Brevet FR2049118A1 — publié le 19710326

La présente invention concerne un codeur de signaux comprenant un modulateur delta auquel sont appliqués des signaux d'entrée analogiques et qui possède un circuit comparateurs un circuit intégrateur et un registre à partir duquel 5 les signaux d'entrée sont obtenus. Des signaux de parole, des signaux video et d*autres signaux complexes sont souvent envoyés sur des voies de transmission digitale sous forme de signaux de modulation par impulsions codées. La modulation par impulsions codées est un 10 ' procédé pour transformer des signaux analogiques en signaux digitaux. Elle consiste à échantillonner périodiquement un signal d'entrée à une cadence qui maintient la largeur de bande du signal, à quantifier le signal échantillonné, en niveaux discrets prédéterminés, et à coder le signal quantifié en un 15 nombre, fixé d'éléments binaires. La modulation delta est une forme de modulation par impulsions codées dans laquelle le nombre des éléments binaires de chaque code est réduit à un. Chaque élément binaire représente la différence quantifiée entre un échantillon de signal et un niveau de référence £0 déterminé par les échantillons de signaux transmis précédemment. Les codeurs à modulateur delta comprennent en général un circuit à boucle de réaction dans lequel un signal analogique est appliqué à un-comparateur qui le compare à un signal de 25 réaction représentant la séquence transmise de signaux de sortie du modulateur delta. Le c-omparateur émet des signaux de sortie d'un certain niveau lorsque le signal analogique est plus grand que le signal de réaction et d'un autre niveau lorsque le signal analogique est plus petit que le signal de réac-30 tion. On échantillonne le signal de sortie du comparateur et les impulsions résultant de cet échantillonnage constituent le code de modulation delta. Les impulsions: obtenues par l'échantillonnage sont également renvoyées au comparateur en passant par un circuit de réaction qui comprend un intégrateur^ de sorte 35 que le signal de réaction dérivé des impulsions obtenues par échantillonnage s intégrées, représentent le signal analogique déjà transmis. De cette façon, le comparateur et le dispositif 70 18499 s 2Q49118 d'échantillonnage fournissent des codes de sortie qui correspondent à des changements dans le signal analogique d'entrée» l'intégrateur est en général une mémoire analogique qui transforme les impulsions des ortie modulées en delta en un signal 5 de réaction analogique» On peut construire un codeur à modulation par. impulsions codées, à éléments multiples, en combinant en cascade un modulateur delta et un compteur à deux sens.de comptage» ïïn signal d'entrée appliqué au modulateur .delta conduit à une suite 10 d'impulsions modulées en delta qui sont à leur tour, appliquées au compteur, le compteur, en réponse aux impulsions modulées en delta, maintient un compte courant de la suite de signaux modulés en delta, l'état du compteur à un instant quelconque représente donc la valeur actuelle du signal analogique d'en-15 trée et peut fournir un signal codé correspondant à cette valeur, consistant en un nombre fixé d'éléments binaires, le changement du signal analogique d'entrée produit un état différent du compteur, de sorte' que des échantillons successifs pris au compteur constituent un code de modulation par impul-20 sions codées. la combinaison qui précède et que l'on connaît exige que la boucle de réaction du modulateur delta contienne un intégrateur pour accumuler à des fins de comparaison le signal de sortie modulé en delta. Cette mémoire comprend de façon géné-25 raie un réseau à capacités qui ne stocke qu'une représentation approximative du signal codé à modulation delta, intégré. Suivant la présente invention, le registre dont on obtient les signaux de sortie, en même temps qu'un réseau décodeur également, constituent l'intégrateur pour le modulateur 30 delta, pour envoyer en réaction un signal analogique de la sortie du modulateur delta au circuit comparateur de ce modulateur. Un aspect de l'invention réside dans l'augmentation de la précision d'un tel codeur à modulation delta en utilisant 35 comme signal de réaction envoyé au comparateur une représentation exacte de la fréquence de signaux codés modulés en delta, au lieu d'utiliser la représentation approximative des boucles i I 70 18499 3 2049118 de réaction des modulateurs delta antérieurs0 L'invention est un modulateur delta'agencé pour transformer un signal analogique en un code