Brevet FR2360210A1 — publié le 19780224

La présente invention concerne des perfectionnements aux boucles de verrouillage en phase permettant d'éviter certaines erreurs introduites par les composants dans une boucle classique. I1 y a de nombreux exemples d'utilisation des boucles de verrouillage en phase. Dans les systèmes Doppler, la phase du signal #contient l'information et la boucle de verrouillage en phase est alors utilisée pour reconstituer un signal exempt de bruit et contenant cette information. On conçoit alors que dans une telle utilisation, la boucle de verrouillage en phase doit être d'une grande précision, clest-a-dire qu'elle doit recopier avec exactitude la phase de l'onde incidente.Or les boucles de phase classiques comportent#des limitations génante#s et en particulier la recopie en phase est souvent entachée dlerreurs. Ces erreurs poviennent de certains des composants qui contituent une boucle. Une boucle de verrouillage en phase comprend classiquement un détecteur de phase qui reçoit l'onde incidente et un signal de référence, un -amplificateur pour amplifier le signal d'erreur fourni par le détecteur, un filtre passe-bas dont le signal continu de sortie cosande un oscillateur qui fournit ledit- signal de référence.Or, certains de ces composants introduisent des erreurs qui sont en particulier dues au fait que le gain de la boucle n'est pas infini, ou au faux zéro de la partie continue de la boucle, corme par exemple en sortie du detecteur de phase ou à l'entrée de l'amplificateut, et à la non linéarité du détecteur de phase. On observe, an effet, que le détecteur de phase introduit une erreur sensible qu'il soit du type "double balanced mixer" ou encore un démodulateur a transistors. le déséquilibre des diodes dans le premier type ou des transistors dans le second est la source. d'-une erreur qui peut varier en fonction du niveau du signal incident. On eonnait des méthodes pour compenser de telles erreurs. Par exemple, l'une-d'entre elles consiste à mesurer le signal d'erreur en sortie du détecteur de phase lorsqu'on applique sur ses deux entrées le signal de référence et à modifier le signal de sortie de la boucle ea fonction de ce signal #'arraur mesuré.L'inconvénient majeur d'une telle -méthode de compensation est que -le -nombre de circuits supplémentaires est important d'où un encombrement et un cotit plus grands pour une boucle de verroillage an phase. Aussi, un objet de la présente invention est une boucle de verrouil lage en phase qui ne présente pas les inconvénients précités. Un autre objet de l'invention est une boucle de verrouillage en phase permettant une compensation automatique des erreurs sans nécessiter un grand nombre de circuits supplémentaires. Selon une caractéristique de l'invention, la boucle de verrouillage en phase comprend des moyens pour commuter simultanément et à une fréquence intermédiaire entre la fréquence de l'onde incidente et la fréquence de coupure de la boucle, d'une part la phase du signal de référence fourni par l'oscillateur commandé en tension et d;'autre part le signe du gain de la vote continue. Cette commutation a pour effet de rendre périodique l'information de phase permettant ainsi un fonctionnement symétrique des circuits et l'élimi- nation par le filtre de la boucle de l'erreur due au faux zéro. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation particulier, ladite description étant faite à titre illustratif et en relation avec les figures jointes dans lesquelles - la figure 1 montre le schéma fonctionnel d'une boucle de verrouillage en phase selon l'invention ; et - la figure 2 représente la courbe caractéristique théorique du détecteur de phase utilisé dans la boucle de la figure 1. La figure 1 représente le schéma fonctionnel d'une boucle de verrouillage en phase en accord avec les principes de l'invention. On trouve ainsi un détecteur de phase 1 qui reçoit une onde incidente sur l'entrée E et un signal de référence et qui fournit un signal d'erreur à la voie continue comprenant un filtre passe-bande 2, un amplificateur 3, un commutateur du signe du gain de boucle 4, un filtre passe-bas 5, un oscillateur commandé en tension 6. Le signal de sortie de l'oscillateur 6 est appliqué d'une part à une bascule 7 et d'autre part à un circuit diviseur de fréquence 9. Le circuit diviseur 9 commande une horloge 10 dont la sortie est appliquée au commutateur de signe 4 et à un commutateur de phase 8 qui est relié aux deux sorties de la bascule 7. La sortie du commutateur de phase 8 constitue le signal de référence à appliquer au détecteur de phase 1.Comme on l'a vu précédemment, une caractéristique importante de l'invention consiste en une commutation simultanée de la phase du signal de référence et du signe du gain de la boucle. le fréquence de commutation est comprise entre la fréquence de l'onde incidente et la fréquence de coupure de la boucle, et elle est donnée par l'horloge 10 à partir de la fréquence obtenue par division de la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur 6. La commutation de la phase du signal de référence est réalisée par le commutateur 8 qui applique à l'entrée du détecteur 1 alternativement la sortie Q ou Q de la