Brevet FR2088448A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un modulateur delta dans lequel un premier train de bits série de signaux digitaux ayant chacun un premier et un deuxième caractère représentent un accroissement ou une diminution d'un signal analogique, ce mo-5 dulateur comprenant un circuit de commande pour régler lfamplitude des accroissements ou diminutions. Dans un système utilisant la forme la plus courante de modulation en delta, une onde de message est échantillonnée à une cadence d*échantillonnage prédéterminée afin de four-10 nir sélectivement des signaux de variation positifs et négatifs à des circuits d'intégration à la fois dans un transmetteur et dans un récepteur. Dans un modulateur delta dans le transmetteur, la sortie de l'intégrateur est comparée à l'amplitude instants -née de l'onde de message à l'instant d'échantillonnage afin de 15 déterminer la polarité du signai. de variation suivant. Un chiffre binaire correspondant à la polarité du signal ue variation est transmis au récepteur une fois à chaque instant d'échantillonnage. Dans le modulateur delta du récepteur, les chiffres entrants commandent la polarité d'un signal de variation local qui 20 se trouve appliqué à l'intégrateur de manière à restituer avec une très bonne approximation l'onde de message originelle. Parmi les facteurs importants qui tencjent à dégrader la qualité de^transmission dans un tel système de modulation en delta figurent le "bruit de quantification et la distor-25 sion due à la surcharge. Le bruit de quantification est provoqué par des signaux de variation qui ne sont pas et ne peuvent pas être infiniment petits. Ce peut être particulièrement le cas aussi bien dans des conditions de circuit libre que lorsque la pente moyenne de l'onde de inessage transmise est faible. 30 La distorsion par surcharge se produit lorsque la pente du signal de variation n'est pas suffisamment élevée que pour permettre à la sortie de l'intégrateur de suivre des variations de l'amplitude instantanée de l'onde de message. Lorsque*l'amplitude de l'échelon de variation 35 dans un système de modulation en delta est maintenue constante tandis que l'amplitude d'un signal de message à fréquence constante croît, le rapport signal;-bruit augmente d'abord, puis diminue brusquement. L'accroissement initial du rapport signal-bruit provient du fait que l'effet en tant pour cent du bruit 40 de quantification diminue à mesure que croît l'amplitude du BAD ORIGINAL * 71 16648 2 2088448 signal de message. Un point se trouve cependant atteint pour lequel un accroissement de l'amplitude du signal produit une distorsion due à la surcharge en sorte qu'en ce point le rapport signal-bruit diminue assez brusquement. 5 Pour chaque valeur d'amplitude de l'échelon de variation on peut tracer une courbe de rapport signal-bruit en fonction de l'amplitude du signal, d'allure similaire. Pour des valeurs plus élevées de l'amplitude des échelons de variation, la courbe se déplace vers les amplitudçs plus,élevées du signal. de quantification peut etrë reduijl_ 10 II est clair que r*effet du bruit/a un minimum en réduisant l'amplitude du signal d'échelon, mais le problème de la distorsion par surcharge se trouve alors accentué. D'une manière similaire, l'effet de la distorsion par surcharge peut être réduit à un minimum en accroissant l'amplitude du signal 15 d'échelon, mais cet accroissement fait croître le bruit de quantification. On connait un système qui réduit à la fois le bruit de quantification et la distorsion par surcharge comporte un circuit pour comprimer et dilater le signal de message dans 20 l'émetteur et pour dilater le message reproduit dans le récepteur. Un tel système améliore la qualité des systèmes de transmission^ modulation en delta mais il implique des circuits analogiques complexes. D'autres systèmes utilisent des varia -tions continues ou discrètes de l'amplitude des échelons dans 25 le modulateur delta afin de minimiser les effets combinés du bruit de quantification et de distorsion par surcharge. Tous les systèmes précités dérivent l'information destinée à faire varier l'amplitude de l'onde de message ou l'amplituue de l'échelon de l'onde de message analogique. 