Brevet FR2233747A1 — publié le 19750110

L'invention concerne un démodulateur de signaux modulés en fréquence par une porteuse fo comprenant des moyens pour délivrer une impulsion de courte durée pour chaque passage par O du signal incident et un condensateur qui se charge à travers une résistance dans l'intervalle entre deux impulsions, qui se décharge rapidement lorsqu'unie impulsion apparalt, et dont la crête de tension avant la décharge est délivrée à une sortie du démodulateur. Pour la démodulation d'un tel signal, on connaît des filtres sélectifs de fréquence qui suppriment la porteuse et restituent le signal modulant. Ces filtres sont toutefois coûteux et présentent un temps de montée important. On connaît en outre un procédé qui consiste à trouver les passages à zéro des signaux à fréquence modulée et à déclancher un montage monostable qui délivre en sortie un signal dont la densité de pulsations est variable. Un filtre passe-bas idéal donne alors une tension proportionnelle à la fréquence modulante. Une variante de ce montage consiste à déclencher à chaque passage à O un intégrateur, le filtre passe-bas idéal fournissant une tension fonction de la fréquence modulante. Ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients. La présence d'un filtre dans le circuit fait que la vitesse de réponse du démodulateur est généralement lente. En plus, il est très difficile d'éliminer les résidus de la porteuse lorsque la fréquence modulante est proche de la fréquence porteuse. Si, enfin on utilise un intégrateur qui délivre une amplitude de crête de signal en dents de scie variant linéairement suivant la période du signal, donc en Fa F étant la fréquence modulante, on apporte une distorsion systématique dont l1éli- mination est difficile et coûteuse. L'invention vise donc un démodulateur comme indiqué ci-dessus à réponse rapide et linéaire. Le démodulateur selon l'invention est caractérisé par le fait que la résistance et le condensateur sont dimensionnés de façon que la constante de temps R x C corresponde approximativement au quart de la période To de la fréquence Fo, et que la source qui alimente le condensateur en charge est une source à tension constante. De préférence, le démodulateur selon 11 invention comporte un étage conformateur d'impulsions qui transforme l'impulsion de courte durée en un créneau rectangulaire dont le flanc avant commande un circuit de transfert de la tension instantanée du condensateur vers une mémoire de sortie et dont le flanc arriere déclenche un circuit de décharge du condensateur. Dans une réalisation avantageuse, la mémoire de sortie est constituée par un second condensateur suivi d'un amplificateur opérationnel. Le circuit de transfert comporte de préférence un transistor précédé d'un amplificateur opérationnel, le transistor étant saturé par le créneau rectangulaire. L'idée de base de l'invention consiste donc à remplacer un intégrateur danss le sens mathématique par un ensemble résistance-condensateur dont le condensateur est chargé selon une loi exponentielle. Pour expliquer le phénomène de linéarité inhérent à ce choix, il faut développer brièvement la théorie. Soit E la tension constante qui alimente en charge le circuit RC, e la constante de temps du circuit RC, et t la durée de charge à partir d'une charge nulle la tension V en fonction du temps est écrite par la formule suivante V(t) = E(1-e / ) (1) Si l'on veut mesurer le temps d'une demi-période du signal incident, on s intéresse à la tension sur le condensateur à chaque passage à zéro de ce signal incident.On obtient donc pour la tension en fonction de la fréquence instantanée V(f) = E ( 1 - e -1/26 f) (2) Cette relation possède un point d'inflexion lorsque sa dérivée seconde s'annule, c'est-à-dire lorsque la fréquence devient f = fo = 48 (3) Si l'on écrit la fréquence instantanée f égale à (fo + f > - et Si 1 on développe la tension en fonction de ces terses selon une série de Taylor on obtient v(fo+#f) = V(fo)+ f V'(fo)+ #f V"(fo) + #f V"(fo)+... (4) 2 6 On vient de montrer que la dérivée seconde en fonction de fo est nulle, le premier terme de la série est une constante, le deuxième