Trigger de Schmitt et sortie pulsée

[Gri Pale]

Bien le bonjour à vous !

Cela fait quelque temps que je fais partie de cette masse obscure et silencieuse qui parcourt les différents sujets de ce forum.
Et votre aide est très précieuse, je pense notamment à la FAQ électronique densément renseignée, qui permet une lecture à plein de niveaux, je vous dis merci !
C'est pourquoi aujourd'hui, je saute dans le grand bain, j'me permets d'ouvrir un p'tit sujet sur un problème que je rencontre actuellement, peut être que ça servira !

Avant de partir dans des considérations techniques assommantes, une petite contextualisation s'impose : (et désolé si elle n'est pas exhaustive, je ne peux renseigner certains aspects techniques en raison des diverses clauses de margoulin que j'ai naïvement signées ...)
- pour la conception de capteurs d'instrumentation, j'utilise un Trigger de Schmidt inverseur en lieu et place d'un comparateur (notamment pour éviter le multibasculement).
- mais ce Trigger n'est pas utilisé pour faire du TOR. (à comprendre avoir + ou - Vsat en sortie)

Non, pourquoi faire simple quand on peut faire compliquer ??

Ce Trigger, sert à discriminer plusieurs tension d'entrée, je m'explique car ça devient nébuleux :
La tension en entrée du Trigger (sur la patte -) sera une pulse fournie par un condo (décharge exp décroissante, charge ln), qui sera variable en amplitude. Donc la vitesse à laquelle les seuils du Trigger va changer, si Ve présente une amplitude grande, les seuils seront atteints "moins rapidement" que pour une pulse d'amplitude plus faible.

Et voilà ce que je voulais en faire : prendre un AOP dont la vitesse de transition (SR, Ton, Toff) ne permette pas d'atteindre la valeur de saturation et donc de générer artificiellement une pulse en sortie.
C'est-à-dire, que tant que Ve est en dessous d'une amplitude max, les seuils seront dépassés si vite, que le Trigger n'ait pas le temps de passer à la saturation, positive notamment. Grâce à ce fonctionnement, la sortie du Trigger serait une pulse dont l'amplitude dépendrait de la valeur "qu'il a eu le temps d'atteindre" avant de repasser à -Vsat.

En pratique, j'ai réalisé un prototype et bien évidemment, ça ne fonctionne pas, j'peux vous donner le modèle choisi, àa mange pas d'pain, c'est le fameux TLC272. En sortie, j'ai bien le résultat classique d'un Trigger, des signaux tout plats qui basculent uniquement de +Vsat à -Vsat. Tandis que, comme bien souvent, sur les simulations (réalisées sous LTSpice), tout va pour le mieux dans le meilleur des mondes.

Je pense notamment au côté artisanal de mon proto qui par les temps de propagation, par exemple, m'empêcherait d'observer ce phénomène. Enfin, ce n'est qu'une piste et c'est pourquoi aujourd'hui je me tourne vers vous.

Cette utilisation du Trigger est-elle plausible ? Y aurait-il un détail auquel je n'ai pas pensé ? Avez vous déjà utilisé un Trigger pour ce type d'application et si oui, recommanderiez vous un modèle spécifique d'AOP ? En vous priant de bien vouloir pardonner si certaines questions sont triviales, je suis encore un jeunot de l'électronique.

J'imagine bien qu'il y a des manières bien plus "élégantes" de discriminer des pulses analogiquement (écrêteur, pour ne citer que lui) mais je voulais explorer les possibilités du Trigger,

En vous remerciant par avance et en vous souhaitant une agréable journée,

Gri Pale
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[DAUDET78]

Bonjour Gri Pale et bienvenue sur FUTURA
Je n'ai pas bien pigé ce que tu voulais faire .....
Le mieux, si tu as une simulation (qui a l'air de te convenir) donne une copie écan du schéma et de la simulation

Par contre, tu prononces une phrase qui me choque :

j'utilise un Trigger de Schmidt inverseur en lieu et place d'un comparateur (notamment pour éviter le multibasculement).

Un comparateur peut parfaitement être câblé en trigger de Schmitt ! Il suffi de faire une réaction positive sur l'entrée In+
Avec l'avantage d'avoir des seuils de basculement très précis (et calculable. Contrairement à un 74HC132 dont on sait seulement que le seuil en montant est plus haut que le seuil en descendant)

[Gri Pale]

Bonjour DAUDET78, merci !

