Brevet FR2514968A1 — publié le 19830422

SYNTHETISEUR DE FREQUENCE A ACCORD RAPIDE. L'invention concerne un synthétiseur de fréquences comportant un oscillateur commandable par tension, un diviseur de la fréquence dudit oscillateur, une unité d'affichage de la fréquence dési- rée de laquelle est déduite une information numérique de commande du rap- port de division du diviseur de fréquence, une boucle de verrouillage de phase comprenant un comparateur de phase recevant la fréquence de l'oscillateur divisée et une fréquence de référence et fournissant une tension de commande de fréquence de l'oscillateur, une boucle de recher- che d'accord en fréquence munie d'un discriminateur de fréquence qui re- çoit ladite fréquence divisée et ladite fréquence de référence et qui fournit des impulsions quand ces fréquences sont différentes, ces impul- sions étant comptées dars un compteur qui est remis automatiquement à une position initiale quand il atteint une position terminale, des moy- ens de conversion étant enfin prévus pour convertir l'information numéri- que constituée par le contenu du compteur en une tension de recherche d'accord en fréquence qui sert à commander la fréquence de l'oscillateur. Un synthétiseur de fréquence du type à diviseur de fré- quence et comportant une boucle de verrouillage de phase et une boucle de recherche d'accord de fréquence est connu par exemple du brevet fran- çais N O 2 170 908 au nom de la demanderesse La boucle de recherche d'ac- cord en fréquence fournit, lors d'un changement de la fréquence affichée, une tension de recherche d'accord, variable en marches d'escalier, pour faire varier automatiquement la fréquence libre de l'oscillateur et l'amener dans la plage étroite o la boucle de verrouillage de phase peut entrer en action et verrouiller en phase la fréquence de l'oscillateur sur un multiple de la fréquence de référence ou d'une fraction de cette 2 2 514968 fréquence Mais il est clair que la recherche d'accord de fréquence à l'issue de laquelle est obtenue la fréquence désirée peut être assez longue, notamment lorsque le synthétiseur de fréquences doit couvrir un large domaine de fréquences, puisque la tension de recherche automatique dont la vitesse de variation est forcément limitée doit parcourir un large domaine correspondant au domaine de fréquence du synthétiseur. La présente invention vise à fournir les moyens d'ac- cord rapide d'un synthétiseur de fréquence, du type à diviseur de fré- quence variable. Conformément à l'invention, dans un synthétiseur de ce genre, sont prévus des moyens de transcodage de l'information de fré- quence affichée en une information numérique de prépositionnement dont les valeurs caractérisent les sous-gammes auxquelles peut appartenir la fréquence affichée, et des moyens de conversion de ladite information numérique de prépositionnement en une tension de prépositionnement qui sert à commander la fréquence de l'oscillateur, les valeurs de tension de prépositionnement étant déterminées pour engendrer sensiblement les fréquences de début desdites sous-gammes tandis que l'excursion de la tension de recherche d'accord en fréquence est déterminée pour produire une excursion de fréquence substantiellement égale à la largeur d'une sous-gamme. Dans le synthétiseur de fréquence de l'invention, l'oscillateur est amené pour chaque fréquence affichée, dans la sous- gamme à laquelle appartient cette fréquence affichée de sorte que l'ex- cursion de la tension de recherche automatique nécessaire à l'accord n'a besoin que de couvrir une sous-gamme Il en résulte que l'accord peut être obtenu beaucoup plus rapidement que dans les synthétiseurs connus. On peut noter que le brevet américain N O 4 105 946 montre un synthétiseur de fréquence de type différent, ne comportant pas de diviseur de fréquence dans la boucle de verrouillage de phase Dans ce synthétiseur, pour sélectionner une fréquence, au lieu de commander le rapport de division du diviseur de fréquence, on agit sur la tension de commande de l'oscillateur de façon que la fréquence sélectionnée soit un harmonique de la fréquence de référence Ce synthétiseur connu compor- te une boucle de recherche d'accord en fréquence et un dispositif manuel d'affichage de fréquence (du genre potentiomètre) commandant de façon continue la tension de commande de l'oscillateur pour permettre la sé- lection d'un harmonique de la fréquence de référence Mais on ne trouve dans ce synthétiseur, aucun des moyens mis en oeuvre selon l'invention pour augmenter la rapidité d'acquisition de la fréquence sélectionnée. Dans un mode de réalisation avantageux, le synthétiseur de l'invention comporte un convertisseur numérique-analogique dont les entrées pour bits de plus faible poids reçoivent l'information numéri- que du contenu du compteur de la boucle de recherche d'accord en fréquen- ce et dont les entrées pour bits de plus fort poids reçoivent l'infor- mation numérique de prépositionnement, la sortie de ce convertisseur fournissant une tension de commande de fréquence de l'oscillateur. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée. La figure 1 représente un premier mode de réalisation du synthétiseur de fréquence de l'invention, utilisant deux convertis- seurs numérique-analogique pour convertir séparément les deux informa- tions numériques de recherche d'accord en fréquence et de prépositionne- ment. