Brevet FR2518847A1 — publié le 19830624

"Générateur de fréquence programmable". Là présente invention concerne un généra- teur de fréquence programmable et un générateur de signaux comprenant ce générateur de fréquence programmable. Il est connu de réaliser un générateur de S fréquence programmable sous la forme d'un oscillateur à quartz et d'un diviseur de fréquence qui divise la fré- quence par un nombre programmé N de telle sorte que la fréquenice de sortie f: = f /N o f 5 est la sortie entrée entréee fréquence de l'oscillateur Un inconvénient d'un tel type de générateur de fréquence réside dans le fait que l'in- crément de fréquence déterminé par la valeur de N qui est habituellement un nombre entier et par conséquent les in- créments de fréquence peuvent être assez grossiers De plus, lorsqu'on souhaite obtenir plusieurs fréquences d'un seul oscillateur, il peut être nécessaire que l'oscilla- teur produise une fréquence très élevée qui soit le plus petit commun multiple des fréquences souhaitées Les oscil- lateurs à haute fréquence ont tendance rayonner davantage et sont une source d'interférence radio De plus, le cir- cuit diviseur doit comprendre un grand nombre d'étages qui consomment beaucoup d'énergie, ce-qui est important dans le cas d'appareils alimentés par pile, et qui constituent par ailleurs aussi une source d'interférence radio Une autre particularité désavantageuse de l'utilisation d'une diviseur de fréquence réside dans le fait que si l'on dé- cide de modifier la valeur du diviseur N, par exemple dans un procédé de modulation par déplacement de fréquence, la modification ne peut être effectuée que lorsque le diviseur de fréquence a terminé son cycle de division particulier. Cela étant, l'invention a pour but de pro- curer un diviseur de fréquence programmable qui évite les inconvénients du circuit connu. Suivant l'invention, il est prévu un généra- teur de fréquence programmable comprenant un oscillateur, un multiplicateur de débit programmable couplé à la sortie de l'oscillateur, ce multiplicateur de débit comprenant plusieurs étages et comportant une entrée pour le nombre programmé de sorte que la fréquence de sortie du multipli cateur de débit est déterminée en réaction au nombre pro- grammé qui y est appliqué, et un diviseur couplé à la sor- tie du multiplicateur de débit pour diviser sa fréquence de sortie. Les avantages principaux d'un générateur de fréquence programmable conforme à l'invention sur l'utili- sation d'un oscillateur à haute fréquence et plusieurs di- viseurs résident dans le fait que l'on peut dériver plusi- eurs fréquences d'un oscillateur à fréquence moins élevée en changeant simplement le nombre programmé appliqué au multiplicateur de débit, le risqué d'interférence radio étant donc réduit En couplant un diviseur à la sortie du multiplicateur de débit, on réduit à un niveau acceptable l'effet d'instabilité du multiplicateur de débit dont les impulsions de sortie ne sont pas 'espacées d'intervalles égaux de sorte que la fréquence de sortie a la stabilité de l'oscillateur,-par exemple d'un oscillateur à quartz. De plus, le multiplicateur de-débit qui peut comprendre un multiplicateur de débit binaire ou décimal permet de mo- difier en substance instantanément la fréquence de l'oscil- lateur en changeant le nombre programmé, sans qu'il soit nécessaire d'attendre la fin d'un cycle de division. Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu un générateur de signaux comprenant un générateur de fréquence programmable conforme à l'invention et un si- mulateur de forme d'onde connecté à la-sortie du-diviseur. L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé dans lequel: la Figure 1 est un schéma synoptique du circuit d'un générateur de -signaux comprenant un générateur de fréquence programmable conforme à l'invention, et la Figure 2 est-un schéma du circuit d'un générateur de signaux comprenant un générateur de fréquence programmable à même de produire à tout moment l'une de quatre tonalités à fréquence audio. Sur la figure 1, les blocs situés à gauche de la ligne pointillée verticale 10 représentent un géné- rateur de fréquence programmable 12 conforme à l'invention et les blocs situés à droite de la ligne pointillée 10 re- présentent les éléments de circuit qui utilisent le signal de sortie du générateur 12 pour produire une forme d'onde simulée, par exemple une onde sinusoïdale Le générateur 12 comprend un oscillateur de fréquence stable 14 tel qu'un oscillateur à quartz Une'sortie de l'oscillateur 14 est connectée à un multiplicateur de débit binaire 16 com- portant M étages Le multiplicateur de débit binaire 16 comporte une entrée 17 pour un nombre programmé X, par ex- emple un nombre binaire, appliqué en parallèle Une sortie du multiplicateur de débit binaire 16 est couplée à un di- viseur 18 comportant un nombre diviseur fixe Dans la fori d'exécution représentée au