Brevet FR2130642A1 — publié le 19721103

i 2130642 La présente invention se rapporte à un démodulateur et elle a trait plus particulièrement à un démodulateur utilisant une boucle verrouillée en phase. Des démodulateurs multiplex stéréo à modulation de fréquence 5 reconstituent une porteuse de 38 kHz de façon à assurer une démodulation synchrone d'un sous-canal à porteuse supprimée et à double bande latérale par filtrage d'un signal composite reçu de manière à régénérer un signal pilote de 19 kHz. Le signal pilote régénéré est ensuite appliqué à un doubleur de fréquence de maniè-10 re à obtenir une porteuse de réinsertion. De tels démodulateurs ne conviennent pas pour des circuits intégrés puisqu'il est nécessaire de prévoir des inductances. Suivant 1'invention, un démodulateur de signal composite présentant une composante de référence (par exemple un signal pilote 15 de 19 kHz) et une composante modulée en information (par exemple un sous-canal à porteuse supprimée et à double bande latérale*de 38 kHz) utilise une boucle verrouillée en phase pour régénérer une porteuse d'insertion en vue d'une démodulation synchrone. Des boucles verrouillées en phase de type classique utilisent un os-20 cillateur commandé par tension 'VCO') comportant une fréquence centrale d'oscillation égale ou proche de la fréquence d'entrée attendue. Cependant, il est difficile et coûteux de produire un oscillateur commandé par tension qui produise une forme d'onde de sortie symétrique, comme cela est nécessaire pour assurer une dé-25 modulation synchrone. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des boucles verrouillées en phase de types connus en utilisant un oscillateur commandé par tension présentant une fréquence de sortie qui est un multiple entier de la fréquence à verrouiller. Le si-30 gnal de sortie de l'oscillateur commandé par tension est appliqué à un diviseur de fréquence produisant un signal de sortie symétrique qui est utilisé pour assurer le verrouillage d'une fréquence d'entrée et pour fournir une porteuse de réinsertion. Il en résulte que la conception de l'oscillateur commandé par ten-35 sion n'a pas un caractère critique et qu'en fait cet oscillateur produit de façon avantageuse une forme d'onde asymétrique. D'autres avantages par rapport aux démodulateurs connus sont également obtenus à l'aide de plusieurs circuits qui sont combinés d'une façon nouvelle avec le circuit démodulateur. Un filtre 72 10339 2 2130642 passe-haut de conception simple, formé seulement de composants passifs "RC", est branché entre une source de signal composite et le détecteur de phase pour la transmission du signal pilote. On a trouvé qu'une élimination des composants de basse fréquence 5 dans le signal composite empêche un flottement de phase dans l'oscillateur commandé par tension. Un détecteur de phasage utilisé pour déceler la présence du signal pilote emploie une porte OU EXCLUSIF de manière à produire une forme d'onde de référence qui ne présente aucune ambiguité en ce qui concerne la phase du signal 10. pilote. L'invention a pour but de fournir un démodulateur perfectionné utilisant une boucle verrouillée en phase comportant un oscillateur commandé d'une fréquence supérieure à la fréquence à verrouiller. L'invention a également pour but de fournir un démodulateur 15 stéréo à modulation de fréquence comportant un filtre passe-haut passif relié à un détecteur de phase pour le signal pilote. L'invention a en outre pour but de fournir un détecteur de signal, pilote perfectionné utilisant une porte OU EXCLUSIF pour engendrer une composante de référence sans ambiguité de phase. 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue partiellement schématique et partiellement synoptique de l'invention ; 25 les figures 2A, 2F représentent schématiquement des formes d'o.ndes de tension engendrées par le circuit de la figure 1 ; la figure 3 est un schéma du circuit de l'oscillateur commandé par tension représenté sous une forme synoptique sur la figure 1. 