LES TESTS AVEC UN OSCILLOSCOPE

Normalement vous n'avez pas besoin d'utiliser un oscilloscope pour mettre au point Audine. Les informations ci-après s'adressent donc surtout aux spécialistes, curieux d'observer le fonctionnement intime de leur caméra.

Les oscillogrammes qui illustrent ce chapitre montrent l'allure des signaux à quelques endroits stratégiques du circuit électronique. Pour les produire, il est nécessaire de lancer des commandes spéciales depuis le mode console du programme PISCO. Deux commandes sont utilisées, TEST et TEST2 :

La commande TEST [NOMBRE]

La commande TEST2 [NOMBRE] Les deux figures suivantes montrent l'allure du signal vidéo pour deux niveaux d'éclairement après le condensateur de couplage C1, sur la broche 3 du circuit U6 (le quadruple amplificateur AD713). Pour visualiser ces oscillogrammes vous devez lancer la commande TEST2 depuis la console de PISCO.

Nota : Il est extrêmement dangereux d'observer le signal vidéo directement à la sortie du CCD, sur sa pin 2. En effet, le moindre court-circuit de cette broche avec une de ses voisines aurait de très bonnes chances de détruire l'amplificateur du CCD. Ne relevez le signal vidéo dans ces conditions qu'avec d'infinies précautions et en cas d'extrême nécessité. En mesurant le signal vidéo après la capacité de couplage C1, comme préconisé ici, vous protégez l'amplificateur de sortie du CCD de manipulations accidentelles qui conduiraient à un court-circuit fatal.

Le signal vidéo sur la broche 3 du circuit U6 (entrée de la chaîne d'amplification). Le CCD est éclairé de manière à ce que les pixels soient pratiquement saturés. L'oscillogramme du haut (canal 1) est un signal de synchronisation qui est pris sur la broche 1 du circuit U4 (MAX333A). Il s'agit du signal de commande P3, qui sert à produire les horloges H1 et H2 du CCD. L'oscillogramme du bas (canal 2) est le signal vidéo proprement dit. On distingue parfaitement le palier de Reset, le palier de référence et le palier vidéo (celui qui a le niveau le plus bas). La petite flèche précédée d'un 2, sur le côté gauche de l'image, indique le niveau du potentiel de masse. On peut voir qu'après le condensateur de couplage C1, la moyenne du signal vidéo est quasiment nulle. Il faut aussi remarquer que le niveau du palier vidéo par rapport au potentiel de masse est négatif.
Ces oscillogrammes sont équivalents à ceux de la précédente figure, mais cette fois le CCD est pratiquement plongé dans l'obscurité. Le niveau du palier vidéo s'approche du niveau du palier de référence, mais tout en restant négatif par rapport à la masse.
 
Les figures qui suivent montrent un gros plan sur le signal vidéo en fonction de l'endroit où on le mesure dans la chaîne d'amplification. C'est toujours la commande TEST2 qui est utilisée pour cela.
 
Le signal vidéo sur la broche 3 de U6, c'est à dire avant amplification. L'éclairement du détecteur est tel que le signal occupe environ la moitié de la dynamique utile. En examinant le code de la routine TEST2 vous constaterez que la durée du palier de Reset est l'équivalent d'une instruction assembleur OUT, alors que pour les paliers de référence et vidéo la durée est équivalente à 3 instructions OUT (l'échelle horizontale est de 2 microsecondes par carreau).
 
Le signal sur la broche 1 de U6, soit après une amplification d'un facteur 15 environ. La limitation en produit "gain - bande passante" de l'amplificateur est à l'origine du lissage des fronts d'horloge. On note que les paliers de référence et vidéo sont établis au bout de 2 microsecondes environ. Il faudra donc attendre au moins ce temps, pour par exemple numériser le palier vidéo après le front montant du signal de commande P3.
Le signal sur la broche 7 de U6. L'allure du signal est très proche de celle de la figure précédente, en effet le gain de l'amplificateur suiveur du circuit de clamp est unitaire et la bande passante maximale. Remarquez que le top de clamp n'est pas produit par la routine TEST2. Le condensateur de clamp C25 peut donc être vu comme une simple capacité de liaison de plus. Le signal a donc toujours un niveau moyen nul.
 
Le signal vidéo sur la broche 8 de U6. Il a transité par le dernier étage d'amplification qui est monté en inverseur de gain unitaire, d'où le redressement du signal vidéo. A présent, le palier vidéo a un niveau positif par rapport à la masse.

Les figures ci-après montrent le signal vidéo observé au moment de la lecture du CCD en binning 1x1. Pour l'observer, il suffit de lancer une pose de 0 seconde depuis l'interface graphique de PISCO ou d'exécuter la commande GLP 0 depuis la console puis d'attendre que le statut LECTURE s'affiche.

Le signal vidéo sur la broche 7 de U6 alors que le circuit de clamp est actif. Le signal de synchronisation est le signal P3. Vérifiez que le clamp a amené le niveau du palier de référence au potentiel de la masse (la flèche précédée du 2 sur la gauche du cadre). Vous pouvez mesurer sur cette figure la fréquence point du signal vidéo dans Audine lorsque celui-ci est numérisé. On trouve environ 26 Khz. L'allongement du palier vidéo par rapport aux autres paliers est en partie dû au temps de conversion du CAN et au temps de transfert vers l'ordinateur qui en résulte.
 