30 Divers algorithmes ont été utilisés pour décider du moment où une variation d'amplitude doit se produire. L'algorithme le plus direct implique la mesure de la pente moyenne de l'onde de message et le réglage de l'échelon ou de l'amplitude conformément à cette mesure. Dans un système décrit ci-dessus, une 35 hystérésis est ajoutée afin d'empêcher que l'échelon ou l'amplitude varie continuellement entre les réglages adjacents. Ces systèmes, quoiqu'ils améliorent le rapport signal-bruit dans les systèmes à modulation en delta, n'assurent pas une maximalisation du rapport signal-bruit. Comme la vitesse de transmission 40 d'un systeme de transmission en delta est déterminée par le rap- BAD ORIGINAL 71 16648 3 2088448 port signal-bruit, il est souhaitable de réaliser un système assurant un rapport signal-bruit maximum. Un autre système a également été proposé dans lequel la présence ou lfabsence de deux bits similaires consé-5 cutifs dans les chiffres binaires transmis sert à augmenter ou à diminuer l'échelon de variation. Un tel système s'est avéré en pratique être instable c'est-à-dire qu'il permet le passage continuel et non contrôlé d'un échelon quelconque à l'autre. L'invention a pour but de résoudre les problè-10 mes évoqués ci-dessus. Elle a pour objet un modulateur delta comportant un circuit de réglage caractérisé par un premier dispositif répondant à un nombre prédéterminé de signaux digitaux successifs du même caractère afin d'augmenter l'amplitude des é-chelons de variation, un second dispositif répondant à un nom-15 bre prédéterminé de signaux digitaux successifs d'un autre caractère afin de diminuer l'amplitude des échelons de variation, et un dispositif de réglage additionnel qui répond à un nombre prédéterminé plus petit de signaux digitaux successifs du même ou de l'autre caractère afin de faire varier l'amplitude de l'éche-20 Ion de variation lorsque les variations successives de l'amplitude de l'échelon de variation n'ont pas lemême sens. Il a été constaté que la variation de l'amplitude de l'échelon de variation dans les systèmes de modulation en delta joue deux rôles distincts. Le pxemier consiste à régler 25 le système en un point de fonctionnement convenable. Le système est prévu pour que cette fonction soit restrictive de manière à empêcher le système d'occasionner de grandes variations des échelons par suite de rafales de signaux de bruit et de signaux indésirables. Le second rôle est de permettre au système de 30 varier entre deux amplitudes d'échelon adjacentes afin de suivre fidèlement l'onde de message. Cette variation doit avoir lieu à une vitesse compatible avec la variation de la pente de l'onde de message. Selon l'invention, une quantité analogique repré-35 sentée par chacun des bits d'une série se trouve augmentée ou diminuée en réponse à des séquences prédéterminées aes bits d'information numérique de la série. La longueur de la séquence ainsi requise pour faire varier ladite quantité analogique est réglée sélectivement d'après le sens de la variation qui 40 précède immédiatement . De cette manière, il est possible à cette 71 16648 4 2088448 quantité analogique de varier de façon plus aisée entre des amplitudes d'échelon adjacentes que dans le cas de variation continue dans le même sens. L'invention va être décrite ci-après en se réfé-5 rant à la planche de dessin unique jointe au présent mémoire, qui est un schéma synoptique d'un système de transmission d'information à modulation en delta conforme à l'invention. Ce schéma montre un émetteur 10 et un récepteur 11 connectés entre eux par un circuit de transmission 12. L'émetteur 10 10 comprend un amplificateur différentiel 13, une bascule 14, un réseau de résistances 16, et un condensateur 17. Une sortie 18 de l'amplificateur différentiel 13 est connectée à l'entrée d'établissement S de la bascule 14 tandis que la sortie 19 se trouve connectée à l'entrée de remise à zéro C de cette même 15 bascule. Une sorte 1 de celle-ci est connectée à l'entrée 24 du réseau de résistances 16 par l'intermédiaire des conducteurs 21, 22 et 23« Une sortie 27 du réseau 16 est connectée à une électrode du condensateur 17 par l'intermédiaire du conducteur 26 et à une première entrée 28 de l'amplificateur 13. 