dessin, le diviseur 18 est un diviseur binaire dans lequel le nombre diviseur K est égal à 2 o P est le nombre d'étages. Pendant le fonctionnement du générateur 12, le signal provenant de l'oscillateur 14 a une fréquence stable fentrée et ce signal est appliqué au multiplicateur de débit binaire 16 Le signal fsortie à la sortie du mul- tiplicateur de débit binaire 16 comprend un train d'impul- sions qui ne sont pas toutes également espacées les unes des autres, N impulsions de sortie pour chaque groupe de 2 M impulsions étant appliquées par l'oscillateur 14 Par conséquent, la fréquence de sortie fsortie du multiplica- teur de débit binaire 16 peut être exprimée avantageuse- ment par sortie = (N/2 M)fentrée Comme 2 M est fixe, la fréquence de sortie peut être modifiée selon des pas de ( 1/2 M)fentrée et par conséquent, chaque pas est un incré- ment de fréquence identique De plus, on dispose au total de 2 M-1 fréquence de sortie différentes qui sont toutes un multiple exact de l'incrément de fréquence Cela étant, moyennant un choix approprié de fentrée et du nombre M d'étages dans le multiplicateur de débit binaire 16, on 18847 peut utiliser le circuit pour fournir une sélection de fréquences dans n'importe quelle gamme souhaitée et avec n'importe quel incrément voulu. Deux caractéristiques d'un multiplicateur de débit binaire sont importantes pour l'application de l'invention, par exemple à-un système de signalisation ou à un appareil d'un équipement d'essai comme un générateur de signaux, et résident dans le fait, pour la première, que le modulateur de débit binaire réagit en substance instan- tanément à un changement du nombre programmé N et pour la seconde, que la fréquence de sortie soit de manière pré- cise la fraction de programme de la fréquence d'entrée et soit aussi stable que la fréquence d'entrée Cependant, dans chaque groupe de N impulsions parmi chaque groupe de M 2 impulsions appliqué à partir de l'oscillateur, les im- pulsions de sortie ne sont pas réparties de manière uni- forme dans le temps, de plus grands intervalles entre des impulsions successives se présentant dans certains cas Si un tel signal est appliqué à un simulateur de forme d'onde, ces intervalles inégaux produisent une "instabilité" indé- sirable dans la forme d'onde à simuler. L'oscillation est ramenée à un niveau accep- table au moyen du diviseur 18 de sorte que fsortie est di- visé par K o K peut typiquement être égal à 25 (c'est-à- dire à 32) En raison de cette opération de division sup- plémentaire, la fréquence de sortie fs du multiplica- sortie teur de débit binaire 16 doit alors valoir K fois celle qui serait présente si on n'utilisait pas un diviseur pour ré- duire l'instabilité La valeur réelle de K doit être choi- sie en tenant compte de la fréquence souhaitée de-l'oscil- lateur, du pas de fréquence pour des valeurs successives de N, de la fréquence de sortie maximum et du degré d'in- stabilité dans la sortie du multiplicateur de débit binaire 16. En ce qui concerne les blocs situés à droite de la ligne pointillée 16 sur la figure 1 qui représente un générateur de forme d'onde 20, le générateur 20 comprend un simulateur de forme d'onde 22 qui peut comprendre un compteur connu sous le nom de compteur de Johnson compor- tant des résistances pondérées connectées à ses sorties pour simuler la forme d'onde souhaitée, par exemele une forme sinusoïdale, à partir des impulsions du diviseur 18. Normalement, une onde sinusoïdale est simulée à partir de impulsions, ce qui signifie en fait que la fréquence de répétition des impulsions du diviseur 18 est divisée par S, le rapport de division dahs le compteur Par conséquent, l'incrément de fréquence de la forme d'onde simulée peut être rendu très petit, comme illustré par l'exemple suivant qui suppose que M = 8; ( 2 = 256), K = 32 (= 2 P o P = 5)S= 10 et ft -1,2288 Iz- fentrée= W 2 Mz La fréquence minimum fmin' qui correspond aussi à l'incrément de fréquence, est donc égale, lorsque le nombre programmé N = 1, à: fmin = 1228800 x x x 1 = 15 Hz. On peut également démontrer que la fréquence maximum fax (lorsque N = 255) est fmax = 1228800 x 25 mx x = 3825 Hz. Etant donné que certaines harmoniques sont présentes dans la sortie du simulateur 22, elles sont éli- minées à l'aide d'un filtre-passe-bas 24. Comme les valeurs de M, K et S sont fixées, en faisant varier le nombre N programmé, on peut alors ef- fectuer des variations de fréquence pratiquement instanta- nées pour le signal présent à la sortie du simulateur 22 sans que la forme d'onde produite subisse une déformation perceptible. On se référera à présent à la figure 2, dans laquelle les diverses parties correspondant aux blocs re- présentés sur la figure 1 ont été identifiées par les mêmes chiffres de référence. Le circuit représenté est destiné à fournir, à tout moment, l'une de quatre ondes sinusoïdales à fré- quence particulière étant produite