Brevet FR2497427A1 — publié le 19820702

i La présente invention concerne un circuit de réglage du rapport cyclique d'un signal périodique im- pulsionnel ainsi qu'un dispositif multiplicateur par 2n de la fréquence d'un signal impulsionnel, incluant ce circuit de réglage. Cette invention s'applique à la transmission numérique et notamment à la modulation par déplacement de phases, à quatre états. Pour mieux comprendre l'application' de l'invention, notamment à la modulation par déplacement de phases à quatre états, il est utile de rappeler que dans le domaine de la transmission numérique, le débit d'un signal modulant ou la quantité d'informations transmises par seconde (nombre d'éléments binaires par seconde), est associé à un signal d'horloge ou de rythme H, de fréquence f 0. Le signal d'horloge B est un signal rectangulaire de rapport cyclique 0,5. La modulation de phases à quatre états résulte de la com- position de deux modulations, par déplacement de pha- ses à deux états, pour lesquelles la fréquence du rythme associé est égale à fo /2 et est appelée encore horloge H/2. Dans une cha ne de transmission, au ni- veau du modulateur, le signal modulant est séparé en deux trains numériques A et B dont les débits sont respectivement égaux à la moitié du débit du signal à transmettre. L'horloge associée H/2 est constituée en divisant par deux la fréquence de l'horloge H, généra- lement à l'aide d'une bascule. A la réception, la dé- modulation fournit aux erreurs de transmission près, les trains numériques A et B; elle permet également de retrouver le rythme ou signal d'horloge H/2. Pour reconstituer le signal modulant initial, par entrela- çage, il est nécessaire de reconstituer l'horloge H en doublant la fréquence du rythme de l'horloge H/2. L'invention s'applique particulièrement à la mise en oeuvre de cette dernière opération, c'est- à-dire à la transformation de l'horloge H/2 en horlo- ge H. Le dispositif multiplicateur de!'invention inclut aussi un circuit de réglage du rapport cyclique d'un signal impulsionnel. On ne ccnnast pas de dispo- sitif:imple qui permette de reg!er rapidement le pa- port cyclique d'un signal périodique im...l.ion.e et on ne connaut pas non pluz de dispositif multiplica- teur simple qui permette de mrultiplier la fréquence d'un signal par deux ou par une puissance n de deux, sans faire intervenir des moyens nombreux, coûteux et difficiles à mettre en oeuvre. Parmi les dispositifs qui permettent de ré- gler le rapport cyclique d'un signal impulsionnel, le plus simple d'entre eux est constitué par une bascule monostable dont on règle la durée de la période de conduction, en choisissant des valeurs appropriées pour les éléments capacitifs et résistifs qui permet- tent de fixer la durée de cette période. Ce réglage n'est pas très précis et il est spécifique de la fré- quence du signal. Les dispositifs doubleurs de fréquence con- nus sont, soit de type 'analogique", soit de type "à boucle de verrouillage de phase". Dans un doubleur de type analogique, le si- gnal d'horloge H/2 de fréquence f /2 est appliqué au doubleur qui fait apparattre la raie de fréquence dou- ble: f0. Il reste à réaliser un filtrage de la raie de fréquence f0 de l'horloge H, puis une amplification suivie d'une remise en forme et d'une remise en phase. Dans le cas d'un dispositif doubleur de fré- quence utilisant une boucle à verrouillage de phase, un oscillateur commandé en tension fournit un signal de fréquence f., double de la fréquence f0/2 de l'hor- loge H/2. Une comparaison de phases est ensuite effec- tuée entre le signal incident de fréquence fo /2 et le signal de fréquence f /2 résultant de la division par deux du signal fourni par l'oscillateur commandé en tension. La tension d'erreur qui résulte de cette com- paraison de phases, permet de verrouiller l'oscilla- teur commandé en tension sur la fréquence f., en fré- quence et en phase. La sortie de l'oscillateur fournit le signal d'horloge H, de fréquence f. Le doubleur de fréquence de type analogique comprend donc un filtre passebande accordé sur