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation du synthétiseur de l'invention dans lequel les deux informations numéri- ques de recherche d'accord en fréquence et de prépositionnement sont combinées à l'entrée d'un seul convertisseur numérique-analogique. La figure 3 représente un troisième mode de réalisa- tion du synthétiseur de l'invention avec un autre moyen de combinaison de l'information numérique de recherche d'accord en fréquence et d'une information numérique de prépositionnement. Sur la figure 1 montrant un mode de réalisation du synthétiseur de fréquence de l'invention, on a représenté l'oscillateur 1 à fréquence variable et commandable sur tension, communément appelé VCO La fréquence de sortie F de l'oscillateur est disponible pour une utilisation sur une sortie 2 Elle-est appliquée également, sous forme d'impulsions, à un compteur d'impulsions 3 qui, après un cycle de K im- pulsions, reprend la même position et qui, jouant ainsi le rôle de divi- seur de fréquence, fournit une fréquence È La boucle de verrouillage de phase du synthétiseur comporte le comparateur de phase 4 qui reçoit la fréquence divisée F et une fréquence de référence stable F fournie K r par un générateur 5 Le filtre de boucle passe-bas 6 connecté à la sor- tie du comparateur de phase fournit à l'entrée 7 de l'oscillateur varia- ble 1 une tension de commande qui permet de corriger la phase de l'oscil- lateur Lorsque le verrouillage en phase de l'oscillateur est réalisé,. on a F _ = et la fréquence de sortie F du synthétiseur est telle r K que F = K Fr. Pour obtenir une certaine fréquence de sortie F, exac- tement multiple de la fréquence de référence F dans l'exemple décrit, r on doit amener le rapport de division K sur une valeur déterminée On utilise à cet effet une unité d'affichage 8 sur laquelle on peut affi- cher une fréquence désirée avec un pas égal à la fréquence de référence Fr Cette unité d'affichage fournit une information codée (par exemple en BCD) qui est appliquée à un dispositif de transcodage 9 fournissant une information codée (par exemple en binaire naturel), apte à commander le diviseur variable 3 sur le rapport de division K correspondant à la fréquence F désirée Le dispositif de transcodage 9 peut être par exem- ple une mémoire dont une partie 9 a contient à différentes adresses les différentes valeurs de l'information de commande du rapport de division K, et qui peut être adressée par l'information venant de l'unité d'affi- chage 8 pour fournir l'information de commande de K. La boucle de verrouillage de phase ne peut fonctionner que si, en valeur absolue, la différence des fréquences F et est très r K faible Pour obtenir l'accrochage de la boucle de verrouillage de phase après l'affichage d'une fréquence F, il est connu d'utiliser une deuxiè- me boucle de recherche automatique d'accord en fréquence permettant d'amener la fréquence F de l'oscillateur dans l'étroite bande de fréquen- ce o la boucle de verrouillage en phase fonctionne Cette deuxième bou- cle comporte un discriminateur de fréquence 10 recevant la fréquence F divisée K et la fréquence de référence Fr et engendrant des impulsions quand la différence de ces fréquences ne permet pas l'accrochage de la boucle de verrouillage de phase Les impulsions fournies par le discri- minateur de fréquence 10 sont comptées dans un compteur binaire 1 l qui se remet automatiquement à une position initiale après le comptage de N impulsions Le convertisseur numérique-analogique 12 convertit l'infor- mation numérique constituée par le contenu du compteur il en une ten- sion analogique qui est appliquée sur la borne de commande de fréquence 13 de l'oscillateur 1 Cette tension de commande de fréquence a une va- leur minimale correspondant à la position initiale du compteur, croit suivant N paliers quand le compteur compte N impulsions et reprend enfin sa valeur minimale à l'impulsion suivante L'écart entre deux paliers successifs détermine un écart de fréquence inférieur à la plage de fré- quence permettant l'accrochage de la boucle de verrouillage de phase. Quand la fréquence F fournie par l'oscillateur rentre dans l'étroite bande de fréquence permettant cet accrochage, la boucle de verrouillage en phase entre en action pour verrouiller la fréquence de l'oscillateur 1, le discriminateur de fréquence 10 ne fournit plus d'impulsions, le compteur 1 l ne progresse plus et la tension de recherche sur la borne de commande 13 reste constante Dans les synthétiseurs de fréquence con- nus, cette tension de recherche automatique de fréquence doit être à mê- me d'engendrer l'exploration de toute la gamme des fréquences du synthé- tiseur, ce qui peut conduire à un temps d'acquisition trop important de la fréquence synthétisée F. Conformément à l'invention, pour réduire ce temps d'acquisition, il est prévu d'effectuer dans le circuit de transcodage 9 un transcodage de l'information de fréquence affichée dans l'unité 8 en une information numérique de prépositionnement dont les différentes va- leurs caractérisent les différentes sous-gammes auxquelles peut apparte- nir la fréquence affichée En supposant que le circuit de transcodage 