Brevet FR2415911A1 — publié le 19790824

La présente invention se rapporte au domaine des circuits de dgfnodulation de fréquence ou de phase utilisés en particulier dans les récepteurs de télévision en couleurs. En effet, toutes les informations relatives à une image colorée~, transmise par télévision, se présentent sous la forme d'un signal modulé en amplitude 1 le son étant également transmis en modulation d'amplitude sur une fréquence différente.Il est donc indispensable, dans un étage d'entrée d'un récepteur de télévision, d'aiguiller les différents signaux de son et d'image vers les circuits qui les traitent, la coopération de tous ces signaux aboutissant à la reconstitution d'une image colorée, accompagnée du son. les signaux représentatifs de la couleur sont transmis en modulation de fréquence wous la forme d'une sous porteuse, mais, en fin de traitement, les images sont obtenues, dans le tube de réception, grâce à des tensions de commande obtenues par démodulation des signaux de sous porteuse couleur puis matriçage. La transformation d'une fréquence en une tension est une opération bien connue, réalisée par différentes configurations de circuits. Certains cependant qui utilisent des circuits accordés, n'nnt qu'une plage de travail très restreinte, celle-ci étant liée à la caractéristique de phase du circuit accordé. Un type de circuits, parmi les plus couramment utilisés, est un dispositif à asservissement de phase - couramment appelé circuit PIL en raison de sa dénomination anglaise Phase Locked Loop - dans lekguel un comparateur compare la fréquence ou la phase du signal d'entrée à celle d'un signal fourni par un oscillateur, dont la fréquence propre est asservie à la tension de sortie du comparateur. le bon fonctionnement de ce type de démodulateur suppose que ltoscillateur possède une large plage de capture, c'est-à-dire qu'il s4#t capable de changer de fréquence dans des limites extrêmes, en fonction de la fréquence d'entrée appliquée au comparateur. En général, il n'y a pas de difficultés lorsque le signal d'ventrée varie en fréquence continûment, et le démodulateur fournit en sortie une tension qui est l'image fidèle de la fréquence d'entrée. Par contre, si le signal d'entrée est discontinu, comme c'est le cas en télévision où le signal de sous porteuse couleur étant absent pendant la transmission de l'information de synchronisation c'est-à-dire pendant 4,7 ps, l'oscillateur oscille sur sa fréquence libre, c'est-à-dire celle définie par ses composants lorsqu'il n'est pas piloté.Lorsque réapparait un signal de sous porteuse à entrée du démodulateur, quelques microsecondes sont nécessaires pour que l'oscillateur passe de sa fréquence libre à sa nouvelle fréquence de travail en régime asservi ; pendant ces quelques deux à trois microsecondes, la tension de sortie n'est pas représentative de la fréquence d'entrée et n'est pas stable. Ceci est un grave incorvénient si cette tension sert de tension de référence, comme c'est le cas en télévision en couleurs où, dans le procédé Secam par exemple, le signal de sous porteuse n'est pas transmis pendant la durée du signal de synchronisation et est suivi immédiatement après d'un signal de référence à une fréquence précise et stable qui a deux rôles importants.Lorsque sa fréquence est égale à 4,406 Mhz il permet d'identifier la couleur transmise sur la ligne suivante, à savoir rouge dans le cas présent. Lorsque sa fréquence est égale à 4,250 Mhz il permet au récepteur d'identifier les lignes bleues transmises. D'autre part cette information représente la fréquence repos du rouge et du bleu qui correspond à la transmission d'une image sans couleur. Si, en raison du temps nécessaire au démodulateur pour répondre au changement de fréquence, la fréquence d'identification de couleur est mal démodulée pendant un moment, la tension qui lui correspond est également fausse pendant le même temps, et la chrominance n'est pas identifiée d'une part et d'autre part on ne peut pas utiliser cette tension de référence pour aligner le signal de sortie démodulé sur un niveau de référence. En outre, lorsqu'un oscillateur possède une