4.1 Description de la nouvelle architecture
Nous proposons Figure 105 une nouvelle architecture de système d’échantillonnage, basée sur le principe du « picoscope » et adaptée à un fonctionnement répétitif. La ligne de propagation est scindée en deux lignes de cinq voies d’échantillonnage. L’amplificateur d’entrée a la charge de recopier le signal à analyser sur les deux lignes de propagation. Les deux sous-systèmes ainsi créés sont déclenchés tour à tour en opposition de phase.
Signal à analyser 50 Ω 4 GHz τ τ Ligne de transmission τ τ 1 2 3 4 5 τ τ τ τ 6 7 8 9 10 50 Ω
Cette architecture tire profit des conclusions de l’étude système que nous avons menée précédemment. En premier lieu, concernant le jitter, chaque sous-système possède sa propre structure de déclenchement à cinq voies d’échantillonnage. Les deux structures sont déclenchées de façon totalement indépendante l’une de l’autre. Ceci nous permet de réduire le jitter de cette architecture au niveau de celui d’une architecture à cinq voies d’échantillonnage.
De même, chacune des deux lignes propage le signal à analyser pour cinq voies d’échantillonnage. Par rapport à l’ondulation on se retrouve donc dans le cas d’un tronçon de ligne à cinq voies d’échantillonnage sans avoir recourt à un amplificateur régénératif. On évite ainsi la dégradation du signal apportée par cet élément.
Seule la conception de l’amplificateur d’entrée reçoit des contraintes supplémentaires car il doit présenter deux sorties différentielles.
4.2 Synchronisation de cette architecture
Position sur la ligne temps Voie 1 Voie 2 Voie 3 : déclenchement d’ouverture : déclenchement de fermeture : échantillonnage : fermeture : déclenchement d’ouverture : déclenchement de fermeture : échantillonnage : fermeture Voie 4 Voie 5 Voie 6 Voie 7 Voie 8 Voie 9 Voie 10 0
Le diagramme espace-temps de cette nouvelle architecture est représenté Figure 106. Dans un premier temps, ce diagramme nous permet de vérifier que le système présente un fonctionnement correct, c'est-à-dire qu’il prélève bien tous les échantillons et qu’aucun n’est prélevé deux fois. On vérifie en effet que les échantillons 1 à 5 sont prélevés sur le premier sous-système, et les échantillons 6 à 10 sur le deuxième. Le fonctionnement étant cyclique, on revient au premier sous-système pour les échantillons 11 à 15 et ainsi de suite.
On observe aussi que les signaux de déclenchement des deux lignes sont les mêmes mais en opposition de phase. Une seule horloge différentielle permet donc de piloter les deux lignes car il suffit d’inverser les deux voies différentielles sur un sous-système par rapport à l’autre.
Enfin, on constate que l’ordre de sortie des échantillons n’est pas forcément respecté. Dans le cas représenté Figure 106, le sixième échantillon, par exemple, est prélevé par la voie 6 avant que le cinquième échantillon ne soit prélevé par la voie 5. Pour faciliter la quantification des échantillons, la solution envisagée est de fournir en sortie du système d’échantillonnage à la fois le train d’échantillon et l’horloge de synchronisation.
4.3 Choix de conception
• Pourquoi se limiter à deux lignes de propagation ?
Plusieurs raisons nous poussent à limiter le nombre de lignes. D’abord du point de vue de la position relative des différents éléments, l’entrelacement de deux lignes d’échantillonnage ne pose aucune difficulté supplémentaire. On peut alors facilement conserver l’alignement entre les lignes de propagation du signal à analyser et du signal de déclenchement. Si on augmente le nombre de lignes d’échantillonnage, on est amené à croiser les lignes du signal à analyser et du signal de déclenchement.
De plus, les signaux de déclenchement pour deux lignes de propagation sont issus de la même horloge différentielle dont les deux voies sont inversées. Aucun composant n’est donc nécessaire pour déphaser ces signaux. Cette simplicité présente un net avantage pour la réduction du jitter qui serait considérablement dégradé par l’introduction d’un déphaseur.
Enfin, dix voies d’échantillonnage sont suffisantes. Ce nombre se prête mal à une division par trois ou quatre et dans ce cas il serait nécessaire d’augmenter le nombre de voies d’échantillonnage ou d’avoir des lignes déséquilibrées. Ces deux situations ne sont pas souhaitables. La première en effet nous oblige à utiliser un plus grand nombre de convertisseurs analogiques-numériques (mais qui peuvent alors travailler à plus basse fréquence). La seconde situation rend plus complexe la génération des signaux de déclenchement et le calibrage.
• Pourquoi déclencher les sous-systèmes l’un après l’autre ?
Nous n’avons en effet proposé qu’une méthode d’entrelacement des deux lignes d’échantillonnage : le déclenchement tour à tour. Dans cette situation les échantillons sont prélevés cinq par cinq sur chaque sous-système ; sur un cycle les cinq premiers échantillons sont prélevés sur le sous-système de droite et les cinq suivants sur celui de gauche.
Conceptuellement, on peut envisager un autre type de déclenchement : prélever les échantillons un à droite puis un à gauche et ainsi de suite. Pour ce mode de fonctionnement, il faut décaler de 25 ps le déclenchement de la deuxième ligne par rapport à la première et doubler la valeur des retards de la structure de propagation (qui passe alors à 50 ps). Le premier sous-système prélève alors les échantillons impairs et le second les échantillons pairs.
Cette deuxième solution n’a pas été retenue car elle présente un inconvénient majeur pour le jitter. En effet, comme on a doublé la valeur des retards, le jitter de ces circuits est multiplié par racine carrée de deux. Ceci conduit à une augmentation importante du jitter du système, de l’ordre de 25 % si on reprend les valeurs de l’étude précédente (cf. étude du jitter partie B - I - 2).