Brevet FR2126074A1 — publié le 19721006

La présente invention a pour objet des perfectionnements aux oscillateurs asservis en fréquence au moyen d'un dispositif comportant une boucle de réaction essentiellement formée dlun mélangeur alimenté d'une part par le signal de sortie de l'oscil- lateur et d'autre part par un spectre d'harmoniques d'une fréquence fondamentale f0 , d'un discriminateur de phase recevant le signal de sortie du mélangeur et une fréquence de référence f r et d'une roie de retour du discriminateur vers ltoscillateur réagissant sur la fréquence de celui-ci, et un dispositif auxiliaire permettant de faire varier contintment dans un sens donné la fréquence de l'oscillateur, jusqu'à ce que-cette fréquence soit dans une brade de fréquence donnée contenant la fréquence désirée et de largeur égale à celle dp filtre de sortie du mélangeur, et d'asservir ensuite, au moyen de la boucle de réaction,la fréquence du'signal de aorte du mélangeur à la fréquence de réfé- rence. Un tel oscillateur asservi est par exemple décrit dans le brevet françalo 1 483 745 Dans les oscillateurs connus de ce type, le mélangeur est accordé sur un multiple de f0 et la fréquence de référence est ce m!- me multiple de la fréquence 0 Ceci présente trois inconvénients 1. la quantification du système est fixée à f0 et, lorsqu'on veut diminuer le pas en diminuant 0 , on se heurte aux difficultés suivantes : a) Génération d'un spectre plus serré, ce qui fait que,dans la mdme gamme de fréquences couverte ,on utilise des harmoniques plus élevés, ce qui entratne une diminution d'autant plus sensible de l'énergie de chaque raie du spectre utile. b) L'amplification à la sortie du mélangeur doit augmenter de façon à compenser la perte d'énergie sur le spectre. On amplifie donc davantage en partant d'un niveau plus faible, d'où une aug mentation du bruit de la boucle0 2. Lorsque l'oscillateur est verrouillé, le comparateur de phase ne reçoit pas deux signaux mais trois - la fréquence de référence K.fo. - le battement de ltoscillateur avec la raie située à + de la raie sur laquelle il est verrouillé - le battement de l'oscillateur avec la raie située à de la raie sur laquelle il est verrouillé. Ceci entraxe des difficultés au moment oW l'oscillateur se verrouille, pouvant aller dans les cas extrêmes, Si lton ne prend pas certaines précautions, jusqu'au verrouillage de l'oscillateur sur une raie voisine de celle qui est désirée. 3. Afin d'éviter des signaux parasites de niveau élevé, on est conduit à utiliser comme fréquence de référence un multiple relativement élevé de fO ; ceci entratne, technologiquement, pour le repérage de la bande de fréquences dans laquelle ltasservisse- ment doit jouer pour que l'oscillateur se stabilise sur la fréquence désirée, l'utilisation d'un mélangeur auxiliaire accordé sur une fréquence plus faible. la présente invention permet de remédier à ces inconvénients grâce à l'utilisation d'une part d'une fréquence de référence ou de plusieurs fréquences de référence commutables, situées dans une bande de fréquences intérieure à un intervalle allant de q.fO/2 à (q+i) f0/2où q est un entier positif ou nul,-et.d'autrc mélangeur dont le filtre de sortie couvre cet intervalle, et gui joue à la fois le rôle des deux mélangeurs précités. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristi ques apparattront à l'aide de la description ci-après et de la figure unique s'y rapportant, qui est le schéma d'un node dc réalisation d'un oscillateur asservi suivant l'invention, dans lequel le pas est fO/n, n entier pair, dans toute la gamme d'utilisation. Sur la figure 1 on a représenté en 1 un oscillateur 1, à deux entrées de commande de fréquence, 2 et 3, qui, dans cet exemple agissent respectivenent sur les deux bornes d'une diode à capacité variable du circuit résonnant déterminant la frdquen- ce de Itoscillateur. B'oscillateur comporte deux sorties 4 et 5, la première étant la sortie d'utilisation, la seconde faisant partie de la boucle d'asservissement. La sortie 5 alimente la première entrée d'un mélangeur 20 dont la seconde entrée peut être reliée, par l'intermédiaire d'un circuit OU, 19, et de deux portes ET, ES et ER , respectivement, soit à la sortie d'un générateur de spectre 9, soit à la sortie d'un générateur 10, qui sera dit de repérage. Les deux générateurs sont synchronisés par une horloge