fréquence libre trop éloignée de sa fréquence de travail, le bruit de phase du PLL a une configuration dissymétrique qui entraine en télévision un effet désagréable sur l'image. Enfin, toujours dans le domaine de la réception de télévision en couleurs, pour un PLL dont la courbe caractéristique de démodu latign est linéaire entre 3 et 5 MHz par exemple, et pour un signal transmis dans une bande de + 400 kH + le signal démodulé doit fournir une tension d'environ 1,5 volt crête à crête pour pouvoir #tre traitée dans les étapes qui suivent la démodulation. Mais en fonction de la valeur de la fréquence libre de l'oscillateur, la striation possible de la tension de sortie continue peut atteindre 3,7 volts, ce qui rend difficile, dans le cadre des techniques actuelles d'intégration monolithique, le traitement de l'information démodulée dans les étages qui suivent le démodulateur. Ces inconvénients font que, juslutà présent, les circuits PLL n'ont pas été utilisés pour démoduler l'information de la sous porteuse couleur Secam. fl est donc important pour profiter des avantages du Pli que la fréquence libre de l'oscillateur soit proche ou asservie sur la fréquence dusigaal dtidentification en début de ligne. Ce résultat est obtenu, dans le circuit selon l'invention, en maintenant la tension de sortie lorsque l'oscillateur oscille librement (sans-signal à l'entrée) à une tension fite et connue que l'on obtient à partir d'un générateur de tension auxiliaire ; la tension correspondant à la fréquence libre étant connue, un dispositif d'asservissement fera en sorte de faire varier électroniquement la fréquence de l'oscillateur jusqu'à ce que la tension correspondant à la fréquence de repos ou d'identification transmise en début de ligne soit égale à la fréquence libre. Dans ce cas la tension démodulée pendant la transmission de cette information sera égale à la tension de sortie obtenue en fonctionnement libre. Plus précisément, il s'agit d'un circuit de démodulation de fréquence, recevant à son entrée un signal modulé en fréquence et délivrant b sa sortie une tension liée à la fréquence du signal d'eFtrée, comportant un dispositif d'entrée de démodulation du type à asservissement automatique de phase muni d'un oscillateur comportant un condensateur dont la vitesse de décharge règle la fréquence de l'oscillateur, caractérisé en ce que pour effectuer la commande de la fréquence libre de l'oscillateur en l'absence de signal à l'entrée du circuit, une partie du courant de décharge du condensateur est prélevée à ses bornes et dérivée à travers deux transistors montés en miroir de courant par rapport à un troisième transistor recevant sur sa base un courant de commande extérieure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les figures suivantes dans lesquelles : - la figure I représente un démodulateur de fréquence ou de phase selon l'art connu - la figure 2 représente un démodulateur de fréquence ou de phase selon l'invention - la figure 3 représente un premier mode de réalisation du démodulateur selon l'invention, dans lequel la tension de sortie est échantillonnée et mémorisée, pour asservissement de l'oscil lateur - la figure 4 représente un second mode de réalisation du démodulateur selon l'invention, dans lequel la tension ae: sortie est intégrée et sa valeur moyenne utilisée pour l'asservissement de l'oscillateur - la figure 5 représente un démodulateur selon l'invention, muni d'un moyen d'adaptation de la boucle d'asservissement de phase de l'oscillateur. Pour simplifier les explications, le cas d'une démodulation de fréquence sera pris en exemple. La figure 1 représente un démodulateur à asservissement de phase selon l'art connu. Son fonctionnement va être analysé dans le but de mieux faire ressortir les inconvénients de son fonctionnement, lesquels sont évités dans le démodulateur selon l'invention. le circuit de base est un dispositif à asservissement autoina- tique de phase, ou "Phase Locked Loop" dont le fonctionnement est le suivant : un comparateur A compare la phase du signal d'entrée Ve (signal à démoduler) avec la phase d'un signal en provenance d'un