30 Bien qu'un mode de réalisation donné à titre d'illustration ait été représenté sur les dessins et décrit en détail dans la suite, l'invention est susceptible de nombreuses variations accessibles à l'homme de l'art. Dans la présente description, on a donné des valeurs et des types de composants de façon à définir un 35 mode de réalisation complet de l'invention. Cependant, il est évident que ces valeurs et types -sont donnés seulement à titre d'exemple et n'ont aucun effet limitatif. Sur la figure 1, on a représenté un démodulateur agissant sur un signal composite multiplex stéréo à modulation de fréquence. 72 10339 3 2130642 Un tel signal peut être défini comme un signal multiplex en ce qui concerne le temps ou bien comme un signal composite en ce qui concerne la fréquence du fait qu'il comporte un canal principal "L + R", un canal de sous-porteuse "L - R"et un signal pilote d' 5 amplitude réduite d'une fréquence égale à la moitié de la fréquence de la sous-porteuse de façon à améliorer le processus de démodulation. Le canal de sous-porteuse est un signal à porteuse supprimée et à double bande latérale ("DSBSC") qui a été initialement modulé sur une onde sinusoïdale de 38 kHz. Un quatrième composant désigné 10 par SCA ("storecast") peut également exister dans certains cas et comprend un troisième signal basse fréquence, modulé en fréquence sur une seconde sous-porteuse. Le signal composite est disponible à une borne d'entrée 10 en provenance d'un récepteur stéréo à modulation de fréquence clas-15 sique. Un filtre passe-haut 12 relie la source 10 à un canal de reconstitution de porteuse de 38 kHz à des fins de réinsertion. Le filtre 12 est un réseau "RC" qui est formé seulement de composants passifs et qui est conçu de mànière à présenter un très petit déphasage à 19 kHz pou*1 empêcher une erreur de phase dans la porteuse 20 reconstituée. Le filtre 12 est utilisé pour empêcher un flottement de phase dans le canal lorsqu'il existe un signal basse fréquence. On a trouvé qu'il suffisait d'utiliser un seul réseau à un étage se composant d'un condensateur 16 branché en série entre la borne 10 et un détecteur de phase 14 et une résistance 17 branchée en 25 shunt entre le condensateur de série 16 et une source de potentiel de référence ou de masse 20. Le détecteur de phase 14 fait partie d'une boucle verrouillée en phase ("PLL"). Un signal d'entrée de référence 22 est combiné au signal pilote transmis par le filtre 12. Pour une comparaison 30 de phase, deux entrées 24 et 25 sont reliées à une source de signaux divisés et engendrés localement qui doivent être verrouillés en phase avec le signal pilote. Lorsque la boucle est verrouillée, les signaux apparaissant aux entrées 24, 25 sont déphasés de 90° par rapport au signal apparaissant à l'entrée de référence 22, en 35 produisant une tension continue de référence à une sortie 2J. En réponse à un déphasage par rapport à cette relation de quadrature, une tension est engendrée à la sortie 27, cette tension présentant un niveau moyen proportionnel à la différence de phase par rapport à 90°. Le détecteur de phase 14 peut être un circuit multiplicateur 72 10339 4 2130642 classique, tel qu'un circuit intégré "RCA", type "CA 3 054", ce circuit intégré nécessitant deux ondes carrées symétriques et opposées comme signal de commutation (appliqué aux entrées 24, 25) et une forme d'onde arbitraire (appliquée à l'entrée 22) pour une 5 comparaison de phase. La sortie du détecteur de phase 14 est reliée à un filtre passe-bas 30 se composant d'un réseau "RC" a. un étage. Ce réseau fait en sorte que le déphasage introduit par le filtre proprement dit soit toujours inférieur ou égal à 90° afin d'améliorer la sta-10 bilisation de la boucle. Le filtre 30 introduit la sélectivité nécessaire dans la boucle lorsque la constante de temps du réseau "RC" est approximativement de 30 micro-secondes. La sortie du filtre 30 est reliée à un amplificateur 32 qui est seulement nécessaire lorsque les gains de transfert du détec-15 teur de phase 14 et de l'oscillateur commandé par tension sont trop faibles. L'amplificateur crée de préférence un faible déphasage dans la boucle