Brevet FR2040245A1 — publié le 19710122

z - ' La présente invention concerne un procédé et un circuit de comparaison de phase pour dériver un signal de réglage destiné à synchroniser deux séquences d'impulsions qui sont engendrées par un oscillateur local et par un oscillateur externe. 5 Quand se pose le problème de réaliser un circuit classique, destiné à une comparaison, de phase sous la forme de circuits intégrés monolithiques, la solution de ce. problème rencontre des difficultés considérables. Ceci est dû à la technologie particulière concernant les circuits semiconducteurs intégrés monolithiques qui, dès le début, imposent des restrictions à l'ingénieur des circuits, 10 Ainsi, il est impossible, en particulier, d'intégrer monolithiquement des inductances. De plus, seulement des valeurs de capacités relativement faibles, de l'ordre de quelques dizaines de plcofarads, peuvent être réalisés monolithiquement. C'est, en conséquence, un problème majeur pour l'ingénieur des circuits s'occupant de l'intégration monolithique, d'inventer des circuits et des procédés 15 ne nécessitant pas d'inductance ni de capacité. La présente invention a, en conséquence, pour objet de proposer tin procédé de comparaison de phase qui, sans engendrer de diffiexalté, peut être réalisé avec un circuit semiconducteur intégré monolithique. Un autre objet de la présente invention est de proposer le circuit intégré 20 lui-même. Le procédé de comparaison de phase, qui est décrit plus particulièrement ici, résoud ce problème en s'arrangeant pour que : - l'oscillateur local engendre une tension en delta (c'est-à-dire de forme triangulaire) contenant une composante de tension-h- odorant continu ; 25 - au cours de la période des impulsions engendrées par l'oscillateur externe, la valeur instantanée de la tension en delta est comparée avec une tension de seuil (ou niveau) qui est dérivée de la tension en delta, d'une manière telle que l'on engendre un signal de commande drune polarité déterminée quand la valeur instantanée est supérieure à la tension de seuil ; 30 - un signal de commande de polarité opposée est engendré quand la valeur instantanée est plus faible que le seuil de tension ; - la double impulsion de commande résultante est appliquée à un circuit filtre ; - le signal de commande filtré, d'une manière synchronisée, agit comme un signal de conditionnement et de réglage sur la fréquence de l'oscillateur local, 35 En ce qui concerne ce qui précède, il est particulièrement avantageux que la tension, ou niveau, de seuil soit choisie pour être égale à la valeur moyenne arithmétique entre la valeur maximale et la valeur minimale de la tension en delta. De la même manière, il est avantageux que les signaux de commande 'soient engendrés par des sources de courant constant parce que, dans ce cas, ces courants 40 de commande peuvent être ajoutés aux autres courants de commande, sans provoquer BAD ORIGINAL 15288 2040245 de couplage entre les sources différentes de courants de commande.. Le circuit pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, selon l'invention, est caractérisé en ce que : - à l'entrée d'un amplificateur différentiel transistorisé, on envoie la ten-5 sion en delta ; - une tension à courant continu, correspondant au niveau de tension de seuil, est appliquée à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel ; - le trajet collecteur/émetteur d'un transistor additionnel est aménagé dans le circuit émetteur commun de l'amplificateur différentiel"à transistor, la 10 base de ce transistor additionnel étant commandée^par les impulsions de l'oscillateur externe ; " - les signaux de sortie de l'amplificateur différentiel servent à commander, à ■chaque fois, l'une des deux sources à courant constant, connectées en série, servant à charger ou à décharger respectivement, la capacité du circuit filtre ; 15 - là constante de temps du circuit filtre est capable d'être commutée en fonction du degré de synchronisation. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. 20 • La figure 1 représente le schéma du circuit de base, selon la présente invention. La figure 2 illustre, en fonction du temps, différentes courbes concernant . les ondes de courant et de tension qui apparaissent aux points correspondants du circuit de la figure 1. 