J'ai une simulation oui, mais concernant les schémas je ne peux malheureusement pas les divulguer, je suis encore inexpérimenté et me suis fait entuber par les clauses de confidentialité, j'étais trop impatient... (stage PFE ingénieur)

Simu_IN.jpgSimu_OUT.jpg

Sur ces simulations, on peut voir :
Dans le premier fichier, ce sont mes 3 tensions d'entrées (sur l'inverseuse) avec 3 amplitudes légèrement différentes.
En sortie, ce sont les 3 tensions V_out en sortie du Trigger, elles correspondent respectivement aux 3 amplitudes d'entrée.
On observe que 2 amplitudes présentent des seuils dépassés suffisamment vite, de telle sorte que le Trigger "n'a pas le temps" d'atteindre +Vsat. L'amplitude de la sortie est donc la valeur qu'il "a eu le temps d'atteindre" avant de rebasculer à -Vsat. La dernière courbe, celle d'amplitude 880 mV est celle où l'AOP a eu l temps de saturer, et il reste bien à sa valeur +Vsat (880 mV, ouf c'est rassurant !)

Je ne sais pas si c'est assez explicite, n'hésite pas à me faire répéter si c'est nécessaire, c'est que je m'exprime mal ^^'

Et oui, je suis d'accord avec toi, un trigger est parfaitement utilisé en comparateur, j'ai été trop vite en besogne. Je voulais dire, utiliser un trigger pour faire une comparaison, au lieu d'utiliser un comparateur à seuils standard.

En effet, (ce n'est pas pour toi mais pour d'autres qui pourraient se demander pourquoi), les seuils de comparaison du trigger sont fournis par la contre réaction et non directement par l'entrée. C'est la grande différence avec les comparateurs à seuil. Mon signal étant de très faible puissance (uA pour dizaines de mV), le S/N est particulièrement délicat. Donc, si j'utilisais un comparateur à seuil, le bruit d'entrée suffirait à faire basculer ma sortie, c'est pour cela que je préfère le trigger.

Ce que je veux faire en gros, c'est pouvoir amplifier la différence d'amplitude très faible des Ve et m'en servir comme mesure. Le trigger, par comparaison en basculant à +Vsat me permet d'amplifier ces différences sans introduire de bruit (ce qui est une des problématiques de mon sujet, instrumentation oblige). Et le fait de le refaire basculer avant d'atteindre +Vsat me permet en plus d'obtenir une sortie qui n'est pas de type tout ou rien mais qui rend bien compte des différences d'amplitude entre les signaux d'entrée,

Je reste disponible pour d'éventuels retours,

Bien à vous,

Gri Pale

[DAUDET78]

Sans voir encore ta P.J.

Ma boule de cristal pense que ton signal, c'est des pulses provenant d'un scintillateur et que tu veux transformer l'amplitude en durée afin de ne pas perdre de comptage de particule si il y en a deux (ou trois) qui arrivent en même temps.

Perso, je pense que la méthode n'est pas viable.

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAUDET78]

On voit rien sur tes pulses d'entrée . Pour ta simulation, tu mets 5 pulses avec une amplitude, puis 5 pulses avec une autre amplitude et enfin 5 pulses avec encore une autre amplitude

[Gri Pale]

Haha ma parole, j'aurai bien aimé travailler sur ces belles bestioles !

Malheureusement ce n'est pas aussi reluisant que ça ^^ Ce signal est, grosso modo, l'intégration d'un courant de photodiode Qui présente donc des variations très faible, puisque le courant varie de 3uA max, il faut donc les amplifier sans les amplifier

Le test pratique démontre bien les limites de viabilité de ma méthode, c'est pourquoi je préférais avoir un retour expérimenté avant de changer l'usine à gaz, merci

Concernant la simulation, oui ce sont bien des séries de (5) pulses qui présentent des amplitudes très légèrement différentes (pour les Vin). Les Vout sont les 3 séries de pulse en sortie du trigger qui correspondent aux 3 série de pulses d'entrée très légèrement différentes.

On observe qu'une très légère différence en entrée induit une différence remarquable en sortie

[DAUDET78]

On observe qu'une très légère différence en entrée induit une différence remarquable en sortie

On ne voit pas les différences en entrée ..... ton image est un fouillis innommable .

