Brevet FR2469823A1 — publié le 19810522

La présente invention concerne un générateur de fréquences qui, pour un changement de sa fréquence f de fonctionnement est d'abord prépositionné par un modification convenable de la tension V de commande de son circuit oscillateur, un @sservissement assurant ensuite le fonctionnement sur la fréquence choisie. De tels générateurs de fréquences sont connus et sont utilisés, en particulier, dans des synthétiseurs de fréquences. Dans ses générateurs connus la prépositionnement s'effectue en tenant compte des caracteristiques en température du circuit oscillateur, préalablement relevées et mises en mémoire. Pour cela la température de l'élément variable de circuit oscillateur est mesure en permanence ; la tension de commande peut ainsi ê être prépositionnée avec précision connaissant la température et la fréquence à atteindre. Mais une telle solution, qui nécessite n capteur de température de qualité (capteur à quarts) et une quantité d'informations mises en mémoire très importante, s'avère complexe et onérause. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précisés et dans de permettre un prépositionnement précis ne nécessitant pas une mesure de la température de l'élément variable du circuit oscillateur. Ceci est possible grâce à un calcul par interpolation de la nouvelle tension de commande à partir de valeurs prises par les fréquences pour différentes valeurs dela tension de commande et de la température ; le calcul est effectué en supposant la température constante pendant le temps d calcul et en utilisant, comme données de base, 12 fréquence et la tension d'avant le prépositionnement ainsi que la fréquence à atteindre. Selon l'invention, un générateur de fréquences comportant un circuit oscillateur à élément variable, un circuit d'alimentation fournissant une tension de commande, V, de l'élément variable, des moyens de mesure de la fréquence de fonctionnement, f, du circuit oscillateur et un dispositif de prépositionnement de la ten sion V en fonction de la fréquence f à atteindre par o le circuit oscillateur, ce dispositif de prépositionnement comportant des moyens de mise en mémoire de valeurs de f en fonction de V pour différentes valeurs de la température T de l'élément variable, est caractérisé en ce que le dispositif de prépositionnement comporte des moyens de calcul par interpolation, calculant, en fonction du contenu des moyens de mise en mémoire et à partir des seules valeurs prises par f et V, la valeur à donner à V pour obtenir f en supposant T constante o pendant le temps de calcul. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent - la figure 1, un réseau de caractéristiques relatif à l'élément variable d'un circuit oscillateur, - la figure 2, un générateur de fréquences selon l'invention, - la figure 3, un organigramme relatif au généra- teur de fréquences selon la figure 2, - la figure 4, un schéma plus détaillé d'une partie du générateur de la figure 2. La méthode mise en oeuvre par le générateur de fréquences selon l'invention part de l'hypothèse que la température de l'élément variable du circuit oscillateur reste constante pendant le prépositionnement. Cette hypothèse est vérifiée car la température évolue de fagon tout à fait négligeable pendant le temps nécessaire au prépositionnement. La figure 1 montre trois courbes Ci-1 , Ci , Ci+1 donnant la fréquence de fonctionnement f d'un circuit oscillateur en fonction de la tension de commande, V appliquée à son élément variable et pour une température constante Ti-1 , T. , Ti+1 de cet élément variable. Dans l'exemple décrit l'élément variable est une diode à capacité variable. Ces courbes sont obtenues par des mesures de différents points de fonctionnement ; ces courbes sont, comme il apparaîtra plus loin, mises en mémoire par le générateur de fréquences qui va être décrit. La mise en mémoire des courbes