Brevet FR2510287A1 — publié le 19830128

A SYNTHETISEUR DE FREQUENCE A LARGE BANDE RELATIVE La présente invention concerne les synthétiseurs de fréquence à large bande relative qui permettent de générer une fréquence choisie parmi un jeu de fréquences s'étendant sur une très large gamme avec la précision et la stabilité d'une fréquence pilote de référence. Le schéma de base d'un tel synthétiseur de fréquence est représenté sur la figure 1 La fréquence désirée FS est obtenue à partir d'un oscillateur 101 commandé par une tension, du type dit VCO Cette fréquence est appliquée à un diviseur 102 dont le rapport de division peut être fixé à une valeur variable selon la fréquence à obtenir Le signal en sortie de ce diviseur est à une fréquence proche de la fréquence d'un* signal de référence FR très précis et très stable Cette précision et cette stabilité sont relativement aisées à obtenir puisque ce signal est constant quelle que soit la fréquence du signal FS à obtenir Le signal en sortie du diviseur 102 et le signal de référence FR sont tous deux appliqués à un comparateur de phase 103 qui délivre une tension de sortie Celle-ci est fonction de l'écart de fréquence entre les deux signaux appliqués à ses entrées avant l'accrochage, puis lorsque la boucle de phase est accrochée sensiblement proportionnelle à l'écart de phase entre ces deux signaux. Cette tension de sortie est appliquée sur un filtre 104 qui permet de stabiliser la réponse de la boucle, puis en sortie de ce filtre à un amplificateur 105 qui l'amplifie à un niveau convenable pour attaquer l'oscillateur 101 Ce bouclage se fait en rétroaction de telle manière que la tension d'erreur fournie par le comparateur de phase 103 tende à ramener la fréquence du signal délivré par l'oscillateur 101 à une valeur telle que, après division dans le diviseur 102, la fréquence du signal en sortie de celui-ci soit égale à la fréquence du signal de référence FR. Lorsque l'accrochage en fréquence est réalisé, le système se stabilise pour maintenir un écart de phase sensiblement constant entre le signal FS et le signal FR de manière à ce qu'il reste accroché. Ce dispositif permet d'obtenir un jeu de fréquences discrètes ayant la même précision et la même stabilité que le signal pilote FR et comprises entre une valeur minimum et une valeur maximum Ces deux valeurs sont déterminées par les possibilités de programmation du diviseur 102 d'une part et par l'excursion maximale de l'oscillateur 101 d'autre part On sait qu'il est sinon difficile tout au moins complexe de réaliser un oscillateur commandé en tension sur une bande relative relativement large Les oscillateurs les plus performants à cet écart sont les multivibrateurs mais la qualité du signal qu'ils délivrent, notamment sa pureté spectrale, est relativement médiocre Même avec un tel multivibrateur on est rapidement amené, dès que l'on désire élargir la bande de fréquence voulue, à employer des dispositifs permettant de commuter un certain nombre d'organes tels que des capacités, et le circuit devient alors très complexe Par ailleurs si le rang de division doit varier dans un rapport supérieur à deux, le circuit d'asservissement en phase devient délicat à réaliser pour des questions de stabilité. Pour ces raisons il est usuel, lorsque Pon désire une large bande relative, de réaliser tout d'abord une synthèse dans une bande relative étroite mais en haute fréquence, et de transposer le signal ainsi obtenu en fréquence basse L'excursion étant constante et la fréquence finale plus basse, la largeur de bande relative est augmentée d'autant. La figure 2 représente le schéma d'un synthétiseur mettant en oeuvre un tel procédé On trouve dans ce schéma tout d'abord une boucle de phase tout à fait semblable à celle de la figure 1, et qui délivre en sortie d'un oscillateur commandé en tension 101 un signal pouvant varier dans une bande étroite autour d'une haute fréquence Ce signal est hétérodyné dans un mélangeur 106 avec un signal FH dont la fréquence permet d'obtenir par différence avec le signal fourni par l'oscillateur 101 un signal de sortie à la fréquence désirée Les autres produits d'intermo- dulation sont éliminés par un filtre passe-bas 107 qui délivre le signal de sortie FS La précision et la stabilité du signal FH sont du même ordre que celles du signal FR; ces deux signaux pouvant d'ailleurs être obtenus à partir d'une même source par exemple par des divisions différentes d'une source haute fréquence. Si ce dispositif est moins délicat et présente de meilleures perfor- mances que celui o l'on emploie un oscillateur accordable sur une large bande, il reste néanmoins compliqué, notamment à cause de l'emploi d'un filtre passe-bas tel que 107 dont les performances doivent être grandes. Par ailleurs la transposition entraîne une dégradation du bruit de phase et, dans le cas o le signal de sortie est employé pour synchroniser une transmission de données numériques, une erreur de synchronisation qui n'est pas constante dans la gamme de fréquences obtenue. