Brevet FR2128056A1 — publié le 19721020

- 1 - la présente invention concerne des perfectionnements aux générateurs de fréquences à boucle d'asservissement* On rappelle que de tels générateurs fournissent des signaux réglables en fréquence dont la stabilité en fréquence est de l'ordre 5 de celle de l'oscillateur de référence à haute précision qui les pilote. Dans ces générateurs, que l'asservissement soit à boucle unique ou à boucles multiples, la vitesse d'acquisition, c'est-à-dire le temps nécessaire pour atteindre la fréquence désirée est de 10 l'ordre de quelques dizaines de millisecondes pour les meilleures réalisations et cette vitesse dépend de l'écart en fréquence à 1'origine. la présente invention permet d'obtenir des durées d'acquisition beaucoup plus courtes, de l'ordre de quelques centaines de micro- * 15 secondes à la précision de 10 J sur la fréquence. Suivant l'invention, un générateur de fréquences pour la production de fréquences de la forme N.F où ÎT est un nombre entier variable affichable, et F une fréquence de référence fournie parun dispositif stable, ledit générateur comportant un oscillateur à 20 fréquence variable, et un dispositif d'asservissement, qui sera dit de régime, de la fréquence F/N où F est la fréquence de l'oscillateur, à ladite fréquence F , est caractérisé en ce qu'il comporte également un second dispositif d'asservissement, qui sera dit temporaire, de la fréquence F/q, à la fréquence k.F, où k est un ÎT 25 entier supérieur à 1, et où q est égal à -j— + e, e étant nul ou N faible devant -g-, et un dispositif de commutation permettant de déclencher successivement, pour un nombre If affiché, le dispositif d'asservissement temporaire puis le dispositif d'asservissement de régime. 30 l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins s'y rapportant sur lesquels : - la figure \ est le schéma d'un mode de réalisation d'un générateur de fréquences selon l'invention comportant une seule boucle. 35 - la figure 2 donne un schéma de principe pour la réalisation des éléments 5 et 6 de la figure 1. - la figure 3 sst un diagramme des temps relatif à différents points de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté un oscillateur variable 1 com- 40 portant une entrée de commande de fréquence, une sortie 71 07133 - 2 - 2128056 d'utilisation. 20 et une sortie auxiliaire reliée à l'entrée 30 d'un diviseur variable 3 comportant avantageusement un diviseur d'entrée de rapport fixe. Le diviseur variable 3 à commande décrimle, à p entrées de commande, fournit des impulsions à un basculeur 5 monostable 4, dont la durée de l'état quasi-stable est L. La sortie du basculeur 4 est reliée d'une part à l'entrée d'un basculeur monostable 16 dont la durée de l'état quasi-stable est L et, d'autre part, à l'entrée 50 d'un comparateur 5, comportant deux autres entrées 51, 52 et une sortie reliée à un circuit de commande 10 6 dont la sortie 61 est reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur 1. Un oscillateur pilote 7 alimente un diviseur de référence 8, Ce diviseur de référence 8 peut être constitué de deux compteurs en série dont les sorties d'utilisation seront alterna-15 tivement commutées sur l'entrée d'un basculeur bistable, la sortie du basculeur bistable constituant la sortie du diviseur de référence 8. Le premier de ces compteurs donne une impulsion de sortie pour Z/2 impulsions du pilote 7 et le deuxième de ces compteurs une impulsion de sortie pour k impulsions du premier compteur ainsi, 20 en l'absence de remise à zéro de ces deux compteurs, selon que la sortie d'utilisation du premier ou du deuxième compteur est commutée le diviseur de référence produit des signaux rectangulaires dont les fréquences respectives sont k.P^ = la relation entre 0 et Z dépendant de la fréquence de l'oscillateur 25 pilote 7, et = jp— . Le diviseur de référence 8 comporte également une entrée 23 de remise à zéro de ses deux compteurs et deux entrées 34, 35 pour la commande