Le signal vidéo observé dans les mêmes conditions que dans la figure précédente, mais cette fois, en binning 2x2 (remarquez l'allure de l'horloge P3). L'effet d'accumulation des charges est bien visible dans le signal vidéo (le décrochement du palier vidéo dont l'amplitude est doublée en final).
Même chose que pour la figure précédente mais avec un binning 4x4.

Les oscillogrammes suivants montrent la synchronisation de certaines horloges.

 
En haut, l'horloge de commande P3 (équivalente, à l'amplitude près, à l'horloge H1 appliquée sur la broche 7 du CCD). En bas, l'horloge R mesurée sur la broche 5 du CCD. La commande TEST2 a été utilisée pour produire cet oscillogramme.
Phasage du signal R/C (début de conversion du CAN ), pris sur la broche 24 de U5 (en haut), par rapport au signal vidéo (en bas). Notez que l’on attend environ 6 microsecondes avant de déclencher la numérisation après l'apparition du signal vidéo afin de lui laisser le temps de s'établir correctement.
 
Position du top de clamp par rapport au palier de référence. Le top est pris sur la broche 11 de U4 (signal P5). Le top arrive 7 bonnes microsecondes après pour être sûr de l’établissement correct du palier de référence. Le signal vidéo est pris sur la broche 7 de U6.
En utilisant la commande TEST2 de PISCO et le signal P1 comme synchro vous pouvez observer l'ensemble du signal vidéo correspondant à une ligne de l'image. Le signal vidéo (en bas) est mesuré sur la broche 7 de U6 et il est synchronisé par le signal P1 (en haut), relevé sur la broche 1 de U5. L'aspect arrondi du signal trahit un éclairement non uniforme du CCD lors de la prise de vue (un bout de ruban adhésif noir était collé pour l'occasion sur la vitre du CCD,  ce qui avait pour effet d'amener de la lumière en plus grande quantité sur les bords du CCD qu'au centre).
 
Détail de la figure précédente, autour de la fin de la lecture d'une ligne vidéo et du début de la lecture de la suivante. On note la double impulsion du signal P1 qui est l'image de l’horloge V1 (à l'amplitude près). Les pixels masqués, ou non reliés électriquement, sont très bien  visibles en début ou en fin de ligne.
 
Cet oscillogramme montre le signal vidéo (pin 7 de U6) en début de ligne image, mais sur une étendue plus large que dans la vue précédente et alors que l'on procède à la numérisation standard en binning 1x1. Lancez pour cela une pose dans une pénombre bien prononcée et examinez le signal vidéo lorsque le statut LECTURE apparaît à l'écran (vous avez alors une quinzaine de secondes pour l'analyser). La fin de la ligne précédente se caractérise par une lecture à haute cadence du registre horizontal, sans numérisation. Si vous jetez un coup d'oeil sur les fonctions de lecture du CCD bas niveau vous constaterez que cette phase correspond à un cycle de nettoyage du registre horizontal avant que celui-ci ne reçoive le contenu de la ligne image suivante. Au début de la ligne lue, on élimine rapidement les premiers pixels qui n'ont pas d'intérêt pour nous, et ce n'est qu'ensuite que la numérisation proprement dite des points image est réalisée.
On voit ici le signal vidéo en début de ligne alors que des cycles de nettoyage du CCD sont en cours (cela se produit lorsque le statut RAZ apparaît à l'écran). Notez qu'on accumule 4 lignes image dans le registre horizontal avant que celui-ci ne soit lu, et ce pour accélérer la procédure.

Les figures suivantes montrent l'allure des fronts des horloges appliquées au CCD.

 
Temps de montée de l'horloge H1 (en bas) mesuré sur la broche 7 du CCD (celui-ci est bien sûr en place). On relève un temps de montée de 90ns environ. Le signal de synchronisation est la commande P3 (broche 1 de U4). La commande TEST2 a été utilisée pour produire cet oscillogramme.
 
Le front descendant de l'horloge H2 observé sur la broche 8 du CCD (temps de descente de 80 ns). Le signal de synchronisation  est le même que pour la figure précédente, ce qui permet d'analyser la position de croisement des horloges H1 et H2. Celui-ci se produit approximativement à la mi-hauteur de l'amplitude de ces horloges, ce qui est optimal. On peut noter le retard de H2 par rapport à P3, dû à la propagation des signaux dans le MAX333A.
Le temps de montée de l’horloge V1 (broches 22, 21, 16 et 15 du CCD). Il est de l'ordre de 1ms. La synchro est le signal P1 relevé sur la broche 1 de U5. On utilise la commande TEST pour produire cet oscillogramme.
Temps de descente de l’horloge V2 (broches 20, 19, 18, 17 du CCD). Le signal de synchro est P1 (le même que pour la figure précédente). Remarquez comment les horloges V1 et V2 se croisent en comparant avec la figure précédente.
En haut le signal C1:2 (de type TTL) en provenance du PC alors que le câble de liaison PC / Caméra a une longueur de 5 mètres. En bas, ce même signal, mais après son transit au travers du trigger 74HCT14 (relevé sur la broche 4 de U1). Le trigger redonne des fronts raides aux signaux de commande provenant du port imprimante du PC.