20 Un signal engendré par une source 5 se trouve appliqué à une seconde entrée 31 de l'amplificateur différentiel 13 par l'intermédiaire du conducteur 29. Une impulsion d'échantillonnage engendrée périodiquement par une horloge 6 se trouve appliquée par le conducteur 32 à une entrée de commande 33 de 25 l'amplificateur 13- Chaque fois qu'une impulsion d'échantillonnage se trouve appliquée à l'entrée 33, l'amplificateur 13 fournit une première série de signaux aux sorties 18 et 19 si l'amplitude du signal appliqué à son entrée 31 est supérieure à celle 30 du signal appliqué à son entrée 28. D'autre part, l'amplificateur 13 fournit une seconde série de signaux aux sorties 18 et 19 lorsque l'amplitude du signal appliqué à son entrée 31 est inférieure à celle du signal appliqué à son entrée 28. La première série de signaux de sortie établit 35 la bascule 14 dans un premier état tandis que la seconde série de signaux de sortie place la bascule 14 dans un second état. Le signal obtenu à la sortie de la bascule 14 commande le réseau de résistances lb qui présente alors entre son entrée 24 et sa sortie 27 une résistance dont la valeur est déterminée 40 par des signaux appliqués par un décodeur 34 sur plusieurs con 71 16648 5 2088448 ducteurs 3&« Comme les tensions obtenues à la sortie de la bascule 14 sont grandes comparées à la tension maximum engendrée sur le conducteur 17, la variation de la tension sur celui-ci pendant l'intervalle compris entre deux impulsions d'échantillonnage 5 successives est à peu près une fonction linéaire de la résistance présentée par le réseau 16. Cette variation de tension est la valeur de l'échelon de variation. Le signal obtenu à la sortie de la bascule 14 est le signal modulé en delta qui se trouve transmis sur le milieu de transmission 12 vers le récepteur 11 qui restitue-10 ra le signal originel. Si l'amplitude de l'échelon telle que la détermine le réseau 16 est petite comparée à la variation de tension de l'onde de message entre impulsions d'échantillonnage, le même signal est obtenu à la sortie de la bascule 14 pendant les 15 intervalles d'échantillonnage consécutifs. D'autre part, si l'amplitude du signal appliqué à l'entrée 31 de l'amplificateur 19 est relativement constante ou petite comparée à la valeur d'échelon déterminée par le réseau 16, pendant chaque intervalle d'échantillonnage, la tension sur le condensateur 17 croît ou 20 diminue d'une quantité suffisante pour modifier l'état de la bascule 14. Selon l'invention, la valeur de l'échelon est augmentée chaque fois qu'un nombre prédéterminé de bits similaires consécutifs sont fournis par la bascule 14. La valeur de l'échelon 25 est diminuée chaque fois qu'un nombre prédéterminé de bits consécutifs sont différents chacun de celui qui le précède. De plus, la valeur de l'échelon est également augmentée ou diminuée en réponse à des séquences similaires dans un nombre de bits plus petit que le nombre prédéterminé de bits consécutifs en fonction 30 du sens de la dernière variation d'échelon. Les variations d'échelons sont effectuées au moyen d'une seconde bascule 37 qui emmagasine l'information fournie par la bascule 14 pendant un intervalle d'échantillonnage. L'information emmagasinée dans la bascule 37 est par conséquent l'in-35 formation contenue dans la bascule 14 mais retardée a'un intervalle d'échantillonnage, La sortie de la bascule 14 est appliquée à l'entrée 41 de la bascule 37 par l'intermédiaire des conducteurs 38 et 39. L'impulsion d'échantillonnage sur le conducteur 32 est appliquée à l'entrée 43 de la bascule 37 par l'in-40 termédiaire du conducteur 42. Chaque fois qu'une impulsion d'échan 71 16648 6 2088448 tillonnage est appliquée à l'entrée 43, la sortie de la bascule 37 prend l'état de la bascule 14« Il est clair que les sorties des bascules 14 et 37 ont de légers retards de sorte que l'état de la bascule 14 peut être transféré à la bascule 37 pendant qu'un 5 fait l'information d'entrée de la bascule 14 se trouve en train d'être modifiée. Un comparateur 46 compare les signaux de sortie des bascules 14 et 37 à un instant déterminé par l'impulsion d'échantillonnage afin d'indiquer s'ils sont les mêmes ou s'ils sont 10 différents. La sortie de la bascule 14 est appliquée au comparateur 46 par les conducteurs 21, 22, 38 et 47 tandis que la sortie de la bascule 37 est appliquée au comparateur 46 par le conducteur 48. L'impulsion d'échantillonnage est appliquée au comparateur 46 par les conducteurs 42, 49 et le circuit de retard 50. 