25 La figuré 3 illustre l'onde de tension qui apparaît au condensateur d'enaïa- gasinage dans l'état synchrone (partie a) et l'état asynchrone (partie b). Le circuit de synchronisation et de comparaison de phase, selon la figure 1 • comporte un amplificateur différentiel symétrique qui est constitué par les transistors T1 et T2. Dans le circuit émetteur, qui est commun aux deux transis-30 tors T1 et T2, il est monté un transistor additionnel T3> dont le trajet collec-; teur/émetteur est placé entre la masse du circuit et les deux émetteurs communs, par l'intermédiaire d'une résistance R5 si cela est nécessaire. Les collecteurs des deux transistors T1 et T2 forment la sortie de l'amplificateur différentiel. A chaque collecteur on connecte une source de courant, qui 35 est constituée respectivement par les transistors T5 et T6. Ces deux transistors sont complémentaires l'un de l'autre, et sont connectés en série d'une manière telle, avec leur trajet collecteur/émetteur, que les deux collecteurs sont reliés l'un à l'autre. La source de courant comportant le transistor T5, qui est assi- • gné au transistor T1 de l'amplificateur différentiel est connectée à l'amplifi-40 cateur différentiel par l'intermédiaire d'un inverseur de phase qui est BAD ORIGINAL 15288 2040245 3 constitué par le transistor T4, complémentaire du transistor Tô de la source de courant associée. La borne collectrice commune des deux transistors T5 et T6 constituée par les deux sources de courant, est reliée à une borne du circuit parallèle, com-5 posé de la résistance RI et du condensateur Cl, tandis que l'autre borne, de ce montage parallèle, est reliée à la masse. De plus, le condensateur C2 est connecté au collecteur commun des deux transistors T5 et T6, l'autre borne étant reliée au collecteur du transistor de commutation TJ, L'émetteur de ce transistor de commutation Tf est relié à la 10 masse, tandis que sa base est reliée au collecteur du transistor Tll, qui sert d'inverseur de phase. L'émetteur du transistor Tll est relié à la masse et le collecteur est connecté à la tension d'alimentation U par l'intermédiaire de la résistance de fonctionnement R6, La base du transistor Tll est reliée au point de prise du diviseur de tension, constitué par les résistances K[ et r8 dans le 15 circuit émottoÈtr du transistor T10, qui sert de suiveur d'émetteur. Le condenaateur mémoire C3 est branché entre la base du transistor suiveur d'émetteur T10 et la masse. De plus, la base du transistor T10 est reliée à la résistance de fonctionnement R4 de l'étage de coïncidence, qui est constitué par les transistors T8 et T9. Ces deux transistors, avec leur trajet collecteur/ 20 émetteur, sont montés directement en. série, de telle sorte que l'émetteur du transistor T9 est relié a la masse, et le collecteur du transistor T8 est relié, à la fois à la résistance de fonctionnement R4 et à la base du transistor T10, Au cours du fonctionnement du circuit représenté-sur la figure 1, comme étage de comparaison de phase, la tension en delta à utiliser est envoyée à 25 l'entrée A de l'amplificateur différentiel. A l'entrée B, qui est reliée à la base du transistor additionnel T3, on envoie les impulsions qui sont engendrées par l'oscillateur externe. Comme impulsions il est possible, par exemple, d'utiliser les impulsions de synchronisation qui sont contenues dans le signal vidéo de type classique des récepteurs de télévision. 30 L'autre entrée D de l'amplificateur différentiel est reliée au point de prise du diviseur de tension constitué par les résistances R2 et R3, ce diviseur de tension, à son tour, étant relié à la tension de fonctionnement. La valeur de la tension continue, qui est prélevée sur le diviseur de tension, et appliquée à l'entrée D, peut correspondre de préférence à la valeur moyenne résul-35 tant des valeurs maximales et jninimales de la tension en delta, ce qui correspond ainsi à un exemple avantageux de réalisation. La base du transitor T8 de l'étage de coïncidence, est reliée à l'entrée E à laquelle, juste comme pour l'entrée B, on envoie les impulsions engendrées par l'oscillateur externe. L'entrée F, qui est reliée a la base du transistor T9 de 40 l'étage de coïncidence est alimentée par une tension rectangulaire qui est déri- ÔAD ORIGINAL 70 15288 2040245 4 vée de la tension en delta. La tension destinée à synchroniser l'oscillateur local (récepteur) est prélevée à la sortie G qui est reliée au circuit filtre, et delà au peint de conn-xion commun à la fois aux condensateurs