se fait par échantillonnage : mise en mémoire de points correspondant à des fréquences de fonctionnement qui sont les mêmes pour les différentes courbes ; les points mis en mémoire sont repérés par des croix sur la figure 1. Lorsqu'un point de fonctionnement est connu, la localisation de ce point sur une courbe de fonctionnement à température constante donne implicitement cette température. Dans le cas de la figure 1, le point de fonctionnement X (coordonnées V1 , f1) se trouve sur une courbe non dessinée, car non mise en mémoire, correspondant à une température constante de fonctionnement com prise entre T. et T. . Un calcul par interpolation i i+1 permet de situer sur cette courbe le nouveau point de fonctionnement Y de coordonnées V2 , f2 . Un exemple de calcul du nouveau point de fonctionnement sera donné plus loin.Comme il a été indiqué plus avant cette méthode n'est valable que si, pendant le temps nécessaire au calcul et au déplacement du point de fonctionnement, la température du circuit oscillateur et, en particulier, de son élément variable reste pratiquement constante. L'expérience montre que tel est bien le cas avec les moyens techniques que propose l'électronique ; un exemple de réalisation sera d'ailleurs donné plus loin. Le point de fonctionnement X de coordonnées connues V1 , f1 (figure 1) a une abscisse V1 comprise entre Vj = V"12 et VG = V'12 où J et G sont des points mis en mémoire, comme indiqué plus avant, d'ordonnées f"1 et fil encadrant au plus près f1 et d'abscisses V"12 et V'12 encadrant au plus près V1 . Les points J et G sont situés, étant donné la position du point X, sur une même courbe, C. , à température de fonctionnement constante (Ti) . Sur les courbes Ci 1 et Cii encadrant la courbe Ci les points d'ordonnées f'1 et -f"1 sont respectivement, pour la courbe Ci 1 , F et E, et, pour la courbe Ci+1 , H et D.Pour la suite du calcul qui se fait par micro-ordinateur, il est nécessaire de savoir si le point de fonctionnement, X ,est situé dans le polygone EFGJ ou dans le polygone JGHD ; un premier calcul par interpolation permet de déterminer la tension V12 du point du segment de droite JG d'ordonnée fî : V' - V" V12 - 12 12 1 - f"1) + V"12 f'1 - f"1 le fait que cette valeur V12 soit inférieure à V1 indique que le point X est situé dans le polygone JGDH. Un deuxième calcul par interpolation permet de déterminer la tension V11 du point du segment de droite DH d'ordonnée f1 : V'11 - V"11 V11 = (f1 - f"1) + V"11 f'1 - f"1 puis est calculé le rapport V1 - V12 r = V11 - V12 qui situe le point de fonctionnement X par rapport aux points d'ordonnées f1 des courbes Ci+1 et Ci ou plus exactement des segments de droite DH et JG. De la même façon qu'ont été calculés V12, et V11 sont calculés V22 et V21 , c'est-à-dire les abscisses des points d'ordonnée f2 (f2 : fréquence de fonctionnement à obtenir) sur les courbes C. et Ci+1 ou plus exactement sur les segments de droite R5 et UT V S - VR R (2 V22 = (f2 - f"2) + VR f'2 - f"2 VT - VU V21 = (f2 - f"2) + VU 2 2 La tension V2 à appliquer sur l'élément variable du circuit oscillateur est d-éterminée simplement par V2 = r (V21 - V22) + V22 cette expression suppose que le rapport r est conservé lorsque la fréquence varie, c'est-à-dire que V(f;T) - V(f;T) - V(f;Ti+1) - V(f;Ti) est indépendant de f.L'expérience montre que ceci est vrai avec une bonne précision dans les gammes de fréquences habituellement couvertes par les générateurs de fréquences et avec les éléments variables habituellement utilisés. Un générateur de fréquences selon l'invention est représenté sur la figure 2. Dans cette figure comme dans la figure 4, les liaisons simples sont représentées par des traits fins et les liaisons multiples par des traits forts coupant un petit segment de droite à côté duquel un chiffre indique le nombre de liaisons simples composant la liaison multiple. Le générateur de