Brevet FR2490040A1 — publié le 19820312

L'invention concerne les circuits de commande de la phase d'une onde sinusoïdale, et plus particulièrement un déphaseur à régulation de tension, simple, stable à la température, destiné à décaler à distance la phase d'un signal de sortie par rapport à celle d'un signal d'entrée. Dans le domaine de la télévision o plusieurs caméras portatives et/ou de studio produisent des images codées, il est nécessaire de contrôler la phase du signal de sous-porteuse appliqué au codeur. Autrement dit, non seulement toutes les caméras doivent être synchronisées, mais elles doivent également être en phase avec toutes les autres caméras du studio. La synchronisation des phases est nécessaire, par exemple, pour que les signaux de Sortie d'une caméra, appliqués à un dispositif de com- mutation, puissent être convenablement coupés, mixés, affaiblis, etc., sans perte de l'information de couleur. Plusieurs procédés distincts sont utilisés pour la synchronisation d'ensemble des caméras. En premier lieu, la commande verticale de la caméra est bloquée sur une référence verticale. En deuxième lieu, la commande hori- zontale est bloquée sur une référence horizontale. En troisième lieu, la sous-porteuse de la caméra est bloquée sur une référence de sous-porteuse. Cependant, bien que les fréquences soient accordées, il n'est pas sûr que les caméras soient en phase, c'est-à-dire qu'il peut exister des différences de phase dues à différentes longueurs de câbles, etc. Jusqu'à présent, on a effectué des ajus- tements de phase destinés à corriger toutes différences de phase en ouvrant le côté d'une caméra et en procédant à-un réglage manuel de la phase au moyen d'un tournevis. Ces réglages manuels sont particulièrement indésirables dans le cas des petites caméras portatives, à hautes performances, récemment développées et dans lesquelles les codeurs sont incorporés dans les têtes. En outre, dans une caméra totalement automatisée telle que celle décrite dans les demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 139.512 et n0 139.604, déposées le 11 Avril 1980 aux noms respectivement de John O. Ryan et collaborateurs, et Karl H. Griesshaber, un tel procédé est peu commode, long à appliquer et généralement indé- sirable. Il existe dans l'art antérieur un exemple de déphasage commandé à distance dans lequel un dispositif relativement complexe à deux canaux est utilisé de manière à effectuer d'abord une correction de phase grossière, puis une correction fine. Dans le cas d'une caméra portative ou l'encombrement, les dimensions et la consommation d'énergie sont de la plus haute impor- tance, un tel dispositif complexe est proportionnellement moins Tiaribe. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4.183.044. Le problème fondamental se posant dans la conception d'un déphaseur de sous-porteuse est celui de la stabilité. Ainsi, on dispose d'une onde sinusoïdale ayant une amplitude d'environ 2 volts de crête à crête. Le circuit de déphasage doit pouvoir faire varier le signal de sortie par rapport au signal d'entrée sur une plage d'au moins 3600. Cependant, en accordant les deux signaux, les phases de la sous-porteuse doivent être détectées et décalées sur moins d'environ 1 . Un degré, à la fréquence de la sous-porteuse, correspond à un intervalle de temps de l'ordre des deux tiers d'une nanoseconde dans le standard de télévision en couleurs NTSC et à un intervalle de temps encore plus faible dans le standard de temps PAL. Par conséquent, le circuit doit être aussi simple que possible et il doit être extrêmement stable vis-à-vis de la température, de la dérive, etc., tout en offrant une plage complète de réglage de 360 . L'invention élimine les inconvénients précités de l'art antérieur au moyen d'un circuit extrêmement 2490040O simple, tout en étant très stable et précis, permettant de régler à distance le déphasage d'un signal de sous- porteuse. A cet effet, une sous-porteuse d'entrée est appliquée à un générateur de dents de scie qui assume les deux fonctions de circuit de division par deux et de générateur de dents de scie avec retour très rapide à la moitié de la fréquence de la sous-porteuse. Le signal en dents de scie est appliqué à un comparateur différentiel très rapide qui reçoit également une tension continue de commande établissant le seuil du comparateur. -Lorsque le niveau des dents de scie coupe le niveau de seuil, le comparateur