Brevet FR2418586A1 — publié le 19790921

L'invention concerne un système de circuits pour la compensation d'harmoniques de signaux ou mélanges de signaux sinusoîdaux engendrés par voie synthétique, pour ensembles terminaux, aliments au moyen de leur ligne de raccordement et faisant partie :i'installations de télécommunication. En raison des progrès accomplis dans la technologie des semi-conducteuis, il devient de plus en plus rentable de dériver des signaux acoustiques de différentes fréquences par voie numérique à partir d'une génératrice maîtresse, au lieu de les engendrer séparément à l'aide d'oscillateurs RC ou LC commutables. Cependant, un conditionnement numérique de la fréquence fournit des signaux rectangulaires ou des courbes en escalier composées de signaux rectangulaires, que l'on rapproche de la forme désirée de la courbe des signaux au moyen de filtres, de telle manière que les composantes -résultat de l'analyse harmonique - des basses fréquences offrent la forme désirée des courbes des signaux, tandis que les harmoniques sont éliminés par le filtre.De tels dispositifs ont été réalisés dans des modems numériques de transmission de données ou dans des transmetteurs de sélection à fréquences vocales, par exemple. Lorsqu'on emploie des générateurs de signaux à fonctionnement numérique dans des appareils alimentés au moyen de la ligne de raccordement d'une installation de télécommunication, par exemple dans les dispositifs dits "ensembles terminaux", les bornes de sortie des ensembles terminaux constituent en même temps l'amenée de tension ou de courant pour le générateur de signaux interne. Pour éviter des perturbations dans le service de télécommunications, il faut que les circuits alimentés au moyen de la ligne de raccordement fonctionnent sans réaction. On se trouve donc en présence d'un problème, en ce sens que, lors du traitement et du conditionnement des signaux, qui ont lieu dans l'appareil, il ne faut pas, d'une part, que des signaux indésirables, en particulier des harmoniques des signaux désirés, puissent parvenir à la ligne de raccordement et, d'autre part, que des variations de tension, qui parviennent par la ligne de raccordement jusqu'à l'ensemble terminal, puissent influencer défavorablement le traitement et le conditionnement des signaux dans l'ensemble terminal. Un générateur de signaux à fonctionnement numérique consiste en principe en un générateur de tension en escalier ou un générateur de courant en escalier et en un filtre pa-se-pas branché derrière le générateur. De tels systèmes de circuits sont connus, par exenple, par l'article paru dans la revue "Electronic Engineering" (septembre 1961), pp. 586-591, sous le titre " A High Power D.C.-A.C. Invertor with Sinusoidal Output", Pour obtenir une suppression efficace des harmoniques, eu égard à l'éventualité d'une transmission à courant prteur, on emploie également des filtres passe-bas actifs, qui permettent de réaliser des filtres sans bobinages, d'un degré supérieur. Ces montages connus présentent toutefois l'inconvénient que la partie du montage destinée à former la tension en escalier ou le courant en escalier recueille à partir de la ligne de raccordement un courant de service en escalier, courant qui n'est pas saisi par le filtre passe-bas précité et qui, par conséquent, délivré à la ligne de raccordement des signaux harmoniques indésirables. Pour éviter cet inconvénient, on est obligé d'employer des moyens de filtrage supplémentaires dispendieux. L'invention a pour objectif de proposer un système de circuits de l'espèce définie au préambule, système qui, sans employer des moyens de filtrage dispendieux, empêche l'apparition d'harmoniques à la sortie de l'ensemble terminal et peut etre réalisé en tant que circuit intégré de faible encombrement. Le but recherché est atteint à l'aide d'un système de circuits, dont les particularités seront exposées dans la suite. On a désormais aussi la possibilité de produire dans des ensembles terminaux alimentés au moyen de la ligne de raccordement d'installaticns de télconmunication par voie synthétique, à l'aide d'un courant en escalier, des signaux à fréquence vocale et/ou des signaux composés à fréquences vocales et de les émettre en tant que signaux sinusoldaux ou mélanges de