Brevet FR2472302A1 — publié le 19810626

La présente invention concerne les circuits à asser- vissement de phase, notamment pour le domaine de la té- lévision en couleurs et plus spécialement la démodulation de l'onde sousporteuse couleur dans les appareils de réception SECAM. Elle s'applique plus précisément à l'as- servissement de la pente du démodulateur de manière à supprimer les réglages, les dérives thermiques et tempo- relles et les dispersions de fabrication qui affectent la qualité et là fidélité de reproduction des couleurs dans les récepteurs SECAM. Le problème réside dans un antagonisme entre les résultats de fabrication des démodulateurs, surtout en technologie intégrée, qui aboutissent à une pente de démodulation dispersée et instable et les nécessités d'exploitation de ces démodulateurs dans les récepteurs de télévision SECAM qui exigent une pente constante et stable. Il est en effet impératif de restituer avec précision la composante continue du signal. Une solution selon l'art antérieur consiste à uti- liser des circuits accordés pour réaliser un démodulateur de type FOOSTER SEELEY, par exemple. Cette solution n'est pas satiefaisante pour les raisons suivantes: eoQt des circuits accordés et surtout coût des réglages, dérives thermiques et temporelles des bobines et des condensateurs (en dépit des compensations), nombre important de bornes de connexions entre le circuit intégré et les composants externes. Une autre solution selon l'art antérieur eonsiste à réaliser un démodulateur à l'aide d'une boucle à as- servissement de phase (oscillateur + comparateur de phase). Cette solution qui constitue néanmoins un pro- grès par rapport à la précédente, est affectée du même type d- défaut: la pente de démodulation dépend des composants qui déterminent la fréquence propre de l'os- cillateur. La précision et la stabilité de ces compo- sants, même placés à l'extérieur du circuit intégré, sont insuffisantes, d'o la nécessité de réglages. Cette dispersion sur la pente de démodulation a en outre l'in- convénient de décentrer la plage de démodulation par rapport à la bande à démoduler. Il faut donc augmenter cette plage de démodulation pour s'assurer qu'elle con- tient la bande de fréquences à démoduler dans le pire cas de dispersion. Mais, augmenter la plage de démodula- tion présente des inconvénients: on sait en effet que dans une boucle à asservissement de phase, l'augmenta- tion de la plage de capture s'obtient par l'accroisse- ment du gain en boucle ouverte, ce qui rend le disposi- tif plus difficile à amortir en boucle fermée. La boucle à asservissement de phase risque, de plus, de se ver- rouiller sur des signaux parasites hors de la bande utile du signal à démoduler. Parmi d'autres tentatives pour supprimer les régla- ges et les dérives, on peut encore mentionner l'asservis- sement échantillonné de la réponse du démodulateur sur les salves transmises par l'émetteur au début de chaque ligne. La fréquence de ces salves correspond en effet au niveau du "noir" (absence de couleur). Cette dernière disposition n'est pas non plus satis- faisante pour les raisons suivantes: - les salves ne durent que 3,5 à 4 us et leur début n'est pas utilisable; en effet, dans la première partie de la salve, le démodulateur est en régime transitoire. L'échantillonnage ne doit pas non plus se terminer trop tard et empiéter sur le signal qui suit la salve. Pra- tiquement, pour une bonne sécurité, le temps d'échan- tillonnage devra être inférieur à 2 us et centré avec précision sur la partie arrière de la salve, ce qui suppose un circuit spécial, non exempt de réglages, - les salves sont affectées par les conditions de propagation, notamment par les échos parasites qui peu- vent induire des interférences avec les "tops" de syn- chronisation ce qui entraine un niveau démodulé incor- rect pour réaliser un asservissement précis. Par ailleurs, dans le système SECAM, l'onde sous- porteuse, entre 3,8 et 4,8 MHz, extraite de l'onde por- teuse, apporte l'information de chrominance sous forme de 2 signaux de chrominance appelés B-Y et R-Y. L'onde sous-porteuse est modulée en fréquence, et les couleurs sont bien reproduites si les tensions de sortie des dé- modulateurs sont bien indexées sur les fréquences cor- respondantes de