pour éviter une instabilité. On peut utiliser de façon satisfaisante un amplificateur opérationnel normalisé, par exemple un amplificateur du type à circuit intégré "MOTOROLA" type 20 »MC 1430" présentant un gain de courant continu établi par un réseau de réaction. Puisqu'un amplificateur opérationnel nécessite une compensation pour sa stabilité propre, il introduit un certain déphasage additionnel qui rend le choix du filtre 30 plus critique. Le signal de courant continu sortant de l'amplificateur 32 25 excite un oscillateur commandé par tension 34 comportant une fréquence centrale qui est un multiple entier de la fréquence du signal pilote et qui est de préférence égale à quatre fois la fréquence pilote de 19 kHz, c'est-à-dire à 76 kHz. L'oscillateur commandé par tension peut transmettre une forme d'onde de sortie de 30 profil arbitraire par une ligne de sortie 35 et notamment une onde carrée asymétrique telle que celle de lg. figure 2A. Par exemple, on a représenté un oscillateur commandé par tension 34 approprié pour être utilisé dans la boucle verrouillée en phase sur la figure 3. 35 Sur cette figure 3> l'oscillateur 34 comprend un multivibra teur stable à couplage d'émetteur qui comporte une base libre pour recevoir la fréquence de commande. Un diviseur de tension, se composant d'une' résistance 40 de 2,7 kilohms branchée en série avec une résistance 41 d'1 kilohm. 72 10339 5 2130642 est placé entre la masse 20 et l'entrée, désignée par IN, de l'amplificateur 32. La jonction entre la résistance 40 et la résistance 41 est reliée à la base d'un transistor 44 de type NPN dont le collecteur est relié directement à la base d'un second transistor 5 46 de type NPN. Le collecteur du transistor 44 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 48 de 6,8 kilohms à une source de potentiel positif +V par exemple de 6 volts. L'émetteur du transistor 44 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 50 de 536 kilohms à une source de potentiel négatif -V, par exemple de -6 10 volts. Le collecteur du transistor 46 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 52 de 560 ohms et d'une seconde résistance 53 de 560 ohms à la source de potentiel +V. La jonction entre les résistances 52, 53 est reliée directement à la base d'un transistor 55 de type PNP dont l'émetteur est relié directement à la 15 source +V. L'émetteur du transistor 46 est relié par l'intermédiaire d'une résistance de 5»6 kilohms à la source -V tandis que les émetteurs des transistors 44 et 46 sont reliés ensemble par l'intermédiaire d'un condensateur 60 de 0,002 microfarad. Le collecteur du transistor 55 est relié par l'intermédiaire d'une ré-20 sistance 62 de 1 kilohm et d'une seconde résistance 63 de 1 kil-ohm à la source -V. La ligne de sortie 35 est reliée à la jonction entre les résistances 62 et 63. Le cas échéant, certains des transistors et autres composants de la figure 3 peuvent se présenter sous forme d'un circuit intégré. 25 En fonctionnement, l'oscillateur commandé par tension 34 com porte une fréquence centrale qui est principalement déterminée par la constante de temps "RC" du circuit d'émetteur du transistor 44. La tension de commande appliquée à l'entrée IN règle les niveaux de commutation des transistors et commande par conséquent 30 la fréquence du multivibrateur. La tension de commande appliquée à la base libre ne modifie pas l'asymétrie de la forme d'onde de sortie apparaissant dans la ligne 35. Cependant, cela n'a aucune influence dans les performances du démodulateur puisque la forme d'onde symétrique nécessaire pour une démodulation synchrone n'est 35 pas directement obtenue à la sortie de l'oscillateur commandé par tension mais au contraire à la sortie d'un étage de division de tension qui est relié à ce dernier. En référence à la figure 1, le signal de sortie de 76 kHz de l'oscillateur 34 est transmis à un diviseur de fréquence bi 72 10339 6 2130642 naire se composant d'un premier étage 70 de division par deux et d'un second étage 72 de division par deux. L'étage binaire 70 comporte deux lignes de sortie 74 