à zéro le signal de validation, mais attention , au redémarrage, la première période de S sera plus longue, ce qui n'est pas forcément un inconvénient.

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6.6.2. A Quartz. Les circuits précédents permettent une stabilité de la fréquence de quelques %. L'utilisation

d'un quartz permet des précisions de 10-6 et plus., dans une grande gamme de température. • Astable à quartz réalisé avec un inverseur HCMOS (ou NAND). La forte résistance Rf de quelques MΩ provoque une contre réaction et permet à la porte

HCMOS de travailler en permanence en amplificateur linéaire à fort gain, et l'ensemble forme alors un oscillateur "Pierce" (ne pas remplacer la porte par un inverseur TTL !!; la CMOS standard peut osciller vers 1MHz, la HCMOS est nécessaire pour des fréquences supérieures). La résistance R1 limite le courant dans le quartz et assure une meilleure précision de celui-ci. En modifiant C1 et C2 on peut "ajuster" la fréquence d'oscillation ( variation relative possible < 10-6 ).

Le montage oscille sans problèmes avec les valeurs indiquées pour des Quartz de 1MHz à 4MHz. Les formules permettant de calculer les éléments de cet oscillateur figurent dans l'annexe sur le circuit intégré HC4060, on pourra s'y reporter par curiosité...

validationHCMOS

Rf~10MΩ

R1~1,2kΩ

C1=22pf C2=33pF

Quartz, fréquencesclassiques:1Mhzou 1,024Mhzou 2,048Mhzou 4Mhzou 4,096Mhz

S

6.6.3. Astable et diviseur intégré: le HC4060. Pour obtenir soit une fréquence basse soit toute une série de fréquence, on utilise souvent

des diviseurs, le plus classique est le diviseur binaire asynchrone 14 bits HC4060, qui possède en effet en plus des portes logiques pour réaliser l'astable à réseau RC ou l'astable à quartz précédent. Toutes les sorties ne sont pas accessibles (Q1, Q2, Q3, et Q11 ne sortent pas du boîtier).

Par exemple à partir d'un quartz 4096kHz, la sortie Q12 fournit 1kHz. On peut ajouter des diviseurs par 10 successifs pour fournir 100Hz, 10 Hz....

Se reporter à l'annexe.

6.7. Autres astables On peut en réaliser à partir d'ampli-opérationnels, ou de monostables rebouclés. Il existe

aussi des circuits intégrés pouvant travailler en astable ou en monostable suivant le câblage. Etc....

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