Brevet FR2298226A1 — publié le 19760813

La présente invention se rapporte aux synthétiseurs numériques de fréquence et, plus particulièrement, à de tels synthétiseurs qui nécessitent des diviseurs ou compteurs variables très rapides pour procurer un fonctionnement satisfaisant. le synthétiseur numérique de base à accrochage de phase utilisant un diviseur ou compteur variable, un détecteur de phase et un oscillateur contrôlé par tension pour engendrer des fréquences cohérentes est bien connu. Brièvement, ce type de synthétiseur de fréquence utilise l'oscillateur contrôlé par tension pour engendrer la fréquence cohérente de sortie désirée en réponse à un signal de contrôle produit par le détecteur de phase. La fréquence de sortie est adressée en réaction au détecteur de phase par l'intermédiaire d'un diviseur variable afin d'être comparée à une fréquence de référence engendrée par une source stable de fréquence de référence. Par conséquent, la fréquence de sortie est égale à la fréquence de référence multipliée par le facteur de division du diviseur.La fréquence de sortie peut être modifiée en faisant varier le facteur de division du diviseur. Dans un système numérique, le diviseur est formé d'un certain nombre d'étages binaires, de sorte que le comptage ou facteur de division du diviseur est toujours un nombre entier. On voit ainsi qu'une seule fréquence de sortie peut être engendrée à un instant donné et que les fréquences possibles qui peuvent être engendrées seront séparées par un intervalle égal à la fréquence de référence. Théoriquement, un tel système devrait pouvoir couvrir a'importe quelle bande arbitraire de fréquence. Cependant, puisque la fréquence de sortie est appliquée directement au compteur ou diviseur numérique variable, la fréquence de sortie d'un synthétiseur numérique à accrochage de phase est limitée par la faculté de vitesse des circuits de comptage numérique. I1 est bien connu des gens de l'art que la division de fréquence des signaux de haute fréquence ne peut être réalisée qu'à l'aide de circuits numériques variables de comptage coûteux, comme par exemple lea précadreurs programmables quand on peut en trouver de disponibles sur le marché.Un procédé permettant d'augmenter la zone supérieure des fréquences de sortie des synthétiseurs de fréquence tout en employant des diviseurs numériques variables relativement peu coûteux et normalement disponibles sur le marché consiste à hétérodyner le signal de fréquence adressé en réaction pour qu'il tombe dans une bande de fréquence qui peut être traitée par le comp teuE ou diviseur. Ce type de système présente certaines limitations pratiques. Par exemple, la production de fréquences parasites est fonction des fréquences intermédiaires du synthétiseur et de leurs harmoniques.Un autre procédé destiné à procurer de relativement hautes fréquences à l'aide d'un synthétiseur numérique de fréquence sans avoir recours à des compteurs programmables à très grande vitesse est décrit dans le brevet Américain NO 7 448 401 selon lequel trois oscillateurs contrôlés par tension sont utilisés. Un premier oscillateur contrôlé par tension engendre le signal de fréquence de sortie désirée. Un second oscillateur contrôlé par tension engendre un second signal de fréquence en réponse au signal de fréquence la plus élevée engendrée et au Jième harmonique du second signal de fréquence. le troisième oscillateur contrôlé par tension engendre un troisième signal de fréquence qui est lié au second signal de fréquence. le Kième harmonique du troisième signal de fréquence est mélangé avec le signal de fréquence de sortie engendré et comparé à un signal de fréquence de référence afin d'engendrer une tension d'erreur qui est utilisée pour régler le signal de fréquence de sortie du premier oscillateur contrôlé par tension. Ce système est relativement complexe et, comme il est précédemment indiqué, nécessite l'emploi de trois oscillateurs contrôlés par tension. Encore un autre procédé destiné à procurer de relativement hautes fréquences à l'aide d'un synthétiseur numérique de fréquence sans avoir recours à des diviseurs variables à très grande vitesse implique l'usage d'un précadreur fixe