Brevet FR2512608A1 — publié le 19830311

"Générateur de signaux électriques programmable". La présente invention concerne de manière géné- rale les générateurs de signaux et en particulier un générateur de signaux programmable, dont le fréquence d'oscillation est commandée par un signai de commande numérique. L'utilité des générateurs de signaux programma- bles est en augmentation du fait qu'ils peuvent être commandés directement par des ordinateurs ou analogues, de manière à four- nir une grande variété de formes dl'onde à des fréquences diffé- rentes ou à des taux de répétition différents Dans un type de générateur de signaux programmable, on applique un signal de commande numérique à un convertisseur numérique-analogique, qui, à son tour, fournit une tension de commande à un oscillateur commandé en tension, de telle manière que l'on produise un signal de sortie à une fréquence déterminée par le signal de commande numérique Alors que le signal de commande numérique peut com- porter de nombreux éléments binaires en vue d'obtenir une fré- quence très précise du signal de sortie, la fréquence réelle peut varier du fait des erreurs de gain et de déphasage dans le convertisseur numérique-analogique et dans l'oscillateur comman- dé en tension En outre, la fréquence de sortie peut être plus ou moins instable et peut dériver du fait des variations de tem- pérature ou d'autres influences physiques Cela veut dire que, alors que l'on peut disposer d'un signal de commande numérique très stable et présentant un haut degré de résolution, la fré- quence de sortie du générateur de signaux peut varier de 5 % ou plus. Conformément à la présente invention, on pour- voit un générateur de signaux programmable d'un système de com- mande à réaction qui pilote la fréquence de sortie et règle un signal de commande numérique à une valeur qui fournit la fré- quence précise désirée On applique un signal de commande numé- rique par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogi- que à un oscillateur commandé en tension, de manière conven- tionnelle On mesure la période d'un ou plusieurs cycles du -2- signal de sortie au moyen d'un circuit de mesure de périodes dont la sortie est utilisée pour régler le signal de commande numérique à la valeur appropriée. C'est donc un objet de la présente invention de fournir un générateur de signaux qui présente une meilleure pré- cision de la fréquence du signal de sortie. C'est un autre objet de la présente invention de fournir un générateur de signaux programmable qui se règle de lui-même à une valeur de fréquence de sortie précise et sta- ble D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description qui suit, faite à titre illustratif en se référant au dessin ci-annexé sur lequel: la fig 1 est un schémabloc d'un générateur de signaux programmable comportant un système de commande à réac- tion conformément à la présente invention, la fig 2 est un schéma-bloc détaillé d'un os- cillateur contrôlé en tension destiné à être utilisé avec le -générateur de signaux conforme à la présente invention, et la fig 3 est un schéma-bloc détaillé d'un cir- cuit de mesure de périodes destiné à être utilisé avec le géné- rateur de signaux conforme à la présente invention-. Comme on peut le voir sur la fig 1, un circuit de traitement 10 applique un signal de contrôle de fréquence sous la forme de données numériques en parallèle à un convertisseur numérique-analogique 12 pour les convertir en une tension de commande analogique Le circuit de traitement 10 peut être constitué, de manière appropriée, par un système micro-processeur comportant une mémoire vive (RAM) en tant que mémoire temporaire, et une mémoire morte (ROM> contenant les instructions du programme Les données numériques de commande destinées à la détermination de la fréquence du générateur de signaux peuvent être obtenues au moyen d'un clavier (non représenté) relié à l'unité de traitement 10 Lorsque l'on a tout d'abord fait en- trer la fréquence désirée par l'intermédiaire du clavier, le circuit de traitement 10 calcule la valeur appropriée du signal -3- de cmoande defréquence destiné au convertisseur 12 et, par suite, la valeur appropriée de la tension de commande fournie à la sortie du convertisseur 12 et qui est appliquée à un oscillateur com- mandé en tension 14 L'oscillateur 14 fonctionne en réponse à la tension de commande et fournit un signal de sortie dont la fréquence est égale ou proche (par exemple avec une approximation de 5 %) de la fréquence programmée qui était désirée et qui a été commandée par les données numériques de commande Le signal de sortie est disponible à une borne de sortie 16 et il est égale- ment appliqué à un circuit de mesure de périodes 18 Le cir- cuit de traitement 10 initie ensuite la mesure de la période d'un cycle du signal de sortie au moyen du circuit