la fréquence fa, un amplificateur de remise en forme et des moyens de remise en phase pour compenser le retard introduit par le filtrage. Ce type de doubleur a pour principal inconvénient d'être spécifique de chaque fréquence liée au débit numérique. De plus, la compen- sation de la plage d'incertitudes de la fréquence du signal incident est faible; enfin, pour les débits de faible vitesse, le filtrage doit être étroit pour sé- parer les raies de fréquence, ce qui augmente le re- tard à compenser. Le doubleur de fréquence de type à "boucle de verrouillage de phase" est plus performant. Cepen- dant, la plage d'accrochage et de poursuite de ce dou- bleur, sur la fréquence du signal d'entrée, est liée au facteur Ko de l'oscillateur commandé en tension. Ce facteur K0 est l'excursion de fréquence, couverte par volt de la tension de commande appliquée à l'oscilla- teur. Avec un oscillateur à quartz, ce facteur K0 est de l'ordre de 10 à 10. Il en résulte que l'excur- sion de fréquence est très faible et que ce type de doubleur ne peut être que spécifique à chaque débit d'impulsions à transmettre. Avec un oscillateur clas- sique, la gamme de débit contrôlée peut varier dans un rapport 4 entre le plus faible débit et le plus fort débit. Pour couvrir des plages plus importantes, il est nécessaire de recourir à des montages beaucoup plus complexes qui nécessitent des commutations de gammes. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et notamment de réaliser un circuit de ré- glage du rapport cyclique d'un signal périodique im- pulsionnel, utilisant une bascule monostable dont la période de conduction est commandée, de manière sim- ple, par le réglage de la tension de décalage des si- gnaux appliques aux entrées d'un amplificateur opéra- tionnel disposé dans une boucle d'asservissement re- liant les sorties de la bascule avec son entrée de contrôle de la période de conduction. Dans le cas de la bascule monostable utilisée, une tensicn continue appliquée sur cette entrée, permet de faire varier la période de conduction dans un rapport de l'ordre de 30. L'invention a aussi pour but de réaliser un dispositif multiplicateur par 2n de la fréquence d'un signal impulsionnel permettant une multiplication de fréquence dans de larges gammes de débits numériques, sans commutation, de conception simple et de réglage facile. L'invention a pour objet un circuit de ré- glage du rapport cyclique d'un signal périodique im- pulsionnel, caractérisé en ce qu'il comprend une bas- cule monostable qui reçoit le signal impulsionnel sur son entrée de déclenchement, un comparateur constitué par un amplificateur opérationnel qui reçoit respecti- vement sur ses entrées, les signaux des sorties direc- te et complémentaire de la bascule monostable, la sor- tie de cet amplificateur étant reliée à l'entrée de commande de la période de conduction de la bascule monostable, cet amplificateur opérationnel comprenant en outre une entrée de commande de la tension de déca- lage des signaux appliqués à ses entrées, cette entrée de commande permettant de régler le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascule, cette bascule déclenchant sur le front montant de chaque impulsion du signal d'entrée. L'invention a aussi pour objet un dispositif multiplicateur par 2n de la fréquence d'un signal im- pulsionnel, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, selon la valeur de n, l'association en série d'au moins un cir- cuit de réglage de rapport cyclique et d'au moins un circuit supplémentaire de structure identique à celle du circuit de réglage, l'entrée de basculement de la bascule monostable de ce circuit supplémentaire étant reliée à la sortie directe de la bascule monostable du circuit de réglage, la bascule monostable du circuit supplémentaire déclenchant sur les fronts montant et descendant de chaque impulsion reçue sur son entrée, l'amplificateur opérationnel du circuit supplémentai- re qui est connecté entre les sorties de la bascule du circuit supplémentaire et l'entrée de commande de la période de conduction de cette bascule, comprenant aussi une entrée de commande de la tension de décalage des signaux appliqués à ses entrées, cette entrée de commande permettant de régler le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascule du circuit supplémen- taire, le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascule du circuit de réglage étant réglé à la va- leur 0,5. Selon une autre caractéristique, le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascule du cir- cuit supplémentaire est réglé à la valeur 0,5. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: 249742 7 - la figure 1 represente schematiquement un circuit de réglage du rapport cyclique J'un signal pé- riodique impulsionnel, conforme à l'invention; - la figure 2 est un diagramme Ces signaux obtenus sur les sorties directe et ccPieeaire de la bascule monostable de ce crcir-. de '' = - la figure 3 rsprésente uhmat iquement un dispositif multiplicateur de frequence, cncrmn 3 l'invention; - la figure 4 reprisente schëmatiquement un diagramme des signaux apparaissant sur les sorties de certains éléments de ce dispositif. La figure 1 représente schématiquement un circuit de réglage du rapport cyclique d'un signal pé- riodique impulsionnel, conforme à l'invention. Ce cir- cuit comprend une bascule monostable 1, qui reçoit sur son entrée de déclenchement 2, un signal impulsionnel de fréquence fo/2 par exemple, tel que représenté sur le diagramme a de la figure 2. On a représenté en 3, de manière schématique, le circuit à résistance/capacité qui permet de fixer la période de conduction résiduel- le ou minimum de la bascule monostable. Le circuit de réglage comprend en outre un comparateur constitué par un amplificateur opérationnel 4, qui reçoit respecti- vement sur ses entrées 5, 6, les signaux des sorties directe Q, et complémentaire Q de la bascule monosta- ble 1. La sortie de l'amplificateur opérationnel 4 est reliée à l'entrée de commande de période de conduction Vc de la bascule monostable. Cet amplificateur présen- te en outre une entrée de commande 8 qui, de manière connue, permet de régler la tension de décalage des signaux appliqués aux entrées de l'amplificateur. Ce réglage permet, conformément à l'invention, de régler le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascu- le monostable 1. Les signaux qui sont utilisés ici sont ceux de la sortie directe Q de la bascule mono- stable. La bascule monostable de ce circuit de réglage déclenche, comme on le verra par la suite, sur les fronts montants des impulsions reçues sur l'entrée 2 de la bascule. La figure 2 représente respectivement en a, b, c, et d les signaux impulsionnels appliqués à l'en- trée 2 de la bascule, les signaux recueillis sur les sorties directe Q et complémentaire Q de celle-ci, en l'absence d'amplificateur opérationnel et le signal recueilli sur la sortie directe Q lorsque l'amplifica- teur opérationnel est présent entre les sorties de la bascule et son entrée de commande de la période de conduction Vc. Les impulsions reçues sur l'entrée 2 de la bascule 1 et qui sont représentées sur le diagramme a permettent de déclencher cette bascule sur les fronts montants de ces impulsions et les signaux obtenus sur les sorties directe Q et complémentaire Q de la bascu- le sont représentés sur les diagrammes b et c. En l'absence d'amplificateur opérationnel entre les sor- ties de la bascule et l'entrée de commande Vc de celle-ci, le rapport cyclique t des signaux impulsion- nels de sortie de la bascule, dépend essentiellement de la constante de temps du circuit à résistance/ca- pacité 3. L'amplificateur opérationnel 4, dont les entrées sont connectées aux sorties de la bascule mo- nostable 1 et dont la sortie est reliée à l'entrée Vc de cette bascule, permet, par réglage de la tension de décalage des signaux parvenant à l'entrée de cet am- plificateur, de régler la fin de la période de conduc- tion de la bascule monostable et donc de régler le rapport cyclique t des signaux obtenus par exemple sur T la sortie directe Q de la bascule.