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un synthétiseur de fréquence à large bande relative, du type comprenant un oscillateur commandé en tension, un diviseur pour diviser par un nombre entier la fréquence du signal fourni par l'oscillateur, un comparateur de phase pour comparer le signal délivré par le diviseur à un signal pilote de fréquence constante et délivrer un signal d'erreur mesurant l'écart de fréquence et de phase entre les signaux comparés, et des moyens pour commander l'oscillateur par ce signal d'erreur, principalement caractérisé en ce que le diviseur comprend au moins deux étages et que le signal synthétisé est obtenu sur la liaison entre ces deux étages. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite en regard des figures annexées qui représentent: la figure 1, le schéma de base d'un synthétiseur; la figure 2, le schéma d'un synthétiseur à hétérodynage; la figure 3, le schéma d'un synthétiseur selon l'invention; la figure 4, le schéma de réalisation d'un synthétiseur tel que celui de la figure 3. Le schéma de principe d'un synthétiseur selon l'invention, qui est représenté sur la figure 3, est très semblable au schéma de base des synthétiseurs dont le schéma est représenté sur la figure 1 La différence essentielle consiste en ce que le diviseur 102 de la figure 1 est remplacé dans la boucle de phase par deux diviseurs distincts 108 et 109 placés en série Le signal de sortie FS à la fréquence désirée est pris à la sortie du premier diviseur 108. Dans ces conditions si NI est le rang de division du premier diviseur 108, et N 2 le rang de division du deuxième diviseur 109, la fréquence du signal de sortie FS sera égale au produit de la fréquence du signal pilote FR par N 2 à la condition que le produit de la fréquence de FS par NI soit - 4 - situé dans la bande d'accord de l'oscillateur 101 Comme on peut jouer sur les rangs de division des deux diviseurs 108 et 109 on obtient avec une faible bande d'accord de l'oscillateur 101 une gamme beaucoup plus large de fréquences synthétisables. Si les rangs de division de ces deux diviseurs peuvent tous deux descendre jusqu'à une valeur 1, on voit que la plus faible fréquence qui est synthétisable est FR et que la plus haute fréquence synthétisable est le plus grand multiple entier de FR compris dans la bande d'accord de l'oscillateur. En fait dans ces conditions, dès que cette bande d'accord descend en dessous d'une valeur relative, définie comme étant le rapport de la bande d'accord à la fréquence minimale, de cent pour cent, on constate que les fréquences supérieures se groupent par paquets de fréquences séparées de la valeur de FR; ces paquets étant eux-mêmes séparés par des trous à chaque changement de division du premier diviseur 108 Lorsque ce rang de division atteint une valeur entière NO définie par la formule: 1 Fmax Fmin min l'échelle des fréquences alors obtenue est continue à partir d'une fré- quence déterminée par le plus grand multiple de FR compris dans la bande d'accord de l'oscillateur divisée par NO Ceci défini la gamme de fré- quences synthétisables présentant effectivement un intérêt pratique. Une réalisation pratique du schéma théorique de la figure 3 est représentée sur la figure 4 Elle permet d'obtenir 32 signaux de synchro- nisation correspondant à 32 fréquences multiples d'une fréquence de référence de base FR de 64 k Hz Ce générateur permet par exemple de synchroniser 32 débits distincts sur un réseau numérique. L'oscillateur commandé en tension est un multivibrateur du type 745124 accordé par un potentiomètre extérieur de 4,7 kiloohms et une capacité extérieure de 39 picofarads pour osciller librement à environ 6,9 M Hz. Le signal de sortie de ce multivibrateur est appliqué à un diviseur formé de deux circuits 402 et 403 du type 74 L 5163 connectés en série à l'aide notamment d'un amplificateur inverseur extérieur 404 du type 74 L 504 attaqué par la sortie du circuit 403 et venant commander les entrées LD des deux circuits 402 et 403 Les entrées ABCD de chacun des circuits 402 et 403 sont connectées en parallèle à des bornes DO à D 7 qui permettent par un jeu d'interrupteurs non représentés de programmer le rang de division du compteur formé par les circuits 402 et 403 sur le nombre NI désiré choisi entre 2 et 64. Le signal obtenu en sortie du circuit 403 est appliqué à un étage diviseur par 2 formé de la bascule 405 du type 74 L 574 connecté avec le circuit OU-EXCLUSIF 406 du type 74 L 586 entre son entrée et sa sortie. Le signal FS désiré est obtenu sur la sortie Q du circuit 405. Le signal en sortie du premier diviseur est également appliqué à un second diviseur formé des circuits 407 et 408 du type 74 L 5163 connectés en série à