Présentation générale, électronique

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Présentation générale

Le système de mesure comporte :

• une tête de mesure optique, afin de capturer l'intensité lumineuse des pixels


• un oscilloscope numérique pour visualiser les mesures


• un logiciel de stimulus afin de contrôler l'écran que l'on mesure

Le système permet les mesures suivantes :

• luminosité


• contraste


• temps de latence

Tête de mesure optique : l'électronique

Il s'agit du dispositif électronique qui convertit l'intensité lumineuse des pixels en tension, mesurable à l'oscilloscope.

• Principe de fonctionnement

On peut facilement convertir une intensité lumineuse en courant électrique grâce à une photodiode. Ce courant est convertit en tension à l'aide d'un montage à amplificateur opérationnel.

Le montage est le suivant :

• Les détails

La mise en équation est assez simple: la photodiode génère un courant Io, variant linéairement en fonction de la luminosité reçue. En supposant l'amplificateur idéal, le courant traversant les bornes + et – de ce dernier est nul: Io passe donc entièrement dans la résistance R. De plus l'amplificateur impose par principe une différence de potentiel nulle entre ses bornes + et -, on se retrouve donc avec l'équation suivante :

Les problèmes sont nombreux quand on développe un système comme celui-là. Tout d'abord, le courant généré par la photodiode est très faible, ce qui impose une valeur de résistance R très élevée pour avoir une tension de sortie décente à observer, ce qui peut poser des problèmes de stabilité pour le système.

En outre, les amplificateurs ne sont pas parfaits et le courant traversant ses bornes + et – n'est pas nul, il est même pour certains amplificateurs du même ordre de grandeur que le photocourant, ce qui perturbe grandement la mesure. Il a donc fallu trouver un amplificateur de mesure à très forte résistance d'entrée.
Ensuite, il fallait garantir une bande passante suffisante pour faire nos mesures. Nous avons donc utilisé une photo-diode rapide dont le temps de réponse est calculé à 5 µs ce qui est amplement suffisant.

Enfin, nous souhaitions un système à faible niveau de bruit. Pour cela, il fallait définitivement oublier l'alimentation de PC et se tourner vers une alimentation linéaire stabilisée de laboratoire. Pour améliorer encore la stabilité des alimentations, la tête optique embarque deux régulateurs linéaires +12V et -12 V afin de s'affranchir des éventuelles fluctuations des tensions de l'alimentation de laboratoire. Enfin, nous avons opté pour un découplage massif des lignes de puissance.

La tête de mesure est reliée à l'alimentation via des câbles coaxiaux 50 Ohms pour la propreté des signaux. Le choix de ce câble est souvent discutable pour l'alimentation, mais pas ici dans la mesure où on utilise des régulateurs sur la tête elle-même.

• Choix des composants :

Photodiode VTB 8440B

Le choix de la photo-diode étant crucial, nous avons opté pour cette photodiode de chez Perkin-Elmer pour son temps de réponse très court, mais aussi pour sa bonne plage de sensibilité. Son package comporte une vitre avec un filtre Infra-rouge, ce qui évite de fausser la mesure : puisque l'oeil n'est pas sensible à l'infrarouge, il ne faut pas prendre ce rayonnement en compte pour les mesures.

Amplificateur INA131AP

Cet amplificateur, de chez Burr-Brown (propriété de Ti désormais), présente l'avantage d'avoir une résistance d'entrée très élevée : 1010 Ohms, ce qui est parfait pour ce genre de mesure. Il nécessite cependant deux tensions d'alimentation symétrique : +12V et -12V. En fait, un premier essai avec un amplificateur à alimentation unique s'est vite révélé infructueux: pas assez d'amplitude en sortie pour permettre une mesure correcte.

Sa bande passante est aussi limitée à quelques centaines de kilo-Hertz, mais ce n'est pas gênant en soi dans la mesure où le meilleur temps de montée à mesurer est de 35 µs pour le CRT, ce qui requiert une bande passante de 300 kHz (dix fois la fréquence du signal le plus rapide).

Régulateurs +12 V et -12 V

Les régulateurs 78L12 et 79L12 permettent d'obtenir une tension stable pour alimenter le système, tant que l'alimentation de laboratoire délivre des tensions supérieures à 14V et inférieures à -14V.

• Performances brutes

- Amplitude de sortie : 0 V -> 10 V
- Niveau de bruit mesuré : 2 mV RMS
- Bande passante : 300 kHz