Brevet FR2116224A1 — publié le 19720713

La théorie montre que l'opération d'échantillonnage n'alt^r." nullanrint un signrtl •'.ncident variebïa C'!î:£ 1;; t-: s-a ■- urvu pu-" g 5 que la fréquence d'échantillonnage soit au moins égale a eaux fois la fréquence supérieure du spectre du signal incident, il suffira G'un filtrage passe-bas du signal échantillonné, pour retrouver le signal initial. En conséquence, toute opération de filtrage è effectuer sur le signal analogique incioent, peut aussi bien être effectuée sur sa représentation échantillonnée. 10 Par ailleurs, l'art antsx^iaur a déjà décrit de nombreux filtres aigitaux de type transversal ou de type récursif constituas par un circuit d'adeition des échantillons pondérés et retardés du -signal incident à filtrer et du signal filtré. Dr les opérations aa pondérations étant arithmétiques il est possible de les effectuer à l'aice d'un calculateur numérique, pourvu que 15 lesdits échantillons du signal incioent à filtrer soient eux-mêmes coi^s de façon adéquate. Les signaux de transmission eu type à modulation par imoul-sions codés dites NIC ou PCH remplissent cette condition. Toutefois, les filtres obtenus sont lourds et peu pratiques, en raison des caractères spécifiques de l'information PCM. En effet, bien que les bits parcourant la ligne 20 de transmission apparaissent en séquence, ils n'ont pas tous la même signification puisqu'il en faut plusieurs pour constituer un mot définissant un même échantillon: l'un des bits définit le signe dudit échantillon tandis qu'à chacuR des autres bits du mot est affecta un poids. Donc le filtre le plus simple que l'on puisse réaliser nécessite un traitement des mots tenant 25 compte des significations respectives des différents bits. Il apparaît donc tentant de se libérer des contraintes d'un tel code pour aboutir à un système nettement plus simple: c'est à catte fin que la présente invention propose un filtre digital opérant sur un signal en code dit delta (A]. Ce type de modulation bien connu dans l'art antérieur procède 30 par approximations successives du signal analogique, à l'aide d'informations binaires à un seul bit, indiquant uniquement si l'approximation du signaux aux instants d'échantillonnage se fait par excès ou par défaut, donc en détectant le signe de l'écart entre le signal approximant et le signal. Selon que ledit signe est positif où négatif le bit de donnée transmis sera un 35 "1" ou un "0M binaire. On a déjà décrit dans l'art antérieur, un dispositif de filtrage du type transversal traitant un signal codé delta. S'agissant de signaux purement digitaux, la ligne à retard du filtre peut Stre constituée par un registre à décalage, à l'entrée duquel les bits du signal coda delta arrivent à une 40 fréquence correspondant à celle du décalage. Les bits retardes selon les BAD ORIGINAL 70 40291 2 2116224 caractéristiques de la fonction de transfert recherchée sont pondères et additionnés, fournissant ainsi un signal hybride, correspondant à un codage delta à plusieurs niveaux ou signal delta codé PCM pour un système effectuant -les pondérations par des opérations arithmétiques. Ce signal après décodage 5 fournit le signal filtre recherché. Cependant les filtres pOremerit transversaux nécessitent de nombreuses prises sur la ligne à retard, et ne permettent pas ae synthétiser tous les types de filtrage voulus puisque les fonctions de transfert obtenues présentent des zéros mais pas de pôles. Le problème ainsi posé est résolu par utilisation d'une boucle de réaction transformant 10 le filtre transversal en un filtre récursif. Toutefois, l'information disponible à la sortie du filtre transversal se présentant sous une forme digitale à plusieurs niveaux, nécessite une reconversion en code delta pOr, avant toute possibilité de réintroduction dans le filtre. Ceci implique un décodage suivi d'un recodage du signal, opérations qui non seulement compliquent le 15 schéma mais rendent toute réalisation sous forme digitale particulièrement onéreuse et compliquée. En effet l'opération de décodage nécessite une première intégration pouvant être assurée par un accumulateur binaire pour un système pQrement numérique et l'opération de recodage nécessite une seconde intégration ce qui complique sérieusement le dispositif. 20 La présente invention a pour objet un filtre récursif de signaux codés en delta, n'utilisant qu'une seule opération d'intégration. La présente invention a pour second objet, un filtre récursif pQrement digital n'utilisant qu'un seul accumulateur. