Brevet FR2126156A1 — publié le 19721006

La présente invention concerne le traitement des signaux codés au moyen de la modulation dite modulation an delta, et Dlua particulièrement un dispositif ae coaa;;e eu modulateur dslta. rarni les nombreuses possioilitfcs connues pour représenter des signaux 5 analogicues scus forma Digitale, la nodulation en delta a l'avantage de permettre l'emploi ae circuits ce codage" et de décodage les plus simples. D'une façon générale la modulation en delta est une modulation à code binaire ne comportant qu'un seul bit. Le signal fourni par le modulateur représente, sous forme d'iraoulsion binaire ou bit, le signe de la différence entre la ^ valeur du signal analogique à l'instant d'échantillonnage, t, et sa valeur a l'instant d'échantillonnage t-t, t représentant la périodicité de ces instants d'échantillonnage. Ce bit est égal à 1 si la valeur du signal analogique à l'instant t est supérieure à celle: prise par le signal à l'instant t-t, et à 0 dans le cas contraire. Ou côté décodage, le-signal approché est ^ obtenu par intégration de la série de bits fournis par le modulateur. Les différents bits fournissent par intégration une succession de pas se présentant sous forme de rampes élémentaires qui permettent d'approcher le signal analogiaue. Ce décodage se situe d'une part à la station réceptrice mais aussi aans le modulateur lui-même où il oermet la reconstitution du 20 signal j l'instant a'échantillonnage t-x dans un but d'obtention de la différence mentionnée plus naut. Un proolème s'est posé dans la mise en oeuvre de ce principe de modulation. Il concerne la présence d'un oruit en l'absence de signal d'entrée. Plusieurs articles parus dans un passé récent traitent, de ce ..problème, 25 et notamment l'article intitulé "Idle Cnannel Noise of Delta Modulation" oar P. P. Wang dans le volume Com- 16 n° 5, Octobre 196B de la revue "IEEE Transactions on Communication Technology". En bref, le bruit, communément appelé "bruit à vide" provient du fait que les courants définissant les pas positif et négatif ne sont pas rigoureusement 30 égaux. S'ils l'étaient, la modulation, en 1'absence' de signal se composerait d'une succession de pas positifs et négatifs régulièrement alternés. En. réalité., ils ne 1a sent pas et il se ;;roouit une légère dérive qui provooue da temps en tenps 1'nnoarition a'une succession de deux oas positifs ou négatifs dont la répétition induit une tjruit J3 fonc Qui dans les applications a fréquences audibles se situe précisément dans la bande des fréquences audibles et fourni des fréquences erronées. Une solution proposée précédemment nour supprimer ce déséquilibre consistait à fournir une source de courant unique d'où les courants nécessaires à la confection des pas positif et négatif sont dérivés à l'aide d'un pont à diodes ^0 de sorte 71 07550 2 2126156 Cependant, il existe toujours une légère erreur due au courant d'entrée du comparateur délivrant le signal différence et au retard des circuits logiques. On autre inconvénient de cette solution réside dans le fait que la source de courant unique- doit être aussi précise que possible. Or la réalisation 5 d'une telle sorte fait appel à la technique analogique, et n'est pas facilement intégrable et est-ainsi'd'un prix de revient élevé. Un oojet ds la présente invention est ae fournir un modulateur delta perfectionné ne présentant pas de "bruit à vide. Un objet de la présente invention est de fournir un modulateur delta 10 perfectionné ne présentant pas de bruit à vide et de réalisation purement digitale. Un objet de la présente invention est de fournir un modulateur delta perfectionné ne présentant pas de bruit à vide et ne nécessitant l'emploi d'aucun élément de précision et de réalisation peu coûteuse. 15 Le modulateur delta selon la présente invention inclus en plus de la boucle de réaction classique des modulateurs delta, unt boucle ie correction qui supprime la dérive créée par l'irrégularité des pas. Cette boucle contient essentiellement une bascule qui lit le résultat de la comparaison fourni par le comparateur du modulateur delta classique à des instants se situant 20 entre les instants d'échantillonnage du modulateur delta. Selon que la dérive est positive ou négative, cette bascule fournit des bits 1 ou U qui intégrés par un intégrateur de correction fournissent une tension qui corrige l'intensité des courants fournis à l'intégrateur local afin d'équilibrer les pas. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 25 rassortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente un schéma du modulateur delta conforme à l'invention. La figure 2a représente les rampes fournies par un modulateur delta 30 idéal. La figure 2b représente les rampes fournies par un modulateur delta de l'art antérieur. Les figures 3a et 3b représentent les rampes fournies par le modulateur delta conforme à l'invention dans deux cas distincts de fonctionnement. 35 La figure 1 représente "un schéma du modulateur delta selon la présente invention. Le signal d'entrée à coder est appliqué à un comparateur C qui reçoit aussi la sortie de l'intégrateur local constitué dans notre exemple par la résistance R1, et la capacité C1, la sortie de ce comparateur est lue d'une pàrt par un premier générateur d'impulsions qui est dans r-.otre 40 exemple une bascule TR1, aux instants définis par des impulsion': je c.irono- 71 07550 3 2126156 10 logie T1, et d'autre part par un second générateur d'impulsions qui est dans notre exemple une bascule TR2, aux instants définis par des impulsions de chronologie T2. Les impulsions fournies par la bascule TR1 constituent le signal codé. La sortie de la bascule TR1 est appliquée à un interrupteur qui commande l'application des pas de courant I ou -I à l'intégrateur local. Dans notre exemple, les pas de courant I et -I sont obtenus en combinant les cdurants fournis par deux sources de courant S1 et S2 constituant un générateur de courant et dont les amplitudes nominales sont respectivement 21 et I. La sortie de la bascule TR2 est appliquée à un intégrateur de correction constitué dans notre exemple par la résistance R2 et la capacité C2. La tension fournie par cet intégrateur commande une variation de l'amplitude du courant fourni par la source de courant S2 afin de compenser une dérive en courant dans les pas fournis à l'intégrateur local. 15 Le fonctionnement du dispositif va être décrit dans l'hypothèse où il présente le plus d'intérêt, c'est-à-dire en l'absence de signal d'entrée. Il faut comprendre que le dispositif fonctionne, bien entendu, en présence d'un signal d'entrée à coder, mais dans ce cas son fonctionnement est identique à celui des modulateurs delta déjà proposés dans la technique antérieure. 20 II ne sera donc pas décrit à nouveau ici en détails. Un modulateur delta idéal, en l'absence de signal d'entrée, émet une succession alternée de 1 et de 0 binaires, la sortie des intégrateurs locaux et de réception fournisant une succesion de rampes parfaitement centrées sur l'origine, les pas positif et négatif étant parfaitement égaux, tel que 25 représenté figure 2a. En fait, dans les modulateurs delta classiques, les pas n'étant pas rigoureusement égaux, il se produit une dérive dans le temps qui fait apparaître après une série de bits 1 et 0, une succession de deux bits 1 ou de deux bits 0 selon le sens de la dérive. Cette succession de deux bits identiques se produit à intervalles réguliers et fait apparaître 3° des fréquences complexes parasites. Une illustration d'une telle dérive est représentée figure 2b. La boucle de correction constituée par la bascule TR2 et l'intégrateur de correction permet de palier cet inconvénient. La aascule TR2 lit le résultat de la comparaison aux instants définis 35 par les impulsions de chronologie T2. Ces impulsions se présentent à la même fréquence que les impulsions oe chronologie T1, mais sont déphasées oar rapport à ces dernières, et plus particulièrement sont en quadrature avec ces dernières, se situant exactement entre les impulsions T1. En l'absence de dérive, les rampes de tension fournies par l'intégrateur local sont parfaitement centrées et aux instants où la bascule TR2 est lue la tension fournie est nulle, 40 71 07550 4 2126156 les bits 1 et 0 fournis par les bascules étant représentés respectivement par les niveaux +1 et -1. Aucun signal n'apparaît en sortie de la bascule TR2 et la boucle de correction n'intervient pas. Si une dérive apparaît, le résultat