Brevet FR2507845A1 — publié le 19821217

DISPOSITIF LOGIQUE GENERATEUR DE SIGNAL PERIODIQUE La présente invention concerne les générateurs de signal périodique, en particulier ceux dont la fréquence est fonction de celle d'un signal logique. Ce type de signaux comprend notamment les signaux sinusoïdaux. L'art antérieur connait deux méthodes pour réaliser cette fonction: générer des signaux logiques dit carrés, c'est-à-dire de rapport cyclique 1 et les filtrer pour éliminer les harmoniques Les filtres néces- saires pour obtenir un taux d'harmoniques très faible sont coûteux dans ce cas, car les harmoniques ont une forte amplitude; générer un signal, de forme proche de la courbe théorique souhaitée, en l'occurrence une sinusoïde, en le constituant d'une suite de paliers de tension dont chaque valeur est déterminée séparément par un ensemble de résistances En général les valeurs de celles-ci ne se trouvent pas parmi les valeurs normalisées et néanmoins doivent être précises Le signal est ensuite filtré pour atténuer les harmoniques En pratique il est très gênant et coûteux de devoir utiliser des résistances de précision, surtout si elles différent des valeurs normalisées courantes. L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients par des moyens simples. Selon l'invention un dispositif logique générateur d'un signal pério- dique, de période T, comportant une borne d'entrée pour recevoir un signal d'horloge, un circuit logique commandé par ce signal d'horloge pour fournir sur N sorties un mot binaire de N bits, variable, et o chaque sortie de rang i, i = 1 à n, alimente la'première borne d'une résistance Ri, o la deuxième borne de chaque résistance R est reliée à une borne commune qui constitue la borne de sortie du dispositif, et o le signal obtenu sur la borne de sortie variant par des sauts séparant des paliers d'amplitude constante, les valeurs théoriques des résistances R sont calculées pour que les amplitudes de ces paliers suivent la courbe théorique du signal souhaité, est caracterisé en ce que les résistances R sont constituées de groupements en série, en parallèle ou mixtes, de résistances ayant toutes une même valeur R; et en ce que chaque groupement constituant uhe résistance R est composé de façon que i la valeur de sa résistance équivalente soit sensiblement égale à la valeur calculée pour Ri, tout en ne comportant qu'un nombre minimal de résistan- ces R. S L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa- raîtront dans la description ci-dessous et les figures s'y rapportant qui traitent d'un exemple de dispositif générant des signaux sinusoïdaux. La figure I représente un exemple de signal 1 s, intensité du courant obtenu en sortie du dispositif selon l'invention, par rapport au temps t. La figure 2 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation de ce dispositif. Le dispositif selon l'invention fournit un signal dont le graphe approche la forme sinusoîdale souhaitée, en étant constitué d'un nombre fini de paliers, de durée identique, et dont l'amplitude varie d'un palier au suivant d'une valeur judicieusement choisie, d'une part pour que le milieu de chaque palier soit sur la courbe théorique, ou très proche, et d'autre part pour que le dispositif soit simple à fabriquer Celui-ci génère un courant qui est constitué d'une somme de courants 1 i L'intensité de chaque courant 1 i est déterminée par la valeur d'une résistance R unique Chaque palier du signal généré est obtenu en additionnant ou en supprimant un des courants r Il y a donc une relation directe entre chaque variation du signal et une des valeurs de résistance R Dans le but de faciliter la fabrication du dispositif chaque résis- tance R est constituée d'un groupement en série, en parallèle, ou mixte d'un petit nombre de résistances identiques de valeur R Le nombre des valeurs réalisables pour les résistances Ri est donc limité par la complexité des groupements, c'est pourquoi il est nécessaire de choisir