signaux sinusoidaux, sans cul'il soit nécessaire d'employer des moyens de filtrage dispendieux pour débarrasser les signaux de leurs harmoniques. En réalisant l'invention suivant une caractéristique qui sera exposée dans la suite, on produit un courant sinusoïdal en escalier qui, e- tant que courant de service, n'apparaît donc pas - ou seulement dans une proportion peu importante sur la ligne de ra-cordement et, par conséquent, n'exige pas de moyens de filtrage 'ispendieux. Gracie à d ! autres particularités de l'invention,qui seront exposées dans la suite, le signal sinusoïdal en escalier est maintenu d'une manière encore plus efficace à l'écart du courant de service. Une autre particularité du système de circuits suivant l'invention, qui sera également exposée dans la suite, offre l'avantage qu'à la suite de l'injection, à l'entrée du filtre, du courant sinusoïdal en escalier réfléchi, le filtre compense exactement les harmoniques qui prennent naissance, de sorte que seule la fréquence fondamentale des signaux est transmise par la ligne de raccordement. L'invention sera décrite ci-après d'une manière détaillée, à l'aide de graphiques et d'un exemple de réalisation. Danses dessins annexés la figure 1 représente un signal sinusoïdal en escalier, la figure 2 représente un fragment de montage, qui comprend un circuit suivant l'invention, la figure 3 représente des raies spectrales d'un signal de sélection à fréquences vocables, le schéma de tolérance d'harmoniques et 1 l'amortissement du filtre. Dans la figure 1 on a représenté l'allure en fonction du temps d'une tension sinusotdale en escalier ou d'un courant sinusoïdal en escalier. Le temps t est porté en abscisse. Lors d'une génération de signaux numériques, les gradins correspondants de la forme en escalier possèdent, en règle générale, la même durée. Une solution avantageuse consiste à faire en sorte que, lorsque les gradins présentent une largeur égale et qu'il y a N gradins par période, 1. tous les harmoniques pairs disparaissent, et 2. parmis les harmoniques restants, impairs, tous les harmoniques, jusqu'au (N - 1) - ième harmonique, disparaissent. Dans la figure 1, N - 10, de sorte qu'en adoptant un dimensionnement déterminé, tel qu'il est indiqué dans la revue "Electronic Engineering (septembre 1961), pp, 586-591, les troisième, cinquième et septième harmoniques n'apparaissent pas, mais seulement le neuvième, le onzième et ceux des rangs supérieurs. Ce choix favorable des niveaux des amplitudes simplifie notablement l'étude des filtres de la combinaison de circuits suivant l'invention. Etant donné que dans les circuits intégrés linéaires des sources de courant peuvent être réalisées d'une manière plus simple que des sources de tension, la combinaison de circuits suivant l'invention fonctionne avec un système qui produit un courant sinusoïdal en escalier (ou échelonné). L'allure si nusoldale en escalier peut être considérée comme une somme de courants partiels qui succèdent aux intervalles de temps 1, 2, 3, ... indiqués dans la figure 1. La figure 2 représente un exemple de réalisation d'un montage suivant l'invention. Ce montage peut être prévu dans un ensemble terminal d'une installation de télécommunication présentant des bornes de raccordement a et b et qui est alimentée, au moyen de sa ligne de raccordement branchée aux bornes a et b, en énergie électrique fournie, ainsi qu'il est connu en soi, par une batterie située au central de télécommunication. Celle des lignes du système, qui est appelée à être connectée à la ligne de raccordement est désignée dans la figure 2 par 18; elle aboutit à la borne de raccordement b. L'autre ligne appelée à être connectée à la ligne de raccordement est désignée par 17 et aboutit à la borne de raccordement a. Dans le système de circuits suivant l'invention est prévu un dispositif servant à produire un courant sinusoidal en escalier Is. . La partie 23 du montage, qui est encadrée par des lignes tiretées dans la figure 2, représente une partie de ce dispositif. Ce aernier, qui est piloté par un système logique, non représenté, injecte dans la barre omnibus 19, suivant une succession dans le temps, des courants partiels de l'espèce représentée dans la figure 1, de sorte que le courant sinusoïdal en escalier