15 Si les sorties des bascules 14 et 37 sont les mêmes lorsque l'impulsion d'échantillonnage se trouve appliquée au comparateur 46, une impulsion se trouve appliquée au conducteur 51. Si ces sorties sont différentes, une impulsion apparaît sur le conducteur 52. L'impulsion qui apparaît sur le con-20 ducteur 51 fait avancer le compteur 53 d'une unité et remet le compteur 54 dans son état initial. L'impulsion qui apparaît sur le conducteur 52 fait avancer le compteur 54 d'une unité et remet le compteur 53 dans son état initial. Le compteur 53 fournit normalement une impulsion 25 sur le conducteur 56 après six unités. Le compteur 54 fournit normalement une impulsion sur le conducteur 57 après six unités. Lorsqu'un signal est appliqué à l'entrée 58 du compteur 53» une impulsion se trouve appliquée au conducteur 56 après deux unités du compteur 53» D'une manière similaire, lorsqu'un signal est 30 appliqué à l'entrée 59 du compteur 54, une impulsion se trouve appliquée au conducteur 57 après trois unités du compteur 54- Le conducteur 56 est connecté à un compteur de sélection d'échelon 62, qui est un compteur réversible, par l'intermédiaire du conducteur 61. Une impulsion appliquée 35 par le compteur 53 aux conducteuia 56 et 61 augmente d'une unité le contenu du compteur de sélection 62. Le conducteur 57 est connecté à une seconde entrée du compteur 62 par l'intermédiaire du conducteur 63. Lorsque le contenu du compteur 53 dépasse son maximum, le nombre emmagasiné dans le compteur de sélection 62 40 augmente et lorsque le contenu du compteur 54 dépasse son maximum, 71 16648 7 2088448 le nombre emmagasiné dans le compteur 62 diminue. Le nombre emmagasiné dans le compteur 62 se trouve appliqué au décodeur 34 par l'intermédiaire de plusieurs conducteurs 64. Le décodeur 34 commande le réseau de résistances 16. 5 On voit par conséquent que l'amplitude de l'échelon de variation telle que déterminée par le réseau 16 varie chaque fois que l'un ou l'autre des compteurs 53 et 54 dépasse son contenu maximum. Dans un mode de fonctionnement, le contenu du compteur 53 dépasse sa valeur maximale s'il apparaît sept bits similaires 30 consécutifs à la sortie de la bascule 14 tandis que le contenu du compteur 54 dépasse sa valeur maximale s'il apparaît sept bits alternés consécutifs à la sortie de la bascule 14* Les compteurs 53 et 54 commandent également une bascule 66. Chaque fois que le compteur 53 fournit une impulsion 15 sur le conducteur 56, cette impulsion se trouve également appliquée au conducteur 67 de manière à mettre la bascule 66 dans un premier état. Lorsque le contenu du compteur 54 dépasse.sa valeur maximale l'impulsion qui apparaît sur le conducteur 57 est également appliquée au conducteur 68 de manière à mettre la 20 bascule 66 dans son second état. Une sortie de la bascule 66 est appliquée à la borne 59 du compteur 54 par l'intermédiaire du conducteur 69 tandis que l'autre sortie de la bascule 66 se trouve appliquée à la borne 58 du compteur 53 par l'intermédiaire du conducteur 71« De cette façon, un des compteurs 53 et 54 25 se trouve toujours conditionné pour répondre en sorte de fournir une impulsion après son comptage le plus court plutôt qu'après son comptage le plus long. La polarité des signaux fournis par la bascule 66 est choisie en sorte que celui des compteurs 53 et 54 dont le contenu a dépassé sa valeur maximale en dernier lieu 30 se trouve dans l'état de comptage plus élevé. On voit que de cette façon il est toujours plus aisé pour l'amplitude de l'échelon d'être ramenée à la valeur qu'elle avait juste avant qu'elle n'en change. On peut voir que si la valeur de l'échelon 35 a juste été augmentée par le compteur 53» un compte inférieur est a présent disponible au compteur 54- En conséquence, il suffit de trois unités pour diminuer la valeur de l'échelon tandis qu'un sept supplémentaire est nécessaire pour augmenter de nouveau la valeur de l'échelon. Le système selon l'invention peut ainsi 40 aisément alterner entre deux niveaux adjacents afin d'assurer 71 16648 8 2088448 une fidélité de signal suffisante