judicieusement les valeurs des variations entre paliers La description ci-dessous détaille les deux étapes de la réalisation d'un exemple du dispositif selon l'invention: Approximation judicieuse de la courbe. Réalisation des groupements de résistances. La figure I représente le signal 1 S, intensité du courant, obtenu à la sortie du dispositif selon l'invention dans un exemple o la sinusoïde est constituée d'une suite de 16 paliers de durée -r, pendant chaque période de durée T, telle que: T = 16 x t La sinusoïde peut être reconstituée en calculant lamplitude de chaque palier de façon qu'elle soit égale à l'amplitude de la sinusoïde au milieu de la période X considérée Le signal serait le même, à une translation près, si c'était le début ou la fin des périodes t qui étaient considéré pour ce calcul D'autre part le choix final des valeurs des amplitudes des paliers tient compte de la facilité de réalisation des résistances Ri et du taux d'harmoniques à obtenir. Pendant la durée t du premier palier le signal Is est nul, pendant le deuxième palier il a une amplitude a, pendant le troisième palier une amplitude a + A, pendant la quatrième palier une amplitude a + 2 A, etc à chaque palier l'amplitude augmente de A = 3 a jusqu'au huitième palier Pour le huitième palier l'amplitude n'augmente que de a Pour le neuvième palier elle ne change pas Pour le dixième palier l'amplitude diminue de a Du onzième au quinzième palier l'amplitude diminue de A à chaque palier Du quinzième au seizième palier Pamplitude diminue de a et s'annule, la période T est terminée. Ce signal a une forme proche de la sinusoïde, le calcul prévoit que le taux d'harmonique deux est nul, et que le taux d'harmonique trois est de - 34 d B Il est à la portée de l'homme de l'art d'utiliser un nombre de paliers différents, avec des amplitudes différentes pour synthétiser une sinusoïde. Dans tous les cas il faut au moins 8 paliers pour ne pas avoir trop d'harmoniques. La figure 2 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation du dispositif permettant d'obtenir le signal donné comme exem- ple sur la figure l. Le dispositif logique séquentiel I reçoit sur une borne d'entrée 2 un signal d'horloge de période -r, et sur une borne d'entrée 15 un signal logique d'initialisation lors de la mise sous tension du dispositif 1 Ce dispositif comporte huit bascules de type D, 6 à 13, montées en cascade, c'est-à-dire que la sortie Qi de l'une est reliée-à l'entrée Dil de la suivante. L'entrée D 1 de la première bascule est connectée à la sortie d'un inverseur logique 14, qui inverse le signal de la sortie Q 8 de la dernière bascule de la cascade L'entrée R de remise à zéro de chaque bascule est connectée à la borne d'entrée 15 L'entrée d'horloge, H, de chaque bascule est connectée à la borne d'entrée 2 A l'exception de la sortie Q 8 chaque sortie Qi d'une bascule est reliée par, une borne de sortie du dispositif 1, à la première borne d'une résistance Ri dont la deuxième borne est reliée à la borne 3 de sortie du dispositif selon l'invention. Chaque résistance R i-est constituée d'un groupement en série, en parallèle, ou mixte, d'un petit nombre de résistances identiques de valeur R. Dans l'exemple décrit R 1 et R 7 sont constituées de trois résistances élémentaires R en série: R 1 3 x R; R 7 = 3 x R. Les autres résistances, R 2 à R 6, sont constituées chacune d'une résistance R. Les résistances R n'ont pas besoin d'avoir une grande précision absolue, par contre leur valeur doit avoir une faible dispersion Ce type de réseaux de résistances est facilement obtenu par les techniques classiques de fabrication de circuits intégrés, ce qui permet de réaliser le dispositif selon l'invention à un faible coût L'intégration peut se limiter au réseau de résistances. L'exemple de réalisation considéré constitue un générateur de courant sinusoïdal Pour le faire fonctionner correctement la borne de sortie 3 du dispositif selon l'invention alimente une charge dont la résistance