oscillateur B. Dans le cas d'une différence de phase ou de fréquence, la tension d'erreur VS sur la sortie du comparateur, bouclé sur l'oscillateur à travers un filtre passe-bande, ramène IÎ#oscillateur sur la même fréquence ou la même phase (décalée de 7 2) que le signal d'entrée Ve. L'oscillateur du bloc B peut être réalisé, comme il est représenté, par un montage à couplage actif entre les transistors Q1 et conducteurs à tour de rôle : la périodicité du cycle de conduc t;#on dépend, d'une part de la valeur de la capacité C, d'autre part du courant de charge et de décharge de C, lequel est égal à ou ou 16. les transistors Q3 et Q4 ayant par construction même oO#nfiguration et même structure, leurs propriétés sont les mêmes et le courant I5 est égal au courant I6, 5 i I 5 = 16 ou encore I5 = 16 = I3 fait donc varier la fréquence de l'oscillateur.La valeur de ce Courant I3 dépend de la différence de tension Av entre les bases du différentiel formé, d'une part, par les transistors Q3 et Q4, d'autre part par le transistor Q5. La tension # #V est la tension différentielle V8 - V7 de sortie du comparateur A, et, rebouclée sur l'oscillateur, l'asservit. Cette tension différentielle d'erreur est filtrée par le filtre passe-bànde constitué par les résistances R1, R2 et la capacité C2, piii#5 appliquée au montage différentiel de transistors (Q3 + Q4) et après une transposition de niveau continu due aux diodes Zoner identiques D1 et D2 Ainsi, lorsque, par exemple, la fréquence de l'oscillateur est plus basse que la fréquence du signal d'entrée V , la tension V7 e diminue tandis que la tension V8 augmente : la tension différen tielle a v appliquée entre (Q3 + Q4) et Q5 fait augmenter le courant I3 et diminuer le courant 14. te courant de décharge de la 3 capacité C devenant plus important, la fréquence de l'oscillateur augmente jusqu'à ce qu'elle soit identique à celle du signal d'entrée Ve. Pour ajuster la fréquence libre de l'oscillateur, c'est-à-dire #lle qu'il a en l'absence de signal d'entrée, il y a deux possi alités : faire varier la capacité C ou faire varier le courant total , qui est égal à la somme des courants 13 + 14. Un réglage simple de la fréquence libre de l'oscillateur interdit de faire varier la capacité C : on ne peut donc agir que sur le courant Mais en faisant varier IT, on fait varier I4, ainsi que la tension de sortie Vs prélevée aux bornes de la résistance R5. Ceci est un inconvénient majeur pour réaliser un dispositif d'asservissement automatique de la fréquence libre car on nta pas de référence de tension correspondant à la fréquence libre. Le dém#ulateur selon l'invention, tel que représenté en figure 2, permet de disposer à la sortie du dispositif d'une tension Vs égale à une tension fixe VR, en l'absence d'un signal d'entrée Ve, quel que soit le courant de commande qui fixe la fréquence de l'oscillateur. Ceci permet de réaliser une liaison continue entre la sortie de ce dispositif et l'entrée d'autres circuits de traitement de l'information démodulée, c'est-à-dire, pour rester dans l'exemple choisi, des circuits de traitement des signaux correspondant à la chromqnanne d'une ligne, en télévision en couleurs. La comparaison entres les figures 1 et 2 met en évidence les perfectionnements apportés par 11 invention, par rapport aux circuits connus. Dans cette figure 2 sont ajoutés, par rapport à la figure 1, en premier lieu, branchés aux bornes du condensateur C, de deux miroirs de courant, constitués par les transistors Q7, Q81 Q9 et en second lieu, un autre miroir de courant constitué par les transistors Q10 et Q11, ainsi qutune source D de tension de référence le courant de décharge du condensateur C dépend en partie de la tension différentielle #V de sortie du comparateur, et en partie des courants dérivés i1 et i2, prélevés par les transistors et Q9, respectivement, aux bornes du condensateur C : i1 et i2 permettent de régler la fréquence libre de l'oscillateur, en absence de signal d'entrée Ve les courants i1 et i2 vont varier la fréquence libre de l'oscil- lateur du bloc B sans changer la tension de sortie Vs. Dans un miroir de courant constitué