Is, représenté dans la figure 1, peut être recueilli à la barre omnibus 19. Ainsi qu'il sera exposé dans la suite, chaque élément 23 du système est conçu de telle manière qu'en dépit de l'absence de moyens de filtrage, il recueille toujours un courant continu constant à partir de la ligne de raccordement. Le dispositif pour la production du courant sinusoïdal en escalier est raccordé au moyen de la barre omnibus 19 à un réflecteur de courant formé par les transistors 7 et 8. Le courant réfléchi par le réflecteur de courant est conduit par le collecteur du transistor 7 à l'entrée d'un filtre actif 21 à caractéristiques passe-bas, qui est calculé de telle manière que son courant de service compense pratiquement tout à fait la composante harmonique du courant en escalier réfléchi par le réflecteur de courant. Les divers éléments du système de circuits représenté dans la figure 2 seront décrits en détail ci-après. Le dispositif pour la production du courant sinusoidal en escalier est doté de commutateurs de courant en un nombre correspondant à celui des courants partiels choisis pour une période de la forme sinusotdale. Ainsi qu'on le voit dans la figure 1, les courants partiels sont nuls dans les intervalles de temps 1 et 10 de l'exemple cité. En outre, les courants partiels sont, dans la deuxième moitié de la période, identiques à ceux de la première moitié.Ainsi, dans cet exemple de réalisation, il suffit de 4 commutateurs de courant pour les dix intervalles de temps d'une période sinusoidale. Un de ces commutateurs de courant est représenté en détail dans la figure 2, dans la partie 23, encadrée par des lignes tiretées. I1 comprend essentiellement un aplificateur différentiel ( commutateur différentiel) comportant les transistors 9 et 10 et alimenté par une source de courant constant 11.Un de ces transistors, 10, est relié directement par son collecteur à une ligne 18, appelée à être connectée à la ligne de raccordement, tandis que l'autre transistor 9, est connecté par son collecteur à une barre omnibus 19, à partir de laquelle peut être recueilli le courant sinu sotdal en escalier Les bornes des bases des transistors 9 et 10, branchés de manière à constituer un commutateur différentiel, sont reliées respectivement à travers des sources de courant constant 13 et 14 à une ligne 18, appelée à être connectée à la ligne de raccordement. Entre la base du transistor 1C et la ligne 18 est intercalée la source de courant constant 14, tandis qu'entre la base du transistor 9 et la ligne 18 est intercalée la source de courant constant 13. En outre, entre la base du transistor 9 et la ligne 17 sont branchées au moins deux diodes 12 disposées dans le sens de la conduction, tandis qu'entre la base du transistor 10 et la base du transistor 9 est branchée une diode 15. La diode 15 devient passante lorsque la tension de base positive du transistor 10 dépasse celle du transistor 9, ce qui n'est le cas, en règle générale, qu'après que le transistor 10 a été complètement débloqué. L'attaque du commutateur de courant est assurée au moyen d'un transistor 16 en montage à émetteur commun, dont le collecteur est connecté à la base du transistor 10 et dont l'émetteur est connecté à la ligne 17.L'attaque du transistor 16 est effectuée, à travers sa base, par un élément de circuit logique, non représenté, qui débloque le transistor 16 par un signal logique d'une espèce et qui bloque ce transistor par un signal logique d'une autre espèce. Le commutateur de courant fonctionne comme suit : la source de courant constant 11 (un transistor non représenté) fournit un courant IK, dont la valeur correspond à un courant partiel de la figure 1, par exemple la valeur représentée par les segments 4 et 7 de la figure 1. Les sources de courant constant 13 et 14 fournissent respectivement un peu plus de courant que ce qui est nécessaire comme courant de base des transistors 9 et ic. Le surplus de courant s'écoule ver la ligne 17, soit à Ir,-.vers les diodes 12, soit à travers la diode 15 et les diodes ;. Lorsque ie transistor 16 est bloqué par un signal logique d'une premier espèce, le courant de la source de courant constant 14 passe essentiellement par la base du transistor 10. Le transistor 10 devient ainsi passant, et le courant de la source de