Cl, C2 et à la.résistance RI. 5 Le mode de fonctionnement du circuit selon l'invention est expliqué, main nant, en référence aux courbe-s de tension et de courant qui sont représentées sur les figures 2 et 3. Sur les parties a, b, _c, d, e, de la figure 2,.les courbes en traits pleir représentent les conditions prévalant pour un oscillateur local synchronisé, 10 tandis que les courbes en traits interrompus représentent les conditions prévalant pour un oscillateur local non synchronisé, c'est-à-dire, dans l'exemple considéré, pour un oscillateur local oscillant trop lentement. La partie a, de la figure 2, représente-la tension U_ de l'oscillateur externe en fonction du temps, qui est appliquée aux entrées B et E du circuit 15 selon l'invention. Sur la partie b, de la figure 2, la tension de l'oscillateur local est tracée en fonction du temps, et présente les formes de la courbe de la tension en delta. La partie c_, de la figure 2, représente la courbe en fonction du temps du 20 courant 1^ s'écoulant dans le collecteur du transistor T5, tandis que la partie d, de la figure 2, représente la courbe du courant £, s ' écoulant dans le collec teur du transistor Tô. La partie e, de la figure 2, représente finalement la courbe du courant s'écoulant vers le circuit filtre. Par suite du montage des transistors T5 et TÔ, selon l'invention, consti-25 tuant les deux sources de courant, en conjonction avec l'inverseur de phase T4, et l'amplificateur différentiel composé des transistors T1 et T2, les deux sources de courant fonctionnent alternativement, c'est-à-dire qu'il s'écoule soit seulement le courant 1^, soit seulement le courant I^. Pour des raisons d'explication on suppose maintenant que l'oscillateur 30 local est synchronisé par les impulsions d'oscillateur externe qui, comme cela a été mentionné précédemment, correspondent aux courbes en traits pleins représentés sur la figure 2. Avec cette hypothèse, le centre de l'impulsion de l'oscillateur externe, selon la partie a de la figure 2, coïncide avec le point d'intersection qui est constitué par la partie descendante de la partie en deltc 35 et de la tension qui est appliquée à la base .du transistor T2 de l'amplificateur différentiel, c'est-à-dire jusqu'à ce que les deux tensions d'entrée de l'amplificateur différentiel soient également larges.- Au cours de la première moitié de l'impulsion de l'oscillateur externe, en conséquence, l'impulsion de courant s'écoule dans le transistor T6 de source de courant. Au cours de la 40 seconde moitié de l'impulsion de l'oscilkteur externe, toutefois, on commute le 15288 2040245 transistor de source de colorant T5, de telle sorte que, maintenant, l'impulsion de courant s'en écoule. La différence entre ces deux impulsions de courant engendre l'impulsion de courant double 1^ (c'est-à-dire à double polarité), dont la valeur moyenne, dans le temps, est égale à zéro. De cette manière, 5 toutefois, aucune tension de commande n'apparaît à la sortie G. En référence à un oscillateur local qui est synchronisé à partir d'un état d'un oscillateur local oscillant trop lentement, il en résulte que le transistor T6 de source de courant est mis en service au cours d'une période de temps plus longue de l'impulsion de l'oscillateur externe, c'est-à-dire 10 jusqu'à la position de temps pour laquelle la portion descendante de la tension en delta coupe la tension continue U^, c'est-à-dire quand les deux tensions d'entrée sont égales. A partir de cette position de temps avancée, on met en service ensuite l'au-" tre transistor T5 de source de courant. A la suite de quoi on engendre une Ira-15 pulsion 1^ de courant double, dont la composante d'impulsion négative est amplifiée indépendamment, de telle sorte qu'une tension de commande négative apparaît sur le circuit de filtre. D'autre part, si l'oscillation de l'oscillateur local est trop rapide, il "s'ensuit que dès l'établissement de la synchronisation, l'impulsion de commande 20 est diminuée indépendamment de telle sorte que l'on engendre une impulsion de courant qui charge la capacité du filtre, ce qui fait apparaître une tension de commande positive. La tension de commande apparaissant au circuit du filtre est d'autant plus élevée que plus faible est la capacité du filtre. Dans le cas d'une sensibilité 25 de commande constante pour le signal d'entrée de commande de l'oscillateur local la gamme de synchronisation