- En effet, l'ampli- ficateur opérationnel 4 fournit, en sortie, une ten- sion d'erreur AV qui agit sur la durée de conduction de la bascule monostable. La valeur de cette tension d'erreur peut être ajustée par une tension continue réglable agissant sur l'entrée 8 de l'amplificateur opérationnel. La tension d'erreur, dans la boucle d'asservissement qui comprend l'amplificateur opéra- tionnel 4, résulte de la comparaison de la valeur moyenne des signaux directs et compimpentarezes fournis par les sorties Q et Q de la bascule monostable. L'as- servissement réalisé est tel que la tension d'erreur se stabilise lorsque le rapport cyclique du signal H/2 obtenu sur les sorties Q et Q de la bascule, tend vers la valeur 0,5 pour un réglage donné. Toute varia- tion du rapport cyclique se traduit par un décalage de la tension d'erreur qui vient corriger cette variation et verrouille la constante de temps de la bascule mo- nostable sur la demi -période ?2 du sigral d'horloge H/2. Le réglage qui vient d'être décrit permet d'obte- nir sur la sortie directe Q, psr exemple, le signal représenté sur le diagramme d de la figure 2 Sur ce diagramme, est égal à 0,5. Ce réglage peut être ef- fectué automatiquement pour une gamme de frécuences dont le rapport est de l'ordre de 25. i1 est bien évident que la valeur dCu rapport est: iX à pour des applications particulières; notamment pour l'utilisation du circuit de réglage de rapport cycl- ique dans un dispositif conforme a - invention et qui permet de multiplier par 2n la fréquence d'un signal impulsionnel; ce rapport peut etre bien entendu de valeur différente pour d'autres applications. La durée de conduction de la bascule monostable est fonction de la tension continue 1V appliquée sur rentrée de com- mande de la bascule monostable; cette tension permet de faire varier la constante de temps de la bascule monostable dans un rapport pouvant aller jusqu'à ou 30. Si l'on considère les diagrammes b et c de la figure 2, qui représentent les signaux qui appa- raissent sur les sorties directe Q et complémentaire Q de la bascule monostable, lorsque le rapport cyclique de ces signaux est différent de 0, 5 et si l'on désigne par E l'amplitude maximale du signal impulsionnel ob- tenu sur la sortie directe Q de la bascule monostable, la valeur moyenne de ce signal est: V = E x T Dans le cas du diagramme b, V = car T = 1/3. Si l'on considère ensuite le signal complé- mentaire qui apparait sur la sortie Q, représenté sur le diagramme c la valeur moyenne de ce signal est: V' = E x (T-t) et, dans l'exemple représenté sur la T 2 T- 2 figure, V' = E x car (T-t) = 2 Lorsque le rapport cyclique est égal à 0,5, t = 2 et V = V' = E. C'est cette valeur qui est choi- sie lorsque le circuit de réglage est utilisé dans un dispositif multiplicateur de fréquence par 2n, qui sera décrit plus loin en détail. En l'absence d'ampli- ficateur opérationnel, les valeurs moyennes des ten- sions V et V' sur les sorties de la bascule monosta- ble, sont différentes et il est possible d'écrire V-V' = AV. Le rebouclage des sorties Q et Q de la bas- cule, sur son entrée de commande de la période de con- duction, par l'intermédiaire d'un amplificateur opé- rationnel, permet, de faire tendre V vers V', en ré- glant bien entendu le rapport cyclique à une valeur de 0,5 pour une fréquence f0 donnée, d'obtenir une ten- sion d'erreur en sortie de l'amplificateur opération- nel. En réalité, le rapport cyclique est égal à 0,5(1+E), E étant l'erreur résiduelle, et AV = E.ú. L'amplificateur opérationnel délivre une tension d'erreur qui est fonction de la fréquence du signal incident, et grâce à son grand gain assure que AV est très faible, donc que le rapport cyclique est très proche de 0,5. Ainsi, cln conserve ce mme raport y- clique sur une très large gamme de fréquence. La figure 3 représenDe un dispoih nmulti- plicateur de fréquence d'un signal i u&ls onnl, par 2n. Ce dispositif mul iplicateur inclut un circuit de réglage CR identique à celui de la figure 1. Les mêmes éléments portent les mêmes références sur cette figure et sur la figure i. Bien entendu, le rapport