tout en empêchant de grandes variations de l'amplitude de l'échelon sans augmentation de la distorsion. Le signal fourni par la bascule 14 et transmis 5 sur le milieu de transmission 12 est reconvertie dans le récepteur 11 en un signal analogique par l'intermédiaire du réseau de résistances 71 et du condensateur 72. Le réseau 71 est identique au réseau 16 de l'émetteur. Le signal entrant est appliqué à une bascule 73 • Une impulsion d'échantillonnage dérivée du K) signal entrant par un équipement non représenté est appliqués au conducteur 74 en sorte de mettre la bascule dans un état déterminé par le signal reçu. Une sortie de la bascule 73 est appliquée au réseau 71 par l'intermédiaire du conducteur 76. Le réseau 71 et le condensateur 72 ensemble intègrent le signal 15 présent sur le conducteur 76 afin de reproduire le signal reçu et fournir un signal analogique à la sortie 77« Dans un système de modulation en delta dans lequel il n'y a pas de variation de la valeur de l'échelon, la bascule 73» une seule résistance et le condensateur 72 suffisent pour 20 reproduire le signal. Toutefois, comme la valeur de l'échelon varie dans l'émetteur , il est nécessaire de faire varier la résistance du réseau 71 afin qu'apparaisse le signal analogique correct à la sortie 77. A cette fin, un équipement est prévu qui surveille le signal reçu et règle ensuite l'échelon de varia-25 tion du réseau de résistance* 71* Une seconde bascule 78 dans le récepteur 11 est validée par l'impulsion d'échantillonnage afin de transférer le signal de sortie de la bascule 73 à la bascule 78. L'impulsion d'échantillonnage est appliquée à la bascule 78 par l'in-30 termédiaire du conducteur 79 tandis que la sortie de la bascule 73 est appliquée à la bascule 78 par l'intermédiaire des conducteurs 76; 81 et 82. Les signaux de sortie des bascules 73 et 78 sont appliqués au comparateur 86 par l'intermédiaire des conducteurs 76, 81, 83 et 84 , respectivement. Le comparateur 86 corres-35 pond au comparateur 46. L'impulsion d'échantillonnage sur le conducteur 79 est appliquée au comparateur 86 par l'intermédiaire d'un circuit de retard 90. Le comparateur 86 fournit un signal de sortie sur le conducteur 88 chaque fois que les sig«aux sur les conducteurs 83 et 84 sont les mêmes et une impulsion de sortie sur 40 le conducteur 89 chaque fois que les signaux sur les conducteurs 71 16648 9 2088448 83 et 84 sont différents. L'impulsion sur le conducteur 88 sert à faire avancer le compteur 91 et à remettre le compteur 92 à zéro tandis que l'impulsion sur le conducteur 89 sert à faire avancer le 5 compteur 92 et à remettre le compteur 91 à zéro. Le compteur 91 est identique au compteur 53 tandis que le compteur 92 est identique au compteur 54- Chaque fois que le contenu du compteur 91 dépasse sa valeur maximale, une impulsion appliquée au con-ducteux 93 fait avancer le compteur de sélection d'échelon 94* 10 Chaque fois que le contenu du compteur 92 dépasse sa valeur maximale, une impulsion appliquée au conducteur 95 fait diminuer le contenu du compteur 94- La sortie de celui-ci commande le réseau, décodeur 96 qui détermine la valeur de la variation de résistance du réseau 71- Chacun des organes du récepteur 11 corres-15 pond à un des organes de l'émetteur 10. La sortie du compteur 91 est également appliquée à une entrée de la bascule 98 par l'intermédiaire du conducteur 97 afin de mettre cette bascule dans un premier état. La sortie du compteur 92 est appliquée à une seconde entrée de la bascule 20 98 par l'intermédiaire du conducteur 99 afin de mettre cette bascule dans un second état. Une sortie de la bascule 98 est appliquée par le conducteur 101 à une entrée 102 du compteur 92 tandis qu'une seconde sorUe de la bascule 98 est appliquée par le conducteur 103 à une entrée 104 dw compteur 91. les entrées 25 102 et 104 des compteurs 92 et 91 correspondent respectivement aux entrées 59 et 58 des compteurs 54 et 53 » respectivement. On voit-que, de cette façon, l'équipement du récepteur est pratiquement la même que celui de l'émetteur de manière à reproduire l'échelon de variation et l'onde de message à partir du signal 30 transmis. Le principe de variation de l'échelon peut être étendu pour un système de modulation en delta comportant un nombre fini de valeurs d'échelons. Si le contenu du compteur 53 dépasse sa valeur maximale pendant que le système se trouve dans 35 son état d'échelon maximum ou si le contenu du compteur 54 dépasse sa valeur maximale pendant que le système se trouve dans son état d'échelon minimum, l'état de la bascule 66 peut être modifié de manière à restreindre le déplacement à partir de ces échelons de limitation, comme s'il existait des valeurs d'échelon addition-40 nelles.Une action similaire est prise dans le récepteur si cette 71 16648 10 2088448 particularité est prévue dans l'émetteur. 