[Gri Pale]

@DAUDET78,

Sur les fichiers de simu, les amplitudes différentes sont déjà représentées, ce sont les courbes de couleurs différentes. Chaque couleur correspond à une amplitude, pour la 1ère simu, la distinction n'est pas facile car les différences sont très faibles (qq mV).
Pour la correspondance, la courbe qui a l'amplitude la moins élevée en entrée (bleue) correspond à celle qui a également l'amplitude la moins élevée en sortie (verte), respectivement pour les autres.

Les couleurs induisent en erreur, je ne peux pas les contrôler directement,

Je vous fais un zoom pour les amplitudes en entrée :
Simu_IN_zoom.jpg

Et en sortie :
Simu_OUT_zoom.jpg

Gri Pale

[DAUDET78]

Comme on n'a pas le droit au schéma ..... que veux tu qu'on te dise !
On va en rester là .

[Gri Pale]

Ca roule, merci quand même d'avoir essayé,

J'suis désolé pour le schéma mais ça peut me poser des problèmes, et j'ai mon lot de lâcheté et d'égoïsme comme tout à chacun,

Pour moi faire de la recherche privée aussi c'est de l'aberration, à quel moment moi avec mon p'tit cerveau j'peux inventer quelque chose sans me baser sur des travaux que des personnes honorables ont rendu publique ?? C'est simple, ça n'existe pas, toute recherche (ne nuisant pas à l'intégrité physique ou mentale) devrait être open source.

Mais que veux tu, je suis jeune, inexpérimenté, et je prends conscience de mes erreurs haha !

En te souhaitant une bonne journée,

Grip Ale

[Antoane]

Bonjour,

Pour ma part, je n'ai toujours pas compris quel était le besoin.
Pourrais-tu ré-expliquer, en te concentrant sur les signaux d'entrée et de sortie (i.e. en laissant de côté les solutions techniques de résolution auxquelles tu as pu penser : comparateur à hystérésis, SR, temps de propagation, tension de saturation, etc.) ?
Pourrais-tu fournir un oscillogramme montrant :
- un signal d'entrée ;
- le signal de sortie correspondant ;
- les timing : quand le signal de sortie doit-il changer d'état ?
- les amplitudes : quelle doivent être les relations entre les différentes tensions du montage ?
Quelle est la dynamique de l’enveloppe du signal : est-il possible d'avoir un "petit" pulse suivant d'un "grand" ou la transition est-elle lente ? à quel point lente ?

Il faudrait également quelques notions de contexte : industrialisation, équipement de labo, etc.


Le SR d'un AOP, comme la plupart de ces éléments parasites, est mal défini et variable. Il n'est pas recommandé de baser son circuit dessus. On peut éventuellement ajouter un circuit externe faisant l'office.


> une pulse fournie par un condo (décharge exp décroissante, charge ln),
ou plutôt en 1-exp(.)

[Gri Pale]

Bonjour, merci pour le retour !

Je vais essayer d'être plus explicite mais j'en suis qu'à mon premier café x)
En entrée : Une photodiode qui délivre un courant variable, la plage de variation considérée est [0, 3uA]
L'objectif ? => Transformer ce courant en tension de telle sorte que l'on puisse facilement détecter des variations de l'ordre de 0.1 uA.
En sortie donc => Une tension image de ce courant.

Le problème suivant se pose : en intégrant le courant avec le condo, puis en le redressant par un pont +44 mV, comme tu peux le voir sur les simus précédentes, j'obtiens des pulses de cette forme que tu as bien fait de préciser : charge en 1-exp(), décharge en exp() décroissante

Ci-joint la transformation du signal, initialement voici typiquement le genre de courant délivré en entrée :
Pièce jointe 370851

Ce courant (1,6 uA) après intégration par un condo film polyprop de 47 nF puis redressé de 44 mV donne cette pulse (en vert, le bleu n'est que le 0uA intégré puis redressé de 44 mV) :
Pièce jointe 370852

Cette pulse vient sur le - du trigger inverseur.

Et en sortie du trigger, voici ce que j'obtiens :
pulsesortietrig.jpg

Sur cette simu, on constate que le trigger bascule bien vers le +Vsat, mais le +Vseuil est atteint avant qu'il n'ai le temps de le faire (lors que le condo se décharge) et rebascule donc à -Vsat.