fréquences selon la figure 2 comporte un circuit oscillateur 1,2 dont l'élément variable, 1, constitué par une diode à capacité variable a été représenté séparément du reste du circuit. La sortie du circuit oscillateur, qui fournit la fréquence de travail f du générateur, est reliée à l'entrée d'un diviseur à rang variable 3 pour la comparer, dans un comparateur de phase, 4, avec un signal de référence à la fréquence de 25kHz fourni par un circuit d'horloge 7. Le signal de sortie du comparateur de phase 4 est appliqué, à travers un filtre passe-bas, 5 , de fréquence de coupure égale à 400Hz , l'une des deux entrées d'un additionneur 6. L'autre entrée de l'additionneur reçoit, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique 9, la tension de prépositionnement V2 dont le calcul effectué par un micro-ordinateur B sera décrit à l'aide de l'organigramme selon la figure 3. Le signal de sortie V(f;T) de l'additionneur 6 constitue le signal de commande de l'élément variable 1; ce signal est d'autre part traduit en valeur numérique par un convertisseur analogique-numérique 10 pour être délivré au micro-ordinateur 8. Le diviseur à rang variable 3 est commandé par le micro-ordinateur 8 qui lui envoie, par une première liaison à quatre fils les données correspondant au facteur de division et, par une seconde liaison à travers un décodeur d'adresse, 11, un signal de validation ; la liaison "micro-ordinateur décodeur d'adresse" est composée de quatre liaisons simples et la liaison "décodeur d'adresse diviseur à rang variable" est composée de trois liaisons simples. L'organigramme de la figure 3 montre le processus de calcul du micro-ordinateur selon la figure 2. Dans la figure 3 sont utilisées différentes représentations conventionnelles dont les significations sont précisées ci-après, à l'laide d'exemples : A,B : chiffre binaire de 11 bits dont les quatre derniers, D, seront considérés comme le poids faible et les sept premiers, A, comme le poids fort itco o : i est initialisé à la valeur 0 (A)jV(f;T1) : à l'adresse A est lue la valeur V qui est une fonction de f et de T1. Dans l'organigramme de la figure 3 les flèches reliant les blocs indiquent le sens d'évolution du calcul, une flèche allant d'une référence telle que f1 à un bloc indique que la donnée numérique correspondant à cette référence est acquise à cet endroit. De plus, un bloc de décision (bloc 24) présentera deux sorties dont 11 une, comportant un petit rond, sera celle correspondant au cas où la condition indiquée dans le bloc ne sera pas remplie. Avant de décrire en détail l'organigramme selon la figure 3, il faut dire un mot de la gamme de fréquences couverte par le générateur de fréquences et de la façon dont les points des courbes de la figure 1 sont mis en mémoire par le micro-ordinateur. Les fréquences de fonctionnement du générateur de fréquences vont de 26 à 36 MHz avec un pas de 25 kHZ. Dans le micro-ordinateur sont mises en mémoire 16 courbes telles que les courbes de la figure 1, correspondant chacune à une température de fonctionnement chacune des 16 courbes est mise en mémoire par échantillonnage au moyen de 26 points correspondant à des fréquences espacées de 400 kHz entre 26 et 36 MHz. L'organisation de la mémoire est représentée sur le tableau donné ci-après qui est un tableau à deux colonnes dont la colonne de gauche, Ad , contient des adresses et la colonne de droite, V(f;T) , des valeurs mises en mémoire. Aux 26 fréquences sont respectivement associées 26 zones de mémoire de 16 octets, soit un octet pour chaque température de fonctionnement de l'élément variable du circuit de la figure 2. La zone de mémoire correspondant à la fréquence de 26,OMHz s'détend de l'adresse 100.0001.0000 à l'adresse 100.0001.1111 ; la zone de mémoire correspondant à la fréquence de 26,4MHz s'étend de l'adresse 100.0010.0000 à l'adresse 100.0010.1111 ; etc ... il est