courant constant 11 se dirige directement vers la ligne 18. Par contre, lorsque le transistor 16 est rendu conducteur par un signal logique de la seconde espèce, le courant de la source de courant constant 14 se dirige dans sa totalité vers la ligne 17 à travers le transistor 16. Par suite, le transistor 10 est bloqué et le transistor 9 estdéboqué. I1 s'ensuit que le courant de la source de courant constant 11 s'écoule, en tant que courant partiel de grandeur préfixée, à travers le transistor 9, vers la barre omnibus 19 et donc vers l'entrée du réflecteur de courant, d'où il se dirige, à travers le transistor 8, vers la ligne 18. I1 ressort clairement de ce qui précède que le courant de service pour le commutateur de courant 23 représente toujours la somme des courants des sources de courant constant Il, 13 et 14 et ne comprend donc pas de composantes de courant ou de tension dépendant des courants partiels. Ceci vaut également pour les éléments non représentés - qui correspondent à l'élément de montage 23 - du dispositif pour la génération du courantsinusotdal en escalier Ils, de sorte que ce dispositif revoit toujours un courant continu constant, fonctionne sans rétroaction et offre ainsi l'avantage de ne pas nécessiter de moyens de filtrage à l'encontre d'harmoniques indésirables. Cependant, à la sortie du réflecteur de courant, c'est-a-dire au collecteur du transistor 7, apparatt un courant sinusotdal exact en escalier suivant la figure 1, d'une amplitude qui représente environ 0,9 à 0,95 de celle du courant qui circule à travers l'émetteur du transistor 8. Ce courant réfléchi en esealier est présent entre les bornes a et b et, si l'on n'adopte pas de mesures supplémentaires, engendre dans la ligne de raccordement de l'appareil (ensemble terminal) un courant affecté d'harmoniques et donc indésirable.Ce courant affecté d'harmoniques est toutefois éliminé par la combinaison de circuits suivant l'invention,cela grâce au fait que le courant réfléchi par le réflecteur de courant est dirigé vers un filtre actif 21 à caractéristique passe-bas, ce filtre étant conçu de telle manière que son courant de service compense la composante harmonique du courant en escalier, réfléchi par le réflecteur de courant. Ce filtre comprend avantageusement un transistor 1, dont le collecteur est connecté à la ligne 18 et dont l'émetteur est connecté d'une part, par l'intermédiaire d'une résistance 2, à l'autre ligne 17 et d'autre part - au moyen d'un circuit série composé d'un premier condensateur 5 et d'une deuxième résistance 3 - à la base de ce transistor, la deuxième résistance 3 étant raccordée à la base du transistor 1. La base du transistor 1 est en outre connectée à l'autre ligne 17 à travers un deuxième condensateur 6, tandis que le point de jonction V entre le premier condensateur 5 et la deuxième résistance 3 est connecté à cette ligne à travers une troisième résistance 4. Le point de jonction V constitue l'entrée, et le collecteur du transistor 1 la sortie du filtre. Le transistor 1 peut être remplacé par une combinaison de plusieurs transistors qui lui serait équivalente. Le filtre actif 21 fonctionne comme suit : la résistance 4 agit comme résistance terminale, côté entrée, du filtre résistance aux bornes de laquelle le courant réfléchi par le réflecteur de courant et injecté par le collecteur du transistor 7 établit la tension-d'entrée. La résistance 3 et le condensateur 6 forment un passe-bas à RC, tandis que le condensateur 5 agit - compte tenu de la phase et de l'amplitude de la tension alternative au niveau de l'émetteur du transistor 1 soit comme condensateur de réaction positive, soit comme condensateur de filtrage. Le filtre présente pour les basses fréquences un rapport de transfert de courant déterminé par le rapport des valeurs ohmiques respectives des résistances 4 et 2. Par exemple, si la résistance 4 possède une valeur ohmique des 4,7 kilohms et que la résistance 2 possède une valeur ohmique de 150 ohms, le rapport de transfert du filtre est égal à 30. Ceci signifie que'le courant alternatif de collecteur du transistor 1 est à peu près 30 fois p3us élevé que celui du transistor 7. La capacité du condensateur 5 est jusqu'à peu près 3 à 8 fois plus élevée que celle du con-densateur 6. I1 s'ensuit qu'avec