de mesure de pério- des 18 Ceci est généralement obtenu en comptant des impulsions à vitesse élevée provenant d'un oscillateur de référence 20 pen- dant la durée de la période d'un cycle du signal de sortie. L'oscillateur de référence 20 peut être avantageusement constitué par un oscillateur à cristal qui engendre un signal de fréquence de référence stable dont la fréquence est nettement plus élevée que celle du signal de sortie de l'oscillateur, si bien que l'on peut faire des mesures précies de la période. L'information de période qui en résulte est en- voyée au circuit de traitement 10 qui lit les données et calcule le pourcentage d'erreur de la fréquence de la sortie de l'os- cillateur par rapport à la valeur qui avait été programmée Le circuit de traitement 10 modifie alors les données numériques parallèles envoyées au convertisseur 12 au moyen de l'inverse de l'erreur en fréquence, ce qui corrige lafréquence de sortie à la valeur désirée Cette séquence est répétée jusqu'à ce que la fréquence de sortie de l'oscillateur variable 14 soit com- prise dans une gamme d'erreurs prédéterminée entourant la va- leur programmée de la fréquence Il y a lieu de noter que le fonctionnement ci-dessus est commandé par le micro-programme du circuit de traitement 10 De plus, le circuit de traitement 10 et le circuit de mesure de la période 18 peuvent, conformément à une routine, piloter la fréquence de sortie sur une certaine -4- base périodique afin d'obtenir une stabilité à long terme de la fréquence de sortie. Ainsi, comme on peut le comprendre de la des- cription ci-dessus, le générateur de signaux programmable con- forme à la présente invention fournit une fréquence de sortie qui est aussi près que nécessaire de celle que l'on désire, dans les limites de l'oscillateur variable et de la résolution de la mesure de la période, ainsi que dans les limites de la précision et de la fréquence du signal de l'oscillateur de référence Dans un mode de réalisation qui a été réalisé et essayé, on a consta- té que la précision de la fréquence est passée d'une valeur de % sans correction à une valeur de 0,1 % avec correction. La fig 2 montre les détails d'un circuit appro- prié pour être utilisé en tant qu'oscillateur variable 14 Une source de courant 22 et un circuit absorbeur de courant 24 sont reliés à un circuit commutateur électronique 26 qui relie de manière sélective sa borne de sortie 28, soit à la source de courant 22, soit au circuit absorbeur de courant 24 en fonction d'une impulsion de sortie provenant d'un détecteur de niveau 30 Les valeurs des courants des circuits 22 et 24 varient en fonction de la tension de commande analogique provenant du convertisseur 12 et qui leur est appliquée Un condensateur 32 est branché entre la borne 28 du circuit interrupteur 26 et la masse Un amplificateur intermédiaire 34 applique la tension aux bornes du condensateur 32 au détecteur de niveau 30 Avantageus-e- ment l'amplificateur intermédiaire peut être constitué par un transistor à effet de champ travaillant en suiveur de source de manière à fournir une impédance élevée au condensateur 32 afin de bloquer la conduction du courant dans le circuit du signal de sortie Le détecteur de niveau 30 détecte des niveaux prédéter- minés supérieurs et inférieurs de la tension de sortie de l'am- plificateur intermédiaire 34 afin de produire une-impulsion rec- tangulaire qui est appliquée à la borne de sortie 16 et au cir- cuit commutateur électronique 26 Lorsque la borne 28 de sortie du commutateur électronique 26 est reliée à la source de courant 22, le courant circule dans le condensateur 32, ce qui produit une rampe de tension croissante aux bornes du condensateur 32. Lorsque cette rampe de tension atteint le niveau prédéterminé supérieur du détecteur de niveau 30, la sortie du détecteur de niveau 30 change d'état et ce nouveau niveau de tension est ap- pliqué au commutateur électronique 26, ce qui entraîne la liai- son de la borne 28 au circuit absorbeur de courant 24, Dans cette condition, le courant circule en sortant du condensateur 32 vers le circuit absorbeur de courant 24 et il en résulte une rampe de tension décroissante aux bornes du condensateur Lorsque la ram- pe de tension décroissante diminue jusqu'au niveau inférieur prédéterminé, le détecteur de niveau 30 change de nouveau d'état, et le nouveau niveau de tension est appliqué au commutateur 26 afin d'entraîner la liaison de la borne de sortie 28 à la sour- ce de courant 22, de telle manière que le processus se répète. Conformément à ce processus à répétition, on engendre une ten- sion triangulaire aux bornes du condensateur 32 et le détecteur de niveau 30 engendre une impulsion rectangulaire dont les tran- sitions se produisent lorsque la tension triangulaire atteint les valeurs prédéterminées fixées par le détecteur de niveau 