en réaction aux valeurs associées du nombre programmé N appliqué au modulateur de débit binaire 16 A titre d'exemple, les fréquences sont un signal commutateur à 2970 Hz (N = 198), des signaux de modulation par variation de fréquence à haute et basse fré- quence de 2505 Hz (N = 167) et de 2295 Hz (N = 153)'et un- signal de modulation par variation de fréquence-à fréquence moyenne de 2400 Hz (N = 160). , L"oscillateur est un circuit d'oscillateur à quartz bien connu basé sur un transistor du type MPS 918 et comportant un cristal de 1,2288 M Hz La sortie de l'oscillateur est appliquée à un circuit-conformateur d'im- pulsion 30 ayant la forme d'une bascule de Schmitt tel qu'un circuit intégré du type CD 4093 B Une sor tie du cir- cuit 30 est appliquée à une entrée d'horloge du multipli- cateur de débit binaire 16 qui, dans la forme d'exécution représentée, est formée par deux dispositifs à 4 étages en cascade commercialisés par la Société the Radio Corporation of America sous le numéro de type CD 4089 B, les détails de ces dispositifs pouvant être déterminés à partir des no- tices publiées par le fabricant Les nombres programmés sont appliqués aux diverses entrées du multiplicateur de débit binaire 16 par l'intermédiaire d'un circuit d'adres- sage 32 et de divers circuits-portes OU, comme indiqué au dessin. La sortie du multiplicateur de débit bi- naire 16 est appliquée à l'entrée d'horloge du diviseur 18 qui comprend dans cet exemple un diviseur binaire du type CD 4024 B Comme la valeur de P est égale à 5, l'entrée pour le diviseur 22 provient de la sortie Q 5 du diviseur 18. Un signal d'invalidation de tonalité est appliqué par l'in- termédiaire d'une borne 58 à l'entrée de retour à l'état initial du diviseur 18 et à une broche du circuit intégré faisant partie du simulateur d'onde sinusoïdale 22. Le simulateur d'onde sinusoïdale 22 est basé sur un diviseur/compteur préréklable commercialisé par la Société the Radio Corporation of America sous le numéro de type CD 4018 B Les sorties Q 1 à Q 4 sont pondérées de ma- nière résistive par des résistances 40, 42, 44, 46, 48 et dont les valeurs respectives sont de 26,1 KL, 100 K 4, ,9 KO, 26,1 K et 100 Kit, ces valeurs étant choisies de manière à réduire au minimum la teneur en harmoniques de la forme d'onde de sortie La sortie Q 5 est renvoyée pour -dé- finir la longueur du comptage, dans ce cas 10 L'onde sinus- oldale simulée subit un filtrage passe-bas dans un filtre à deux étages 24 réalisé par des amplificateurs opération- nels Motorola du type MC 1458. Les valeurs des composants utilisés dans l'oscillateur 14, le simulateur 22 et le filtre passe-bas 24 sont les valeurs indiquées Les numéros des broches de certains circuits intégrés ont aussi été indiqués. Bien que le circuit représenté ait été dé- crit avec référence à des dispositifs binaires, il va de soi qu'il pourrait être réalisé à l'aide d'un multiplica- teur de débit décimal et de diviseurs et compteurs décimaux ou d'une combinaison de dispositifs binaires ou décimaux. Evidemment, on pourrait utiliser des valeurs différentes de la fréquence de l'oscillateur et des nombres diviseurs M, K et S pour obtenir les incréments de fré- quence et les formes d'onde souhaités Si on souhaite pro- duire deux ou plus de deux signaux de sortie simultanément, ce qui peut s'avérer nécessaire lorsqu'on utilise un équipe- ment d'essai, l'oscillateur 14 peut être commun, mais le reste du circuit représenté doit être prévu pour chaque signal de sortie simultané souhaité Dans ce cas, le signal de sortie de l'oscillateur parvenant à- l'autre ou aux autres circuits est dérivé de la borne 60 sur la figure 2. REVENDICATIONS l Générateur de fréquence programmable, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur, un mul- tiplicateur de débit programmable couplé à la sortie de l'oscillateur, le multiplicateur de débit comprenant plusieurs étages et comportant une entrée destinée à un nombre programmé, la fréquence de sortie dumultiplica- teur de débit étant déterminée en réaction au nombre programmé appliqué, et un diviseur couplé-à la sortie du multiplicateur de débit pour diviser sa fréquence de sortie. 2 Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diviseur comporte un nombre diviseur fixe. 3 Générateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé ence que le multiplicateur de débit pro- grammable est un multiplicateur de débit binaire. 4 Générateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le multiplicateur de débit pro- grammable est un multiplicateur de débit décimal. 5 Générateur de signaux comprenant le géné- rateur de fréquence programmable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes et un simulateur de forme d'onde connecté à la sortie du diviseur. 6 Générateur de signaux suivant la reven- dication 5, caractérisé en ce que le simulateur de forme d'onde est à même de simuler une onde sinusoïdale.