terme donne la pente de la caractéristique de démodulation et les termes d'ordre supérieur constituent les erreurs de non-linéarité. On peut donc finalement écrire : V(f) = 0,135 E [6,389 - 2 ## + [6,389 - (5) Ainsi, lorsque l'excursion de fréquence est suffisamment faible, le circuit RC à caractéristique exponentielle délivre une tension de crête linéaire en fonction de la fréquence avec une précision très acceptable. L'invention sera décrite ci-après à l'aide d'un -exemple de réalisation du démodulateur selon l'invention qui est représenté schématiquement dans la figure 1 ci-annexée, la figure 2 indiquant quelques formes de signaux à l'intérieur de ce démodulateur. En se référant à la figure 1 on voit une entrée 1 à laquelle on applique les signaux modulés en fréquence comme ils sont représentés dans le diagramme A sur la figure 2. Ces signaux sont appliqués à un amplificateur opérationnel 2 auquel est associé un potentiomètre 3 permettant de centrer le signal d'entrée par rapport à la tension 0. Cet amplificateur à gain élevé est amené en saturation par chaque demi-onde du signal. il délivre par conséquent un signal rectangulaire comme représenté dans le schéma B de la figure 2 et dont les passages par O correspondent à ceux du signal original. Ensuite le signal entre dans un circuit de redressement comportant trois transistors 4, 5 et 6 dont le premier change la polarité de la demi-période négative du signal B, et dont les deux autres trans mettent la composante de polarité positive au signal B.En combinant les deux signaux partiels on obtient ainsi le signal C selon la figure 2. Un filtre pas se bas composé d'une résistance 7 et d'un condensateur 8 recevant le signal C délivre une tension distincte de O lorsqu'un signal A est appliqué et il délivre une tension O en l'absence d'un tel signal. La sortie 9 de ce filtre peut donc servir à découvrir la présence d'un signal à l'entrée 1. Pour la démodulation proprement dite, on exploite les brefs retours à O du signal C en les transformant dans un étage 10 conformateur d'impulsions en un créneau rectangulaire normalisé comme il est représenté à la figure 2 dans le diagramme D. Cet étage est constitué par un circuit monostable qui peut entre schématiquement représenté par deux portes ET-NON interconnectées par un circuit de retard qui définit le temps de la période instable du circuit, donc la largeur des impulsions D. Cet étage est suivi d'une autre porte ET-NON qui restitue la polarité positive des impulsions et qui permet de bloquer le fonctionnement du démodulateur malgré la présence d'un signal à l'entrée 1 à l'aide dTune entrée de commande 12 qui lors du fonctionnement normal du démodulateur porte une information logique UN. Comme il sera décrit plus tard, le signal de sortie de la porte 11 est utilise pour la commande d'un circuit de transfert de la tension instantanée d'un condensateur qui mesure le temps entre deux impulsions. La porte 11 est suivie d'un second circuit monostable 13 dont le signal de sortie est représenté dans le schéma E de la figure 2. On voit que ce signal est décalé par rapport au signal D, la largeur des impulsions négatives de ce signal est apparemment définie par le temps d'instabilité du circuit 13. Ce temps est choisi de façon à assurer la décharge complète d'un condensateur de mesure de temps. Ce condensateur 14 est connecté en série avec une résistance de charge 15 entre deux pâles d'une source de tension constante 16A et 16B. Le condensateur peut être court-circuité par un transistor 17 dont l'élèctrode de #base est alimentée à travers une porte ET 18 par le signal. Etant donné que la charge de ce condensateur est effectuée à tension constante, sa tension se développe selon une loi exponentielle comme expliqué au début de la description. A chaque apparition d'un potentiel O au signal E, le condensateur est cou#t-circuité et complètement déchargé. Le diagramme F de la figure 2 indique donc la forme du signal à travers ce condensateur. Comme il a été expliqué plus haut, l'amplitude de ce signal peu avant la décharge est une fonction quasilinéaire de la fréquence modulante instantanée il suffit donc de