Brevet FR2070043A1 — publié le 19710910

La présente invention concerne un circuit de filtrage à fonction non linéaire, traduisant les passages des composantes utiles d'un signal composite, par un niveau de référence. Dans de nombreuses applications industrielles appartenant notamment 5 au domaine des transmissions, à celui de la reconnaissance de la voix, ou à celui de la téléphonie, il est nécessaire de déterminer les fréquences d'un signal électronique composite ou même d'y déceler, simplement la présence de signaux de fréquence donnée. C'est ainsi que les systèmes d'analyse de la voix exigent la détermination de la fréquence fondamentale du signal élec-10 tronique fourni par le transducteur en réponse à son excitation par le son à analyser. A cet effet, ledit signal est tout d'abord filtré pour n'en conserver que les composantes utiles, puis écrêté. Ces deux fonctions réalisées dans l'art antérieur à l'aide de deux circuits juxtaposés, rendent le système peu facile à manipuler et d'autant plus onéreux que chacun desdits circuits utilise 15 des éléments actifs tels que des amplificateurs opérationnels. La présente invention a pour objet un circuit permettant de réaliser simultanément les fonctions de filtrage et d'écrôtage ou de détection des passages par un niveau de référence dit niveau zéro, du signal filtré. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un circuit de fil-20 trage et d'écrêtage offrant par ailleurs des moyens de contrôle de sensibilité et de phase, particulièrement simples. D'autres objets et avantages ressortiront de la description ci-dessous faite en se référant aux figures annexées représentant respectivement: Figure 1s le schéma bloc du circuit permettant d'illustrer le principe 25 de la présente invention. Les figures 2 et 3: des modes de réalisation du circuit de la présente invention. La fonction de transfert globale requise est obtenue en insérant dans la boucle de réaction d'un amplificateur opérationnel du filtre actif, un élé-30 ment de circuit à fonction de transfert non linéaire et présentant une discontinuité ou fonction de transfert en échelon. La figure 1 représentant un schéma bloc permettant d'illustrer le principe de la présente invention comprend un amplificateur opérationnel Aop dont l'entrée non inverseuse est reliée à la masse, tandis que son entrée inverseu-35 se est reliée à la fois à l'extrémité d'un réseau d'admittances d'entrée, et à l'extrémité d'un autre réseau d'admittances constituant les boucles de réaction. L'entrée Vi du filtre non linéaire est reliée à deux admittances Y1 et Y3 en série dont la borne commune est reliée à une admittance Y2 reliée par ailleurs à la masse. La borne libre de Y3 est reliée à l'entrée inverseuse 40 de l'amplificateur opérationnel Aop. Une première boucle de réaction reliant 69 45783 2 2070043 la sortis Vo de l'amplificateur Aop à son entrée inverseuse comprend une impé- . dance Z, dont la fonction de transfert tension-courant est non linéaire et discontinue au passage par le niveau de référence, en série avec une admittan-ce Y5. Une seconde boucle de réaction reliant la sortie Vo au point commun 5 à Y1 et Y3 comprend en série ladite impédance Z et une admittance Y4. Une sixième admittance Y6 relie le point commun Vs à Z, Y4 et Y5, à la masse. Pour des raisons de simplification du développement théorique ci-dessous, l'amplificateur Aop sera assimilé à un amplificateur opérationnel parfait en particulier quant à son gain en boucle ouverte et à ses impédances d'entrée et de 10 sortie. Une analyse par les méthodes classiques du réseau ainsi formé permet de déterminer les fonctions de transfert dudit réseay. En particulier la fonction de transfert en tension est donnée par l'équation: Vs _ _ Y1 Y3 N(s) m Vi " Y5 CY1 + Y2 + Y3 + Y4) + Y3 Y4 ~ DCs) 15 "s" étant la variable complexe utilisée dans la transformation de Laplace. Par ailleurs, 1'admittance de sortie K[s) est donnée par la formule: Us) = ~ = Y4 + Y5 + YB + (2) d'où la fonction de transfert tension-courant du dispositif global est: Io _ Vs lo . v NCs) fQ_ Vi " Vi X Vs " Us) X DCs) t3] 20 Les relations ci-dessus montrent d'une part que le choix des admittances Yi (i variant ici de 1 à 6) permet d'obtenir un filtrage du type passe-bas, passe-bande ou passe-haut selon les besoins, d'autre part que ladite fonction de filtrage se retrouve en (3). Par conséquent, en choissant un circuit Z ayant une caractéristique tension-courant discontinue, aussi proche que possible 25 d'un créneau, le signal entre Vs et Vo est un signal carré dont les transitions rendent parfaitement compte des passages par zéro du signal filtré. De plus, la présence de l'élément K(s) permet de régler la sensibilité du dispositif ou d'ajuster la phase du signal à une fréquence donnée. Un mode de réalisation