entre la borne de sortie de l'oscillateur contrôlé par tension de la boucle et le diviseur variable.Cependant, cette approche a pour résultat une diminution du gain de boucle, puisque la fréquence de référence de boucle doit être divisée par le diviseur du pré cadreur fixe afin de produire le même espacement de voies pour le synthétiseur que celui qui serait obtenu si un précadreur programmable avait été utilisé. Puisque les circuits de comptage numériques sont généralement faciles à réaliser, de taille réduite et d'utilisation souple, il serait donc avantageux de déterminer d'autres procédés de production de signaux de fréquence par synthétiseur en utilisant les techniques numériques de comptage de manière que les circuits numériques soient employés selon leur faculté et à l'intérieur de leur bande de fonctionnement. Par conséquent, selon la présente invention, il a été imaginé un synthétiseur numérique de fréquence à double boucle dans lequel la boucle auxiliaire ou seconde boucle est accrochée sur une frerucnce de référence stable, telle que celle engendrée par une sour c stable à cristal, et possède un diviseur ou compteur numérique va riable ou programmable. La seconde boucle est ainsi capable de produire l'un quelconque d'un certain nombre de signaux de fréquence de sortie stables en réponse à la programmation du diviseur numérique programmable.Les signaux de fréquence de sortie de la seconde boucle sont utilisés comme signaux de fréquence de référence pour la première boucle, laquelle possède un diviseur numérique fixe. le signal de fréquence de sortie du synthétiseur, lequel est le signal de fréquence engendré par la première boucle, sera donc programmable en accord avec le facteur de division programmé introduit dans le diviseur numérique programmable de la seconde boucle. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser un synthétiseur numérique de fréquence permettant d'engendrer des signaux de relativement haute fréquence. Un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un synthétiseur numérique de fréquence à multiples voies dans lequel il existe une relation simple entre un signal de fréquence de sortie et un signal de fréquence de référence. Encore un autre objet de la présente invention consiste à réaliser un synthétiseur numérique de fréquence à multiples voies pour engendrer des signaux de relativement haute fréquence qui peut etre réglé sur ses différentes voies en faisant simplement varier un seul paramètre du système. Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaitront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que de l'unique figure du dessin y annexé, étant bien entendu que celle-ci n'est donnée qu'à titre d'exemple nullement limitatif. l'unique figure du dessin représente le schéma synoptique d'un synthétiseur numérique de fréquence à multiples voies selon la présente invention. En se reportant maintenant à cette figure, on y voit une forme de réalisation de l'invention qui est formée d'une première boucle à accrochage de phase 10 et d'une seconde boucle à accrochage de phase 22. En outre, cette figure montre encore un moniteur facultatif d'accrochage formé d'une porte ET 34 dont le fonctionnement sera indiqué par la suite.Une source de fréquence de référence f r pour la seconde boucle 22 est formée d'un oscillateur à cristal qui comprend un cristal 40 et un amplificateur 38 et qui engendre un signal de fr;-- quence stable fin qui est divisé par un diviseur fixe 36 possédant un facteur de division K2 de sorte que la fréquence de référence pour la seconde boucle 22 est égale à fin/K2. La seconde boucle à accrochage de phase 22 est une boucle numérique classique formée d'un oscillateur de relativement basse fréquence contrôlé par tension 26 qui engendre une fréquence de sortie de boucle fl, laquelle apparatt à la borne de sortie 22a. La boucle 22 comprend aussi un amplificateur tampon classique 32 et un diviseur programmable 30 qui divise la fréquence de sortie de boucle par un facteur de division réglable N qui est choisi de manière classique en accord avec les données de sélection de voie du synthétiseur appliquées à ce diviseur.La boucle 22 comprend encore un