l'élévatio. de la fréquence a lieu une réaction positive de l'émetteur du transistor 1 vers le point de jonction V à travers le condensateur 5, réaction qui produit d'abord une annulation ou une surcompensation de l'effet de la chute du courant alternatif au condensateur 6 jusqu'à ce que, l'élévation de la fréquence se poursuivant, la phase à l'émetteur du transistor 1 s'inverse par rapport à celle présente au point de jonction V et que la réaction positive à travers le condensateur 5 diminue, de sorte qu'une baisse abrupte de l'amplification a lieu à l'émetteur du transistor 1. Lorsque la tension alternative à l'émetteur du transistor 1 est suffisamment réduite par rapport à la tension alternative au point de jonction V et que la fréquence continue de croître, le condensateur 5 agit comme un deuxième condensateur de filtre au point de jonction, de sorte que le filtre présente désormais une chute de tension de 12 dB/octave. Rapporté à la courbe de courant en escalier au point de jonction V, ceci signifie que l'onde fondamentale du courant sinusoïdal en escalier est située dans la bande passante du filtre. I1 s'ensuit qu'entre l'émetteur du transistor 1 et la ligne 17 est présente une tension sinusofdale exempte d'harmoniques, dont l'onde fondamentale est celle du courant en escalier. Le neuvième harmonique et les harmoniques suivants du courant IS en escalier sont situés loin dans la bande bloquée du filtre. Pour ces harmoniques, le condensateur 5 agit comme un court-circuit. Par suite, les courants affectés d'harmoniques se dirigent vers l'émetteur, de faible résistance ohmique, du transistor 1, étant donné que la base est court-circuitée pour les harmoniques par le condensateur 6. Or, comme une tension sinusofdale exempte d'harmoniques est présente aux bornes de la résistance 2, celle-c est parcourue par un courant sinusoidal exempt d'harmoniques. Etant donné la faible valeur ohmique de l'entrée de l'émetteur du transistor 1, le courant affecté d'harmoniques attaque ce transistor, et cela en opposition de phase, de sorte que le courant de collecteur du transistor 1 est déphase, en ce qui concerne les harmoniques, de 1800 par rapport au courant de collecteur du transistor 7. De ce fait, les composantes de fréquences plus élevées du courant sinusoïdal en escalier qui circule à travers le transistor 7 sont pratiquement exactement compensées par les composantes de fréquences plus élevées du courant sinusoïdal qui circule à travers le collecteur du transistor 1. Grâce à la combinaison du montage à réflecteur de courant et du filtre actif proposé, on peut atteindre un amortissement de 30 dB environ des harmoniques des courants sinusoi- daux délivrés par ce montage. La figure 3 représente le résultat de la suppression d'harmoniques, qui peut être obtenu. On a porté en abscisse les logarithmes des fréquences des signaux de courant en escalier et en ordonnée l'amortissement a des fréquences respectives délivrées par la combinaison de circuits suivant l'invention. Par exemple, pour les ensembles terminaux prévus sous la forme d'appareils de sélection à boutons-poussoirs et qui fonctionnent d'après la méthode de la numération au clavier de signaux à fréquences vocales , les Administrations des Télécommuncations exigent, en ce qui concerne l'amortissement des harmoniques et des produits de mélange des fréquences fondamentales, des valeurs situées au-dessous de la ligne continue 32 (limite de to lérance). Les valeurs d'amortissement pouvant être obtenues avec le système de circuits suivant l'invention sont représentées par la ligne 31 dans la figure 3. Les signaux à fréquences vocales formés par numérotation au clavier sont compris dans la bande entre f = 0,697 %-Hz et f = 1,633 kHz. La fréquence u o de signal la moins élevée f et la fréquence de signal la plus u élevée f sont portées dans le diagramme. Les harmoniques de o deux courants sinusoidaux engendrés par voie synthétique sont représentés sous la forme de raies spectrales.Ainsi qu'on le voit, leurs amplitudes demeurent de plus de 10 dB en deçà de la limite de toléra-ce 32, de sorte que la combinaison de circuits suivant l'in ention convient également pour la méthode de la numérotation au ravier de signaux à fréquences vocales. Dans le procédé à signaux