sous-porteuse délivrées par l'émetteur, c'est à dire si la pente des démodulateurs est bien dé- terminée et stable. De la même façon, lorsque l'émetteur envoie les fréquences de repos (correspondant à l'absence de cou- leur) FOR pour le signal de chrominance rouge, et FOB pour le signal de chrominance bleu, il faut que les deux démodulateurs délivrent une tension bien déterminée pour que les gris soient purs et non pas colorés. L'invention concerne l'asservissement du-gain d'un démodulateur, en vue d'obtenir une pente constante et stable. Cet asservissement est lié à une fréquence de ré- férence, échantillonnée périodiquement, et obtenue par un oscillateur à quartz. Le démodulateur, à proprement parler, comporte deux entrées: - - la première reçoit alternativement la fréquence- à démoduler puis, pendant l'échantillonnage, la fré-! quence de référence; - la seconde entrée reçoit une tension, qui cons- titue le signal de correction. Le démodulateur est complété par une boucle de contre-réaction, échantillonnée en même temps que la fréquence de référence, et qui comporte une mémorisa- tion de tension. De façon plus précise, l'invention consiste en un circuit à asservissement de phase, utilisé en démodula- teur de fréquence, comportant un comparateur de phase et un oscillateur controlé en tension caractérisé en ce qu'il comporte - en premier lieu, une première entrée sur le comparateur de phase recevant la fréquence à démoduler ou-une fréquence de référence et une seconde entrée sur l'oscillateur recevant une tension, et délivrant une tension de sortie égale à un facteur près au produit de la fréquence de la première entrée par la tension de la seconde entrée. - en second lieu,une boucle de contre-réaction échantillonnée entre la sortie et la deuxième entrée dont la fonction est de maintenir constant le gain du démodulateur entre la sortie et la première entrée, cette boucle comportant un amplificateur, un premier interrupteur électronique commandé par une impulsion d'échantillonnage, un moyen de mémorisation et un se- cond interrupteur électronique commandé par un circuit de sécurité. - en troisième lieu, un circuit de sécurité dont la fonction est de ne permettre la fermeture de la bou- cle de contre-réaction que si la tension mémorisée ap- pliquée sur la seconde entrée est de sens correct et d'éviter ainsi quele circuit à asservissement de phase sorte de sa plage de capture. L'invention sera mieux comprise par la description d'un exemple d'application qui va en être faite, laquel- le s'appuie sur les figures qui représentent: - figure 1, un schéma simplifié du démodulateur selon l'invention, avec sa boucle de contreréaction; - figure 2, un schéma complet de la boucle de phase selon l'invention, munie d'un circuit de s9curi- té, - figure 3, des diagrammes de fonctionnement dans le temps. La figure 1 représente le schéma fonctionnel, par blocs, du circuit de base de l'invention. Ce schéma simplifié sera complété par des-perfectionnements ex- posés ultérieurement et s'appuyant sur les figures suivantes. Un démodulateur 1, comprenant essentiellement une boucle à asservissement de phase, reçoit sur son entrée E1 une fréquence F et délivre sur sa sortie S une ten- sion V: V = KF. Pour obtenir un niveau de noir stable et des cou- leurs stables, dans le système SECAM de télévision en couleurs, il faut que le coefficient K soit stable et précis. Ce résultat peut être obtenu en utilisant pour le démodulateur des composants discrets de très grande précision ou en effectuant un réglage. Néanmoins, ceci ne constitue nullement un progrès dans le sens de l'in- tégration des circuits, puisque les composants exté- rieurs sont plus chers et nécessitent un boîtier de circuit intégré comportant davantage de connexions, donc plus cher lui aussi. Pour s'affranchir du coefficient K peu précis, on effectue pendant les "temps morts" tels que retours de lignes, ou de trame, une contre-réaction sur une fré- quence de référence, obtenue à partir d'un quartz. Ob- tenir une fréquence très précise est facile et peu coûteux, à partir des quartz très répandus, tels que ceux utilisés pour la téléphonie ou comme étalons in- ternes dans certains systèmes de télévision; une fré- quence de quartz fq = 4,43 MHz est particulièrement commode pour