est, en conséquence, d'autant plus grande que plus faible est la capacité du filtre. En d'autres termes, le circuit est capable do corriger des déviations de fréquence plus grandes de l'oscillateur local si la capacité du filtre est plus faible. D'autre part, toutefois, une insensibilité 30 aux interférences de la condition synchronisée est seulement assurée dans le cas d'une capacité de filtre élevée. En conséquence, la faible capacité de filtre qui est nécessaire pour obtenir une largeur de bande de synchronisation suffisante, et la capacité de filtre élevée qui est nécessaire pour•engendrer une faible sensibilité aux interférences dans l'état ou condition synchronisée, 55 peut seulement être obtenue par la commutation sur la capacité du filtre. Dans le but de réaliser cette commutation il est prévu le condensateur mémoire Ç3 qui, d'une part, est chargé à travers la résistance de fonctionnement R4, et qui d'autre part, est déchargé dans la condition synchronisée à travers les trajets collecteur/émetteur connectés en série, des transistors T8 et T9. 40 Cette décharge est effectuée dans la condition synchrone quand l'impulsion rec- 8AD ORIGINAL 70 15288 2040245 6 tangulaire, qui est dérivée de la tension en delta et qui est appliquée à l'en- « trée F, et l'impulsion de l'oscillateur externe qui est appliquée à l'entrée E, arrivent en même temps en débloquant et en pilotant simultanément les transistors T8 et T9 dans la saturation. En conséquence, dans la condition synchronisée, 5 des impulsions de coïncidence sont obtenues périodiquement au rythme des impulsions de l'oscillateur externe à partir desquelles on obtient la courbe de tension U-j qui apparaît sur le condensateur mémoire Cj5 et qui est représentée sur la partie a de la figure 3. Dans la condition asynchrone, toutefois toutes les impulsions d'oscilla-10 teur externe ne conduisent pas à la décharge du. condensateur mémoire C3, de telle sorte que le condensateur mémoire est' capable d'être rechargé au cours du cycle de plusieurs impulsions d'oscillateur externe. Si au. cours de ce processus, la tension du condensateur excède le niveau de seuil Ug- de la tension, le transistor Tll de l'inverseur de phase est rendu conducteur et le transistor de 15 commutation TJ est rendu non conducteur, ce qui amène le condensateur C2, de capacité élevée, à être déconnecté du circuit du filtre. En d'autres termes î la connexion parallèle des deux condensateurs Cl et C2 est éliminée. Sur la partie b de la figure 3, on a représenté la courbe de la tension qui apparaît sur le condensateur mémoire C]5, par rapport à la condition asyn-20 chrone et sur laquelle, contrairement à ce qui est représenté sur la partie a de la figure 3* des groupes de signaux de coïncidence apparaissent seulement au rythme de la fréquence de différence entre la fréquence de l'oscillateur local et la fréquence de l'oscillateur externe. La constante de temps du circuit à résistance capacité R4,C3, est choisie 25 de manière telle, en fonction de la durée de l'impulsion, de l'oscillateur externe qui, dans des récepteurs de télévision, s'élève habituellement à environ 5 microsecondes, que la capacité mémoire est déjà complètement déchargée par l'impulsion • courte de l'oscillateur externe, mais est rechargée seulement au niveau U de la tension de fonctionnement, après plusieurs périodes de la tension en delta. Si 30 conséquence, dans la condition synchrone, la tension au condensateur mémoire ne peut pas excéder l'amplitude qui est représentée, tandis que ceci est actuellement possible-, dans le cas d'un fonctionnement asynchrone, au rythme de la fréquence de différence sus-mentionnée. De préférence, la constante d» temps est environ de deux à cinq fois supérieure à la durée des impulsions de la tension 35 en delta. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 6AD ORIGINAL 15288 2040245 7 REVENDICATIONS 1. Procédé de comparaison de phase, destiné à dériver un signal de réglage pour synchroniser deux séquences d'impulsions qui sont engendrées par un oscillateur local, et un oscillateur externe, caractérisé en ce que : 5 - l'oscillateur local engendre une tension en delta (c'est-à-dire de forme triangulaire) contenant une composante de tension continue j - au cours de la période des impulsions engendrées par l'oscillateur externe, la valeur instantanée de la tension en delta est comparée avec un niveau de seuil de tension qui est dérivé de la tension en delta c'est-à-dire d'une 10 manière telle qu'on engendre un signal de commande d'une certaine polarité quand la valeur instantanée est supérieure au niveau de seuil de la tension ; - un signal de commande, de polarité opposée, est engendré quand la valeur instantanée est inférieure au seuil de tension ; - l'impulsion de commande double, ainsi engendrée, est appliquée à un circuit 15 de filtre ; - le signal de commande filtré, d'une manière synchronisée, se comporte comme un signal de réglage de la fréquence de l'oscillateur local. 