recopier cette tension par un échantillonneur adéquat et on obtient le signal modulant sans aucun filtre. A cette fin, le signal F est appliqué à travers un amplificateur 19 de grande impédance d'entrée et de faible impédance de sortie à un transistor de transfert 20 dont l'électrode de base est reliée à la sortie de la porte 11. Un diviseur de tension 21 qui est intercalé entre l'amplificateur 19 et le transis- tor 20 est destiné uniquement à fixer la tension à l'entrez du transistor à une valeur inférieure à l'impulsion disponible à la sortie de la porte 11, de sorte que cette impulsion sature convenablement le transistor 20. Comme on le voit sur la figure 2, ce transistor est saturé pendant une courte période précédant la décharge du condensateur 14. Il transmet donc la tension de ce condensateur 14 à un deuxième condensateur 22 qui constitue une mémoire de sortie car il conserve sa charge pendant la période où le transistor 20 est bloqué.Sa tension, fitele- ment reproduite par un amplificateur 23 à grande impédance d'entrée, est repré sentée dans le diagramme G de la figure 2. Ainsi, à chaque passage à O du signal A, on trouve en sortie 24 de l'amplificateur 23, une tension qui est maintenue jusqu'au passage à O suivant du signal d'entrée et qui est proportionnelle à la fréquence modulante du signal puisque l'on prend la précaution de réaliser la constante de temps du circuit 14, 15 comme étant un quart de la période To du signal porteur ( To = ##). Le circuit élimine donc la porteuse et il restitue le signal modulant avec une très grande rapidité-et linéairement en fonction de la fréquence modulante avec une précision fonction de l'excursion de fréquence. Comme exemple d'application de l'invention, on peut citer le cas suivant : Modulation de fréq#uence utilisée en transmission fac-similé : signal 1100 Hz - 1900 Hz Le démodulateur doublant les fréquences on a comme fréquences apparentes 2200 Hz - 3800 Hz. Soit fo = 30Q Hz et Af = + 800 Hz Alors # = 1 = 1 = 166 s 2 fo 2 6000 On prendra par exemple R = 16,6 . 10 # C = 10 nF L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit en détail. Une modification dans le cadre de l'invention consiste par exemple à n'utiliser qu'une montée sur deux du signal d'entrée, par exemple la montée positive ; dans ce cas il faut doubler la constante de temps des éléments 14 et 15 en fonction de la fréquence porteuse. L'invention n'est pas non plus limitée à l'emploi d'amplificateurs opérationnels pour les éléments 2, 19 et 23 ou des transistors pour les éléments 4, 5, 6, 17 et 20. il est à noter enfin que le circuit décrit en détail ne comporte aucune bobine et se prête donc à la réalisation en circuits intégrés. REVENDICATIONS 1/ Démodulateur de signaux modulés en fréquence par une porteuse fo comprenant des moyens pour délivrer une impulsion de courte durée pour chaque passage par zéro du signal incident et un condensateur qui se charge à travers une résistance dans l'intervalle entre deux impulsions, qui se décharge rapidement lorsqu'une impulsion apparait, et dont la crete de tension avant la décharge est délivrée à une sortie du démodulateur, caractérisé par le fait que la résistance et le condensateur sont dimensionnés de façon que leur constante de temps RC corresponte approximativement au quart de la période To de la fréquence porteuse fo, et que la source qui alimente le condensateur en charge est une source à tension constante. 2/Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un étage conformateur d'impulsions qui transforme l'impulsion de courte durée en un créneau rectangulaire dont le flanc avant commande un circuit de transfert de la tension instantanée du condensateur vers une mémoire de sortie et dont le flanc arrière déclenche un circuit du condensateur. 3/ Démodulateur selon la# revendication 2, caractérisé par le fait que la mémoire de sortie est constituée par un second condensateur suivi d'un amplificateur opérationnel. 4/ Démodulateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le circuit de transfert comporte un transistor précédé d'un amplificateur opérationnel, le transistor étant saturé par le créneau rectangulaire.