de modulation par impulsions codées. Le modulateur comprend un comparateur bista-5 ble, des portes d'échantillonnage et un circuit de réaction qui comprend un compteur à deux sens. Des impulsions d'horloge sont appliquées aux portes d'échantillonnage qui fonctionnent de façon à produire des impulsions successives obtenues par échantillonnage» qui correspondent à des changements du signal 10 analogique d'entrée. La sortie est.transmise au compteur à deux sens qui stocke un code qui correspond à une séquence de signaux échantillonnés. Un réseau décodeur monté entre le compteur et le comparateur transforme le code stocké en un signal analogique. Ce signal analogique est renvoyé au comparateur. 15 Le signal de sortie résultant de l'échantillonnage fournit un signal modulé en delta et on obtient à partir du compteur un code de modulation par impulsions codées. Dans une forme de réalisation illustrant l'invention, le compteur est un compteur quicompte dans les deux sens suivant 20 chaque signal de sortie du comparateurs et le réseau décodeur comprend un arrangement d'éléments résistants et de commutateurs à semiconducteursj,qui fonctionne comme un réseau atténuateur commutable pour transformer le signal codé à éléments multiples , emmagasiné dans le compteur9 en un signal analo-25 gique qui représente de façon précise le code emmagasiné. Par suite, un aspect de l'invention réside dans le fait que le signal de réaction envoyé au comparateur est fourni par un compteur qui emmagasine un code à éléments multipless -correspondant à la séquence des impulsions modulées en delta. 30 Un autre aspect de l'invention réside dans le fait que le même compteur qui stocke d© façon précise la valeur de la séquence des codes modulés en delta pour la transformation de la modulation en delta en modulation par impulsions codées, est utilisé pour fournir le signal de réaction. Ainsi, suivant 35 l'invention, on obvie à l'emploi anti-économique- de deux dispositifs de mémoire distincts dans un codeur à modulation par impulsions codées, et une mémoira digitale précise unique est 70 18499 4 2049118 prévue pour réaliser les" "deux fonctions« Un autre aspect d'une forme de réalisation de 1'invention réside en ce que le compteur est un compteur qui compte dans les deux sens et en ce qu'un réseau atténuateur est monté 5 entre le compteur et l'entrée au comparateur pour décoder en un signal analogique le signal emmagasiné. Sur les dessins s. ' Figure 1 représente un schéma fonctionnel d'une forme de réalisation de l'invention, pour illustrer celle-ci g et 10 Figure 2 montre un réseau décodeur résistif que l'on peut utiliser dans la forme de réalisation de la figure 1* La figure 1 représente à titre iliustratif une forme de réalisation de l'invention dans laquelle un signal analogique est appliqué au conducteur 110 en sorte qu'un code de modulation 15 par impulsions codées correspondant au signal analogique apparaît sur- les sorties 1J1" à 136 et qu'un signal de sortie modulé en delta apparaît sur le conducteur 163. Le signal analogique d'entrée est appliqué au comparateur 112 qui a pour rôle de comparer les signaux portés par les conducteurs 110 et 20 16K Le comparateur 112 fournit des signaux de sortie bista-bles répondant à la différence entre las signaux sur les conducteurs 110 et 161. Si le signal sur le conducteur 110 est plus grand que le signal sur le conducteur 161, le signal de sortie sur le conducteur 115 est à un "bas potentiel$ tandis que 23 le signal de sortie sur le conducteur 11? est à un potentiel positif élevé. Sis au contraire, le signal sur le conducteur 161 est plus grand que le signal présent sur le conducteur 110? ou égal à celui-ci, l'état du comparateur est inversé; de sorte qu'il j aura un potentiel élevé sur le conducteur 115 et un po-30 tentiel bas sur le conducteur 113. L'horloge 114 fournit des impulsions répétées d'allure négative au comparateur 112 et aux pertes d'échantillonnage 116 et 117* Les portes 116 et 117 fonctionnent en portes N0H-ET bien connues dans' la technique9 de sorte que le potentiel de 35 sortie n'est as niveau, élevé que lorsque î}"ona quelconque des entrées' est à un potentiel'"bas. Les impulsions appliquées au comparateur 112 est pour effet es maint 2.