cet exemple de réalisation. Ainsi, le démodulateur selon l'invention a deux entrées: sur une entrée Et, il reçoit une fréquence F et sur une entrée E2 il reçoit une tension U. Sa ten- sion de sortie est, à un facteur près, le produit de la fréquence par la tension V = k FU ou V = KF si on pose kU =K Le coefficient k a les dimensions de l'inverse d'une fréquence: k est homogène à une constante de temps. Le coefficient K est constant si la tension U varie en sens inverse de k. U est la tension du signal de correction de contre-réaction. Pour déterminer K avec précision, la fréquence de référence du quartz, fq, est adressée à chaque retour de ligne ou de trame, sur l'entrée El du démodulateur, à la place de la fréquence F à démoduler, et la tension de sortie V est comparée à une tension de référence. Le -20 dispositif est ainsi étalonné et la tension de correc- tion est mise en mémoire. La figure 1 représente un démodulateur 1 compre- nant deux entrées E1 et E2 et une sortie S. Un commuta- teur électronique.2 relie l'entrée E1 à une tension provenant d'un oscillateur à quartz 3 de fréquence fq ou à la fréquence à démoduler F. La sortie S est con- nectée à la première entrée d'un amplificateur de contre-réaction 4 dont la sortie est appliquée à l'en- trée E2 par l'intermédiaire d'un commutateur électroni- que 5. L'entrée E2 est également reliée à la masse par un condensateur de mémorisation C. La sortie S est éga- lement connectée à une entrée d'un commutateur électro- nique 6. La deuxième entrée de l'amplificateur 4 reçoit une tension de référence Vref dont une partie (VN) est appliquée par un potentiomètre 15 à une deuxième entrée du commutateur électronique 6. Les commutateurs 2 et 5 sont commandés par une impulsion de retour ligne ou de retour trame, appliquée sur une entrée P du circuit. Le signal à l'entrée E2 est une tension de correction et est mémorisé par le condensateur C. La partie VN de la tension de référence correspond au niveau du noir. Par convention, pour expliquer le fonctionnement du circuit et dans la suite du texte, on admettra que tous les commutateurs sur la figure I et les suivantes sont en position: - O pendant la période de démodulation; - i pendant la période d'asservissement. Pendant la période d'asservissement, c'est à dire pendant le retour trame (ou lignes): - la fréquence de référence fq est transmise au démodulateur; - la tension d'erreur U est telle que la tension de sortie V du démodulateur est égale à Vref, parce que l'amplificateur 4 est à très grand gain, et que sa ten- sion de décalage - tension d'offset - est quasiment nulle. On a alors: V = Vref = k U fq U =-Vref k fq Pendant la période de démodulation: - la fréquence à démoduler F est transmise au dé- modulateur; - le commutateur 5, en position 0, isole le con- densateur C qui maintient en mémoire la valeur de U, soit: Vref k fq La tension de sortie du démodulateur est: V = kU F Vref =Vref F = K F ou V =k kwr- F f q q Le coefficient K est parfaitement déterminé puis- que égal à une tension de référence divisée par une fréquence étalon. En fait, la tension de référence n'a même pas be- soin d'être précise parce que, après le démodulateur, se trouve un circuit dit de nettoyage ou d'insertion, par lequel le niveau de noir VN est réinséré dans le signal, pendant les 10 premières microsecondes de cha- que ligne. Cette réinsertion se fait au niveau du com- mutateur 6 sur la figure 1. Etant donné que c'est la même tension Vref qui sert à démoduler les signaux de chrominance et à réinsérer le niveau de noir obtenu par le diviseur potentiomètrique 15, l'imprécision sur la référence n'intervient pas et les couleurs sont stables: Vref et VN varient dans le même sens, sans changer les niveaux relatifs du noir et de la couleur démodulée. La description du fonctionnement qui vient d'être exposée suppose que la boucle à asservissement de phase a "accroché" la fréquence d'entrée F, et que la fré- quence de l'oscillateur est égale à la fréquence d'en- trée sur le comparateur de phase. La figure 2 représente, outre les éléments de la figure 1, notamment un dispositif de sécurité, à orga- nisation logique, qui empêche la boucle de phase de "décrocher" au cours de l'échantillonnage. Le démodulateur 1 est une boucle à asservissement