de la comparaison aux instants T1 5 fera basculer la bascule TR2 dans les états 1 ou 0 selon le sens de la dérive. Les bits fournis par la bascule TR2 sont intégrés par l'intégrateur de correction et la tension délivrée par cet intégrateur est utilisée pour faire varier l'amplitude du courant fourni par la source de courant S2 afin de compenser cette dérive. La constante de temps t2 de l'intégrateur de correction, 10 t2=R2 C2 est choisie de telle sorte que le fonctionnement normal du modulateur delta ne soit pas perturbé. Si T est la période des impulsions de chronologie T1 et T2, la constante de temps t2 est choisie grande par rapport à T. D'autre part, le choix de la constante de temps x2 est guidé par la compensation voulue de la dérive. 15 Si A est le pas du modulateur delta (voir figure 2a), la dérive ne doit en aucun cas excéder 1/2 A, car dans le cas contraire il y aurait apparition d'une succession de deux bits identiques dans la série alternée de bits 1 et 0 fournis par le modulateur delta en l'absence de signal d'entrée. Dans le cas où on se fixe 1/2 A comme limite maximum de la dérive, l'erreur 20 relative en courant doit vérifier l'inégalité r « /*h où io est la variation de courant due à la dérive et I le courant nominal du pas. La succession de rampes fournies par l'intégrateur local présente un 25 état d'équilibre qui est illustré dans la figure 3a dans le cas d'une dérive positive et d'une dérive négative. La valeur du seuil de codage qui est de 1/2 A dans le fonctionnement qui vient d'être décrit peut être abaissée en jouant sur la phase des impulsions T2 par rapport aux impulsions T1. 30 Si les impulsions T2 sont plus proches des impulsions T1, tel que repré senté figure 3b, la succession des rampes va se stabiliser autour des deux niveaux indiqués (1> et C2) sur la figure 3b, niveaux correspondant aux instants de lecture de la bascule TR2, et le seuil de codage est alors inférieur à 1/2 A. 35 Jusqu'ici il a été question de modulateur delta, mais il est évident pour l'homme de l'art que l'invention s'applique aux modulateurs delta-sigma, la modulation en delta-sigma étant une variante de la modulation delta. L'application de l'invention aux modulateurs delta-sigma se fera simplement par 71 07550 5 2126156 adjonction de la Doucle de correction au modulateur delta-sigma classique. aien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, 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 y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 71 07550 6 2126156 REVENDICATIONS 1.- Modulateur delta comprenant, un premier circuit d'intégration» des moyens de génération de courant pour charger et décharger le circuit d'intégration, un comparateur recevant le signal d'entrée à coder et la sortie du Dremier 5 circuit d'intégration,'et un premier générateur d'impulsions recevant les signaux de sortie du comparateur et des impulsions d'échantillonnage d'une première source de chronologie, ceK premier générateur d'impulsions commandant la charge et la décharge du premier circuit d'intégration, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ,de correction recevant lés signaux de sortie 10 du comparateur à des instants' définis par une seconde source de chronologie ayant la même fréquence que là première source de chronologie, ces instants étant déphasés par rapport à ceux définis par le.s- impulsions d'échantillonnage, ces moyens de correction agissant sur les moyens de génération de courant afin d'obtenir une charge et une décharge du premier circuit d'intégration 15 équilibrées. 2.- Modulateur delta selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de correction comprennent un second générateur d'impulsions recevant les signaux de sortie du comparateur et les signaux fournis par la seconde source de chronologie, et un second"circuit d'intégration recevant les signaux 20 de sortie du second générateur d'impulsions, la tension délivrée par ce second circuit d'intégration étant appliquée aux moyens dé génération de courant pour équilibrer les courants qu'ils fournissent. * 3.- Modulateur delta selon les revendications 1 ou 2, caractérisé: en ce que les impulsions fournies par les première et seconde source de chronologie 25 sont en quadrature.