de transistors identiques, les courants collecteurs sont identiques : dans le miroir de courant formé par les transistors Q7, Q8 et Q9, les deux courants i1 et i2 sont égaux au courant de commande Ic, injecté dans le transistor Q7 Q7 Ic = i1 - i2 En absence de signal d'entrée Ve, les courants I7 et 18 de sortie du comparateur A sont identiques, donc la tension différen tiédie #V V est nulle si R1 = R2.Si par ailleurs R3 = R4, il soit -que les courants 13 et I sont égaux IT I3 = I4 T 2 Las courants i1 et i2 ajoutés à 15 et 16 donnent I7 et I8 qui varient dans le même sens que i1 et i22 sans modifier la tension différentielle # V : donc 14 reste égal à IT/2. En négligeant le courant de base du transistor Q52 on peut considérer que le courant 15 est égal au courant I4, donc à IT/2. Las transistors Q10 et Q11 forment un autre miroir générateur de courant, à partir de l'alimentation +Vcc ; grâce à ce miroir, le courant collecteur de Q11 est égal au courant collecteur de Q1 Q10, dor# égal à I5 ou à IT/2. En conclusion, en l'absence de signal d'entrée Ve, les courants I3 et 14 en premier lieu, I5 et IT/2 en second lieu, sont indépen daats de la fréquence libre d'oscillation de l'oscillateur B, qui est commandée par le courant Ic :le courant collecteur de Q11 étant égal à IT/2, aucun courant ne traverse la résistance de sortie R5 et la tension de sortie VS est égale à la tension de référence VR fournie par la source de tension du bloc D. Cet avantage de l'invention permet d'aligner de façon simple la fréquence libre de l'oscillateur sur la fréquence de repos du sigpal à démoduler - dans le cas où le démodulateur selon l'invention travaille en fréquence - cet alignement peut être réalisé de manière automatique par commande de Ic jusqu'à ce que la tension de sortie démodulée moyenne soit proche de la tension de sortie correspondant à la fréquence libre de l'oscillateur, soit Le dispositif selon l'invention agit de même dans le cas d'une démodulation de phase. L'oscillateur au départ se cale sur la fréquence du signal d'entrée, qui reste fixe. La tension de sortie est représentative de l t écart de phase entre le signal d'entrée et celui issu de l'oscillateur. Le dispositif fait en sorte qu'il est très facile de réaliser automatiquement la commande de la fréquence libre de l'oscillateur pour amener celuici à une valeur proche de celle du signal à démoduler 1 'organisation du circuit et le processus électronique permettant de mettre en oeuvre cet automatisme étant en tous points identiques à ceux réalisés dans le cas d'un signal modulé en fréquence. Trois exemples de réalisations, comportant chacune un perfectionnement au démodulateur selon l'invention, sont maintenant décrits. La figure 3 représente un premier type de réalisation dans laquelle on utilise le fait que, dans le procédé Secam de télévision en couleurs, on dispose au début de chaque ligne de l1infor- mation des fréquences de repos FoR ou Fogt qui, comme il a été dit, ont une fonction d'identification de couleur de la ligne. La figure 3 constitue un schéma, simplifié pour faciliter la compréhension, sur lequel on retrouve, comme sur les figures 1 et 2, un circuit PIL composé d'un comparateur 31 et d'un oscillateur 32, Ve étant le signal d'entrée, VS le signal de sortie, VO le signal de comparaison fourni par l'oscillateur qui est asservi par VS et par un courant Ic continu.A la sortie du PLL est disposé un c circuit 33 qui assure une fonction d'échantillotnage et de mémori station de la tension de sortie correspondant au signal dtidentifi- cation de fréquence F OR ou FoB émises en début de ligne, l'instant d'échantillonnage étant piloté par une impulsion sur l'entrée de commande b. le comparateur 34 compare la tension mémorisée Vm avec la tension de référence VR, correspondant à la tension de sortie du démodulateur en l'absence de signal d'entrée Ve : la tension VR de cette figure 3 correspond à la tension VR de la figure 2, le dispositif de mémorisation 33 ayant été intercalé après le tran si6tor Q11 de la figure 2, et le comparateur 34 ajouté. En cas de différence de tension entre Vm et VR, le comparateur 34 