bascule 7. La bascule 7 constitue en fait un diviseur de fréquence par deux et il est alors nécessaire que la fréquence de sortie de ltoscillateur 6 soit égale à deux fois la fréquence de l'onde incidente.Le détecteur de phase 1 reçoit donc un signal de référence dont la phase (Q ou a) est commutée au rythme de la fréquence de commutation, il fournit donc un signal d'erreur qui n'est plus continu. On a représenté à la figure 2 la courbe caractéristique théorique d'un détecteur de phase du type "double balanced mixer". Lorsque la différence de phase 6 entre les signaux présents à l'entrée varie de zéro à x, la tension continue de sortie du détecteur varie de -300 mV à 300 mV. La tension de sortie est une fonction sinusofdale de la différence de phase, mais le détec teur est en fait utilisé dans la partie rectiligne de la courbe de la figure 2. Pour un signal d'erreur nul, la différence de phase est égale à /2. La coamutstion de la phase du signal de référence appliqué au détecteur de phase 1 a pour effet de rendre alternatif le signal de sortie du détecteur. Ce signal de sortie est filtré par le filtre passe-bande 2 qui, centr sur la fréquence de commutatlon, élimine en particulier les composantes à fréquence élevée introduites sur l'entrée E du détecteur 1. L'amplificateur: et le coimutateur de signe 4 transformant à nouveau le signal d'erreur pour le rendre continù. Cependant, le détecteur de phase 1 n'est pas parfait, il estste auvent un déséquilibre dans les diodes ou les transistors suivant le type de détecteur utilisé.Ce déséquilibre se traduit par la superposition d'un signal continue audit signal d'erreur. Ce signal continu est commuté par le commutateur de signe 4 et il apparaît donc comme un signal alternatif à l'entrée du filtre 5. Il en est de mame de la tension de faux zéro d'entrée de- l'amplificateur 3, elle est commutée par le commutateur de signe 4 et apparatt donc corpare un signal alternatif. Le filtre 5 est un filtre passe-bas qui élimine toutes les composantes alternatives et ne laisse passer que les composantes continues.Ainsi, le signal utile de la boucle est appliqué sans attémiation à l'oscillateur 6, tandis que les erreurs introduites par le détecteur 1 et par l'amplificateur 3 sont éliminées. La boucle de verrouillage en phase selon l'invention permet donc de s'affranchir des erreurs introduites ~ dans 'la partie continue de la boucle par les composants. L'élimination de -I'erreur-due au détecteur et de celle due à l'amplificateur permet d'accepter à l'entrée de la boucle un niveau plus faible du signal d'entrée et avec une bande passante de bruit plus large. Un détecteur de phase avec des tolérances plus larges peut également etre utilisé sans diminuer la précision de la mesure. La réalisation de la boucle de verrouillage en phase selon l'invention ne pose pas de problèmes particuliers à l'homme de l'art. On obtient en sortie de l'oscillateur 6 un signal exempt de bruit et contenant l'infor#tion de phase du signal appliqué à l'entrée E de la boucle. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'unq application particulière, il est clair qu'elle n'est pas limitée par ladite description donnée à titre d'exemple et qu'elle est susceptible de motifi- cations ou de variantes sans sortir de son domaine, REVENDICATIONS 1. Boucle de verrouillage en phase permettant d'obtenir un signal de sortie de meme phase qu'un signal d'entrde, caractérisée en ce qu'elle comprend - un détecteur de phase recevant ledit signal d'entrée et un signal de réfé rence et fournissant une tension d'erreur proportionnelle à la différence de phase de ces deux signaux ; - un filtre passe-bande pour éliminer les composantes à fréquence élevée du signal de sortie du détecteur de phase - un amplificateur à gain élevé dont le signe du gain est commuté sur un signal d'horloge ; - un filtre #passe-bas qui élimine les composantes alternatives du signal de sortie dudit amplificateur ; - un oscillateur commandé en tension par le signal de sortie dudit filtre passe-bas ; et - un coelnutateur de phase fournissant à partir du signal de sortie dudit oscillateur ledit signal de référence de méme fréquence que ledit signal entrée et dont la phase est inversée sur la commande dudit signal d'horloge. 2. Boucle de verrouillage en phase selon la revendication 1, carac térisée en ce que ledit signal d'horloge est à une fréquence comprise entre La fréquence dudit'signal d'entrée et la fréquence de coupure de la boucle. 3. Boucle de verrouillage en phase selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ledit filtre passe-bande est centré sur la fréquence dudit signal d'horloge. 4. Boucle de verrouillage en phase selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que ledit signal d'horloge est obtenu par division de la fréquence du signal de sortie dudit oscillateur. 3. Boucle de verrouillage en phase selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que ledit commutateur de phase comprend une bascule recevant sur son entrée horloge le signal de sortie dudit oscillateur et un commutateur connectant audit détecteur de phase, sous la commande dudit signal d'horloge, soit la sortie directe, soit la sortie inverse de ladite bascule.