71 16648 ii 2088448 REVENDICATIONS 1. Modulateur delta dans lequel un premier train de bits série de signaux digitaux ayant chacun un premier ou un deuxième caractère représentent un accroissement ou une diminu- 5 tion d'un signal analogique, ce modulateur comprenant un circuit de commande pour régler l'amplitude des accroissements ou diminutions, caractérisé en ce que le circuit de réglage comprend un premier dispositif répondant à un nombre prédéterminé de signaux digitaux successifs du même caractère afin d'augmenter l'amplitu-10 de des échelons de variation, un second dispositif répondant à un nombre prédéterminé de signaux digitaux successifs d'un autre caractère afin de diminuer l'amplitude des échelons de variation, et un dispositif de réglage additionnel qui répond à un nombre prédéterminé plus petit de signaux digitaux successifs du même 15 ou de l'autre caractère afin de faire varier l'amplitude de l'échelon de variation lorsque les variations successives de l'amplitude de l'échelon de variation n'ont pas le même sens. 2. Modulateur delta selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre prédéterminé de signaux digitaux suc- 20 cessifs du même caractère est égal au nombre prédéterminé de signaux digitaux successifs d'un autre caractère. 3. Modulateur delta selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre inférieur prédéterminé de signaux digitaux successifs du même caractère est différent du nombre infé- 25 rieur prédéterminé de signaux digitaux successifs d'un autre caractère. 4. Modulateur delta selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de réglage comprend une bascule répondant au premier train de bits série afin de fournir un second 30 train de bits série retardé du premier par un intervalle de donnée, un comparateur pour comparer périodiquement les premier et second trains de bits série afin de fournir un premier signal lorsque les trains de bits sont égaux et de fournir un second signal lorsque les trains de bits sont inégaux, un premier compteur pour fournir 35 un premier signal de sortie à une première sortie lorsque le premier compteur avance d'un premier nombre prédéterminé d'unités, en réponse à des signaux appliqués à une première borne, à des signaux appliqués à une deuxième borne afin de remettre le premier compteur dans un état initial et à un premier signal de 40 commande appliqué à une troisième borne afin de diminuer ledit 71 16648 2088448 premier nombre prédéterminé d'unités, un second compteur pour fournir un second signal de sortie à une seconde sortie lorsque le second compteur avance d'un second nombre prédéterminé d'unités, en réponse à des signaux appliqués à une quatrième borne pour 5 faire avancer le second compteur, des signaux appliqués à une cinquième borne afin de remettre le second compteur dans un état initial et à un second signal de commande appliqué à une sixième borne afin de diminuer ledit second nombre prédéterminé d'unités, une première connexion pour appliquer le premier signal aux pre-10 mière et cinquième bornes, une seconde connexion pour appliquer le second signal aux deuxième et quatrième bornes, un premier circuit de réglage répondant au premier signal de sortie afin d'augmenter l'amplitude de l'échelon de variation d'une quantité prédéterminée, un second circuit de réglage répondant au second 15 signal de sortie afin de diminuer l'amplitude de l'échelon de variation d'une quantité prédéterminée, un premier circuit de commande répondant au premier signal de sortie afin de fournir le second signal de commande, et un second circuit de commande répondant au second signal de sortie afin de fournir le premier 20 signal de commande