simple est représenté sur la figure 2 dont le mon-30 tage fournit à la fois un filtrage et un écrêtage des signaux résiduels. En court-circuitant l'impédance Z représentant l'ensemble des deux diodes D1 et D2 tête bêche, un filtre actif passe-bande classique est obtenu. En fait, le filtre non linéaire global de la figure 2 peut être obtenu en donnant aux admittances Yi de la figure 1 les valeurs suivantes: 35 Y-1 = 1/R1 Y2 « C1s 69 45783 3 2070043 Y3 = 1/R3 Y4 = 1/R2 Y5 = C2s YB = 0 5 Un second mode de réalisation a été conçu en vue d'obtenir un circuit dit détecteur de tonalité permettant de déceler la présence d'un signal de fréquence donnée dans un signal analogique incident et de fournir une information de sortie à chaque apparition dudit signal de tonalité. Le circuit comprend essentiellement un filtre non linéaire du type décrit 10 plus haut recevant à l'entrée le signal incident dont les éléments sont les suivants: Y1 = 1/R1 Y2 = 1/R3 Y3 = C2s 15 Y4 = C1s Y5 = 1/R2 YB = 1/R + C3s où R est variable et permet un réglage de phase. Z est formé des diodes 01 et D2. 20 L'information digitale de sortie est mise en forme à l'aide d'un amplifi cateur différentiel attaquant un étage de sortie par l'intermédiaire d'un circuit de porte à diodes permettant d'inhiber le dispositif à volonté. En d'autres termes, les signaux pris aux bornes de Z attaquent respectivement les entrées d'un amplificateur différentiel comprenant deux transistors T1 et T2. 25 Un générateur de courant constant à transistor T3 dont la base est à -VB et l'émetteur relié à -V à travers une résistance R8, fournit le courant aux émetteurs de T1 et T2 reliés en commun au collecteur de T3. Le collecteur de T2 est relié à la borne positive d'une source d'alimentation +V, tandis que le collecteur de T1 est relié à cette même borne à travers une résistance R4. 30 Le collecteur de T1 est aussi connecté à une résistance R5 reliée par ailleurs aux anodes de deux diodes D3 et D4 montées en opposition. La cathode de D3 est reliée à l'entrée d'inhibition, tandis que celle appartenant à D4 est reliée à une résistance R7 connectée par ailleurs à la masse, et à la base d'un transistor de sortie T4. L'émetteur de T4 est à la masse. Le circuit de charge 35 collecteur de T4 permettant de fournir l'information logique de présence de la tonalité, comprend une résistance R6 dont la seconde borne est reliée à la borne d'alimentation +V. Un condensateur C4 en parallèle sur R5 sert à décaler le niveau de référence du signal appliqué au point commun des anodes de D3 et D4. 40 En fonctionnement lorsque la tension à l'entrée d'inhibition est à un 69 45783 4 2070043 niveau bas, D3 conduit, 04 et le transistor T4 sont bloqués, le niveau Vo de sortie est haut. Lorsque le niveau de tension sur l'entrée d'inhibition est haut, D3 est bloqé. Dans ce cas, l'état de fonctionnement de l'amplificateur différentiel peut être transmis à la sortie de Vo. Ainsi, dès le moment où 5 le niveau de tension sur la base de T2 est supérieur à celui de la base de T1, ce qui correspond à l'apparition des alternances négatives du signal de tonalité, la totalité du courant fourni par la source T3 passe dans 12, le niveau collecteur de T1 monte et entraine la conduction de T4 d'où l'apparition d'une information Vo. 10 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les figu res, les caractéristiques relatives à un mode de réalisation de l'invention, il est bien entendu que celui-ci n'a été fourni qu'à titre d'exemple et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. 69 45783 5 2070.043 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de filtrage non linéaire permettant la détection dBS passages du signal filtré par un niveau de référence, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre actif à boucles de réaction dans l'une desquelles est placé un circuit à caractéristique de transfert tension-courant non linéaire en créneau, 5 ledit dispositif fournissant directement à sa sortie l'information des passages du signal filtré par ledit niveau de référence. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit à caractéristique de transfert tension-courant non linéaire en créneau comporte deux diodes montées tête-bêche et dont l'une des extrémités est directement 10 connectée à la sortie dudit filtre actif. 3.- Dispositif de détection de la présence d'un signal de fréquence donnée, dit de tonalité, dans un signal analogique incident, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit différentiel à transistors dont les entrées sont connectées aux extrémités du circuit à caractéristique de transfert tension-courant non 15 linéaire en créneau du dispositif de la revendication 2, et dont la sortie attaque la base d'un transistor de mise en forme de l'information de tonalité.