-état du compa- bad original 70 18499 2049118 rateur pendant la durée de l'impulsion d'horloge. De cette façon, le signal de sortie du comparateur ne change pas pendant les impulsions d'horloge. En variante, des arrangements de compteurs spéciaux bien connus dans la technique, peuvent être 5 utilisés pour retarder de façon efficace l'enregistrement d'un compte, de sorte que des changements dans le signal de sortie du comparateur, survenus pendant Iles impulsions d'horloge, n'affectent pas le fonctionnement du circuit» Les signaux de sortie sur les conducteurs 113 et 115 sont appliqués au modulateur 118 qui comprend les portes 116 et 117» Le modulateur 118 a pour rôle de moduler les impulsions de cadence provenant de l'horloge 114 en fonction de l'état du comparateur 112. En particulier, les impulsions appliquées par l'horloge aux portes 116 et 117 échantillonnent les 15 signaux de sortie du comparateur sur les conducteurs 113 et 115» On obtient une impulsion de sortie de l'une seulement des portes 116 et 117 pendant l'application de chaque impulsion d'horloge. De cette façon, le signal de sortie de la porte 116 sur le conducteur 163 est une succession de codes à élé-20 ment unique modulés en delta, qui se présentent comme résultat de la comparaison du signal analogique d'entrée et du signal obtenu du circuit de réaction comprenant le compteur 130 et le décodeur 160. Le signal du cireuit de réaction sur le conducteur 161 correspond au "code modulé en delta déjà transmis 25 et le comparateur 112 ne répond qu'aux changements du signal d'entrée. Les signaux de sortie des portes 116 et 117 sont appliqués aussi au compteur 130 en passant par les conducteurs 120 et 121. Le compteur 130 est un compteur à étages multiples, 30 comptant dans les deux sens. Une impulsion quelconque sur le ' conducteur 120 venant de la porte 116 provoque un comptage par accumulation, tandis qu'une impulsion quelconque sur le conducteur 121,venant de la porte 117» provoque un comptage par diminution. Comme le compteur 130 comprend les étages 171 à 176, 35 il peut être commuté sur soixante-quatre états différents déterminés par les impulsions en séquence provenant des portes d'échantillonnage, impulsions qui se présentent comme résultat 70-18499 6 2049i18 du fonctionnement du comparateur 120. On comprendra que d'autres agencements de compteurs peuvent être utilisés. Un ensemble de signaux de sortie provenant du compteur, sur les conducteurs 131 à 136? indique l' état du compteur sous forme 5 binaire et peut donner un code de modulation par impulsions, codées linéaire ou non linéaire. L'autre ensemble de signaux de sortie provenant du compteur 130 est-appliqué au décodeur 160 en passant par les conducteurs 141 à 146. Des signaux de sortie sur les conducteurs 141 à 146 indiquent aussi l'état du 10 compteur qui est décodé dans le décodeur 160, en sorte que le signal de sortie sur le conducteur 161 est un signal analogique représentant la valeur du code stocké dans le compteur 130. De cette façon» le compteur à deux sens de comptage fonctionne aussi bien comme convertisseur de signal de modulation delta -15 code de modulation par impulsions codées, que comme mémoire digitale et intégrateur dans la boucle de réaction du modulateur delta. Le décodeur 160 transforme le code stocké dans le compteur 130 en un signal analogique unique qui est appliqué au 20 comparateur 112 en passant par le conducteur 161. Le signal de sortie du décodeur est fonction de l'état du compteur 130« Le décodeur fournit une tension de limitation négative lorsque tous les étages du compteur sont dans leur état zéro. Si seul l'étage 176 est dans l'état un, la sortie du décodeur est au 25 potentiel zéro, et si tous les étages du compteur sont dans l'état un, la sortie du décodeur est à un potentiel positif limite. On supposera que le signal d'entrée sur le conducteur 110 est à un potentiel zéro et que tous les étages du compteur 30 130 sont dans l'état zéro. La sortie du décodeur 161 est, dans ces circonstances, de la valeur négative limite, de sorte qu'une différence positive est détectée par le comparateur 112. Le signal sur le conducteur 115 est de niveau bas et une impulsion est appliquée au codeur par la voie du conducteur 120, 3 5 mettant l'étage 171 dans l'état un. Le signal sur le conducteur 141 décale alors le potentiel de la sortie du décodeur dans le sens positif. Comme le signal d*entrée zéro sur le 70 18499 7 2049118 conducteur 110 est encore plus grand que la tension sur le conducteur 161, une suite d'impulsions est appliquée au compteur 130 parla voie du conducteur 120 jusqu'à ce que l'étage 176 seul soit dans l'état un et que la tension de sortie du déco-5 deur, sur le conducteur 161» soit zéro, la-boucle de réaction est alors relativement