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un filtre récursif 25 numérique de signaux codés delta,- permettant l'utilisation de mémoires mortes de faibles capacités pour des fonctions de transfert compliquées. La présente invention a encore pour objet un filtre récursif numérique de signaux codés en delta, multiplexe entre plusieurs utilisateurs. D'autres objets et avantages ressortiront de la description suivante, 30 se référant aux figures annexées représentant respectivement. Figure 1 : le schéma de principe d'une transmission digitale en code delta. Figure 2 : le schéma d'un filtre transversal opérant sur des signaux en code delta. 35 Figure 3 : le schéma d'un filtre récursif opcrant sur des signaux en code delta. Figure 4 : le schéma du filtre récursif simplifié déricé de la figure précédente. Figures 5 et 6 : les schémas de réalisations digitales du filtre delta 40 récursif simplifié. 70 40291 3 2116224 Figure 7 : 1s schéma d'utilisation du filtre delta récursif objet de la présente invention, selon un mode multiplex. Figure 8 : le schéma de l'accumulateur destiné à permettre une utilisation du filtre en multiplex. 5 Dans une transmission digitale du type delta, le signal analogique à coder est échantillons à intervalles réguliers de période T et une approche du signal d'entrée est obtenue par la transmission de un ou de zéro indiquant que l'approximation se fait par excès ou par défaut. Le codeur comprend donc comme l'indique la figure 1 un comparateur différentiel (C) attaquant une 10 bascule binaire (B3 contrfiléë par une horloge (H] de période T et dont la sortie est connectée à la ligne de transmission CL]. Le signal à coder est introduit sur l'une des bornes d'entrée du comparateur! l'autre borne d'entrée reçoit l'intégrale S1 du signal binaire en delta représentant le niveau analogique atteint par mémorisation des niveaux antérieurs. A chaque instant d'é-15 chantillonnage, le codeur délivrera un M1" ou un "QM binaire selon que la différence des signaux aux entrées du comparateur aura été positive ou négative. Un codage extrBmement simple du signal d'entrée est aonc obtenu, dans lequel tous les bits ont le même poids. De plus, le décodage d'une telle information peut être obtenu à l'aide d'un intégrateur S2. Le modem Cmodula-20 teur-démodulateur) ainsi obtenu est donc extrêmement simple. Le signal codé delta peut être filtré à l'aide du dispositif dit filtre transversal de la figure 2. Les filtres transversaux sont connus de l'art antérieur et se composent essentiellement c'uns ligne à retard ou d'un registre à décalage par cellule comportant plusieurs prises intermédiaires dont les 25 signaux sont pondérés et aaditionnés. Ces opérations peuvent être effectuées à l'aide de résistances et d'un amplificateur opérationnel ou à l'aide d'un calculateur dans un étage dit de sommation. Le signal delta sltj filtré apparaît au point A sous forme d'impulsions adjacentes □ plusieurs niveaux et il suffit d'un intégrateur S3 pour fournir en S le signal analogique filtré. 30 II convient d'ajouter que les registres à décàlage peuvent être connectés de façon à inverser le signal lorsque cela est nécessaire et qu'on peut ainsi obtenir des pondérations négatives. Il en ira de même dans les circuits décrits dans la suite. Pour transformer ce filtre transversal constituant une section directe 35 en un filtre récursif, il suffit d'y adjoindre un second filtrage transversal constituant une section de réaction. Le signal analogique en S doit donc être à nouveau codé en delta. C'est ce que réalise le schéma de la figure 3 où le signal digital entrant en E subit un premier filtrage transversal direct à l'aide du dispositif comprenant les cellules T1 et T2 décalant 40 chacune le signal binaire d'un temps T égal à la période d'échantillonnage, 70 40291 2116224 les résistances de pondérations R1, R2, R3, R4 et l'amplificateur opérationnel 21, effectuant la somme des niveaux pondérés appliqués à son entrée, puis un second filtrage transversal en réaction à l'aide des cellules T3, T4, des résistances R5, R6, R4 et du même amplificateur 11. Le filtre de réaction 5 reçoit à l'entrée le signal issu dudit filtre direct transformé en analogique par S4 et recodé en delta à l'aide du codeur S5, C, B semblable à celui du schéma de la figure 1. En fait, l'opération de codage nécessite trois opérations successives à savoir intégration en S4 différence en C et intégration en S5, essentielle-10 ment conrmutatives. De même, l'opération de filtrage peut être effectuée à n'importe quel