R' est très faible par rapport à la résistance équivalente à RI, R 7 en parallèle. Par exemple cette charge peut être un dispositif convertisseur courant- tension à amplificateur opérationnel Le courant 15 dans la borne de sortie 3 est alors la somme des courants circulant dans R 1,,R 7 Soit Vdd la tension d'alimentation du dispositif 1, la tension de chacune de ses sorties, en charge, est sensiblement égale à Vdd quand le niveau logique est 1 La borne de sortie 3 reçoit une somme de courants dont chaque intensité est Vdd pour les sorties Q qui sont au niveau 1. Les sorties Qi qui sont au niveau O ne fournissent pas de courant car leur tension est sensiblement nulle; et n'en reçoivent pas puisque la borne de sortie 3 est chargée par une faible résistance, créant une chute de tension quasi-nulle. Les sorties Qi des bascules prennent les états suivants: Impulsions d'horloge Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 Q 7 Q 8 0 0 0 0 0 0 0 O O 1 I O O O O O O O 2 1 1 O O O O O O 3 I I l O O O O O 4 1 I I O O O O I i I I I O O O 6 I I 1 I I O O 7 I I I I I I 1 O 8 1 1 1 1 1 1 1 1 9 O 1 1 1 1 1 1 1 O O 1 I I 1 I 1 11 O O O 1 I I I 1 12 O O O O I I I 1 13 O O O O O I I 1 14 O O O O O O I 1 L O O O O O O O 1 16 O O O O O O O O A la mise sous-tension un signal de remise à zéro, appliqué sur la borne d'entrée 15, remet toutes les sorties à zéro Pendant la première demipériode T, à chaque impulsion d'horloge il y a une sortie qui passe au niveau logique 1 et qui y reste jusqu'à la fin de la demi-période Après cette demi-période, à chaque impulsion dhorloge une sortie passe du niveau I au niveau O et y reste jusqu'à la fin de la période Quand toutes les sorties sont revenues au niveau zéro une nouvelle période peut commencer Ainsi Ri,, R 7 sont successivement alimentées, puis Ri,R 7 sont successivement ramenées au potentiel nul, ce qui permet d'obtenir un courant 1 S tel que celui représenté sur la figure 1. Le signal est une fonction paire si l'origine des temps est située à T t = T (figure 1) Une même résistance Ri définit deux paliers, un à la montée et son symétrique à la descente Ce dispositif est donc particu- lièrement économique par rapport aux dispositifs de l'art antérieur utilisant au moins une résistance (de précision) pour chaque palier. Des mesures effectuées sur un tel signal' révèlent un taux d'harmo- nique deux égal à -45 d B et d'harmonique trois égal à -33 d B Le taux d'harmonique deux n'est pas absolument nul parce que les résistances n'ont pas une identité de valeur parfaite et parce que les temps de montée et de descente des signaux ne sont pas nuls, comme on le suppose dans le calcul théorique. Ces taux d'harmoniques, particulièrement faibles permettent d'uti- liser un filtre simple et bon marché pour obtenir une sinusoïde utilisable dans un modem, par exemple. D'autre part il est à remarquer que la fréquence de cette sinusoïde peut facilement être modulée en modulant la fréquence d'horloge et que cette modulation, même si elle se fait par sauts, ne provoque pas de discontinuités dans la sinusoïde générée et par conséquent ne crée pas d'harmoniques parasites C'est pourquoi les systèmes de transmission de données sur des lignes à basses fréquences utilisant la modulation à déplacement de fréquence sont une des applications possibles du dispositif selon l'invention générant des signaux sinusoïdaux. Il est à la portée de l'homme de l'art de réaliser le dispositif selon l'invention en utilisant un dispositif logique I ayant un nombre de sorties différent de 8 et en utilisant d'autres groupements en série ou en parallèle pour constituer les résistances R 1, etc à partir de résistances élémen- taires R identiques Augmenter le nombre de paliers permet de diminuer le taux d'harmoniques. D'autre part il est possible d'utiliser un circuit logique dont les sorties réalisent, non pas une commande en tension, mais une commande en courant, c'est-à-dire se comportent comme des interrupteurs. Le dispositif