et 75 transmettant chacune une forme d'onde symétrique de 38 kHz déphasée de 180° par rapport à la for-5 me d'onde transmise par la ligne de sortie opposée. La forme d'onde transmise par la ligne 75 a été représentée sur la figure 2B. L' étage binaire 72 comporte deux lignes de sortie 24 et 25 transmettant chacune une forme d'onde symétrique de 19 kHz déphasée de 180Q par rapport à la forme d'onde transmise sur la ligne de sortie 10 opposée. La forme d'onde transmise par la ligne 24 a été représentée sur la figure 2C tandis que la forme d'onde transmise sur la ligne 25 a été représentée sur. la figure 2E. Les étages binaires de division de fréquence 70 et 72 peuvent chacun être formés par des bas-15 cules doubles "JK", telles que celles constituées par un circuit intégré "Motorola" type "MC790 £"'• Les lignes de sortie 24, 25 du dernier diviseur binaire 72 sont reliées au détecteut de phase 14 de manière à fermer la boucle verrouillée en phase (PLL) qui comprend le détecteur de phase 14, 20 le filtre 30, l'amplificateur 32, l'oscillateur 34 et les étages de division de fréquence 70 et 72. La boucle verrouillée en phase verrouille la sortie de l'oscillateur 34 en phase avec le signal pilote en faisant en sorte que les signaux de sortie 74, 75 du diviseur 70 soient constitués par le signal de 38 kHz verrouillé 25 sur le signal pilote. Les formes d'onde de 38 kHz sont utilisées comme porteuse d'insertion et elles sont appliquées à un détecteur basse fréquence 80 comportant également une entrée reliée à la borne d'entrée composite 10. Un démodulateur synchrone classique peut former le détecteur 80. Du fait que le signal de sortie du 30 diviseur 70 est toujours en forme d'onde symétrique, indépendamment de l'asymétrie ou du changement de symétrie de forme d'onde de sortie de l'oscillateur commandé par tension, il est possible d'effectuer une démodulation synchrone précise en régénérant la donnée de modulation initiale sous la forme de canaux basse-fré-35 quence de gauche ("L") et de droite ("R"). Le détecteur basse- fréquence 80 peut par exemple se présenter sous forme du détecteur synchrone fabriqué par "Motorola" comme un circuit intégré type "MC 1304", avec un changement approprié de niveau. Le circuit de démodulation de la figure 1 comprend un circuit 72 10339 7 2130642 de détection et de contrôle de composant en phase de manière pour indiquer que l'entrée 22 se trouve en quadrature par rapport aux entrées 24, 25 en vue d'assurer automatiquement une commande et une indication stéréophonique. La borne d'entrée de signal compo-5 site 10 est reliée à un filtre passe-haut "RC" désigné par 84 et constituée de deux étages en étant reliée par une sortie à un second détecteur de phase 90 similaire au détecteur 14. Pour détecter la présence du signal pilote de 19 kHz, le détecteur de phase 90 comporte deux entrées 92,. 93 reliées pour recevoir une 10 forme d'onde d'injection engendrée localement et déphasée de 90° ou en quadrature par rapport aux signaux divisés arrivant aux entrées 24, 25 et par conséquent exactement en phase avec le signal pilote provenant de la borne 10, lorsqu'il existe. Un générateur permettant de produire cette forme d'onde d'injection engen-15 drée localement utilise les étages de division de fréquence 70, 72 et également deux portes OU EXCLUSIF 96 et 97- La porte OU EXCLUSIF 96 comporte deux entrées recevant la forme d'onde de 38 kHz transmise par l'intermédiaire de la ligne 75 (figure 2C) et la forme d'onde de 19 kHz transmise par la 20 ligne 24 (figure 2C). Le signal de sortie résultant transmis par la ligne 92, qui correspond à la règle logique classique concernant "OU EXCLUSIF", a été représenté sur la figure 2D. La porte OU EXCLUSIF 97 comporte une entrée recevant la même forme d'onde de 38 kHz (figure 2B) et une autre entrée recevant par l'intermé-25 diaire de la ligne 25 la forme d'onde de 19 kHz déphasée de l80° (figure 2E). La forme d'onde résultante apparaissant dans la ligne 93 a été représentée sur la figure 2F. Une comparaison des figures 2D et 2F montre que les formes d'onde