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    Notes des auteurs ;   

       Cette page "Fonctionnement" n'a pas la prétention, ni la vocation d'être le recueil exhaustif des choix technologiques employés tout au long de la mise au point du présent dispositif. Une page seule n'y suffirait pas...
       En revanche, elle offre une vision globale du fonctionnement en faisant référence au schéma structurel, si le besoin s'en fait sentir...

    Synoptique de la carte fille Voie A ou Voie B :

    Description des différents étages participant à l'acquisition numérique du signal :

        Couplage AC, DC, GND   

    Le signal à observer sur l'écran de l'oscilloscope est appliqué sur le connecteur BNC référencé J1.     Selon les positions occupées par les relais K1 et K2, le signal emprunte soit le couplage alternatif AC soit le couplage direct DC.

    Si le couplage AC est sélectionné, la composante continue du signal est interrompue par la présence du condensateur de liaison C6. Toutefois, il est déconseillé d'utiliser le couplage AC pour visualiser des signaux à fréquence très faible (quelques hertz). En effet, C6 et la résistance d'entrée du montage (1Mohm) constituent un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure à -3dB avoisine les 2Hz. De cette constatation, un signal carré de quelques hertz subira une déformation trapézoïdale lors de son observation sur le graticule. Cette remarque reste valable quelque soit le type d'oscilloscope employé !

    En revanche, le couplage DC est à privilégier pour l'ensemble des mesures car il autorise la visualisation des composantes continues et alternatives d'un signal électrique sur toute la bande passante analogique de la carte fille.

    Enfin, le couplage GND assure deux fonctions. D'une part, il isole le connecteur BNC du reste de la carte fille et d'autre part, il relie en interne les étages d'entrée à la masse analogique de l'oscilloscope.     Le couplage GND permet par exemple de positionner la référence du zéro sur l'écran de l'oscilloscope sans avoir besoin de débrancher la ou les sondes d'oscilloscope.

 

        Atténuateur à décades :   

    Le signal analogique transite au travers d'un réseau de résistances à 0,1% réalisant un atténuateur de haute précision à deux décades regroupant les trois ratios suivants : 1:1, 1:10 et 1:100 pour une impédance globale de 1Mohm.
    Le ratio utilisé dépend de la position des relais K3 et K4 en prélevant une fraction ou la totalité de l'amplitude du signal analogique présent aux bornes du connecteur BNC, selon le calibre Volts/Div sélectionné par l'utilisateur.
    Le condensateurs variables C3 et C7 permettent de compenser la réponse en fréquence de l'atténuateur en fonction des capacités parasites induites essentiellement par la sonde d'oscilloscope.

 

        Compensation d'offset pour l'amplificateur U1 :  

    Le TEC Q1 (transistor à effet de champ) maintien l'impédance d'entrée à une valeur élevée de l'ordre du méga ohm. Les diodes D2 et D3 protégent la grille de Q1 des crêtes de tensions négatives trop élevées.

    La source de courant constant constituée par le TEC Q3 est chargée de compenser l'offset de l'amplificateur opérationnel U1 par l'intermédiaire de la tension constante engendrée aux bornes de la résistance R5. On considère le réglage du potentiomètre R15 optimisé lorsque les modifications du gain de l'amplificateur U1 n'introduisent plus de fluctuations dans le potentiel délivré en sortie de celui-ci PT2 (pour un couplage d'entrée en position GND).
    Il s'agit en fait d'appliquer une tension parfaitement adaptée à l'AOP en PT10 afin d'obtenir un niveau parfaitement stable en sortie PT2 quelque soit le facteur d'amplification de U1. Ce qui se traduit par une stabilité totale de la position de la trace sur le graticule.

 

        Amplification du signal :  

    Comme nous le disions au paragraphe précédent, U1 assure une amplification variable en fonction des calibres Volts/Div sélectionnés par l'utilisateur.
    Les relais K5 et K6 commutent sélectivement à la masse les résistances R19 et R20 afin de modifier le gain de l'amplificateur non-inverseur U1.

     La position verticale Y de la trace est réglable à partir d'une composante continue introduite par sommation sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel U1.
     Ainsi, en plus d'effectuer une amplification à gain variable, cet étage introduit une composante continue au signal incident de manière à déplacer verticalement la trace sur le graticule de l'oscilloscope.

 

        Adaptation du signal :

    Couplé à la diode D1, l'étage suiveur constitué par le transistor Q2 permet d'une part de supprimer la présence de potentiels négatifs et d'autre part de limiter sur son émetteur l'excursion du potentiel du signal à un maximum de 5V.

     De la sorte, quelque soit l'amplitude et la forme du signal appliqué sur le connecteur d'entrée BNC, l'émeteur de Q2  délivre l'image de ce signal en le transposant dans une fenêtre comprise entre 0V et +5V. On satisfait ainsi aux caractéristiques électriques d'entrées du convertisseur analogique numérique U2.

        Conversion analogique numérique du signal :

    Le TDA8703 de Philips référencé U2 est un convertisseur analogique numérique flash. Il ne lui faut que 16ns (en moyenne) pour délivrer en sorties D0 à D7 l'octet représentatif de l'échantillon du signal d'entrée appliqué sur sa broche 8.
    Les opérations de conversion sont effectuées au rythme des fronts montants de l'horloge CLK (broche 16)  interdépendante de la base de temps Time/Div de l'oscilloscope. L'entrée CE  (broche 22) permet d'activer ou désactiver (haute impédance) les sorties D0 à D7 en fonction du processus d'acquisition ou de restitution des données stockées en RAM (carte mère).

    Le potentiomètre R14 définit avec précision le quantum (résolution) du convertisseur 8 bits de manière à faire correspondre les 256 niveaux de l'échelle verticale du graticule à la valeur exacte du potentiel réellement appliqué à l'entrée du connecteur BNC.

    Enfin, le potentiomètre R7 équilibre les potentiels des sorties D0 à D7 du TDA8703 avec les potentiels requis par les circuits logiques TTL (carte mère) connectés au bus de données.




    Description des commandes logiques de la carte fille Voie A ou B :

        Contrôle des relais et des leds :

     Le circuit intégré PCF8574 de Philips référencé U4 est chargé d'effectuer l'ensemble des commutations de la carte fille Voie A ou Voie B en fonction des directives transmises par le bus I²C.

     A lui seul, le PCF8574 n'est pas en mesure de fournir le courant, ni la tension nécessaire à l'activation des différentes bobines des relais K1, K2, K3, K4, K5 et K6. Ainsi nous l'avons doté d'une série de huit transistors darlingtons réunis dans le circuit intégré ULN2803 référencé U3. Autre avantage, ce circuit comporte une diode de roue libre sur chacune des sorties à collecteur ouvert, nécessaire à l'évacuation de l'énergie emmagasinée par les bobines des différents relais.

    Les sorties Out 7 (broches 12) et Out 8 (broches 11) de U3 sont chargées de piloter les leds AC et DC disposées en façade lors de la mise en coffret.

    Enfin, le connecteur JP2 permet de différentier matériellement la carte fille Voie A de la carte fille Voie B.

        Table de vérité des relais et leds :

     avec 1 = relais Kx actif (Travail)  et  0 = relais Kx inactif (Repos)