envoie un courant Ic qui ramène la fréquence de l'oscillateur 32 qoit sur la fréquenceFoR soitsur la fréquenceFoB, selon que l'on échantillonne sur FOR l'oscillateur ou sur FoB. Grâce à ce dispositif, l'oscillateur s'aligne sur la fréquence ou ou FoBpendant la transmission de l'impulsion de synchronisation de début de ligne, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de signal d'entrée Ve. Le bruit de phase a également une configuration plus donc trique, donc il n'y a plus d'effet désagréable sur l'écran du récepteur de télévision. La tension de sortie repos sera égale à TR! indépendamment des variations de valeur des éléments qui fixent la fréquence de ltoscillateur, R3 et O3 par exemple.Dans ces co#tditions, un réglage manuel n'est plus indispensable, et, cepen dant, des dispersions assez importantes sur la valeur des éléments qui fixent la fréquence sont tolérées, puisque 1 démodulat est coFtre-réactionné, ceci permet l'intégration monolithique de ce dispositif sur une pastille semiconductrice. Les éléments qui fixant la fréquence de l'oscillateur, capacités et résistances, po#xvaat admettre des dispersions de valeurs importantes, peuvent être également intégrés. La figure 4 représente une autre réalisation du démodulateur selon l'invention. Ce schéma est applicable dans tous les cas, ut pas seulement à la démodulation en télévision A la sortie du Pli, identique à celui de la figure 3 et composé également d'un comparateur 31 et d'un oscillateur 32, un second comparateur 34 compare la valeur moyenne du signal démodulé Vjis après le réseau intégrateur RC, avec la tension de référence VR qui correspond à la tension de sortie du PLI en l'absence de signal d#entrée. S'il existe une différence entre la tension VR et la valeur moyenne de V., le courant d'asservissement Ic, issu du comparateur 34, ramène l'oscillateur 32 sur une fréquence proche celle de l'information à démoduler. Ce montage exige seulement que la fréquence de coupure du réseau intégrateur RC soit plus faible que la plus basse fréquence du signal à démoduler. Par contre, les avantages sont importants - la tension de sortie continue est toujours proche de la tension de référence VR, quelle que soit la fréquence libre de l'oscil- lateur (à la seule condition que la fréquence d'entrée soit dans la plage de capture du dispositif) - si la plage de capture de 1' oscillateur est suffisamment importante, il n'est pas nécessaire de disposer d'un réglage manuel de l'oscillateur, ce qui est intéressant du point de vue du fabricant et de la fiabilité puis-4ue cela simplifie les circuits - l'oscillateur du PEUL, aligné automatiquement sur une fréquence proche de celle du signal à démoduler, travaille dans les meilleurs conditions, notamment pour le bruit de phase en sortie, dû à un bruit à l'entrée. La figure 5 représente un démodulateur selon l'invention, muni de moyens de commutation de la réponse du filtre R5C5 de la boucle d'as ervissement de phase. Dans certaines applications, il peut y avoir intérêt, par exemple pour diminuer le bruit de phase, à disposer d'un filtre passe-bas à fréquence de coupure faible dans la boucle d'asservissement de l'oscillateur 32 entre la tension de sortie du comparateur 31 et la borne de commande a de l'oscillateur 32. puis, en raison de la fréquence de coupure du filtre, la plage de capture de i 'oscillateur devient plus faible, ce qui est un inconvénient car si au démarrage la fréquence libre de l'oscillateur est éloignée de la fréquence du signal à démoduler, la capture ne se fera pas et la démodulation n'aura pas lieu. Pour éviter cet inconvénient, le dispositif selon l'invention, représenté en figure 5, comporte un condensateur C4 monté en parallèle avec le condensateur C5 du filtre passe-bande R5C5 toutefois, ce condensateur C4, dont une borne est à la masse peut etre isolé au moyen d'un commutateur 51, lui-même commandé par un dispositif différentiel 52, adapté à la nature du commutateur 51. Lorsque la mise en service du dispositif le filtre passebande R5C5 possède une fréquence de coupure élevée, donc l'oscille lateur 32 possède lui aussi une large plage-de capture : lorsque le système est établi, c'est-à-dire lorsque les tensions Vs et VR sonit égales, le différentiel 52, dont les deux entrées reçoivent VS et VR' commute la constante de temps, en agissant sur le commu tapeur 51 qui ajoute la capacité C4 en parallèle avec C L'augmen talon de la capacité du filtre passe-bande en abaisse la fréquence de coupure, ce qui a pour effet d'améliorer les caractéristiques du signal démodulé, notamment par diminution du bruit de phase. REVENDICATIONS 1. Circuit de démodulation de fréquence, recevant à son entrée un signal modulé en fréquence et délivrant à sa sortie une tension liée à la fréquence du signal d'entrée, comportant un dispositif d'entrée de démodulation du type à asservissement automatique de phase, muni d'un oscillateur comportant un condensateur dont la vitesse de décharge règle la fréquence de l'oscillateur, caractérisé en ce que, pour effectuer la commande de la fréquence libre de l'oacillateu en l'absence de signal à l'entrée du circuit, une partie du courant de décharge du condensateur est prélevée à ses bornes et dérivée à travers deux transistors montés en miroir de courant par rapport à un troisième transistor recevant sur sa base un courant de commande extérieure. 2. Circuit de démodulation selon la revendication 1, comportant de plus un comparateur dont la tension différentielle de sortie est nulle en l'absence de signal à l'entrée du circuit, caractérisé en ce qu'une tension de sortie du circuit, indépendante de la fréquence libre de l'oscillateur, est obtenue par le montage en pont équilibré, à la sortie du circuit, constitué d'un miroir d'un courant et d'une source de tension de référence, çelle-ci fixant la tension de sortie lorsque le courant issu du dispositif de démodulation est égal à celui du miroir de courant en l'absence d'un signal à l'entrée du circuit. 3. Circuit de démodulation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour faire fonctionner l'oscillateur sur une fréquence préférée, en l'absence momentanée de signal d'entrée, un dispositif d'échantillonnage et de mémorisation de la tension de sortie (Vs) du comparateur fournit à un autre dispositif une tension mémorisée (Vm) qui est comparée à une tension de référence entre l'erreur entre les tensions mémorisée (Vm) et de référence (VR) étant traduite par ce second comparateur en un courant de commande (Ic) qui asservit la fréquence libre de 1'oscillateur. 4. Circuit de démodulation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour maintenir la fréquence libre de l'oscille laveur proche de sa fréquence de travail, un réseau intagrateur (R), monts à la sortie du comparateur, fournit à un autre comparateur une' tension de sortie intégrée (Vi) qui est comparée à une tension de référence (VR), l'erreur entre les tensions intégrée (V) et de référence (VR) étant traduite par ce second comparateur ensun courant de commande (Ic) qui asservit la fréquence de l'oscillteur. 5. Circuit de démodulation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour adapter la réponse de l'oscillateur dont la boucle d'asservissement comprend un filtre passe-bande (R5,tC5), une capacité additionnelle (C4) est montée en parallèle sur celle du filtre passe-bande, et peut en être isolée par un comau- tateur (51), celui-ci étant commandé par un comparateur (52) aux entrées duquel sont appliquées les tensions de sortie (Vs) et de réf#rence (VR), la capacité additionnelle étant ajoutée au filtre passe-bande dès que, l'oscillateur ayant capté le signal d'entrée (V), l'asservissement est établi et la tension de sortie (Vs) est égale à la tension de référence (VR). 6. Circuit de démodulation, selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal d'entrée étant modulé en phase, à fréquence fixe, le signal de sortie est démodulé selon la même organisation du circuit. Circuit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qui est intégrable sur un cristal semiconducteur, selon la technolotie de fabrication monolithique. 8. Récepteur de télévision, comportant au moins un circuit de démodulation de fréquence ou de phase selon l'une des revendications 1 à 7.