de phase, composée d'un comparateur de phàse 7 et d'un oscillateur contrôlé en tension 8. Le comparateur de phase délivre une tension dépendant de l'écart entre ses deux entrées. L'oscillateur contrôlé en tension est un multivibrateur réalisable par exemple par la charge ou la décharge d'un condensateur. Il existe une possibilité que la tension mémorisée dans le condensateur C n'ait pas le sens correct pour corriger la dispersion de fréquence de l'oscillateur 8. Dans ce cas, l'oscillateur délivre une fréquence en de- hors de la gamme de capture définie par le gain du com- parateur de phase 7. La boucle à asservissement de pha- se ne peut pas alors fonctionner et le dispositif reste bloqué dans cet état. Cet état peut, soit se produire à la mise en marche, soit être induit par un parasite au cours du fonctionnement. Le dispositif de sécurité comprend un interrupteur 9 inséré entre le condensateur C et l'entrée E2 de l'oscillateur 8. Cet interrupteur est commandé par un circuit comprenant des comparateurs 10 et 11, une porte OU Exclusif complémentée (ou multiplieur) 12, une porte ET 14 et une bascule RS 13. Le comparateur 10 reçoit d'une part la tension sur le condensateur C, d'autre part une tension de référence. Le comparateur Il reçoit d'une part la sortie de l'amplificateur 4, d'autre part, une tension de référence. Les sorties des comparateurs 10 et 11 sont transmises à la porte 12 dont la sortie est connectée à une entrée de la porte ET 14. L'autre entrée de cette porte ET 14 reçoit un signal d'inhibi- tion In. La sortie de la porte ET 14 est transmise à l'entrée S de la bascule RS 13 dont l'entrée R reçoit le signal de la borne P (retour de ligne ou de trame). La sortie de cette bascule 13 commande l'interrupteur 9. Le circuit logique représenté sur la figure 2 per- met de couper, par l'interrupteur 9, la liaison entre le condensateur C de mémorisation et l'entrée E2 sur l'oscillateur et de ne la refermer que si certaines conditions sont réalisées. En d'autres termes, au dé- but de la période d'échantillonnage, l'interrupteur 9 est ouvert, et sera refermé si la charge du condensa- teur C de mémorisation est dans le sens correct pour compenser l'écart de gain du démodulateur par rapport au gain fixé par la fréquence de référence. Le signe de la charge du condensateur C, par rap- port à une tension de référence, est comparé au signe de l'écart entre la tension de sortie V et la tension de référence, c'est à dire est comparé au signal d'er- reur à la sortie de l'amplificateur 4 de contre-réac- tion. L'interrupteur 9 est maintenu ouvert tant qu'il y a différence de signe, ce qui permet l'accrochage de la boucle. L'accrochage de la boucle permet à son tour au-condensateur C de prendre la charge correcte. Quand la différence de signe s'annule, l'interrupteur 9 est fermé, par des moyens qui seront exposés ultérieurement. Le condensateur C prend alors la charge nécessaire pour obtenir le gain assigné et le dispositif est prêt à démoduler. Les deux signes - celui de la charge du condensa- teur C et celui du signal d'erreur - sont extraits de-s deux comparateurs 10 et 11. Le comparateur 10 fournit un 0 ou un 1 logique, selon le signe de l'écart entre la tension sur le condensateur C et une tension de ré- férence. Le comparateur il fournit un 0 ou un 1 logique, selon le signe de l'écart entre la tension d'erreur, issue de l'amplificateur 4, et une tension de référence. Si les deux signaux sont identiques, la porte 12 fournit un 1 et l'interrupteur 9 est fermé; si les deux signaux sont différents, la porte 12 fournit un 0, et l'inter- rupteur 9 reste ouvert. La fermeture de l'interrupteur 9 est obtenue par l'intermédiaire d'une bascule 13, du type RS, c'est à dire avec remise à zéro et à un (set et reset). Cette bascule est commandée sur sa première entrée R (reset) par l'impulsion de retour trame, provenant de la borne P et sur sa seconde entrée S (set) par le si- gnal issu de la porte 12, via la porte ET 14. Une tran- sition de 0 à 1 sur l'entrée R met la sortie de la bas- cule en position 0 (l'interrupteur 9 reste ouvert). Une il transition de 0 à 1 sur l'entrée S met la sortie de la bascule en position 1 (l'interrupteur 9 est fermé). La porte ET 14, placée entre la porte 12 et la bascule RS 13 empêche tout