à remarquer que les sept bits de poids fort de ces adresses sont les sept bits de poids fort de l'expression de la fréquence considérée en multiples de 25kHz ; par exemple 26,4 MHz = 1056 x 25 kHz or 1056 s1 écrit 100.0010.0000 en numérotation binaire. Pour une même zone de mémoire les quatre bits de poids faible de l'adresse permettent de distinguer entre les 16 octets de la zone. V(f;T) 100.0001.0000 V(26,0 MHz ; T0) 100.0001.0001 V(26,0 MHz ; T1) 100.0001.0010 V(26,0 MHz ; T2) ' ' 100.0001.1111 V(26,0 MHz ; T15) 100.0010.0000 V(26,4 MHz ; T@) o 100.0010.0001 V(26,4 MHz ; T1) ' ' 100.0010.1111 V(26,4 MHZ ; T15) I I I I ' ' 101.1010.0000 V(3-6,0 MHz ; T0) i01.1010.0001 V(36,0 MHz ; T1) > 101.1010.1111 V(36,0 MHz ; T15) Le calcul effectué par le micro-ordinateur s'effectue selon les étapes suivantes qui sont schématisées par l'organigramme selon la figure 3 - la fréquence f1 à laquelle fonctionne le générateur de fréquences est reçue (bloc 20), sous forme binaire (f1 = A,2), par le micro-ordinateur - i étant initialisé à O (bloc 21), le micro-ordinateur sélectionne les sept bits de poids fort (A) qui donnent l'adresse de la zone de mémoire correspondant à la fréquence f"1 d'échantillonnage (voir figure 1) immédiatement inférieure à f1 ; par exemple 26,275 MHz = 1051 x 25 kHz, or 1051 s'écrit 100.0001.1011 en numérotation binaire et les sept bits de poids fort (100.0001) correspondent bien à la zone de mémoire pour la fréquence de 26 MHz. En incrémentant les sept bits de poids fort (A) d'une unité de poids fort, c'est-à-dire de 10000 unités de poids faible, le micro-ordinateur obtient l'adresse de la zone de mémoire correspondant à la fréquence f' 1 immédiatement supérieure à f1. Le micro-ordinateur peut ainsi lire V(f"1;Ti) à l'adresse A,i et V(f';Ti) à l'adresse A+1,i est calculé (bloc 23) ; ce calcul est simple car f1 - f"1 est égal aux quatre bits de poids faible de f1 (c'est-à-dire B) et que f'1 - f"1 est constant et égal à 10.000 V(f1;T1) est comparé avec V1 (bloc 24) ; si V1 lui est supérieur, i est initialisé à i+1 c'est-à-dire à 1 (bloc 25) ; le processus de calcul selon les blocs 22, 23, 24 est repris et ainsi de suite jusqu a ce que i atteigne une valeur telle que V(f1 ;Ti) soit supérieur à V1 ; ainsi le micro-ordinateur réalise un encadrement de V1: V(f1;Ti) - le rapport V1 - V(f1;T1) r V(f1;Ti+1) - V(f1;Ti) est alors calculé (bloc 26) - la fréquence f2 = A',B' étant connue (bloc 27) et i étant initialisé à l'avant-dernière valeur d'initialisation dans le bloc 25 (bloc 28), V(f'2;Ti) est lu à l'adresse A',i et V(f"2;Ti) est lu à l'adresse A'+1,i (bloc 29), ce qui permet (bloc 30) de calculer - toujours pour la valeur de i correspondant a l'avant-dernière valeur d'initialisation dans le bloc 25 V(f2';Ti+1) est lu à l'adresse A',i+1 et V(f2";Ti+1) est lu à l'adresse A'+1 , i+1 (bloc 31), ce qui permet (bloc 32) de calculer V(f2;Ti+1) = - à partir des valeurs de V(f2;;Ti) et de V(f2;T+î) est calculée (bloc 33) la valeur C'est cette valeur numérique V2 qui, après transformation dans le convertisseur 9 (figure 2), sert à prépositionner l'élément variable 1 du circuit oscillateur 1,2 (figure 2). En complément à ce qui précède sont données ci après des précisions concernant le générateur de fréquences selon la figure 2. Le micro-ordinateur est réalisé à partir d'un micro-processeur "6801" produit par la Société "MOTOROLA" Ce micro-processeur a une capacité de 128 octets en mémoire à accès aléatoire (RAM dans la littérature anglosaxonne) et de 2048 octets en mémoire morte (ROM dans la littérature anglo-saxonne). Les fréquences que le générateur de fréquence est destiné à fournir vont de 26 à 36 MHz avec un pas de 25kHz. Le diviseur à rang variable 3 est prévu pour diviser la fréquence f du signal de sortie de 11 oscilla- teur 2 par une valeur telle que ce diviseur à rang variable fournisse un signal à 25 kHz au