à quartz, 8, de fréquence f0 . Le premier fournit les harmoniques de la fré- quence fO et le second un harmonique déterminé m.fO de cette fréquence fondamentale, mfO étant un harmonique de f0 tel que la fréquence fm = m fo - (n-1) fo, où n est un entier positif pair 2n égal à 2n', soit supérieure à la limite inférieure de la bande de fréquences couverte par l1oscillateur en boucle ouverte. Le mélangeur 20 comporte un modulateur 6 et un filtre passebande de sortie 7, dont la bande passante, de largeur toujours fo inférieure à fo/2 , va, dans cet exemple de - # à 2n fo (n- ). + # , # ayant une valeur positive inférieure 2n à fo/2n. La sortie du filtre 7 est reliée à la première entrée d'un discriminateur de phase 11 dont la seconde entrée peut être reliée, par l'intermédiaire d'un circuit OU, 12, et de n' = n/2 portes RS, Ej (j prenant les n' valeurs entières impaires de t à n-l inclus), aux sorties Sj d'un générateur 23 recevant le signal de 11 horloge 8, et fournissant respectivement sur ses n' sorties les fréquences j.fO/2n. Le générateur a comporte un diviseur par 1/2n et, par exemple, (n'-1) circuits de multiplication dont chacun est alimenté par ce diviseur, ou par un autre des (n'-1) circuits de multiplication. Le discriminateur de phase 11 est suivi d'un réseau intigra- teur 13 dont la sortie est reliée à la première entrée d'une porte La bu sortie de la porte ET 17 est reliée à entrée de comman- de 2 de l'oscillateur 1. Le filtre 7 alimente d'autre part un détecteur 16 fournissant une impulsion à chaque fois que le filtre 7 fournit un train d'os cillations. Un générateur de dents de scie, 18, a sa sortie reliée à entrée de commande 3 de l'oscillateur 1. Un basculeur 42 comportant deux entrées de commande 40 et 41 permettant respectivement de le faire passer dans l'état O et dans l'at 1, a ses deux sorties en opposition de niveau respectivement reliées aux secondes entrées des portes ER et ES . Son entrée 40 est reliée à une sortie auxiliaire du générateur 18, et son entée 41 à la sortie du détecteur 16. Le dispositif comporte enfin un bloc de commande 15 , un comparateur 50 et un compteur 14. Le bloc 15 comporte n' sorties- respectivement reliées aux secondes entrées des circuits ET, E1 à En 1 , et une pluralité de sorties reliées aux premières entrées du copparatcur 50 et permettant d'afficher l'état final désiré pour le compteur 14, dont les sorties sont reliées aux secondes entrées du comparateur. Le comparateur 50 comporte une sortie 60 reliée à l'entrée de commande du générateur 18, et une sortie 70 reliée à la seconde entrée de la porte 17, de manière que lorsque le compte du compteur est le nombre affiché par le bloc 15 --le retour à zéro du générateur 18 soit bloqué - la porte 17 soit débloquée, ces conditions étant inversées lorsque le compteur est dans un état autre que l'état affiché. Le compteur 14 comporte une entrée 80 de remise à zéro reliée à la sortie auxiliaire du générateur 18. f o Mfo+.2n (n-1) (M entier) étant une fréquence inférieure à la limite supérieure de la bande couverte par l'os- cillateur 1, en boucle ouverte, le dispositif décrit permet d'obtenir toutes les fréquences de la bande mfo à fM , de la forme k fo + p.fo/2n k entier au moins égal à m et au plus égal à M , p entier impair, positif ou.nfig tif, au plus égal à n-1 en valeur absolue, les valeurs négatives de p pcw: ' = m étant exclues pour simplifier le circuit. Le pas est donc bien de fo/n dans cette bande. Le dispositif fonctionne comme suit On remarquera d'abord ce qui suit Lorsque la fréquence de l'oscillateur varie continament de fo fo fm = m fo - (n-1) 2n à fM = M fo + (n-1) 2n , cette fréquence balaie 2 (M -m + 1) intervalles de fréquence, numérotés de 1 à 2 (M-m+1 ), qui seront dits "bandes d'asservissement" et dont chacun comprend les fréquences x o + ( B où x est un entier donné tel que m # x # M t est égal à - 1 ou à + 1 et où B prend toutes les valeurs de la bande passante du filtre 7, le couple de valeurs x et t caractérisant donc une bande d'asservissement. A chaque fois que la fréquence de lloscillateur a traversé l'une de ces bandes, le détecteur 16 fournit une impulsion dont le front arrière augmente d'une unité le compte du compteur 14. Comme on le verra plus loin, dans chacune de ces bandes(sauf la première) l'oscillateur peut être stabilisé sur la valeur x fo + #fr, où fr est la