fonctionnement aléatoire. Elle n'autorise la transmission vers la bascule RS du signal de sortie de la porte 12 qu'en présence d'un si- gnal logique 1 sur sa seconde entrée. Tant que le si- gnal d'inhibition, In, est à 0, la porte ET 14 bloque le fonctionnement de la bascule RS 13. Au cours de la mise en service du circuit selon l'invention, le premier 1 logique qui sort de la porte 12 est mis en mémoire dans la bascule, et autorise la fermeture de l'interrupteur 9. Lorsque, par la suite, la tension de sortie-V du démodulateur est égale à la tension de référence Vref, la tension de sortie de l'amplificateur 4 est nulle, à très peu près (+ E), ce qui rend la sortie de la porte 12 indéterminée, mais l'interrupteur 9 est maintenu fermé par la bascule RS. Les diagrammes de la figure 3 faciliteront la com- préhension du fonctionnement. Le temps y est porté en abscisses, et les changements de niveaux en ordonnées signifient soit la modification d'un phénomène, soit le passage d'un niveau logique à un autre niveau logique 0 à 1 par exemple. Le diagramme 3a représente le retour de trame, compris entre les instants t1 et t3. Le diagramme 3b représente le temps pendant lequel la fréquence fq du quartz est disponible. Le diagramme 3c représente l'im- pulsion d'échantillonnage: elle correspond au retour de trame, pendant lequel la boucle d'asservissement, ou contre-réaction, se met en équilibre par charge ou dé- charge du condensateur C. Le diagramme 3d représente l'état de l'entrée d'inhibition In et montre que la bascule 13, qui a pris l'état 0 sur le flanc avant du retour trame (interrup- teur 9 ouvert) restera dans cet état au minimum pendant la durée comprise entre les instants t1 et t 2, ce qui laisse le temps au démodulateur de s'accrocher sur la fréquence du quartz. Le diagramme 3e montre la charge du condensateur C. Dès que le signe de la tension U est correct, la transition 0-1 de la porte OU exclusif 12 fait passer la bascule 13 à 1, ce qui ferme la boucle par l'inter- rupteur 9. La charge du condensateur C se poursuit jus- qu'à obtenir la tension Vref sur la sortie, ce qui cor-- respond à la tension de correction U sur l'entrée E2 du démodulateur. Le diagramme 3f montre l'état de la sortie de la porte 12. Le diagramme 3g montre la sortie de la bascule 13 et donc l'état de l'interrupteur 9. La bascule 13 est mise à zéro au début de la trame, puis mise à 1 par la dernière des transitions de 0 à 1 de la porte 12 et du signal d'inhibition In. Enfin, il y a des cas o le dispositif ne suit pas exactement les diagrammes de la figure 3: Dans un premier cas, il se peut que le condensateur C ait une charge très éloignée de la charge correcte, par exemple lors d'une mise en marche. La porte 12 peut rester à zéro pendant plusieurs trames et les diagrammes de la figure 3 ne représentent alors que la partie ter- minale du phénomène. Dans un second cas, la sortie de la porte 12 est sur 1 logique, position qu'elle avait acquise au cours des retours de trame précédents. La bascule est alors mise à 1 par la transition 0 - 1 du signal d'inhibition comme le montre la figure 3g. Le dispositif selon l'invention fonctionne égale- ment dans le sens inverse de celui qui a été décrit, c'est à dire dans le sens d'une conversion de tension en fréquence, notamment pour réaliser les codeurs SECAM utilisés dans les caméras de télévision et dans les magnétoscopes. Il est conçu pour être réalisé dans la technolo- gie des circuits intégrés, sur un cristal semi-conduc- teur, le quartz et le condensateur C étant les seuls composants qui soient extérieurs au circuit intégré. Il trouve l'une de ses applications dans les démo- dulateurs de signaux de chrominance, dans le système SECAM de télévision en couleurs. Tous les réglages et toutes les dérives sont supprimés dans ces démodula- teurs intégrés. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits ci- dessus; elle en inclut les diverses variantes et géné- ralisations comprises dans le domaine des revendica- tions ci-après. 