cyclique des signaux d'horloge H/2 fournis par le circuit de réglage de CR, est fixé à la valeur 0,5, comme on l'a indiqué plus haut. Ce circuit de réglage est connecte en série avec un circuit supplémentaire CS, de struc- ture identique à celle du circuit de réglage. Ce cir- cuit supplémentaire comprend, comme le circuit de ré- glage, une bascule monostable 11 dont l'entrée de bas- culement 12 est reliée à la sortie directe Q de la bascule monostable du circuit de réglage CR. On a éga- lement représenté sur cette figure un circuit 13 à constante de temps RC, qui permet de fixer la durée de conduction résiduelle de la bascule monostable; l'en- trée de commande V6 permet de faire varier la durée de conduction dans un rapport 25 à 30. Cette tension est également choisie pour que la bascule déclenche, sur les fronts montant et descendant, des impulsions re- çues sur l'entrée de déclenchement 12. Les sorties di- recte O' et complémentaire UT de la bascule sont re- liées respectivement aux entrées d'un amplificateur opérationnel 14, dont la sortie 17 est reliée à l'en- trée de commande VI de la bascule 11. Les signaux H de C sortie du dispositif multiplicateur sont ceux qui sont fournis par la sortie directe Q'. Comme pour le cir- cuit de réglage, l'amplificateur opérationnel 14 com- il prend une entrée de commande 18 qui permet de régler le décalage de tension des signaux d'entrée de cet amplificateur opérationnel de manière à fixer le rap- port cyclique des signaux de sortie de ce circuit sup- plémentaire. La figure 4 est un diagramme des signaux qui apparaissent en certains points caractéristiques du dispositif de la figure 3. Le diagramme a représente les signaux d'horloge H/2 appliqués à l'entrée 2 de la bascule 1 du circuit de réglage CR. Le diagramme b représente les signaux fournis par la sortie directe Q de la bascule 1 du circuit de réglage. Comme on l'a mentionné plus haut, la bascule 1 de ce circuit de réglage déclenche sur le"front mon- tant des impulsions reçues sur son entrée et le rap- port cyclique des signaux qu'elle délivre en sortie a été réglé de manière à être égal à 0,5. Le diagramme c représente les signaux obtenus sur la sortie directe Q' de la bascule monostable 11 du circuit supplémen- taire CS. Cette bascule déclenche sur les fronts mon- tant et descendant des impulsions reçues sur son en- trée 12, en provenance de la sortie Q du circuit de réglage. Dans un mode particulier de réglage, qui cor- respond au diagramme c de la figure, le rapport cycli- que TI des signaux de sortie de la bascule 11 du cir- cuit supplémentaire CS est égal à 1/2. Il est bien évident que ce rapport cyclique Té pourrait être dif- férent selon les applications recherchées du disposi- tif multiplicateur. La sortie Q' du circuit supplémen- taire CS délivre donc des signaux impulsionnels H dont la fréquence f0 est double de la fréquence f o/2 des signaux H/2 reçus sur l'entrée 2 de la bascule 1 du circuit de réglage. Dans le dispositif multiplicateur de fré- quence qui vient d'être décrit, il est possible d'as- socier en série avec le circuit supplémentaire, d'au- tres circuits supplémentaires identiques et dont le rapport cyclique des signaux de sortie est réglé à la valeur 0,5, de manière à former un dispositif multi- plicateur par 2n. La valeur de n dépend bien entendu du nombre de circuits supplémentaires associes au diz- positif précédemment décrit. Le dispositif multiplicateur oui vient d'être décrit permet de doubler la fréquence f /2 de signaux impulsionnels H/2, don f 1 quence vari par exemple, entre 850 krisz et 25 iz. Lcrsque le rap- port cyclique des signaux de sortie de la bascule umx nostable du circuit supplêmentaire est reéglé à la va- leur 0,5, les signaux observes sont es sign.aux oar- rés, tels que représentés sur le diagramme C de la figure 4. La distorsion du rapport cyclique est liée - l'amplitude des harmoniques pairs du signal de sortie du dispositif. Le rapport de l'amplitude du signal utile à l'amplitude du premier harmionique pair est toujours supérieur à 40 décibels. L'écart des niveaux