produit une impulsion pointue ayant pour effet, sur un circuit accordé monté en aval, de le faire entrer en résonance à la fréquence de la sous-porteuse pour reproduire des oscillations amorties - continues. Les oscillations amorties sont régénérées toutes les deux périodes de la sous-porteuse pour produire une oscillation légèrement amortie qui est riche en harmoniques. L'oscillation est épurée par un filtre piézo- électrique qui génère la sous-porteuse de sortie sous la forme d'une onde sinusoïdale pure à la fréquence de sous- porteuse. La phase de l'oscillation est déterminée par l'impulsion pointue et donc par la tension de seuil, de manière que la phase de la sous-porteuse de sortie puisse être décalée de 0 à 3600 par rapport à celle de la sous-porteuse d'entrée, par réglage du seuil du comparateur. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est un schéma simplifié illustrant la théorie de fonctionnement du déphaseur selon l'invention; la figure 2 est un schéma d'un exemple d'une forme de réalisation du déphaseur selon l'invention; et la figure 3 est un diagramme des temps montrant les formes d'onde apparaissant en divers points du circuit représenté sur la figure 2. La figure 1 est un schéma simplifié illustrant le principe de fonctionnement utilisé. Une sous-porteuse d'entrée, sous la forme d'une onde sinusoïdale, est appliquée par une entrée 8 à un élément 10 qui en divise la fréquence par deux. Un signal en dents de scie à retour très rapide est produit à partir du signal à demi-fréquence par un générateur 12 de dents de scie, la longueur de la rampe de ce signal étant égale à la durée de deux périodes de la sous-porteuse d'entrée, diminuée du temps de retour. Le signal en dents de scie est appliqué à une première entrée d'un comparateur différentiel très rapide 14 dont l'autre entrée reçoit une tension continue de commande arrivant par une ligne 16 de commande de la phase de la sous-porteuse. Le signal de sortie du comparateur 14 est une impulsion précise dont le flanc avant 15 correspond, dans le temps, au seuil 17 établi sur le comparateur 14 par la tension 16 de commande. Autrement dit, lorsque le niveau de la partie en rampe du signal en dents de scie coupe le niveau de seuil, la sortie du comparateur 14 passe au niveau haut afin de produire le flanc avant 15. L'impulsion est appliquée à un circuit accordé 18 de manière que le flanc avant 15 fasse entrer en résonance le circuit accordé à la fréquence de la sous-porteuse pour reproduire ainsi des oscillations continues apparais- sant à la sortie 20 et définissant la sous-porteuse de sortie. La phase des oscillations est déterminée uniquement par le flanc 15 produit par le comparateur 14, l'instant d'apparition de ce flanc dépendant lui-même de la tension de seuil. Ainsi, un réglage de la tension de commande appliquée à la ligne 16 qui aboutit au comparateur 14 provoque un réglage correspondant de la phase de la sous- porteuse d'entrée sur une plage de 0 à 3600. Il est relativement difficile de mettre en oeuvre Z 4900.40 le circuit représenté schématiquement sur la figure 1 avec un diviseur, car le déphaseur doit avoir un retard très faible et très stable. Par conséquent, le schéma de la figure 2 représente un circuit qui réalise une fonction de division par deux tout en produisant égale- ment le signal en dents de scie à une fréquence égale à la moitié de la fréquence de la sous-porteuse, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des circuits diviseurs, etc. Ce circuit est très simple et peut donc être aisément monté sur une caméra portative à hautes performances; il ne présente pratiquement pas de retard, et il est donc très stable vis-à-vis de la température, de la dérive, etc. Ainsi, comme montré sur la figure 2 sur laquelle les mêmes éléments portent les mêmes références numériques, la sous-porteuse d'entrée appliquée à l'entrée 8 comprend une onde sinusoïdale de 2 volts de crête à crête, à la fréquence de sous-porteuse de 3,58 mégahertz pour le standard de télévision en couleurs NTSC, et de 4,43 mégahertz pour le standard PAL. Par conséquent, une période de la sous-porteuse dure environ 280 nanosecondes (ns) dans le standard NTSC, comme indiqué à la ligne A de la figure 3. L'entrée 8 est reliée à la base d'un transistor 22 associé à un autre transistor 24. Les émetteurs de ces transistors sont connectés l'un à l'autre et au.collecteur d'un transistor 26. Le collecteur