de son commutateur. La sortie du diviseur 8 est reliée d'une part à l'entrée 51 du comparateur 5 et, d'autre part à l'entrée de commande d'un 50 basculeur monostable 9 dont la durée de l'état quasi-stable est également L et dont la sortie est reliée à l'entrée 52 du comparateur 5. La sortie du basculeur monostable 16 est reliée à'une entrée d'une porte 17 dont la sortie est reliée d'une part a l'entrée 26 35 d'une porte "OU" 2 et d'autre part à l'entrée 28 d'un compteur 18 se réduisant ici à un basculeur bistable. La porte "OU" 2 a sa sortie reliée à l'entrée de remise à zéro 23 du diviseur de référence 8 et à une entrée de remise à zéro 31 dudiviseur variable 3. Le circuit de commande 6 est également relié par une seconde 40 entrée 60 à la sortie d'un convertisseur digital-analogique 10. 71 07133 - 3 - 2128056 10 Le générateur comporte un groupe d'entrées 41 définissant la fréquence désirée et une entrée auxiliaire de synchronisation 40; ces différentes entrées peuvent provenir par exemple d'un récepteur de télécommande 14. Les entrées 41 du circuit sont reliées aux entrées d'un dispositif d'affichage 13 comportant trois groupes de sorties : un premier groupe relié aux entrées digitales du convertisseur 10, un deuxième groupe fournissant, sous forme digitale-décimale dans cet exemple, le rapport N de la fréquence désirée 2^ à la fréquence F_ et un troisième groupe définissant de même le w rapport q = Deux dispositifs interrupteurs 12 et 11 dont les entrées sont respectivement reliées au second et au troisième groupe de sorties du dispositif d'affichage 13 ont leurs sorties respectives reliées aux différentes entrées de commande du diviseur variable 3 par l'intermédiaire de circuits "OU" représentés par de simples 15 points, de manière que le diviseur variable 3 effectue une division par H ou par q suivant que l'un ou l'autre des dispositifs interrupteurs 12 ou 11 est fermé ou ouvert. L'entrée 40 du générateur est reliée à l'une des entrées de commande 21 d'un basculeur bistable 15 dont la seconde entrée de 20 commande, 22, est reliée à la sortie du compteur 18, les deux sorties du basculeur 15 sont reliées l'une à l'entrée de commande 24 du dispositif interrupteur 11 et à une première entrée de commande 34 du diviseur de référence 8, l'autre à une entrée de commande 25 du dispositif interrupteur 12, à une seconde—entrée de commande 35 25 du diviseur de référence 8 et à une entrée de blocage de la porte 17• L'entrée 40 est également reliée à une entrée 27 de la porte "OU" 2 et à une entrée 29 de remise à zéro du compteur 18. Le fonctionnement va être décrit en se reportant au diagramme destemps de la figure 3, où les signaux apparaissant aux bornes 30 40, 51, 52 et 50 sont repérés par ces mêmes nombres. Le dispositif fonctionne comme suit : Après l'affichage d'une nouvelle fréquence par les entrées 41, une impulsion de synchronisation appliquée à l'instant t (fig.3) à l'entrée 40 remet à zéro le compteur 18 et les diviseurs 3 et 35 8, ces derniers par l'intermédiaire de la porte "OU" 2. Par ailleurs l'impulsion de synchronisation met dans l'état zéro le basculeur 15 qui débloque la porte 17, en outre le basculeur 15 bloque le, dispositif interrupteur 12 et débloque le dispositif interrupteur 11, ce qui fait passer le rapport 40 de division du diviseur 3 à la valeur q. L'impulsion de synchro 71 07133 - 4 - 2128056 nisation commande enfin l'apparition de la fréquence k.Fr sur la sortie du diviseur de référence 8. Le dispositif 13 fournit les signaux susmentionnés sur ses deuxième et troisième groupes de sorties et sur son premier groupe 5 de sorties un signal digital appliqué au convertisseur 10. Le convertisseur 10, dont la structure dépend de la caractéristique fréquence/signal de commande de l'oscillateur 1, fournit à celui-ci, par l'intermédiaire du circuit 6, un signal de commande correspondant approximativement à la fréquence Fg; sous 10 l'action de ce signal de commande l'oscillateur prend