stade du traitement correspondant aux diverses opérations séquentielle effectuées sur le signal initial. En conséquence, le signal delta présent à la sortie S, au lieu d'être additionné au niveau mémorisé en S5, puis comparé au niveau issu de S4, peut tout aussi bien être soustrait 15 de S4, puis le résultat comparé au niveau de potentiel zéro Cdétection du signe). Or l'architecture du filtre récursif permet la réalisation de ces opérations à moindre frais, grâce à l'existence de ladite section de réaction du filtre. En effet, l'existence de la boucle reliant la sortie S à l'intégrateur S4 à travers l'amplificateur opérationnel 21 permet l'utilisation de 20 cet étage pour additionner le signal en S préalablement inversé par une connexion adéquate de la bascule B. Le décodeur S4 effectuera donc l'opération S4-S5 dont il suffit de détecter le signe pour obtenir l'information désirée. C'est ce que réalise le circuit représenté sur la figure 4 déduit de celui de la figure 3 par suppression de S5, connexion de la borne correspondante 25 du comparateur C au potentiel de masse, et introduction d'une résistance R = R4. Le signal codé en delta apparaissant en S est donc inversé à l'aide du circuit R, R4, 21, puis ajouté à celui emmagasiné en S4, avant d'être comparé au niveau de référence zéro pour recodage delta. Ce signal recodé est aussi transmis à la boucle de réaction du filtre. 30 Ce circuit déjà fort attrayant ne peut toutefois être intégré à grande échelle selon les méthodes connues sous la dénomination LSI, en raison de la présence de nombreux composants analogiques des étages de pondérations, sommations et intégrations. Ces observations permettent de comprendre que l'on puisse lui préférer 35 le mode de réalisation pQrement digital schématisé sur la figure 5. Ce filtre comprend des cellules à retard T1 et T2 sur le trajet direct du signal codé delta et des cellules T3, T4 sur le trajet de réaction. En fait le nombre de cellules dépend de la fonction de transfert du filtre requis et n'est en théorie nullement limitatif. La limitation à deux cellules pour chacune 40 des voies permet une simplification des schémas et des explications. En raison 70 40291 2116224 du codage binaire, l'étage S4 de la figure 4 dans le cas où N est égal au M nombre de résistances de pondérations ne peut recevoir en entrée que 2 niveaux différents correspondant aux valeurs de £ où ai représente les valeurs binaires emmagasinées dans les 5 cellules T respectives et Ri les valeurs des résistances de pondérations correspondantes. Il est donc possible d'emmagasiner dans le cas choisi à titre d'exemple 64 mots correspondant au 2 combinaisons, dans une mémoire morte RDM. A chaque instant d'échantillonnage, le mot choisi correspondant à l'adresse apparaissant sur les fils 1 à B à l'entrée de la mémoire ROM 10 est additionné au contenu des opérations précédentes stocké dans l'étage accumulateur ACC. Le signe du contenu de ACC apparaissant à la sortie S contient donc l'information delta filtrée recherchée. En pratique, il peut être avantageux de réduire les dimensions de la mémoire morte, quitte même à compenser ces réductions par une complication 15 des autres étages logiques. En effet, la capacité de la mémoire devient rapidement inaccessible à des prix compétitifs mÊme en usant des techniques actuelles d'intégration LSI, et ce pour des filtres qui eux peuvent correspondre à des besoins réels. C'est ainsi que pour un filtre dont le registre à décalage comprendrait vingt prises, il faudrait une ROM à plus d'un million de positions 20 de mots. Il paraît donc préférable dans ce cas d'utiliser le schéma proposé sur la figure B: les adresses correspondant au filtre direct et au filtre de réaction sont traitées séparément par les mémoires mortes R0M1 ou ROM 2j les résultats sont ensuite additionnés dans un étage ADD avant d'être transmis à l'accumulateur. La taille de mémoire morte nécessaire est donc M/2 25 nettement inférieure à la précédente puisqu'elle a une capacité de 2 x 2 mots et au lieu d'un million de positions, il n'en faudra plus que deux mille environ. Dans de nombreuses applications, les vitesses de transmission des bits de modulation delta sont inférieures aux vitesses de fonctionnement des circuits 30 réalisés à l'aide des technologies connues. Le filtre peut donc être multiplexe par k utilisateurs, k étant égal au rapport desdites vitesses. C'est ainsi quB les techniques de construction en LSI de circuits utilisant des transistors à effet de champ du type métal-oxyds (MOSFET) permettent