résultantes transmises par les lignes 92 et 93 sont dépha-30 sées de 180° et présentent une fréquence de 19 kHz. En outre, ces formes d'onde sont déphasées sans ambiguité de 90° par rapport aux formes d'onde des figures 2C et 2E et, par conséquent, correspondent en phase au signal pilote. Puisque les entrées du détecteur de phase 90 sont en relation de phase, la sortie apparais-35 sant dans la ligne 100 est un signal présentant un niveau moyen de courant continu proportionnel à la valeur du signal pilote de 19 kHz qui est inclus dans le signal composite. En utilisant une porte OU EXCLUSIF, les ondes carrées de 19 kHz des figures 2D et 2F sont exactement déphasées de 90° par 72 10339 8 2130642 rapport à l'onde carrée locale de 19 kHz qui est verrouillée dans la boucle "PLL" et elles ne sont pas déphasées de 270°, ce qui représenterait une ambiguité de 18Q°. Si un troisième diviseur de fréquence est branché de manière à commuter lors de croisements 5 de zéro opposés aux croisements de zéro produisant une commutation du diviseur 72, il se produit une forme d'onde de 19 kHz déphasée de 90°• Cependant, la commutation pourrait également se produire lors du cycle suivant la forme d'onde de 38 kHz (figure 2B) en faisant en sorte que la forme d'onde de 19 kHz sortant de ce troisiè-10 me diviseur de fréquence soit déphasée de 180° par rapport à la valeur désirée. Le circuit de commande à porte OU EXCLUSIF empêche, une telle ambiguité de se produire. La ligne 100 de sortie du détecteur de phase 90 est reliée à un filtre passe-bas "RC" désigné par 102 et similaire au filtre 15. de boucle 30 de manière à produire un signal de courant continu utilisable à des fins de commutation et ou d'indication classiques. Par exemple, ce signal d'indication stéréo peut être appliqué à un amplificateur à déclencheur de Schmitt 104 de manière à produire une. commutation de sortie seulement lorsque le signal pilote a un 20 niveau prédéterminé suffisant pour une réception stéréophonique appropriée. En réponse à la commutation de sortie, un circuit de commande classique 106 excite une lampe indicatrice stéréo 108. Le circuit de commande 106 peut également commander automatiquement la commutation entre le mode stéréophonique et le mode mono-25 phonique du circuit démodulateur (non représenté). On peut obtenir une commande automatique de gain de la boucle verrouillée en phase en utilisant le signal sortant du filtre 102. On peut également utiliser différemment le signal d'indication stéréophonique détecté. 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses autres variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. 72 10339 9 2130642 REVENDICATIONS 1. Dans un système comprenant une source de signaux composites contenant une composante de référence et une composante d'information modulée, un démodulateur pour récupérer l'information modu-5 lée, démodulateur caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de phase pour produire à une sortie un signal de commande ayant une valeur fonction de la différence de phase entre des signaux appliqués à deux entrées ; un élément de référence relié à ladite source de façon à appliquer ladite composante de référence à l'une 10 des deux entrées du détecteur de phase ; un oscillateur commandé pour produire un signal oscillatoire présentant une fréquence éga~ le à un multiple de la fréquence de la composante de référence, la valeur du signal de commande sortant du détecteur de phase commandant la phase du signal oscillatoire ; un diviseur pour di-15 viser la fréquence du signal oscillatoire de manière à produire un signal divisé et un signal d'insertion -, une boucle reliée au diviseur de manière à appliquer le signal divisé à l'autre entrée du détecteur de phase afin de créer une boucle verrouillée en phase comprenant le détecteur de phase, l'oscillateur commandé et 20 le diviseur ; et un détecteur comportant des entrées reliées à ladite source et audit diviseur de manière à démoduler la composante d'information modulée en utilisant ledit signal d'insertion. 2.- Démodulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la composante d'information modulée comprend un signal de 25 porteuse supprimée et en ce que ladite composante de référence comprend un signal pilote présentant une fréquence pilote qui est égale à une fraction de la fréquence de la porteuse supprimée, ledit diviseur comprenant plusieurs étages de division de manière que le signal divisé soit produit par le dernier étage de division 30 et que le signal d'insertion soit produit par un étage de division autre que ce dernier étage. 3.- Démodulateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence pilote est égale à la moitié de la fréquence de la porteuse supprimée, en ce que ledit oscillateur commandé 35 produit le signal oscillatoire à une fréquence égale à la fréquence de la porteuse supprimée multipliée par une puissance de deux, et en ce que les étages de division se composent chacun d'un élément de division par deux, ledit signal d'insertion étant produit par l'étage de division qui précède le dernier étage de division. 72 10339 10 2130642 4.- Démodulateur suivant la revendication 3j caractérisé en ce que l'oscillateur commandé produit le signal oscillatoire à une fréquence double de celle de la porteuse supprimée, en ce que le diviseur comprend deux éléments binaires de division par deux, le 5 signal d'insertion étant produit à une fréquence moitié de celle du signal oscillatoire par le premier élément binaire, et le signal divisé étant produit à une fréquence égale au quart de celle du signal oscillatoire par le second élément binaire. 5.- Démodulateur suivant la revendication 2, caractérisé en 10 ce que l'oscillateur commandé produit une forme d'onde asymétrique formant le signal oscillatoire et en ce que ledit signal d'oscil-' lation comprend une forme d'onde symétrique permettant d'effectuer la démodulation synchrone du signal modulé de porteuse supprimée dans ledit détecteur. 15 6.- Démodulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de référence comprend un filtre passe-haut, pour laisser passer des fréquences comprenant la fréquence de la composante de référence, ledit filtre passe-haut étant formé de • composants passifs. 20 7.- Démodulateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le filtre passe-haut comprend un réseau "RC" comprenant un condensateur branché en série entre la source et ladite première entrée du détecteur de phase et une résistance pour shunter le condensateur par rapport à une source de potentiel de référence. 25 8.- Démodulateur.suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle reliés à ladite source pour détecter la présence de ladite composante de référence dans le signal composite. 9.- Démodulateur suivant la revendication 8, caractérisé en 30 ce que lesdits moyens de contrôle comprennent un second détecteur de phase pour produire à une sortie un signal indiquant la présence de ladite composante de référence lorsqu'une de deux entrées reçoit le signal composite et que l'autre entrée reçoit une composante de référence locale en phase avec la composante de référence dudit 35 signal composite, un élément OU EXCLUSIF comportant une sortie reliée à ladite autre entrée et une paire d'entrées et un élément de commande d'entrée reliant ladite paire d'entrées dudit élément OU EXCLUSIF audit diviseur. 72 10339 ii 2130642 10.- Démodulateur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le diviseur comprend plusieurs étages de division de fréquence branchés en cascade, en ce que ledit élément de commande d'entrée de porte relie lesdites deux entrées à des étages de 5 division différents, de façon à obliger l'élément OU EXCLUSIF à produire ladite composante de référence locale avec un déphasage de 90° et sans ambiguité par rapport à un signal produit par le dernier étage de division de fréquence. 11.- Démodulateur suivant la revendication 9s caractérisé en 10 ce que lesdits moyens de contrôle comprennent un filtre passe-bas relié à ladite sortie du détecteur de phase de manière à produire un signal de courant continu proportionnel à la grandeur de la composante de référence.