comparateur de phase 4 lorsque le générateur de fréquences fournit un signal parfaitement asservi. A cette fin le diviseur à rang variable 3 de la figure 2 comporte, comme indiqué sur la figure 4, un circuit de comptage 30, un comparateur à coincidence 31, un basculeur monostable 32 et quatre registres tampon 33 à 36. Le micro-ordinateur a comporte un pupitre sur lequel est affichée par un opérateur la fréquence à délivrer par le générateur de fréquences.En fonction de cet affichage le micro-ordinateur délivre aux registres tampon 33 à 36 les données représentatives du facteur de division du diviseur à rang variable (3, Fig 2 ou 30 à 36, Fig. 4). Le décodeur d'adresse 11 qui est un décodeur du type "1 parmi p" reçoit du micro-ordinateur des signaux de validation et valide successivement les registres 33, 34, 35 et 36 ; les registres tampon permettent ainsi d'inscrire dans le comparateur 31 un nombre de 14 chiffres binaires dont les deux bits de poids fort sont fournis par le registre 33. Lorsque le compte du circuit de comptage 30 atteint la valeur affichée dans le comparateur 31 ce dernier délivre une impulsion qui commande, à travers le basculeur monostable 32, la remise à zéro du circuit de comptage 30. Le signal de sortie du diviseur à rang variable 3 (figure 2) est constitué par le signal de passage par le compte zéro du circuit de comptage 30. Le générateur de fréquence qui vient d'être décrit comporte une seule gamme de fréquences d'utilisation. il est également possible de réaliser des générateurs- de fréquences selon l'invention comportant plusieurs gammes de fréquences ; pour cela le bloc 2 du circuit oscillateur (figure 2) pourra comporter des inductances commutables en fonction des gammes de fréquences, la commutation se faisant sous la commande du micro-ordinateur. Un des domaines d'application des générateurs de fréquences selon l'invention est constitué par les synthétiseurs de fréquences. REVENDICATIONS 1. Générateur de fréquences comportant un circuit oscillateur à élément variable, un circuit d'alimentation fournissant une tension de commande, V, de l'élément variable, des moyens de mesure de la fréquence de fonctionnement, f , du circuit oscillateur et un dispositif de prépositionnement de la tension V en fonction de la fréquence f à atteindre par le circuit oscilla o teur, ce dispositif de prépositionnement comportant des moyens de mise en mémoire de valeurs de f en fonction de V pour différentes valeurs de la température T de l'élément variable, caractérisé en ce que le dispositif de prépositionnement comporte des moyens de calcul par interpolation, calculant, en fonction du contenu des moyens de mise en mémoire et à partir des seules valeurs prises par f et V, la valeur à donner à V pour obtenir f en supposant T constante pendant le temps de calcul. o 2. Générateur de fréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les moyens de calcul étant constitués par un ordinateur, le générateur de fréquences comporte un convertisseur analogique-numérique pour fournir, sous forme numérique, la tension de commande à l'ordinateur et le circuit d'alimentation comporte un convertisseur numérique-analogique pour fournir, sous la forme d'un signal analogique, la valeur calculée par les moyens de calcul. 3. Générateur de fréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte un circuit d'horloge fournissant un signal de fréquence f' fixe, des moyens de division pour diviser la fréquence f du signal de sortie du circuit oscillateur par un coeffi f cient k réglable tel que k = f' et des moyens de comparaison pour comparer le signal de sortie des moyens de division avec le signal de sortie du circuit d'horloge et fournir un signal d'asservissement du circuit oscil lateur. 4. Synthétiseur de fréquences caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur de fréquences selon l'une des revendications précédentes.