selon l'invention permet de générer d'autres types de signaux Si, comme dans l'exemple décrit, le circuit logique ( 1) fournit un mot binaire de N bits dont la valeur après rimpulsion de rang k, modulo 2 n, est: 2 k-1 pour k =O à n 2 k-2 k-n pour k = N + I à 2 n le signal généré a des paliers identiques à la montée et à la descente, le graphe de sa fonction temporelle possède un axe de symétrie, qui traduit le fait qu'elle est paire, pour une certaine origine des temps Pour générer des signaux ne possédant pas d'axe de symétrie, c'est-à-dire dont la fonction n'est pas paire il suffit d'utiliser une résistance Ri différente pour chaque palier et alimentée une seule lois pendant la période T Le nombre des groupements de résistances est alors égal au nombre de paliers Il est à la portée de l'homme de l'art de réaliser un circuit logique I o chaque sortie passe au niveau logique 1, par exemple, une seule fois par période T. REVENDICATIONS 1 Dispositit logique générateur d'un signal périodique, de période T, comportant une borne d'entrée ( 2) pour recevoir un signal d'horloge, un circuit logique ( 1) commandé par ce signal d'horloge pour fournir sur n sorties un mot binaire de N bits, variable, et o chaque sortie de rang i, i = 1 à n, alimente la première borne d'une résistance R, o la deuxième borne de chaque résistance R est reliée à une borne commune qui constitue la borne de sortie ( 3) du dispositif, et o le signal obtenu sur la borne de sortie ( 3) variant par des sauts séparant des paliers d'amplitude constante, les valeurs théoriques des résistances R sont calculées pour que les amplitudes de ces paliers suivent la courbe théorique du signal souhaité, caractérisé en ce que les résistances R sont constituées de groupements en série, en parallèle ou mixtes, de résistances ayant toutes une même valeur R; et en ce que chaque groupement constituant une résistance Ri est composé de façon que la valeur de sa résistance équivalente soit sensiblement égale à la valeur calculée pour Ri, tout en ne comportant qu'un nombre minimal de résistan- ces R. 2 Dispositif selon la revendication I générateur d'un signal de période T et fonction paire du temps, caractérisé en ce que le circuit logique ( 1) fournit sur ses sorties un mot binaire de N bits dont là valeur après l'impulsion d'horloge de rang k modulo 2 N est - 2 k-1 pour k = O à n 2 n-2 k-n pour k = N + 1 à 2 n. 3 Dispositit selon lune quelconque des revendications 1 ou 2, générant un signal constitué par l'intensité circulant dans une charge branchée entre la borne de sortie ( 3) et une borne au potentiel de référence, charge de résistance R' très inférieure à la valeur de la résistance équivalente à toutes les résistances Ri en parallèle, et caractérisé en ce que chaque sortie du circuit logique ( 1) est équivalente à un générateur de tension dont la force électromotrice varie en fonction de l'état logique et dont la résistance interne est négligeable devant la valeur R. 4 Dispositil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, générant un signal sinusoidal et caractérisé en ce qu'il comporte un circuit logique ( 1) constitué de huit bascules de type D montées en cascade, la sortie Q de la erme étant reliée à l'entrée Di A, de la; + 1 eme, et la sortie Q 8 étant reliée à l'entrée D 1 par un inverseur logique; deux résistances, R 1 et R 7, constituées chacune de trois résistances de valeur R en série; cinq résistances R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 constituées chacune d'une seule résistance de valeur R; une résistance R 8 de valeur infinie; une borne d'entrée ( 2) pour recevoir un signal d'horloge de période 1 et une borne d'entrée ( 3) pour î 6 recevoir un signal d'initialisation, lors de la mise sous tensions, et le transmettre aux entrées de remise à zéro des bascules. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les résistances de valeur R sont réalisées simulta- nément par une des techniques d'intégration de circuits.