Bien évidemment, j'ai choisi une valeur de courant qui donne des pulses ridicules haha, voici une autre série de pulse traitée avec cette fois, en entrée un courant non pas de 1.6 uA mais de 2,5 uA (+0.9 uA):
courant_entree2.jpg

Intégration puis redressement :
pulseintegree2.jpg

Et enfin, en sortie du Trigger :
pulsesortietrig2.jpg

On constate bien qu'une petite différence d'environ 1 uA provoque une différence en sortie de plus de 100 mV ! Ce qui permet une quantification très fiable.

Le problème c'est qu'avec mon proto, même avec un courant de 1.6 uA en entrée, le trigger a le temps de saturer et passe à +880 mV, je voulais savoir si justement c'est à cause de l'imprécision du SR ou de la loufoquerie de la méthode imaginée, ou encore à cause de la propreté indiscutable de ma carte artisanale ^^'

Concernant la dynamique : Les pulses de courant sont générées par une photodiode qui débute l'étage de réception. L'émission elle est de type très basique dans un premier temps : 1000 Hz, signaux carrés, rapport 1/2.
Enfin, oui, il est possible d'avoir une petite pulse de courant suivie d'une plus grosse ou d'une plus petite. Cette pulse de courant est ma grandeur mesurée. Celle qui est directement liée à ce que je souhaite analyser. Le reste c'est juste de l'acquisition pour avoir une détection fiable.

La période sera toujours la même : 1000 Hz. Il y aura bien un mode veille, ne paniquez pas, mais pour le moment, considérons que le système émet non stop à 1000 Hz et reçoit en conséquence.

Concernant le contexte, c'est de la recherche mais qui a pour objectif d'obtenir une architecture industrialisable (bonjour le pléonasme !), grosso merdo

En espérant que ces quelques infos vont aider,

-A, Gri Pale ;]

[Antoane]

Bonjour,

En entrée : Une photodiode qui délivre un courant variable, la plage de variation considérée est [0, 3uA]
L'objectif ? => Transformer ce courant en tension de telle sorte que l'on puisse facilement détecter des variations de l'ordre de 0.1 uA.
En sortie donc => Une tension image de ce courant.

Concernant la dynamique : Les pulses de courant sont générées par une photodiode qui débute l'étage de réception. L'émission elle est de type très basique dans un premier temps : 1000 Hz, signaux carrés, rapport 1/2.
Enfin, oui, il est possible d'avoir une petite pulse de courant suivie d'une plus grosse ou d'une plus petite. Cette pulse de courant est ma grandeur mesurée. Celle qui est directement liée à ce que je souhaite analyser. Le reste c'est juste de l'acquisition pour avoir une détection fiable.

La période sera toujours la même : 1000 Hz. Il y aura bien un mode veille, ne paniquez pas, mais pour le moment, considérons que le système émet non stop à 1000 Hz et reçoit en conséquence.

Les valeurs de courant en jeu, les fréquences, les résolutions demandées sont a priori tout à fait compatibles avec un montage à trans-impédance. Avec une résistance de 1 MOhm (ce qui fait un montage sans difficulté), par exemple, les 100 nA sont convertis en 100 mV, ce qui est aisément détectable. Sachant qu'ont peut aisément passer à 10 MOhm si besoin, voir davantage (jusqu'à au moins 10 GOhm avec un peu de travail) - attention alors à ne pas saturer la sortie de l'AOP.
Les principaux avantages d'un tel circuit seraient :
- tension aux bornes de la photo-diode constante, ce qui est un paramètre important pour maintenir la linéarité du montage (le rendement de la photodiode, son courant de fuite et sa capacité de sortie dépendent fortement de ces paramètres) ;
- mesure "immédiate" (i.e. pas besoin d'attendre l'intégration du courant) ;
- relative simplicité, amplifiée par le fait que tu te retrouve à utiliser des montages connus & classiques de l'électronique de signal, avec par conséquent une large littérature pour te supporter.