des signaux de sortie et des bascules mrnostables des * circuits de réglage supplementaire, est très facile- ment rattrapé par le réglage des tensions de décalage d'entrées (offset} des amplificateurs différentiels d'erreur de chaque circuit. Ce rglage, dans le cas ou le rapport cyclique des signaux de sortir du dispo-si tif multiplicateur doit être égal à 0,5, est effectué à l'initialisation du système à l'aide d'un analyseur de spectre. Le retard entre la sortie et l'entrée du dispositif est de l'ordre de 10 ns; La constante de temps minimum est de l'ordre 10 ns, le signal de sor- tie aura une fréquence maximum inférieure ou égale à MHz. Le seuil de la durée de conduction minimum de chaque bascule est déterminé par l'utilisateur à l'ai- de des circuits à constante de temps 3,13, qui permet- ?497427 tent de choisir la gamme de variation des constantes de temps. Il est ainsi possible, grâce à ces réglages, d'utiliser le dispositif dans une large gamme de fré- quence; lorsque les réglages initiaux ont été effec- tués, les boucles d'asservissement apportent une auto- compensation des défauts si le gain de chaque boucle est suffisant. Lorsque seul le circuit de réglage du rapport cyclique est utilisé, ce rapport cyclique peut varier entre 0,1 et 0,9 grâce au réglage de la tension d'offset de l'amplificateur opérationnel 4. Pour un réglage donné, il est possible d'obtenir un rapport cyclique fixe dans toute la gamme des fréquences. Le dispositif multiplicateur* qu. vient d'être décrit peut être utilisé en transmission numé- rique notamment pour des débits compris entre 2,048 Meb/s. et 34,368 Meb/s., en modulation de phase à quatre états. ?497427 REVENDICATIONS 1. Circuit de réglage du rapport cyclique d'un signal périodique impulsionnel, caractérisé en ce qu'il comprend une Lascule monostable!') b reçoi3 le signal impuisionne1 star z-c entree Je veh emen (2), un com. parateur (4) conztitué par un am.n =eater opérationnel qui reçoit respectivemert sr es en- trées, les signaux de sorties dfirete (5 -t comple- mentaire (6) de la bascule mronostable (1), la sortie (7) de cet amplificateur étant reliée à% l'entrée (Vc) de commande de la durée de conduction de la bascule monostable (1), cet amplificateur opérationnel (4) comprenant en outre une entrée de commande (8) de la tension de décalage des signaux appliqués à ses en- trées, cette entrée de commande permettant de régler le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascu- le (1), cette bascule déclenchant sur le front montant de chaque impulsion du signal d'entrée. 2. Dispositif multiplicateur par 2n de la fréquence d'un signal impulsionnel, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, selon la valeur de n, l'association en série d'au moins un circuit de réglage (CR) de rapport cyclique conforme à la revendication 1 et d'au moins un circuit supplémentaire (CS) de structure identique à celle du circuit de réglage (CR), l'entrée (12) de basculement de la bascule monostable de ce circuit supplémentaire étant reliée à la sortie directe (Q) de la bascule monostable (1) du circuit de réglage (CR), la bascule monostable (11) du circuit supplémentaire déclenchant sur les fronts montant et descendant de chaque impulsion reçue sur son entrée (12), l'amplifi- cateur opérationnel (14) du circuit supplémentaire qui est connecté entre les sorties (O, Q) de la bascule (11> du circuit supplémentaire (CS) et l'entrée (VI) de commande de la durée de conduction de cette bascule (11), comprenant aussi une entrée de commande (18) de la tension de décalage des signaux appliqués à ses -5 entrées, cette entrée de commande (18) permettant de régler le rapport cyclique des signaux de sortie de la bascule (11) du circuit supplémentaire (CS), le rap- port cyclique des signaux de sortie de la bascule (1) du circuit de réglage (CR) étant réglé à la va- leur 0,5. 3. Dispositif multiplicateur selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le rapport cycli- que des signaux de sortie de la bascule (11) du cir- cuit supplémentaire (CS) est réglé à la valeur 0-,5.