d'atteindre des vitesses de fonctionnement de 1 M bit/s, ce qui pour un codage 35 delta à 125 k bit/s permet de mutliplexer S canaux différents. Un mode de réalisation préféré d'un tel dispositif est représenté sur la figure 7. Il est à noter qu'en plus de l'économie que procurerait l'utilisation d'un même filtre en temps réel par huit utilisateurs différents, le dispositif de la présente invention réalise moyennant un léger accroissement de la capacité 40 de ROM, une fonction de filtrage différente pour chaque utilisateur ou canal, 70 40291 B 2116224 si besoin est. Le dispositif comprend un registre d'entrée à 8 positions binaires recevant chacune une des entrées A1 à AB contrBlées simultanément au rythme d'arrivée des impulsions de données, soit 125 KHz. La sortie de chacune des posi-5 tions du registre d'entrée est connectée à l'une des entrées d'une porte ET numérotées A1 à A8, dont la seconde entrée est contrBlée par un étage décodeur alimenté par un étage compteur d'adresses à trois positions binaires corrmandé par une horloge H2 à 1MHzj toutes les sorties des circuits A1 à A8 sont reliées à l'entrée E du circuit de filtrage proprement dit à travers 10 un étage à fonction logique OU. Ledit circuit de filtrage est dans son principe semblable à celui décrit en se référant à la figure B, auquel quelques modifications ont été apportées pour tenir compte des nouvelles conditions de fonctionnement. En effet, chacune des cellules T1 à T4 à retard T a été remplacée par un registre à décalage à huit positions donc à retard global 15 8T, référencées T'1 à T'4 respectivement. Par ailleurs pour tenir compte des exigences d'obtention d'une fonction de filtrage différente pour chacune des voies d'entrée, les sorties de l'étage compteur interviennent aussi dans l'adressage des mémoires R0M1 et RQM2. La sortie S du filtre est ensuite démultiplexée à l'aide du circuit comprenant les portes A'1 à A'8 recevant 20 simultanément la sortie S sur une première entrés, et une des sorties du déoodeur sur une seconde entrée. Les sorties des étages A'1 à A'8 chargent respectivement les positions binaires d'un registre de sortie alimentant les voies d'utilisation S01 à S08 sous le contrBle de l'horloge H1 à 125 KHz. 25 Le fonctionnement du dispositif peut Btre schématisé comme suit. Les données codées delta arrivent simultanément toutes les 8 ys sur les entrées E1 à E8 et sont chargées dans le registre d'entrée sous le contrBle de l'horloge H1 à 125 KHz. Elles sont ensuite transmises séquentiellement toutes les 1 ps, à l'entrée E, sous le contrBle de l'horloge H2. En effet, le comp-30 teur choisi a trois positions binaires et peut donc compter de un à huit avant d'Btre remis à zéro par l'impulsion H1 suivante. Les données fournies aux registres à décalages T'1 à T'2 à huit positions reviennent donc au traitement de données appartenant à une mSme ligne, au rythme de Q us. Le système traite ensuite chaque information delta comme l'aurait fait le circuit de 35 la figure B en régime non multiplex. De plus, comme cela a déjà été mentionné plus haut, il doit être possible de modifier les caractéristiques du filtre pour chacune des voies traitées. Ceci explique l'utilisation de la sortie du compteur, donc de l'adresse en binaire de la voie traitée à chaque instant H2, pour adresser des emplacements dB mémoire différents. Ensuite le contenu 40 de l'étage ADD doit Btre transmis à l'accumulateur pour la détermination du 70 40291 7 2116224 signe du résultat de l'addition algébrique de l'information issue de l'étage ADO avec le contenu fourni par les opérations précédentes, pour une même voie, et stockée dans l'étage ACC. Pour tenir compte du fonctionnement multiplex, il faut que l'accumulateur connaisse à tout instant l'adresse du canal 5 traité, ce qui explique que la sortie du compteur serve à adresser l'étage ACC. En pratique une meilleure réalisation de l'étage ACC, conduisant à une réduction de sa capacité est obtenu grâce à l'agencement de circuits de la figure B. L'information issue de l'étage ADD a "n" bits en parallèle dépendant essentiellement de la précision de traitement définie par les erreurs d'arron-10 di limites. Elle est transmise à l'entrée "a" d'un accumulateur ACC1 dont la sortie traverse un registre à décalage SH sous le contrBle de l'horloge H2. L'étage SH ayant huit positions de mots et la sortie de son dernier étage étant renvoyée à l'entrée "b" de l'étage ACC1, celui-ci effectue donc la fonction de l'étage ACC, précédemment décrite et fournit à sa sortie S l'in-15 formation de signe recherchée. Le signal codé delta filtré est ensuite obtenu par simple attaque d'une bascule. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut 20 y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 40291 a 2116224 REVENDICATIONS 1.- Filtre digital récursif destiné au traitement d'un signal incident codé selon le procédé dit de modulation delta, caractérisé en ce que la section de réaction dudit filtre Bst utilisée pour permettre à tout instant d'échan-5 tillonnage, d'effectuer simultanément l'addition ou la soustraction des niveaux antérieurs et la soustraction du niveau actuel, permettant ainsi l'opération du codage en delta nécessaire à la constitution de ladite section de réaction, ainsi qu'à la mise en forme des données filtrées, par une simple détection ds signe. 10 2.- Filtre digital récursif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle contenant la section de réaction, utilise l'étage de sommation du filtre récursif conventionnel, pour soustraire le signal de la boucle, ce qui permet d'obtenir le signal codé delta filtré, par une simple intégra*-tion suivie d'une détection de signe. 15 3.- Filtre digital, selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire morte contenant les résultats des sommes algébriques des signaux binaires retardés et pondérés utilisés dans le filtre récursif, aux adresses fournies par la combinaison des bits parcourant la ligne à retard y compris le bit de sortie du filtrej un étage accumulateur alimenté par l'information 20 fournie par ladite mémoire morte et effectuant la somme algébrique de ladite information avec le résultat emmagasiné à l'instant d'échantillonnage précédent et fournissant directement l'indication de signe contenant l'information de filtrage recherchée. 4.«- Filtre digital du type récursif selon la revendication 1 caractérisé 25 en ce qu'il comprend: une première et une seconde lignes à retard constituées par des registres à décalage identiques comportant des prises entre leurs étages successifs et aux extrémitésj des moyens pour introduire le signal codé delta à filtrer et celui filtré respectivement à l'entrée desdits premier ou second registres à décalage» une mémoire morte destinée à fournir en sortie 30 les résultats de la somme des pondérations caractérisant la fonction de transfert du filtre recherché en réponse à l'adressage fourni, à chaque instant d'échantillonnage, par les bits apparaissant sur lesdites prises; un étage accumulateur ajoutant algébriquement les mots successifs issus de ladite mémoire morte et fournissant une information de signe définissant le bit 35 en modulation delta du signal filtré recherché. 70 40291 9 2116224 5.- Filtre digital du type récursif selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite mémoire morte est remplacée par plusieurs mémoires ou sections de mémoire du même genre mais de moindres capacités, se répartissant les entrées d'adressage et alimentant l'étage accumulateur â travers un étage 5 d'addition des mots fournis simultanément par les différentes mémoires mortes. B.- Filtre récursif selon la revendication 5 caractérisé en ce que lesdites mémoire mortes sont en nombre pair et réparties de manière telle qu'une moitié traite les adresses fournies par la ligne à retard appartenant à la section directe et l'autre traite les adresses fournies par la ligne à retard appar-10 tenant à la section de réaction. 7.- Dispositif selon la revendication S destiné au filtrage de k voies d'utilisation par emploi des techniques de multiplexage, caractérisé en ce que chacun des étages des lignes à retard appartenant aux sections directes et de réaction du filtre est remplacé par un registre à retard à K positions, 15 et que la sortie de l'étage accumulateur est reliée à l'entrée d'une ligne à retard à K positions de mots, la sortie de ladite ligne à retard étant elle-même reliée à une entrée de l'accumulateur permettant aux données de réapparaître à l'entrée de l'accumulateur à une période de codage delta d'intervalle et en synchronisme avec le système de mutliplexage. 20 S.- Dispositif de filtrage selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdites lignes à retard sont constituées par des registres à décalage. 9.- Dispositif de filtrage selon la revendication 7, caractérise en ce que chacune des mémoires mortes contient les sommes de pondérations relatives aux K voies, pour k fonctions de filtrages différentes, pouvant être choisies 25 par adressage desdites mémoires à partir du contenu du compteur d'adresses.