fréquence de référence appliquée au discriminateur 11, et où x et # constituent le couple de valeurs caractéristiques de la bande d'asservisssement considérée. On voit donc que, même si la fréquence f r est unique, on obtient deux fois plus de possibilités, dans la bande de fonctionnement de l'oscillateur, qu'avec le dispositif connu. Le compteur 14 est un compteur modulo C où a est égal au nombre 2(DI -m+1) de bandes d'asservissement. On supposera que la fréquence de l'oscillateur, en boucle ouverte, croît avec l'amplitude du signal en dents de scie ascendantes du générateur 18. Lorsque l'oscillateur est asservi à une fréquence désirée, le compteur 14 est à létat affiche par le bloc 15, ce qui entratne les conséquences indiquées ci-dessus. D'autre part une seule porte E. est débloquée, et le basculeur 42 et dans son état "1'l, la porte e étant de ce fait fermée, et la porte ES ouverte. L'opérateur voulant obtenir de ltoscillateur une nouvelle fréquence stabilisée, ko fo + PO fo/2n , k0 et p0 tant des valeurs données des paramètres k et p définis plus haut, provoque au moyen du bloc de commande 15, le déblocage de la seule porte Elpol parmi les portes Ej , et affiche sur les premières entrées du comparateur 50 le nombre P-1 où P est le numéro de la bande d'asservissement dans laquelle est située la fréquence désirée. Le compteur 14 n'étant plus en coincidence avec le nombre affiché par le bloc 15, le générateur 18 reçoit, sur son entrée de commande relie à la sortie 60 du comparateur 50, un signal le libérant. De ce fait le générateur 18 retourne à sa valeur zéro ce qui provoque sur sa sortie auxiliaire une impulsion remettant le compteur 14 à zéro par son entrée de commande 80, et le basculeur 42 dans son état "O". Le basculement du basculeur 42 entraîne le blocage de la porte ES et le déblocage de la porte t La dent de scie remontant ensuite, l'oscillateur oscille sur des fréquences croissantes, lorsqu'il balaye la bande m fO le mélangeur 10 recevant la fréquence de repérage, le détecteur 16 fournit une première impulsion au compteur 14. Cette impulsion est d'autre part utilisée pour faire basculer le basculeur 42 dans l'état 1, et ainsi bloquer la porte ER et débloquer la porte ES, les autres impulsions apparaissant ensuite sur la sortie du détecteur 16 ne modifiant plus l'tat du basculeur et des portes et et ES mais augmentant d'une unité le compte du compteur. A chaque fois que l'oscillateur 1 balaye une bande de fré quences x fo - B ou x fo + B , m # x # M , le mélangeur 10 étant maintenant alimenté par le générateur de spectre, son filtre de sortie fournit un train d'oscillations, et le compteur reçoit une impulsion du détecteur 16. Lorsque la fréquence de l'oscillateur a balayé la (P-1)e bande d'asservissenent, le compteur 14 reçoit sa tP-l)e impulsion d'entrée et le comparateur 60 applique sur l'entrée de commande du générateur 18 une tension bloquant le retour à zéro des dents de scie et sur la seconde entrée de la porte ET 17, une tension ouvrant cette porte. Jusqu'à la fin de la dent de scie en cours, l'oscillateur 1 une fois dans la bande d'asservissement désirées la Pe , est soumis à la fois aux variations d'amplitude de cette-dent de scie et aux variations du signal de sortie du réseau intégrateur 13, le second suivant le premier de manière à asservir la fréquence de sortie du filtre 7 à la valeur de la fréquence de référence, le second signal variant ensuite seul pour maintenir à cette valeur la fréquence de sortie du filtre 7 en cas de dérive. Il est aisé de voir que l'on aura alors, quel que soit le signe de Po , f = ko fo + Po Si pour une raison quelconque la synchronisation est perdue, le compteur 14 recevra une nouvelle impulsion lorsque la fréquence de l'oscillateur sortira de la bande d'asservissement désirée. Le compteur 14 n'affichant plus le nombre affiché par le bloc 15 , le processus de recherche recommence comme indiqué précédemment. Bien entendu, des modifications du dispositif à la portée de l'homme de l'art permettraient d'utiliser également la bande d'asservissement ko = m , # = - 1 . On remarquera qu'on a décrit un générateur de fréquence à- pas constant. Dfl: fait il est aisé de voir que cette limitation ne s'impose nullement, la seule limitation de principe étant que la fréquence de référence unique ou l'ensemble des fréquences de référence soit localisé sur une. bande de largeur inférieure à f0/2 , et intérieure à un intervalle q fo à (q+î) -. 