1 4 REVENDICATIONS 1. Circuit à asservissement de phase, utilisé en démodulateur de fréquence, comportant un comparateur de phase et un oscillateur controlé en tension,caractéri- sé en ce qu' il comporte: - en premier lieu, une première entrée sur le com-_ parateur de phase recevant la fréquence à démoduler ou une fréquence de référence et une seconde entrée sur l'oscillateur recevant une tension, et délivrant une tension de sortie égale à un facteur près au produit de la fréquence de la première entrée par la tension de la seconde entrée. - en second lieu une boucle de contre-réaction échantillonnée entre la sortie et la deuxième entrée dont la fonction est de maintenir constant le gain du démodulateur entre la sortie et la première entrée, cette boucle comportant un amplificateur, un premier interrupteur électronique commandé par une impulsion d'échantillonnage, un moyen de mémorisation et un se- cond interrupteur électronique commandé par un circuit de sécurité. - en troisième lieu, un circuit de sécurité dont la fonction est de ne permettre la fermeture de la bou- cle de contre-réaction que si la tension mémorisée appliquée sur la seconde entrée est de sens correct et d'éviter ainsi que le circuit à asservissement de phase sorte de sa plage de capture. 2. Circuit à asservissement de phase selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement échantillonné comprend: - d'une part, un oscillateur à quartz dont la fréquence (f) est adressée au comparateur de phase q pendant la période d'échantillonnage par l'intermédiai- re d'un interrupteur électronique (2). - d'autre part, la boucle de contre-réaction qui élabore la tension d'asservissement (U) en amplifiant l'écart entre la tension de sortie V du démodulateur et une tension de référence, et en mémorisant la ten- sion d'asservissement (V) dans un condensateur (C), un premier interrupteur électronique (5) fermé pendant la période d'échantillonnage et destiné à isoler le con- densateur C de la boucle de contre-réaction pendant la période de démodulation, un second interrupteur élec- tronique (9) commandé par le circuit de sécurité, étant destiné à appliquer la tension d'asservissement (U), issue du condensateur C, à la borne d'entrée de l'os- cillateur, lorsque cette tension a le sens correct pour corriger l'écart entre le gain du démodulateur en bou- cle ouverte et le gain assigné en boucle fermée. 3. Circuit à asservissement de phase selon les re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bouclé de contre-réaction est ouverte puis refermée, à chaque cycle d'échantillonnage, après mesure du signe de la charge du condensateur par rapport au signe de la ten- sion d'erreur, par l'intermédiaire du circuit de sécu- rité qui comprend: - deux comparateurs qui comparent respectivement la tension de sortie et la tension mémorisée à des tensions de référence et fournissent des niveaux logi- ques de signe; - une porte OU exclusif complémenté dont la sortie est sur 1 logique lorsque les deux signes sont identi- ques; - une porte ET, dont une entrée reçoit le signal logique issu de la porte OU exclusif, et l'autre entrée reçoit un signal logique d'inhibition, lequel arrive avec un retard, par rapport au signal d'échantillonna-. ge, suffisant pour assurer l'accrochage de la boucle de phase; - une bascule RS, dont une entrée R reçoit l'im- pulsion d'échantillonnage et dont l'autre entrée S re- çoit le signal logique issu de la porte ET, et dont la Z472302 sortie commande le troisième commutateur qui re'ferme la boucle de contre-réaction. 4. Circuit à asservissement de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 3> caractérisé en ce- qu'il est réalisé en circuit intégré sur un cristal semi-conducteur, dont les seuls composants extérieurs sont la source de fréquence de référence, et le moyen de mémorisation. 5. Dispositif comportant un circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il constitue un démodulateur. 6. Dispositif comportant un circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il constitue un modulateur. 7. Dispositif comportant un circuit selon la reven- dication 5, caractérisé en ce qu'il constitue le circuit de démodulation des signaux de chrominance dans un ré- cepteur de télévision en couleurs, le train d'impulsions d'échantillonnage étant constitué par le signal de retour de trame. 8. Dispositif comportant un circuit selon la reven- dication 6, caractérisé en ce qu'il constitue le circuit de. modulation des signaux de chrominance dans une caméra de télévision en couleurs.