Le circuit développé se base lui aussi sur la comparaison de deux signaux générés à partir de la réponse de la photodiode. Cependant le traitement de ceux-ci est fondamentalement différent vis-à-vis de l’approche précédente, comme le montre la figure III-10.
Détection de l’impulsion
Dans un premier temps, l’impulsion lumineuse est amplifiée par un amplificateur large bande puis séparée par un splitter, comme dans le cas classique. Sachant que la forme de l’impulsion électrique est dans une large mesure toujours la même, le délai appliqué à l’un des signaux est réglé de manière à ce que le front montant de l’impulsion retardée croise le front descendant de l’impulsion transmise de manière directe. Ces deux signaux sont ensuite envoyés sans atténuation vers un comparateur ultra rapide. Dans cette configuration le passage à zéro du signal différentiel résultant est le plus franc possible et affiche un slew rate maximum mettant dans les meilleures conditions possibles le comparateur en matière de jitter. Le délai mis en place sur l’une des voies est généralement réalisé à l’aide de lignes à retard RC. Cependant, cette technique induit de fortes déformations et une diminution de la raideur des fronts du signal (Simpson, 1996). Pour éviter cela, le délai est ici réalisé grâce à un simple câble coaxial dont la longueur correspond au retard convenant à la forme de l’impulsion électrique. De cette façon, un délai pur et n’induisant aucun jitter est introduit sans modifier la forme ou l’amplitude du signal. Dans le système réalisé, la photodiode fournissant les impulsions est une photodiode AEPX65 de chez Centronic. Lors de l’excitation par le laser Ti:Al2O3 produisant des impulsions de 100 fs FWHM la réponse de la diode est quasiment gaussienne avec un temps de montée ainsi qu’un temps de descente de 600 ps. Un délai de 750 ps est donc introduit avant l’entrée non inverseur du comparateur en y ajoutant un câble coaxial 50 Ω de 15 cm de type RG178/U.
Circuit d’armement
Une autre spécificité de ce discriminateur à fraction constante est qu’il ne comprend pas de circuit d’armement. Ce circuit empêchant la sortie du déclencheur d’osciller à cause du bruit présent aux entrées du comparateur est remplacé par une fonctionnalité du comparateur utilisé. Le comparateur ultra rapide utilisé dans le
déclencheur, un ADCMP573 de chez Analog Devices, comprend des entrées de terminaison pour ses entrées inverseurs et non-inverseurs. Ainsi en appliquant un léger offset sur la terminaison de la sortie inverseur, on empêche le comparateur d’osciller si aucune impulsion n’est détectée. Cependant, cette solution n’est pas parfaite puisque l’offset qui est fixe et ne dépend pas de l’amplitude de l’impulsion implique directement un time walk qui sera caractérisé plus loin.
Bascule D
La sortie différentielle LVPECL du comparateur permet d’assurer un basculement rapide de ce dernier et d’optimiser la transmission des fronts rapides vers la suite du circuit. Les signaux de sortie du comparateur sont ensuite utilisés comme signaux d’horloge d’une bascule D qui est utilisée pour générer un signal carré. Cette bascule comprend elle aussi une sortie différentielle LVPECL dont l’une des voies est redirigée vers une ligne à retard puis vers l’entrée de reset prioritaire. De cette manière, la bascule passe sa sortie à un niveau haut au moment du déclenchement provenant du comparateur puis elle redescend d’elle-même à un niveau bas après une durée correspondant au délai introduit. Ainsi, un signal carré de largeur fixe est généré à chaque détection. De plus, le délai placé entre la sortie de la bascule et son entrée reset est lui aussi réalisé à l’aide d’un câble coaxial d’une longueur correspondant à une durée de 1 ns. En effet, comme expliqué dans le paragraphe suivant, il est crucial de générer des créneaux de largeur fixe pour permettre la génération d’un signal de déclenchement ayant un jitter le plus faible possible.
Etages de sortie
Dans la perspective d’utiliser ce discriminateur à fraction constante avec une caméra à balayage de fente, il paraissait intéressant de proposer un déclencheur permettant une utilisation en mode déclenché ainsi qu’en mode synchroscan. Pour cela, la sortie de la bascule D présentée précédemment est dirigée vers un splitter qui
alimente deux étages de sorties distincts. Le premier étage consiste simplement à une amplification du signal de sortie de la bascule générant alors un signal carré d’une amplitude de 2 volts. La sortie de cet étage peut être utilisée comme signal de déclenchement dans le mode déclenché de la caméra. Le deuxième étage consiste lui aussi à une amplification de la sortie de la bascule associée à un filtrage passe-bande. Ce filtre passe-bande, centré en 81 MHz, permet d’extraire du signal carré l’harmonique fondamentale et donc de générer un signal sinusoïdal à la fréquence du laser utilisé. Cet étage produit un signal de 6 dBm sur 50 Ω et peut être utilisé pour déclencher la caméra dans le mode synchroscan.
Adaptation
Enfin, les lignes de transmission doivent être adaptées sur 50 Ω pour éviter les effets de réflexion ou d’atténuation. Dès lors, dans le souci de garder des dimensions raisonnables vis-à-vis de l’épaisseur de la carte ainsi que de la largeur des pistes, un substrat PTFE (type téflon) a été choisi pour la réalisation du déclencheur. Ainsi, des lignes de 1,1 mm de large, 43 µm d’épaisseur et une hauteur de substrat de 380 µm pour un coefficient diélectrique de 2,2 permettent de s’assurer de la bonne adaptation des transmissions sur la carte.