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]
Cette commande exécute un nombre de cycles de transfert Zone
image / Registre horizontal égal à la valeur du paramètre
NOMBRE. A chaque cycle voici
la séquence d'instructions qui se déroule (pour des explications
complémentaires, cliquez ici) :
_asm
{
mov dx,base
mov al,11111011b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
mov al,11111010b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
mov al,11111001b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
mov al,11111010b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
mov al,11111011b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
out dx,al
}
Le code actionne les horloges V1 et V2, qui assurent le transfert des
charges dans la zone image. Comme ce code est très court, il s'exécute
très brièvement, aussi, pour pouvoir observer suffisamment
longtemps les horloges V1 et V2 avec l'oscilloscope, vous devez donner
à l'argument NOMBRE
une forte valeur. Par exemple, vous lancerez :
TEST 10000
La commande TEST2 [NOMBRE]
Cette commande exécute NOMBRE
cycles de lecture rapide du CCD. A chaque cycle le code suivant s'exécute
:
for (i=0;i<521;i++)
{
zi_zh(base);
for
(j=0;j<790;j++)
{
_asm
{
mov dx,base
mov al,11110111b
out dx,al
mov al,11111111b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
mov al,11111011b
out dx,al
out dx,al
out dx,al
}
}
}
Toutes les horloges qui commandent le CCD sont activées par ce
code (horloges V1, V2, H1, H2, R). La commande TEST2 est particulièrement
appropriée pour examiner de près l'allure du signal vidéo
au niveau du pixel. Par exemple pour observer 3 trames successives vous
lancerez :
TEST2 3
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.