Pulse par seconde

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Un signal Pulse par Seconde en abrégé PPS est un signal électrique de forme carré transmettant une information de temps dans un câble.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

La notation du signal indique le nombre de pulse émis et la durée de répétition, par exemple :

  • 1PPS : 1 pulse par seconde[1] (le plus courant[2]) ;
  • 10PPS : 10 pulses par seconde ;
  • 1PPM : 1 pulse par minute[1] ;
  • 1PPmS : 1 pulse par milliseconde[3].

La synchronisation est réalisée sur le front montant du pulse. Pour le reste, le PPS n'est pas normalisé : chaque utilisateur peut définir l'amplitude des créneaux (le niveau 5 V TTL est courant) ou le rapport cyclique du signal carré. L'impédance de sortie est souvent de 50 Ω afin d'être adaptée à celle des câbles coaxiaux[2].

Un exemple de définition complète d'un 1PPS est donné par les spécifications d'interface des récepteurs GPS pour l'armée américaine : le front montant est synchronisé sur le début de la seconde du temps UTC, la durée du front montant doit être inférieure à 20 ns, l'amplitude est de 10 V avec un niveau bas à 0 V, la durée du pulse est 20 µs et l'impédance de ligne est de 50 Ω[4].

Précision[modifier | modifier le code]

Par rapport aux autres sorties de mesure du temps (IRIG, signaux 10 MHz ou 100 MHz), le point fort du PPS est sa simplicité : il suffit d'un oscilloscope pour observer et mesurer le décalage entre deux PPS. Mais il est moins précis que des signaux plus hautes fréquences[2].

Intrinsèquement, la précision d'un PPS (provenant d'une référence de temps supposée parfaite) dépend de la raideur du front montant, de la longueur du câble de transmission (le plus court étant le mieux) et de l'électronique de détection; soit pour un front montant durant 0,5 ns une précision maximale de l'ordre de 0,1 ns[2]. En pratique, sa précision est celle de la référence qui le génère[2]. Les appareils pouvant fournir un PPS sont des horloges atomiques[5], des références de temps/fréquence synchronisées sur des signaux radios ou les signaux GPS[6]. Par exemple, l'erreur du 1PPS d'un récepteur GPS spécialisé dans la mesure du temps est inférieure à 50 ns[7]. Il est aussi possible de faire émettre un 1PPS sur le port série d'un simple ordinateur tournant sous Linux. En recevant par internet les données d'un serveur NTP distant, un 1PPS synchronisé sur le temps UTC est obtenu avec une précision de l'ordre de la milliseconde[8].

L'expérience OPERA[modifier | modifier le code]

Un signal PPS a été indirectement dans l'actualité entre 2011 et 2012 avec l'expérience OPERA destinée à étudier les neutrinos. Le 23 septembre 2011, la collaboration OPERA a annoncé que la vitesse des neutrinos avait été mesurée supérieure à la vitesse de la lumière, ce qui est en contradiction avec la théorie de la relativité d'Einstein[9]. Cette annonce et ses suites ont eu une couverture médiatique très importante[10].

Suite aux vérifications de l'installation début 2012, il a été démontré que la mauvaise connexion d'une fibre optique à un ordinateur avait causé une erreur de 74 ns sur la mesure du temps de parcours des neutrinos[10]. Cette fibre optique longue de 8,3 km transportait un signal de synchronisation 1PPmS généré par un récepteur GPS en surface vers le détecteur de neutrinos souterrain de Grand Sasso[3]. Après réparation, la vitesse des neutrinos a été remesurée et est conforme à la théorie de la relativité[3].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) U.S. Coast Guard naviguation center, « GPS Accronyms » (consulté le 4 octobre 2015)
  2. a, b, c, d et e (en) Siccardi, Abgrall et Rovera, « About time measurements », European Frequency and Time Forum (EFTF), 2012,‎ , p. 379-382 (DOI 10.1109/EFTF.2012.6502406, lire en ligne)
  3. a, b et c (en) Collaboration OPERA, « Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam », Journal of High Energy Physics,‎ , p. 15-16 (DOI 10.1007/JHEP10(2012)093, lire en ligne)
  4. (en) GPS Interface Control Working Group (ICWG), ICD-GPS-060b -- GPS user equipment interface control document for the precise time and time interval interface, (lire en ligne), p. 3-5 & 3-6
  5. « Interfaces horloge atomique » (consulté le 4 octobre 2015)
  6. « Interfaces systèmes temps-fréquence » (consulté le 4 octobre 2015)
  7. (en) Lombardi, Novick et Zhang, « Characterizing the performance of GPS disciplined oscillators with respect to UTC (NIST) », Frequency Control Symposium and Exposition, 2005. Proceedings of the 2005 IEEE International,‎ , p. 677-684 (DOI 10.1109/FREQ.2005.1574017, lire en ligne)
  8. (en) Dobrogowski, Jessa, Kasznia et Lange, « Generation of 1-pps timing signal controlled by NTP », 2011 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control and the European Frequency and Time Forum (FCS) Proceedings,‎ , p. 310-314 (DOI 10.1109/FCS.2011.5977327, lire en ligne)
  9. Maurice Mashaal, « Des neutrinos plus rapides que la lumière ? », Pour la science,‎ (lire en ligne)
  10. a et b Tristan Vey, « Aucun neutrino ne va plus vite que la lumière », Le Figaro,‎ (lire en ligne)