composés, le dispositif pour produite un courant sinusoïdal en escalier doit être prévu une fois pour chacun du signaux à émettre simultanément, c'est-àdire qu'il doit être prévu en double dans la présente méthode de numérotation au clavier de signaux à fréquences vocales. Les deux dispositifs injectent leurs courants partiels dans la barre omnibus commune 19, représentée dans la figure 2. Les fréquences des signaux de numérotation sont déterminées par la fréquence de commutation de la logique, non représentée dans la figure 2, qui, comme on le sait, peut être réalisée de façon à être exempte de rétroaction et qui, ne faisant pas l'objet de la présente invention, n'est pas décrite en particulier. Etant donné que les harmoniques des fréquences acoustiques engendrées par la combinaison de circuits suivant l'invention sont dans une grande mesure supprimés ou compensés, on peut adopter une très faible capacité pour le condensateur 24, situé entre les bornes de raccordement a et b de l'ensemble terminal, car ce condensateur doit court-circuiter uniquement les harmoniques qui ne sont pas complètement supprimés par l'atténuation finie du filtre 21 aux fréquences élevées. Par conséquent, il suffit d'adopter pour le condensateur 24 une valeur de 0ol4F environ. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de circuits pour la compensatlon d'harmoniques de signaux ou mélanges de signaux sinusoidaux engendrés par voie synthétique, pour ensembles terminaux d'installations de télécommunication alimentées par l'Intermédiaire de leur 11- gne de raccordement, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif (23) qui recueille un courant continu constant et sert à engendrer au moins un courant sinusoïdal en escalier (in);; en ce que le courant sinusoïdal en escalier (I ) du dispositif (23) est appliqué à un réflecteur de courant (7,8) et en ce que le courant réfléchi par le réflecteur de courant (7,8) est appliqué à un filtre actif (21) à caractéristique passe-bas, lequel est conçu de telle manière que son courant de service compense la composante harmonique du courant en escalier réfléchi par le réflecteur de courant (7, 8). 2. Système de circuits suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif t23) destiné à produire au moins un courant sinusoidal en escalier (I) comprend plusieurs transistors (9, 10), alimentés par une source de courant (11) et branchés comme des commutateurs différentiels, un (10) de ces transistors étant connecté par son collecteur directement à une ligne (18), appelée à être connectée à la ligne de raccordement, tandis que l'autre transistor (9) est raccordé par son collecteur à une barre omnibus (19) à partir de laquelle peut être recueilli le courant sinusoïdal en escalier (Is). 3. Système de circuits suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les bornes de base respectives des transistors (9, 10) branchés comme un commutateur différentiel, sont raccordées d'une part, à travers des sources respectives de courant constant (13, 14) à l'une (18) des lignes appelées à être connectées à la ligne de raccordement et d'autre part, respectivement à travers au moins une diode (12, 15), à l'autre ligne (17) appelée à être connectée à la ligne de raccordement. 4. Système de circuits suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre (21) comprend un transistor (1) dont le collecteur est raccordé à l'une (18) des lignes, appelée à être connectées à la ligne de raccordement, transistor dont l'émetteur est raccordé d'une part, à travers une résistance (2), à l'autre ligne (17) appelée à être connectée à la ligne de raccordement et d'autre part - à travers un circuit série composé d'un premier condensateur (5) et d'une deuxième résistance (3) - à la base de ce transistor, la deuxième résistance (3) étant raccordée directement à cette base, cette dernière étant en outre connectée, à travers d'un deuxième condensateur (6), à l'autre ligne (17) appelée à être connectée à la ligne de raccordement, tandis que le point de jonction V entre le premier condensateur (5) et la deuxième résistance (3) est connecté à l'autre ligne (17) à travers une troisième résistance (4); et en ce que le point de jonction (V) constitue l'entrée, et le collecteur du transistor (1) la sortie du filtre.