l'aide d'un amplificateur inverseur 409 du type 74 L 504 Les entrées DCBA du circuit 408 et A du circuit 407 sont réunies en parallèle à un ensemble de bornes EO à E 4 qui permettent à l'aide d'un ensemble d'interrupteurs non représentés de programmer le rang de division N 2 du deuxième diviseur formé par ces circuits 407 et 408 de 1 à 32 Les entrées de programmation B à D du circuit 407 ne sont pas utilisées et sont réunies à une source de tension positive adéquate. La sortie du circuit 408 est réunie à un comparateur de phase 410 du type MC 4044 par l'intermédiaire d'un diviseur par 2 formé des circuits 411 et 412 et identique à celui formé par les circuits 405 et 406. Le signal pilote de référence est dans cette réalisation à une fréquence de 2048 k Hz, parce qu'il correspond à un signal pilote disponible dans l'équipement pour lequel le synthétiseur est adapté Ce signal 64 FR est tout d'abord divisé par 32 dans un diviseur formé d'un circuit 413 du type 74 L 5163 connecté avec un amplificateur inverseur 416 du type 74 L 504 connecté entre sa sortie RCO et son entrée LD Les entrées ABCD de programmation du circuit 413 ne sont pas utilisées et sont reliées à la masse Les entrées ENT et ENP, non utilisées, sont elles reliées à une source positive Le signal en sortie de ce diviseur est appliqué au comparateur de phase 410 par l'intermédiaire d'un diviseur par 2 formé des circuits 414 et 415 et identique au circuit formé des circuits 405 et 406. Le signal d'erreur, provenant de la comparaison des deux signaux en entrée du comparateur de phase 410, est appliqué, par l'intermédiaire d'une résistance de 22 kiloohms, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur différentiel de type TDB 156 dont l'entrée non inverseuse est réunie à la masse par une résistance de même valeur La tension d'erreur ainsi amplifiée obtenue en sortie de-l'amplificateur 417 est appliquée à l'entrée de contrôle de fréquence du multivibrateur 401 Elle est également appliquée en rétroaction sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur 417 par une cellule de filtrage formée d'une résistance de 3,3 kiloohms en série avec un condensateur de 1 microfarad. Dans ces conditions le gain en boucle ouverte de la boucle d'asser vissement de phase est suffisamment constant quelles que soient les variations de rang de division ou des diviseurs dans la gamme désirée, ce qui permet d'avoir un asservissement stable et un bruit de phase minimum. On peut ainsi obtenir les fréquences multiples de 1 à 32, soit 5 octaves, de la fréquence de référence FR à 64 k Hz Les valeurs extrêmes que doit prendre le produit NI N 2, pour N 2 variant de 1 à 32 et FS de 64 k Hz à 2048 k Hz sont alors 78 (pour N 2 = 26, FS = 1664 k Hz, NI = 3) et 54 (pour N 2 = 27, FS = 1728 k Hz, NI = 2) L'oscillateur devra donc être capable de couvrir la plage de fréquences comprises entre 9984 k Hz et 6912 k Hz compte tenu de la division par 2 dans le circuit 405/406 La variation de gain en boucle ouverte est inférieure sur toute cette gamme à quatre décibels. 2 510287 REVENDICATIONS 1 Synthétiseur de fréquence à large bande relative, du type comprenant un oscillateur commandé en tension ( 101), un diviseur ( 102) pour diviser par un nombre entier la fréquence du signal fourni par l'oscillateur, un comparateur de phase ( 103) pour comparer le signal délivré par le diviseur à un signal pilote de fréquence constante et délivrer un signal d'erreur mesurant l'écart de fréquence et de phase entre les signaux comparés, et des moyens ( 104, 105) pour commander l'oscil- lateur par ce signal d'erreur, caractérisé en ce que le diviseur comprend au moins deux étages ( 108, 109) et que le signal synthétisé est obtenu sur la liaison entre ces deux étages. 2 Synthétiseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'oscillateur comprennent un filtre ( 104) et un amplificateur ( 105) pour obtenir une tension de commande qui agisse en contre-réaction sur l'oscillateur avec un gain en boucle ouverte de la boucle d'asservissement de phase sensiblement constant sur toutes les fréquences délivrées par le synthétiseur. 3 Synthétiseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 413-416) pour obtenir par division le signal pilote à partir d'un autre signal pilote à une fréquence plus élevée. 4 Synthétiseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence de référence est sensiblement égale à 64 k Hz et que le deuxième étage du diviseur ( 407, 408) peut être programmé pour un rang de division allant de 1 à 32; le synthétiseur pouvant alors fournir les 32 premières fréquences multiples de 64 k Hz s'étendant sur une gamme de 5 octaves. -Synthétiseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'oscillateur ( 401) est accordable entre 6,9 et 10 M Hz, et que le premier étage ( 402, 403) du diviseur est programmable sur un rang de division allant de 2 à 40.