détecteur de phase 28 qui compare continuellement les deux signaux de fréquence qui lui sont appliqués, c'est-à-dire le signal de fréquence de référence fr et le signal de fréquence de sortie du diviseur programmable 30, et qui engendre un signal d'erreur chaque fois que les deux Si- gnaux diffèrent, le signal d'erreur étant appliqué par un filtre de boucle 24 à l'oscillateur contrôlé par tension 26 pour le contrôler. Comme il est bien connu des gens de l'art, lorsque cette boucle particulière est accrochée, les signaux de fréquence d'entrée appliqués au détecteur de phase 28 seront identiques, de sorte que le signal de fréquence de sortie du diviseur programmable 30, lequel est égal à fl/N, sera aussi égal à fr. En outre, le détecteur de phase 28 engendre un signal de sortie qui apparat au conducteur 28a et qui est appliqué à une entrée de la porte ET 34 chaque fois que la boucle est accrochée. La première boucle à accrochage de phase 10 comprend un diviseur fixe 18 possédant un facteur de division K1 et un oscillateur de relativement haute fréquence contrôlé par tension 12 qui engendre le signal de fréquence de sortie du synthétiseur fO, lequel apparat à la borne 10a. Le signal de fréquence fO est appliqué d'une manière classique par un amplificateur tampon 16 à l'entrée du diviseur fixe 18, de sorte que le signal de fréquence de sortie de ce dernier est égal à f0/K1. Un détecteur de phase de boucle 20 reçoit ce dernier signal de fréquence ainsi que le signal de fréquence provenant de la boucle 22 et engendre un signai de sortie qui est appliqué par un filtre de boucle 14 à l'oscillateur contrôlé par tension 12 pour le contrôler.Lorsque la boucle 10 est accrochée, les signaux de fréquence d'entrée appliqués au détecteur de phase 20 seront iden tiques, de sorte que le signal de fréquence de sortie du diviseur fi A 8, lequel est égal à fO/El, est aussi égal à fl. En outre, le dé vecteur de phase 20 engendre un signal de sortie qui apparait au con ducteur 20a et qui est appliqué à une seconde entrée de la porte ET 34 chaque fois que la boucle 10 est accrochée. Par conséquent, lorsque les deux boucles 10 et 22 sont accrochées, un signal de surveillance apparat au conducteur de sortie 34a de la porte ET 34.De plus, il apparat maintenant que le signal de fréquence de sortie f0 sera égal à N E1/K2 fin ou N K1 fr- En d'autres termes, le signal de fréquence de sortie est égal à la fréquence d'entrée produite par l'oscillateur à cristal multipliée par une constante ainsi que par un facteur N, lequel est un nombre choisi parmi une série de nombres entiers qui sont normalement voi- sins les uns des autres. En substituant des nombres réels utilisés dans un synthétiseur numérique construit pour être employé en navigation aérienne VHF, il apparaîtra mieux comment de très hautes fréquences peuvent être synthétisées en utilisant les principes de la présente invention. D'une manière plus spécifique, il était demandé que le synthétiseur ait une bande de fréquence de sortie f0 allant de 98,00 à 107,95 Nflz avec un espacement de voies de 50 kHz. l'inspection du circuit montre que espacement de voies = f0/N = E1 ir. Donc, le fait d'indiquer les exigences de sortie du synthétiseur détermine immédiatement que N doit avoir une gamme de valeur allant de 1960 à 2159. De plus, la sélection de la valeur de gl ou de f r détermine immédiatement la valeur de 11 autre. Dans cette forme de réalisation, K1 a été choisi égal à 64, de sorte que f r devenait égal à 781,25 Hz. Par conséquent, f1 devait s'étendre dans une bande allant de 1,53125 à 1,68671 I!Hz. Il apparatt donc que le diviseur programmable ou variable 30 fonctionne à des fréquences bien inférieures à celles auquel fonctionne le diviseur fixe 18. Il suffit simplement maintenant de choisir une fréquence de cristal et un facteur de division K2 pour procurer la fréquence de cristal convenable fin. Dans cette forme de réalisation, K2 a été choisi égal à 4096, de sorte que la fréquence de cristal fin exigé était égale à 3,2 içHz. Il apparait donc, comme précédemment mentionné, que le diviseur programmable ou variable est utilisé à. de basses fréquences pratiques, tandis qu'un seul diviseur