30. La tension de commande à la sortie du convertisseur 12 commande les valeurs des courants fournis par la source 22 et absorbés par le circuit 24, et par suite, commande la pente de la ten- sion triangulaire aux bornes du condensateur 32, de telle manière que, d'elle même, la sortie du convertisseur 12 commande la fré- quence de l'impulsion rectangulaire provenant du détecteur de niveau 30. La fig 3 représente un schéma boc détaillé d'un circuit convenant pour l'utilisation en tant que circuit de me- sure de périodes 18 Un compteur à boucle programmable 36 est un compteur préréglable qui compte un nombre préréglé de cycles de sortie de l'oscillateur 14, de manière à créer un signal de pé- riode de temps s'étendant sur plusieurs cycles plutôt que sur un seul Le nombre prér 4 glé de cycles est déterminé par le circuit de traitement 10 en fonction de la fréquence de sortie désirée qui a été enregistrée par l'intermédiaire du clavier Cette va- -6- leur prédéterminée du compteur cyclique 36 à boucle programma- ble varie proportionnellement à la fréquence de sortie désirée de telle manière que, plus la fréquence désirée est élevée, plus on comptera de cycles afin d'établir un signal d'intervalle de temps Grâce au comptage de plusieurs cycles pour engendrer le signal d'intervalle de temps, on peut être moins exigeant sur la fréquence de l'oscillateur de référence 20 Le signal d'interval- le de temps provenant du compteur 36 est appliqué à l'une des entrées d'une porte ET 38 qui, lorsqu'elle est activée par le signal d'intervalle de temps, fait passer le signal de référence de l'oscillateur de référence 20 à un compteur de référence 40. Par suite, ce compteur 40 compte un nombre de cycles de la fré- quence de référence provenant de l'oscillateur de référence 20 pendant l'intervalle de temps déterminé par le signal d'inter- valle de temps précité, et l'information qui en résulte, est envoyée du compteur 40 à l'unité de traitement 10. On peut se rendre compte que la présente inven- tion offre des avantages par rapport à une boucle analogique à verrouillage de phase du fait que, non seulement on fournit une stabilité à long terme de la boucle, mais, du fait que le circuit de traitement 10 recompose un facteur de correction numérique, on peut encore obtenir, dans le mode de fonctionnement en boucle ouverte, une précision proche de la précision de fré- quence obtenue dans le fonctionnement 'zn boucle fermée. La description ci-dessus n'a été fournie qu'à titre d'exemple nullement limitatif et il est évident que l'on peut y apporter des modifications ou variantes, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention Par exemple, l'oscil- lateur variable commandé en fréquence 14 peut comporter une diode à capacité variable dont la capacité est commandée par la ten- sion de commande analogique provenant du convertisseur analogique numérique 12 en vue d'établir la fréquence de sortie De même, on peut substituer de nombreux types de compteur de fréquence pour le circuit de mesure de la période 18. "'7 2512608 7 - REVENDICATIONS -1 ) Générateur de signaux programmable, caracté- risd en ce qu'il comprend: des moyens ( 12,14,22-34) pour engendrer un signal de sortie d'une fréquence prédéterminée en fonction d'un signal numérique de contrôle; des moyens ( 18,36-40) pour mesurer la période d'au moins un cycle dudit signal de sortie, et des moyens ( 10) sensibles à ladite mesure de période en vue de modifier ledit signal numérique de comande. 2 ) Générateur de signaux programmable selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de gen 6 ra- tion d'un signal de sortie comprennent des moyens de conversion ( 12) pour convertir ledit signal numérique de commande en une tension analogique de commande et des moyens d'oscillation ( 14, 22-34) actionnés en réponse à ladite tension analogique de com- mande. 3 ) Générateur de signaux programmable selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de conver- sion comprennent un convertisseur numérique-analogique ( 12) et en ce que lesdits moyens d'oscillation comprennent un oscillateur variable commandé en tension ( 14,22-34). 4 ) Générateur de signaux programmable selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de la péziode comprennent des moyens ( 40) pour compter des impul- sions d'horloge de référence pendant ladite période. ) Générateur de signaux programmable selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de modifi- cation comprennent un système de traitement qui produit également ledit signal numérique de contrôle, ledit système de traitement ( 10) recevant ladite mesure de période et calculant, à partir de ladite mesure de période la fréquence dudit signal de sortie, et modifiant ledit signal numérique de commande, de manière à ame- ner ledit signal de sortie à prendre une fréquence prédéterminée.