du transistor 22 est relié en 28 à une source de tension commune de référence de -7,5 volts. Le collecteur du transistor 24 est relié à la source de -7,5 volts par l'intermédiaire d'une résistance, et à la masse par une résistance et une diode 30 de Schottky montées en parallèle. La source commune de -7,5 volts provient d'une alimentation à -7,5 volts et d'une bobine, et elle est connectée à la masse par un condensateur 32 de dérivation. La base du transistor 24 est à la masse. L'émetteur du transistor 26 est relié à une source 34 de tension de référence de +5 volts, ayant la même configuration que la source de -7,5 volts. La base du transistor 26 est reliée au collecteur d'un transistor 36 ainsi qu'à la source de +5 volts par l'intermédiaire d'un circuit 38 à diode/résistance. La base du transistor 36 est reliée au collecteur du tran- sistor 24, tandis que son émetteur est relié à la base d'un transistor 40 associé à un transistor 42 avec lequel il forme le comparateur différentiel 14 mentionné précé- demment. L'émetter du transistor 36 est également relié à la source 28 de -7,5 volts par une résistance 44, et à la masse par un condensateur 46. Les émetteurs des transistors 40 et 42 sont reliés l'un à l'autre et à la source 34 de +5 yclts par une résistance. Le collecteur du transistor 42 est relié à la source 28 de -7,5 volts. Le collecteur du-transistor 40 est relié à la source 28 par une bobine 48 et il constitue également la sortie du comparateur 14 reliée à la base d'un transistor 50. La base du transistor 42 est reliée à la masse par un condensateur et elle constitue la ligne 16 d'entrée de commande destinée à appliquer la commande de phase de sous-porteuse mentionnée précédemment, permettant de régler le niveau de seuil (indiqué en 17 sur. les figures 1 et 3) du comparateur 14. La base du transistor 50 est également reliée à la source 28 de -7,5 volts par un montage 58 à diode et résistance, et l'émetteur est relié à la source 28. Le collecteur du transistor 50 est relié à un circuit accordé 60 formé essentiellement d'un condensateur 62 et d'une bobine 64 et lui-même relié à la base d'un transistor 66. Le collecteur et l'émetteur du transistor 66 sont reliés respectivement aux sources 34 et 28 de + 5 volts et -7,5 volts. L'émetteur est également connecté à un filtre piézo-électrique 68 qui comprend un montage 70 à condensateur et résistance et qui résonne à la fré- quence de sous-porteuse de 3,58 mégahertz dans le standard 24900.40 de télévision en couleurs NTSC, et de 4,43 mégahertz dans le standard PAL. La sortie du filtre 68 est reliée à un transistor 72 à charge d'émetteur qui forme un étage de sortie appliquant la sous-porteuse résultante au codeur placé en aval, par l'intermédiaire de la sortie 20. En cours de fonctionnement, comme montré sur les figures 2 et 3, un signal, par exemple, de 2 volts crête à crête, tel que la sous-porteuse arrivant à l'entrée 8 (ligne A de la figure 3) fait alterner le transistor 22 entre les états de conduction et de blocage. On suppose que le transistor 24 est rendu conducteur par le fait que la somme des tensions d'entrée est posi- tive.et bloque le transistor 22. Le collecteur du transistor 24 s'élève, par exemple, jusqu'à environ +0,4 volt. La diode 30 de Schottky empêche la saturation du transistor 24, ce qui supprime le temps d'emmagasinage. La tension d'émetteur du transistor 36 prend donc une valeur inférieure de 0,7 volt à la tension de +0,4 volt, c'est-à-dire environ -0,3 volt (ligne B de la figure 3). Le condensateur 46 est donc également chargé sous une tension d'environ 0,3 volt Lors de la poursuite de la première période de l'onde sinusoïdale de la sous-porteuse montrée à la ligne A de la figure 3, le transistor 22 dévient conduc- teur et le transistor 24 se bloque. La'tension de collec- teur du transistor 24 chute à une certaine valeur très négative, par exemple environ -3,5 volts, mais la tension d'émetteur du transistor 36 reste à sa valeur précédente d'environ -0,3 volt grâce à la présence du condensateur 46. La résistance 44 permet ensuite la décharge du condensateur 46 vers la tension de référence de -7,5 volts de la source 28. La décharge est logarith- mique, comme indiqué à la ligne B de la figure 3. Lorsque le transistor 36 s'est bloqué, sa tension de base a chuté à une certaine valeur négative telle que -3,3 volts environ. Lorsque la tension d'émetteur 24930.40 du transistor 36 chute à