Si tu tiens vraiment à intégrer (mais cela ne me parait pas pertinent au vu des éléments que tu donnes), j'aurais: utilisé un compteur (i.e. un chronomètre) et un vrai intégrateur (pour que la tension aux bornes de la diode soit maintenue constante).
Le compteur serait démarré à l'arrivée du pulse et stoppé lorsque la tension de sortie atteindrait un certain niveau. La durée mesurée serait alors fonction de la valeur moyenne du pulse sur la durée d'intégration. C'est plus complexe à mettre en œuvre, pose des problèmes dus à la non-idéalité des formes d'ondes proche des transitions (sauf à utiliser un système de blanking, empêchant l'intégration pendant les premiers instants du pulse) et la durée d'intégartion, i.e. de moyennage dépend de l'amplitude du pulse, ce qui parait assez déraisonnable.
Sans compter qu'il faudrait prévoir une calibration si tu veux un minimum de précision sans acheter de condensateur hors de prix : la précision typique est de 10 %, on trouve difficilement mieux que 1%.

[Antoane]

Bonjour,

On constate bien qu'une petite différence d'environ 1 uA provoque une différence en sortie de plus de 100 mV ! Ce qui permet une quantification très fiable.

Fiable n'est très clairement pas le terme qui me vienne à l'esprit, même si je vois ce que tu veux dire.
Jouer sur les paramètres parasites non spécifiés d'un composant est risqué. En effet, les valeurs ne sont que très approximativement connues a priori, elles sont éventuellement variables (le temps de propagation d'un comparateur, par exemple, va dépendre du différentiel de tension entre les entrés, le SR d'un comparateur est inconnu (i.e. très fortement variable) puisque le composant n'est pas compensé, la température fait bouger tout ce qui n'est pas bien compensé, le temps (vieillissement) affecte certaines grandeurs). Tout ceci oblige à ajouter des circuits de calibration/compensation, dont la conception est d'autant plus difficile qu'il faut prévoir que les grandeurs puissent varier de beaucoup (e.g. +/- 100 ou 200 %), il faut avoir de bons modèles de composants, capable de reproduire précisément ce que tu veux observer (ce qui n'est pas évident puisque les modèles cherchent avant tout à reproduire les comportement "intéressants" d'un composant).

Le problème c'est qu'avec mon proto, même avec un courant de 1.6 uA en entrée, le trigger a le temps de saturer et passe à +880 mV, je voulais savoir si justement c'est à cause de l'imprécision du SR ou de la loufoquerie de la méthode imaginée, ou encore à cause de la propreté indiscutable de ma carte artisanale ^^'

Le paragraphe précédent donne quelques pistes mais il sera difficile d'aller plus loin sans schéma.
Tu peux chercher l'origine de l'écart en plaçant ton circuit dans des cas canoniques et en comparant diverses grandeurs du modèle et de la simulation.
Ceci dit, c'est long, assez complexe, sans certitude d'aboutir et, encore une fois, à mon avis peu pertinent. Je pense qu'il serait préférable de reprendre ton design.

[Gri Pale]

Re !

Merci pour ces précisions ! Je pensais que le SR de l'AOP était fixe puisqu'il est renseigné par les datasheet et dans les modèles il intervient comme grandeur. Apparemment, je me suis complétement planté ^^'

Concernant l'éventuel circuit de compensation et conditionnement, oui ça a l'air assez complexe, je ferai une brève étude dessus pour démontrer les limites de viabilité de cette méthode. (coûts + complexité)

Pour l'intégration par compteur, devant faire un système purement analogique, cela m'obligerait à mettre en cascade les fameuses bascules, et provoquerait un nombre trop important de composants (coût + encombrement)

Je vais me renseigner sur les montages transimpédance, si ça me permet d'obtenir des mesures facilement identifiables (oui, fiable n'était pas le bon terme ^^') ça serait niquel, merci beaucoup pour le conseil !
Le seul problème qui me vient à l'esprit tout de suite c'est que mon alim est issu d'un découpage à courant fixe (100 mA), ça va pas être trivial de fixer la tension è_é
Le p'tit avantage que j'ai c'est que le courant fixe n'est nécessaire que pour l'émission, à voir pour réaliser 2 alims distinctes. C'est vrai que la tension aux bornes est très importante pour la linéarité, j'avais oublié ce "léger" détail, car bien évidemment dans mes tests j'ai utilisé une alim de labo stabilisée, LOL !

Je vous tiendrai au courant de l'avancée du projet,

En vous souhaitant une chaleureuse journée,

-A, Gri Pale ;]