une fréquence F + ^ F; on désignera par 0C la valeur absolue maximum du rapport —^ et L est choisi égal à .9. D'autre part, le diviseur variable 3, remis à zéro au temps tQ, fournit à l'instant t' une brève impulsion transformée en •une 15 impulsion 1^ de largeur L par le basculeur 4; la durée T'= t'- tQ étant égale à ' on a I ^ ' ~ ^o + ^ ^ 0 = L'impulsioneI.j est appliquée au basculeur monostable 16, ce basculeur qui est muni d'un différentiateur de sortie fournit une impulsion étroite au bout du temps L suivant le front arrière 20 de 1^, c'est-à-dire au temps t' + 2 L = t^; cette impulsion est appliquée à travers la porte 17, d'une part à la porte "OU" 2 pour remettre à zéro les compteurs des diviseurs 3 et 8, d'autre part au compteur 18. Sur l'entrée 51 apparaît donc entre les temps t et t, un 25 signal R1 de niveau "0" entre t et t + -5», de niveau "1" entre A O O tQ + -g- et tQ + 9 et de niveau "0" entre tQ + 9 et t^. La sortie du basculeur 9 est choisie de manière qu'apparaisse sur l'entrée 52, entre les temps tQ et t^, un signal qui présente le niveau "1" entre t et t + -ê- , le niveau "0" entre t + -ê- O O 2 O 2 et tQ + + L et à nouveau le niveau "1" entre t + «4» L ett^. Des paires de signaux simultanés obtenues de la même façon que R,j et R'^ seront appliquées à la suite les unes des autres respectivement sur les entrées 51 et 52 du comparateur 5 tant que le compteur 18 n'aura pas reçu sur son entrée 28 le nombre d'impulsion 35 correspondant au nombre désiré m de ces paires de signaux simultanés. Quand ce nombre est atteint le compteur 18 fournit un signal qui fait basculer le basculeur 15. On a supposé ici m = 1, c'est pourquoi le compteur 18 se réduit à un basculeur, lequel fait basculer le basculeur 15 dès l'instant t^. 40 Le basculement du basculeur 15 a les effets suivants : 71 07133 - 5 - 2128056 - la porte 17 est bloqué^ et interdit dès lors l'alimentation du compteur 18, ainsi que l'envoi de signaux de remise à zéro aux diviseurs 3 et 8. - le dispositif interrupteur 11 est bloqué et le dispositif 12 5 débloqué, ce qui feifcpasœrà ÏT le rapport de division du diviseur 3 - par l'intermédiaire du commutateur du diviseur de référence 8, il commande l'apparition de la fréquence J?r sur la sortie de oaLui-d Par conséquent, à partir de l'instant t^ : - Le diviseur variable 3 fourni de brèves impulsions à la fréquence 10 F/N, où P est la fréquence de l'oscillateur 1; ces brèves impulsions sont transformées en impulsions I2 de largeur L par le basculeur 4. - Le diviseur de référence 8 qui n'est plus remis à zéro fournit un signal rectangulaire R2 de fréquence F et de période T , présentant un niveau "0" pendant chaque première demi-période et un 15 niveau "1" pendant chaque seconde demi-période, le basculeur 9 fournit alors, un signal R'^ qui, par rapport au signal qui serait obtenu par une simple inversion des niveaux de R£, présente des niveaux "0" allongée en durée de L, et des niveaux "1", autres que le premier, réduits de cette durée L. 20 Le comparateur 5 auquel est appliqué en 50 l'impulsion 1^ est essentiellement constitué, comme le montre la figure 2, par deux portes ET dont la première est alimentée par les entrées 50 et 51 et la seconde par les entrées 50 et 52 du comparateur, ces deux portes alimentant l'une et l'autre là "sortie-du comparateur, la 25 seconde par l'intermédiaire d'un inverseur 56. Dans ces conditions, il apparaît (figure 3) que si A F = 0, t' = t + 0, le comparateur 5 ne fournit aucun signal; si Al1 est positif, c'est-à-dire si t' ^(t0 + 0) le comparateur 5 fournit un signal positif; si^f est négatif, c'est-à-dire t'^> t + 8 le 30 comparateur 5 fournit un signal négatif. Le circuit 6 est essentiellement un circuit d'addition à mémoire faisant la somme du signal de sortie du convertisseur 10 et du signal résultant de l'intégration des signaux de sortie successifs du comparateur 5. 