stable, si bien que le compteur , en moyenne, demeure avec"l'étage 176 dans l'état un» Des changements d'allure positive sur le conducteur 110 font que des impulsions d'échantillonnage à la sortie sont appliquées au 10 compteur en passant par la porte 116 et le conducteur 120 pour augmenter la valeur du code qui y est stocké. Des changements d'allure négative su? le conducteur 110 font que des impulsions soient appliquées par la porte 117 au compteur par la voie du conducteur 121 pour diminuer le code stocké dans le 15 compteur. De cette façon, le compteur se substitue au démodulateur du type intégrateur connu dans la technique. la figure 2 montre un type de décodeur que l'on "peut utiliser dans la présente invention» les conducteurs 141 à 146 transmettent le code stocké dans le compteur 130 à un groupe 20 de transistors fonctionnant comme commutateurs qui commandent le réseau atténuateur à résistances 270, Un potentiel positif est appliqué à l'une des bornes de la résistance 236 à partir de la source de référence 250 et un potentiel négatif est appliqué à partir de cette source à une borne de la résistance 25 230. La sortie du décodeur est obtenue sur le conducteur 161. Si tous les étages du compteur,171 à 176, sont rétablis» chacun des transistors 210,214,218,222,226,229 est bloqué parce qu'un potentiel de terre est appliqué à sa base respective® Dans ces conditions, la sortie sur le conducteur 161 est à son potentiel 30 le plus négatif." lorsque tous les étages 171 à 176 sont dans l'état un, chacun des transistors 2109214,218,222,226,229 est rendu conducteur, ce qui fait que le conducteur 161 est porté à son potentiel le plus positif. Le réseau atténuateur 270 est arrangé de sorte que si le transistor 229 seul est rendu 35 conducteur à la suite de l'établissement de l'étage 176,les résistances231 à 236 et 241 à 246 sont choisies en sorte qu'un potentiel nul soit obtenu sur le conducteur 161 « les valeurs BÂD ORIGINAL 70 18499 8 2049118 des résistances dans le réseau atténuateur 270 peuvent être arrangées pour donner une réponse linéaire aux variations de code stockées dans le compteur 130P ou pour donner d'autres courbes de réponse désirables, bien connues dans la technique. 5 Si la réponse du réseau 270 est linéaire, on obtient du compteur 130 un code linéaire à modulation par impulsions codées. Un arrangement non linéaire dans le réseau 270 conduit à l'obtention d'un code à modulation par impulsions codées non linéaire à partir du compteur 130* 10 La source de référence 250 peut donner une tension ré glable en sorte qu'on pourra modifier la gamme de fonctionnement du modulateur delta. Les valeurs des tensions de la source 250 peuvent être changées automatiquement pour obtenir une valeur maximale du rapport signal/bruit de quantification. On 15 peut ainsi modifier l'étape de quantification.du code. Pay exemple, lorsque le compteur 130 est dans aon' état minimal ou maximal, la tension de référence obtenue ûe la source 250 peut être commutée pour étendre la gamme de fonctionnement du codeur. Ceci est fait par la commande 252 de la source de réfé-20 rence, qui a pour effet de faire varier sélectivement les tensions appliquées aux résistances 230 et 236» La commande 252 à son tour reçoit des signaux provenant ùv. compteur 130 par la voie du conducteur 2549qui indique quand le codeur est à sa valeur minimale ou à sa valeur maximale. On comprendra que la 25 commande 252 peut être faite telle qu'elle, réponde à d'autres conditions qui modifieraient la gamme du codeur» BAD ORIGINAL 70 18499 9 2049118 REVEND!GATIONS 1.= Codeur de signaux comprenant un modulateur delta auquel sont appliqués des signaux d'entrée analogiques, ayant un circuit comparateurs un circuit intégrateur et un registre d'où l'on obtient les signaux de sortie, caractérisé en ce que 5 le registre, en même temps qu'un réseau décodeur, constituent aussi l'intégrateur du modulateur delta pour fournir un signal analogique de réaction de la sortie du modulateur delta au circuit comparateur du modulateur delta. 2.- Codeur de signaux suivant la revendication 1, earac-10 térisé en ce qu'un registre constitue le compteur réversible pour produire des signaux à modulation par impulsions codées. 3.- Codeur de signaux suivant la revendication 2» caractérisé en ce que le compteur réversible constitue, en combinaison avec un réseau décodeur, l'intégrateur du modulateur delta 15 pour renvoyer eh réaction un signal analogique au circuit comparateur d'entrée du modulateur delta.