9 2 2. entier positif ou nul ; sur lé plan technologique, il faut en outre, évidemment, qué les fréquènces de références puissent être obtenues avec précision, et il eet avantageux de prendre q faible, de préférence q = o ou 1 A titre d'exemple, on peut utiliser pour le positif de la figure , les valeurs numériques suivantes f0 = 200 kllz m = 200 M = 250 n =8 j = J, 3, 5 et 7 fr = jfo/2n = 12,5; 37,5; 62,5; et 87,5 kHz On obtient ainsi un oscillateur couvrant la bande 40.012,5kHz à 49.987,5 kHz, avec une quantification de 25 kHz. On remarquera que, si la fréquence à obtenir est indiquée en kHz, avec une décimale, et non plus sous la forme précédemment indiquée (kfo + Pfo/2n , où p peut être négatif), la porte E. à débloquer pour une fréquence désirée sera fonction non seu lement des trois derniers chiffres du nombre exprimant cette fréquence (dizainés de kHz, kHz, dizièmes de kHz) mais aussi de la parité du chiffre exprimant les centaines de kHz. Si on veut couvrir une bande plus large, on peut utiliser plusieurs oscillateurs couvrant chacun une bande de 10 MHzq et à chacun desquels est associée une fréquence de repérage, les commutations nécessaires étant commandées par le chiffre représentatif des dizaines de MHz. Le dispositif suivant l'invention peut notamment être utilisé comme générateur de fréquences autonome ou comme partie d'un synthétiseur de fréquences. REVENDICATIONS 1. Oscillateur muni d'un dispositif d'asservissement en fréquence comportant une boucle de réaction et un dispositif auxiliaire; ladite boucle de réaction étant essentiellement constituée par un mélangeur alimenté d'une part par l'oscillateur et d'autre part par un générateur de spectre, fournissant les hansoniques d'une fréquence fondamentale fO, un discriminateur de phrase alimenté sur sa première entrée par le mélangeur et sur sa seconde entrée par un générateur auxiliaire fournissant au moins une fréquence de référence, la sortie du discriminateur étant couplée à l'oscillateur ;; ledit dispositif auxiliaire permettant de faire varier continment, dans un sens donné, la fréquence de ltoscil- lateur jusqu'à ce que la fréquence de l'oscillateur pénètre dans l'une, choisie à l'avance, des différentes bandes de fréquences, dites bandes d'asservissement, de largeur égale à celle du filtre de sortie du mélangeur, donnant lieu à l'alimentation au discriminateur de phase par le mélangeur, et d'asservir alors, au moyen de ladite boucle de réaction, la fréquence du signal de sortie du mélangeur à la fréquence de référence appliquée au discriminateur, caractérisé en ce que ledit générateur auxiliaire fournit p (p entier égal ou supérieur à 1) fréquences de référence situées dans une bande de fréquences intérieure à l'intervalle f f allant de q 20 à (q+1) 20 (q entier positif ou nul), et en ce que la bande passante dudit filtre de sortie du mélangeur va de q fo/2 + &alpha; à (q+1) fo/2 - &alpha;', où &alpha; et &alpha;' sont posi- tifs, et ont une somne inférieure à fo/2. 2. Oscillateur muni d'un dispositif d'asservissement en fréquence suivant la revendication 1, caractérisé en ce que q est inférieur à 2 3. Oscillateur muni d'un dispositif d'asservissement en fréquence suivant l'une des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce que p est supérieur à 1 , et en ce que ledit dispositif d'asservissement comporte un dispositif de commutation pour l'application de l'une desdites fréquences de référence à la seconde entrée du discriminateur de phase. 4. Oscillateur muni d'un dispositif d'asservissement en fréquence suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit dispositif auxiliaire comporte un détecteur relié à la sortie dudit filtre et un dispositif de comptage recevant les impulsions de sortie dudit filtre. 5. Oscillateur muni d'un dispositif d'asservissement en fréquence suivant l'un des revendications 3 ou 4, et permettant Io une quantification de n , n étant un entier positif pair, n pour les fréquences stabilisées produites, caractérisé en ce que ledit générateur de fréquence auxiliaire fournit les n/2 fré fo quences j2n , j prenant toutes les valeurs impaires infé rieures à n + 1 , et en ce que la bande passante dudit filtre 2 va de q fo + fo/2n - ss à q fo - (n-1/2n) fo + ss , ss étant positif et inférieur à fo/2n.