fixe est utilisé aux hautes fréquences. En outre, le relativement petit facteur de division du diviseur fixe à très grande vitesse et le signal de relativement haute fréquence f1 procurent une boucle haute fréquence de relativement fort gain et permettent l'emploi d'une boucle à bande relativement large, ainsi qu'il est déterminé par le filtre de boucle 14.La boucle à large bande offre une plus grande résistance à la modulation de fréquence, c'est-à-dire qu'il y aura une plus grande résistance à l'instabilité ou à la modulation de la fréquence de sortie du synthétiseur due à des influences perturbatrices, telles que des chocs et des vibrations ou des signaux parasites apparaissant dans la ligne de contrôle de l'oscillateur contrôlé par tension. Il apparatt également, que le synthétiseur représenté convient particulièrement bien pour une construction en accord avec les techniques hybrides et "LSI". Notamment, puisque le diviseur programmable fonctionne à de telles basses fréquences, il est possible pour le diviseur programmable 30, le détecteur de phase 28 et le diviseur fixe 76 d'être réalisés comme un élément hybride ou "181" et au diviseur fixe 18 et au détecteur de phase 20 d'être réalisés comme un second élément hybride ou "LSI". Bien que dans un but d'explication de l'invention une forme de réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. Par exemple, d'autres moyens sont disponibles, autres que ceux décrits ici, pour délivrer un signal de fréquence choisi parmi une pluralité de signaux de fréquence possibles f1 au détecteur de phase 20 afin de faire varier le signal de fréquence de sortie f0 du synthétiseur. REVENDICATIONS 1. Synthétiseur numérique de fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend : une première boucle à accrochage de phase destinée à engendrer un signal de sortie dont la fréquence est égale à celle d'un signal d'entrée qui lui est appliqué multipliée par un facteur constant prédéterminé ; et une seconde boucle à accrochage de phase comprenant un diviseur numérique programmable et destinée, d'une part, à engendrer ltun d'une pluralité de signaux de fréquence pouvant être sélectionnés en réponse au facteur de division programmé dans ce diviseur numérique programmable et, d'autre part, à appliquer le signal de fréquence sélectionné à la première boucle à accrochage de phase, le signal de fréquence sélectionné formant ledit signal d'entrée. 2. Synthétiseur numérique de fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première boucle à accrochage de phase comprend un oscillateur contrôlé par tension sensible à un signal de contrôle pour engendrer le signal de sortie, un diviseur numérique fixe destiné à diviser la fréquence du signal de sortie par le facteur constant prédéterminé, et un détecteur de phase destiné à engendrer le signal de contrôle en réponse au signal de sortie divisé et au signal d'entrée. 3. Synthétiseur numérique de fréquence selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde boucle à accrochage de phase comprend en outre un second oscillateur contrôlé par tension sensible à-un second signal de contrôle pour engendrer le signal d'entrée ap pliqué à la première boucle à accrochage de phase, et un second détecteur de phase, le diviseur numérique programmable permettant de diviser la fréquence du signal d'entrée par le facteur de division programmé dans ce diviseur, et en ce qu'il est prévu une source de signal de fréquente de référence, le second détecteur de phase engendrant le second signal de contrôle en réponse au signal de fréquence de référence et au signal d'entrée tel que divisé par le diviseur numérique programmable. 4. Synthétiseur numérique de fréquence selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier détecteur de phase engendre un premier signal lorsque la première boucle à accrochage de phase est accrochée et le second détecteur de phase engendre un second signal lorsque la seconde boucle à accrochage de phase est accrochée, et en ce qu'il est prévu un moyen sensible au premier et au second signal pour engendrer un signal d'accrochage qui indique que le syn thétiseur engendre alors un signal de sortie de fréquence sélectionnée.