35 On a représenté sur la figure 2 les portes 53 et 54 et l'in verseur 56 susmentionnés ainsi que les entrées 50, 51, 52 et la sortie 55 du comparateur; celle-ci est reliée à une borne d'une résistance 57 dont l'autre borne est reliée à la base d'un transistor 63. Le transistor npn 63, dont le collecteur est relié à 40 une source de tension positive, et l'émetteur à la masse par 71 07133 - 6 - 2128056 l'intermédiaire d'une résistance de charge 64. L'émetteur du transistor est d'autre part relié à la' sortie 61 du circuit de commande 6. L'entrée 60 réunie à la sortie du convertisseur 10 est reliée à la première armature d'un condensateur 62 dont la 5 seconde armature, 65, est reliée à la base du transistor 63. Lors de l'apparition de l'impulsion 1^ l'armature 65 recevra une charge Q = Qo C(to + 0) ~ *'3 où Qq est, dans cet exemple, positif. A partir de l'instant t^ le signal définit avec le signal R*2 des fenêtres de comparaison entre les instants t^ = t^-tta.T^, 10 avec m entier et les instants ti + L. Avec ces fenêtres de comparaison seront comparées les impulsions 1^. La comparaison s'effectue de façon identique à celle de-l'impulsion I.j avec la fenêtre de comparaison définie entre les instants t^ + 9 et t + 9 + L par les signaux R^ et R'^, la 15 comparaison de I2 détermine une charge Q' = Qq (^t) sur l'armature 65 du condensateur 62 oùAt est le décalage positif ou négatif, entre une impulsion du diviseur variable et la fenêtre de comparaison correspondante. Les variations correspondantes du signal de commande compensent 20 dès lors toute dérive éventuelle de l'oscillateur variable. A titre d'exemple, on considérera ce qui se passe avec une fréquence à élaborer de valeur j? = 4352; l'unité considérée étant e le pas du générateur de fréquence, c'est-à-dire F . Le premier cycle de l'oscillateur variable 1, qui n'est 25 alors commandé que par le signal provenant du convertisseur 10, s'effectue à la précision + ©(de ce dernier. Le taux de division du diviseur -variable est, pendant ce premier cycle de q = -g- et, si l'on prend k égal à 10 ce qui est logique et simplifie le dispositif d'affichage 13 pour la double 30 commande du diviseur, il en résulte que q == ' est égal à 435 du fait que la division par k ne tient pas compte dans le quotient des chiffres situés à droite de la virgule. La comparaison effectuée ai bout du premier cycle réduit ainsi l'erreur sur ^a fréquence de sortie de l'oscillateur variable 1 à ^ soit 35 dans le cas présent — . Au bout de l'étape suivante utilisant 4352 la fréquence de référence F cette erreur est corrigée. Dans la mesure où les deux basculeurs monostables 4 et 9 ont bien la même durée d'état quasi-stable L = (X .9 et dans la mesure où les circuits constituant la boucle sont des circuits rapides, 1 'oscillateur 40 variable fournit la fréquence F = 4352 avec une précision qui est v 71 07133 - 7 - 2128056 celle du pilote 7, et qui est maintenue grâce au second cycle» Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ou représenté, c'est ainsi qu'on peut prévoir un facteur k variable et un signal présentant plus d'un cycle; on 5 peut également utiliser deux boucles différentes pour les comparaisons respectivement effectuées sur les fréquences k P et F ou bien une boucle unique comportant deux organes de comparaison l'un à fort gain agissant lorsque la comparaison se fait avec k.Fr, l'autre à faible gain agissant seul lorsque la comparaison tO se fait avec P . r l'invention s'applique également à tout synthétiseur de fréquences comportant au moins un générateur de fréquences selon l'invention. 71 07133 - 8 - 2128056 REVENDICATIONS 1. Générateur de fréquences pour la production de fréquences de la forme N.F^ où. N est un nombre entier variable affichable, et F^ une fréquence de référence fournie par un dispositif stable, ledit générateur comportant un oscillateur à fréquence variable, 5 et un dispositif d'asservissement, qui sera dit de régime, de la fréquence F/N, où P est la fréquence de l'oscillateur, à ladite fréquence P , caractérisé en ce qu'il comporte également un second dispositif d'asservissement5 qui sera dit temporaire, de laô-équence P/q, à la fréquence k F , où K est un entier supérieur à 1, et où 10 q est égal à + e, e étant nul ou faible devant — , et un dispositif de commutation permettant de déclencher successivement, pour un nombre N affiché, le dispositif d'asservissement temporaire puis le dispositif d'asservissement de régime. 