environ -4 volts, ce transistor 36 commence de nouveau à conduire. A ce moment, le courant traversant le transistor 36 en passant par le montage 38 à diode/résistance rend conducteur le transistor 26 qui applique de nouveau un courant aux deux transistors dif- férentiels 22, 24 d'entrée. Ceci produit une action très rapide de régénération (ligne C de la figure 3) rendant conducteur très rapidement le transistor 24 et élevant le potentiel de base du transistor 36. Le condensateur 46 se recharge alors très rapidement sous sa tension initiale de -0,3 volt (ligne B de la figure 3). La tension du condensateur est maintenue jusqu'à ce que la sous-porteuse arrive sensiblement au milieu de la période, c'est-à-dire descende au-dessous de la masse. A cet instant, le transistor 24 se bloque de nouveau et l'ensemble du cycle se répète. Ainsi, une rampe logarithmique progressant dans le sens négatif, avec une période de retour très brève, est produite à l'émetteur du transistor 36, la longueur de la rampe étant égale à environ une période et demi du signal de sous-porteuse d'entrée, c'est-à-dire à environ 550 (ligne B de la figure 3). Par le choix de la constante de temps du circuit à condensateur 46 et résistance 44, on règle le temps de décharge, de manière à assurer un déclenchement du circuit à seulement une période sur deux de l'onde sinuso7dale d'entrée. Par conséquent, le circuit décrit cidessus constitue un dispositif de division par deux très rapide et très stable, combiné à un générateur de dents de scie. Le signal-en dents de scie ou en rampe ainsi produit est ensuite appliqué à un comparateur différentiel à une entrée duquel un signal de réglage de seuil est également appliqué, de manière qu'une plage complète de 360 (de préférence une plage de 370 ) soit déterminée 'à partir de la plage d'environ 550 produite (ligne B de la figure 3), par sélection des tensions de fonctionnement du comparateur 14. L'émetteur du transistor 36 applique le signal en dents de scie à une première entrée du comparateur 14, à savoir la base du transistor 40, tandis que la commande de phase de sous-porteuse est appliquée par la ligne 16 à l'autre entrée, à savoir la base du transistor 42. Le signal de commande présent sur la ligne 16 est un signal de tension continue pouvant varier de -1 à -3 volts. On règle la phase en faisant varier sélectivement la tension continue de commande, ce qui, par suite, détermine le seuil 17 (ligne B de la figure 3) du comparateur 14. Le seuil détermine le point o la forme d'onde en dents de scie est coupée. Ainsi, lorsque la tension de commande appliquée à la base du transistor 42 devient plus positive que la tension de base du transistor 40, ce dernier devient conducteur et son courant de collecteur fait apparaître une impulsion pointue de tension (ligne D de la figure 3) aux bornes de la bobine 48. L'impulsion apparaît à l'in- térieur de la plage de 3700 choisie sur la dent de scie, en un point déterminé par la position du niveau de seuil. L'impulsion pointue sature très rapidement le transistor qui suit, ce qui a pour effet de faire résonner le circuit accordé 60. Si le circuit accordé pouvait conti- nuer de résonner, il produirait une forme d'oscillation amortie. Cependant, l'impulsion pointue de tension est répétée une période sur deux, ce qui sollicite les oscil- lations pour produire une oscillation légèrement amortie, à la fréquence de sous-porteuse, comme indiqué à la ligne E de la figure 3, cette oscillation étant en outre riche en harmoniques. Cette oscillation est appliquée par le transistor 66 au filtre piézoélectrique 68 quiest très stable et qui résonne à la fréquence de sousporteuse. Le filtre 68 élimine pratiquement toutes les harmoniques et il produit une onde sinusoïdale pure appliquée à la base Z49.040 du transistor 72 de sortie. L'émetteur de ce dernier applique à la sortie 20 la sous-porteuse de sortie qui correspond à l'onde sinusoïdale montrée à la ligne F de la figure 3. Par conséquent, le circuit déphaseur décrit dans le présent mémoire reçoit une onde sinusoïdale d'entrée de fréquence donnée et il produit une onde sinusoïdale de sortie ayant la même fréquence. Ce circuit déphaseur permet de régler à distance, sur au moins une plage de 3600, au moyen de'la commande de phase de la sous-porteuse, le déphasage entre les ondes sinusoïdales d'entrée et de sortie. Le circuit est stable vis-à-vis de la température, car il utilise des composants très rapides ne présentant pas de temps d'enma.gasiriage et ayant donc un retard négli- geable. La simplicité de ce circuit lui permet d'être aisément incorporé dans des caméras très petites et donc portatives, à hautes performances, avec un dispositif de réglage totalement automatique. Le circuit selon l'invention constitue donc un dispositif simple et peu volumineux permettant de commander à distance la phase d'un signal de sous-porteuse. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au circuit décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Déphaseur pour décaler à distance la phase d'un signal de sortie de fréquence choisie par rapport à celle d'un signal d'entrée de même fréquence, caracté- risé en ce qu'il comporte un dispositif (12) destiné à produire un signal en dents de scie ayant une période de l'ordre de une fois et demie la période du signal d'entrée, un dispositif (14) de sélection d'un seuil (17) sur le signal en dents de scie, en réponse au déphasage souhaité pour le signal de sortie, et un dispositif de sortie comprenant un circuit accordé (18) destiné à produire des oscillations à la fréquence du signal lorsque le niveau du signal en dents de scie correspond sélecti- vement au niveau du seuil. 2. Déphaseur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le signal en dents de scie a une fré- quence égale à la moitié de celle du signal d'entrée et en ce que le dispositif de sélection comprend un com- parateur différentiel (14) monté de manière à recevoir le signal en dents de scie. 3. Déphaseur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le dispositif de sélection comprend un élément (16) de commande relié au comparateur dif- férentiel afin d'établir le seuil conformément au dépha- sage souhaité pour le signal de sortie. 4. Déphaseur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le dispositif produisant un signal en dents de scie comprend un élément à transistors d'entrée destiné à recevoir le signal d'entrée (8), et un élément capacitif (46) qui, sous la commande de l'élément à transistors, produit le signal en dents de scie pendant sa décharge. 5. Déphaseur selon la revendication 4, carac- térisé en ce que l'élément à transistors d'entrée comprend deux transistors (22, 24) montés de manière à recevoir le signal d'entrée, une résistance (44) connectée à l'élément capacitif (46) afin de former avec lui un circuit RC et un transistor (36) connecté au circuit RC et commandé par les deux transistors afin de produire le signal en dents de scie. 6. Déphaseur selon la revendication 5, carac- térisé en ce que l'élément à transistors d'entrée comprend des troisième et quatrième transistors (22, 24) dont les émetteurs sont connectés l'un à l'autre, un cinquième transistor (26) dont le collecteur est relié aux émetteurs connectés et dont la base est reliée au collecteur du transistor (36) produisant le signal en dents de scie, une diode (38) connectée à la base du cinquième transistor, les bases des troisième et quatrième transistors étant re- liées respectivement à la borne d'arrivée du signal d'entrée et à la masse, et le collecteur du quatrième transistor étant connecté à la base du transistor produi- sant le signal en dents de scie. 7. Déphaseur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le comparateur différentiel comporte des transistors reliés l'un à l'autre par leurs émetteurs et comprenant un premier transistor (40) relié au circuit RC et un second transistor (42) relié à l'élément de commande, une bobine (48) connectée au premier tran- sistor, le comparateur produisant une impulsion pointue en réponse aux niveaux du signal en dents de scie et de la tension de seuil. 8. Déphaseur selon la revendication 7, carac- térisé en ce que le dispositif de sortie comporte un transistor (72) de sortie incorporé au circuit accordé (18) et qui, sous la commande de l'impulsion pointue provenant du comparateur (14), fait entrer en résonance le circuit accordé. 9. Déphaseur selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comporte un filtre piézo-électrique (68) relié au circuit accordé afin de produire le signal 24900.40 de sortie (20) à partir des oscillations provoquées par la résonance. 10. Déphaseur selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il comporte une diode (30) connectée aux deux transistors de l'élément à transistors d'entrée afin d'empêcher la saturation des transistors.