2. Procédé de comparaison de phase, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de seuil de tension est choisi pour être égal à la valeur 20 moyenne arithmétique à la fois de la valeur maximale et de la valeur minimale de la tension en delta, et en ce que les signaux de commande sont engendrés par des sources de courant constant. 5. Circuit intégré monolithique, pour la mise en oeuvre du procédé de comparaison de phase, selon la revendication 1, caractérisé en ce que : 25 - on applique la tension en delta à une entrée d'un amplificateur différentiel transistorisé ; - on applique une tension continue correspondant au niveau de seuil de tension à l'autre entrée de 1'amplificateur différentiel ; - dans le circuit à émetteur commun de 1'-amplificateur différentiel, à transis-30 tors, on insère le trajet collecteur/émetteur d'un transistor additionnel dont la base est commandée par les impulsions du l'oscillateur externe ; - les sorties de l'amplificateur différentiel commandent chacune l'une des deux sources de courant connectées on série, servant à charger ou à décharger, respectivement, la capacité du circuit délivrant la tension en delta ; 35 - la constante de temps du circuit filtre est capable d'être commutée électroniquement en fonction du degré de synchronisation. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des deux sources de courant constant est précédée par un inverseur de phase et en ce que les sources connectées en série, de courant constant, sont constituées cha-40 cune par un transistor, les deux transistors étant complémentaires. BAD ORIGINAL 15288 2040245 8 5» Circuit selon la revendication 3* caractérisé en ce que l'autre entrée de l'amplificateur différentiel est connectée au point de prise d'un diviseur de tension résistif, monté entre la tension d'alimentation et la masse. 6. Circuit selon la revendication 3» caractérisé en ce que la capacité du 5 circuit de filtre est constituée par le montage parallèle d'un condensateur de faible capacité, et d'un condensateur de capacité élevée, l'extrémité libre du condensateur à faible capacité étant reliée à la masse. 7. Circuit selon la revendication caractérisé en ce que dans la condition synchronisée, l'extrémité libre du condensateur à capacité élevée est re- 10 liée à la masse. 8. Circuit selon la revendication 3, -caractérisé en ce qu'à l'extrémité libre du condensateur à capacité élevée on relie le collecteur d'un transistor de commutation, dont l'émetteur est connecté à la masse et dont la base est conmandée d'une manière telle, par l'étage de coïncidence, que dans la condi- 15 tion synchronisée le transistor de commutation est rendu conducteur. 9. Circuit selon la revendication 3j caractérisé en ce que : - l'étage de coïhcidence est constitué par deux transistors qui, avec leur trajet collecteur/émetteur, sont tous les deux reliés directement à une résistance de fonctionnement conraune j 20 - une tension rectangulaire, dérivée de la tension en delta, est appliquée à la base de l'un des transistors ; - les impulsions d'oscillateur externe sont appliquées à la base de l'autre transistor ; - tin condensateur mémoire est inséré entre la masse et l'extrémité de la résis-25 tance de fonctionnement qui est située du côté du collecteur ; - la tension qui apparaît au condensateur mémoire, par l'intermédiaire d'un suiveur d'émetteur, monté en aval, et par l'intermédiaire d'un inverseur de phase, monté après le suiveur d'émetteur, sert à commander la base du transistor de commutation. 30 10. Circuit selon la revendication 9» caractérisé en ce que la constante de temps du montage série, constitué par le condensateur et la résistance de fonctionnement, est supérieure à la durée de la période de la tension en delta, cette constante de temps pouvant être, par exemple, environ cinq fois supérieure