2. Générateur de fréquences suivant la revendication 1, 15 caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement temporaire est agencé de manière à fournir un signal d'erreur proportionnel ■j à la différence algébrique entre les durées des périodes , « et -2-. 3. Générateur de fréquences suivant la revendication 2, 20 caractérisé en ce que le dipositif d'asservissement temporaire comporte - un ensemble diviseur alimenté par ledit oscillateur variable et fournissant m impulsions 1^ dont les fronts avant apparaissent respectivement aux temps T^ , » où T^ = — + t oc ® J dans lequel t est l'instant d'apparition de l'impulsion de synchronisation du générateur et où T. = T. 1 +-%-+L' avec 1 1 "" t J? i supérieur à 1 et L' supérieur ou égal à 2 L. - un dispositif générateur fournissant successivement m paires de signaux simultanés R^ et R'^, débutant respectivement aux 30 tempe T, ,T0...T et tels que, depuis l'origine de temps T. corres- i c. d jt «f JL pondante jusqu'au temps - c, avec c compris entre et L, R1 et R', présentent respectivement des niveaux "0" et "l",1* entre 1 1 les instants g-p - c et j^jr- des niveaux "1" et "0", entre les 1 * r 1 T instants ,—et + L un merae niveau et entre l'instant k.P 1 r 35 ■■ ' + L et l'origine de temps suivante des niveaux "0" et "1", 3? - et un comparateur recevant les m signaux R^ et R'^ et les m impulsions 1^ la sortie du comparateur étant couplée à l'entrée de commande de l'oscillateur. 71 07133 - 9 - 2128056 4. Générateur de fréquences suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un circuit permettant d'appliquer un premier signal,fonction du nombre affiché H,à l'entrée de commande de fréquence dudit oscillateur variable 5 en même temps qu'est déclenché le dispositif d'asservissement temporaire. 5. Générateur de fréquences suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit est composé d'un convertisseur digital-analogique fournissant à un condensateur placé à l'entrée "10 de commande de l'oscillateur variable une charge telle que cette charge réalise une première commande approximative de la fréquence N.F à élaborer. r 6. Générateur de fréquences suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit asservissement de régime est effectué 15 par un comparateur à l'entrée duquel sont appliqués d'une part des impulsions 1^ de largeur 1 émises à la fin de chaque période d'un signal de fréquence F/N, dont le début de la première période correspond au temps t^ = Tm + + L', et d'autre part des signaux ^ e"k ^es signaux R'2, ^ ayan"': urie période de durée 20 _L_ = T et présentant un niveau "0" entre les instants t. et jp t x r t± + j - d, et un niveau "1" entre les instants t^ + j Tr - d et t^ + j j =1, 2, 3..., et d compris entre Tr et L, R'2 étant le signal qui, par rapport au signal qui serait obtenu par une simple inversion des niveaux de présente des niveaux "0" allongés 25 en durée de L et des niveaux "1", autres que le premier, réduits de cette durée L. 7. Générateur de fréquences suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit comparateur utilisé en asservissement de régime est le même que celui qui est utilisé en asservissement 30 temporaire. 8. Générateur de fréquences suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le comparateur utilisé en asservissement temporaire est à gain plus élevé que le comparateur utilisé en asservissement de régime. 71 07133 -10- 2128056 9. Synthétiseur de fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur de fréquences selon l'une des revendications précédentes.