9 est constitué par une mémoire, une partie 9 b de cette mémoire peut con- tenir à différentes adresses, les différentes valeurs de l'information numérique de prépositionnement; en adressant la partie de mémoire 9 b au moyen de l'information provenant de l'unité d'affichage 8, on peut obte- nir à la sortie de 9 b, l'information numérique de prépositionnement. Cette information numérique de prépositionnement est convertie par le convertisseur numérique-analogique 14 en tension analogique de préposi- tionnement qui est appliquée sur la borne de commande 15 de l'oscilla- teur 1 pour commander sa fréquence Le convertisseur numérique analogi- que 14 fournit à chaque affichage de fréquence une tension de préposi- tionnement constante parmi N tensions possibles, N étant le nombre de sous-gammes du synthétiseur Il est agencé pour que les tensions de pré- positionnement déterminent à la sortie de l'oscillateur 1 les fréquences de début des sous-gammes Enfin le convertisseur numérique-analogique 12 est agencé pour que l'excursion de la tension de recherche d'accord en fréquence produise à la sortie de l'oscillateur 1 une excursion de fré- quence substantiellement égale à la largeur d'une sous-gamme. Ainsi, avec le synthétiseur de l'invention, après un changement de la fréquence affichée, la recherche d'accord en fréquence s'effectue seulement sur une sous-gamme à partir de la fréquence basse de cette sous-gamme, de sorte que la rapidité d'acquisition de la fré- quence synthétisée se trouve accrue. Il peut arriver, en raison par exemple d'une dérive de la fréquence libre de l'oscillateur, qu'après un changement de fréquence affichée ayant engendré une première recherche d'accord en fréquence dans une sous-gamme déterminée, l'accrochage de la boucle de verrouilla- ge de phase ne se soit pas produit à l'issue de cette première recherche. Avec le système décrit jusqu'à présent, il va se produire dans la même sous-gamme, d'autres recherches d'accord en fréquence qui ne détermine- ront pas davantage l'accrochage de la boucle de verrouillage de phase. On peut pallier cet inconvénient par une recherche d'accord sur deux sousgammes consécutives, quand l'accord n'a pas été obtenu après une recherche sur la première sous-gamme On peut utiliser pour cela une bascule 16 qui est remise à zéro par un signal provenant de l'unité d'affichage 8 et indiquant un changement de fréquence affichée Cette bascule est commandée sur la position travail quand apparatt à la sortie 17 du compteur 11 un signal indiquant qu'il a atteint sa position termi- nale, ce qui signifie qu'une première recherche d'accord sur une premiè- re sous-gamme n'a donné aucun résultat La bascule 16 en position travail agit sur l'adressage de la mémoire 9 b de manière à ce que le signal numé- rique à la sortie de 9 b représente la sous-gamme suivante En même temps le compteur 11 est remis à la position initiale, et recommence à compter les impulsions fournies par le discriminateur de fréquence 10 Il en ré- sulte finalement une deuxième recherche d'accord de fréquence dans la sous-gamme suivante Dans le cas o l'accrochage de la boucle de verrouil- lage de phase ne serait pas obtenu à l'issue de cette deuxième recherche, le compteur 11 atteint sa position terminale et remet à zéro la bascule 16, ce qui permet une nouvelle recherche d'accord sur les deux sous-gam- 2 514968 mes consécutives déjà explorées On pourrait bien entendu effectuer une recherche automatique d'accord sur plus de deux sous-gammes consécutives en utilisant au lieu de la bascule 16, un compteur ayant un nombre de positions approprié, progressant chaque fois que le compteur 1 atteint sa position terminale et agissant à chaque fois sur l'adressage de la mémoire 9 b de façon que le signal numérique à la sortie de 9 b représente une sous-gamme suivante. La figure 2 représente un mode de réalisation avanta- geux du synthétiseur de l'invention, permettant en même temps de faire l'économie d'un convertisseur numérique-analogique et de-réaliser aisé- ment la recherche d'accord en fréquence dans un domaine exactement égal à l'intervalle entre les fréquences de prépositionnement Les éléments de la figure 2 exerçant la même fonction que ceux de la figure 1 sont ré- férencés de la même manière Le synthétiseur de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 par le fait que l'information numérique de recher- che d'accord en fréquence fournie par le compteur 11 et l'information numérique de prépositionnement fournie par la mémoire 9 b sont combinées à l'entrée d'un convertisseur numérique-analogique 18, au lieu d'être appliquées aux deux convertisseurs numériques-analogiques 12 et 14 La sortie du convertisseur numérique-analogique 18 est connectée à la bor- ne de commande 19 remplaçant les deux bornes de commande 13 et 15 du synthétiseur de la figure 1 La combinaison des deux informations numé- riques est réalisée en appliquant les bits de l'information de préposi- tionnement ( 4 bits par exemple) aux entrées de plus fort poids du con- vertisseur 18 et les bits de l'information de recherche de fréquence ( 4 bits par exemple) aux entrées de plus faible poids de ce convertisseur. Après un changement de fréquence affiché, on obtient ainsi sur la borne de commande 19 de l'oscillateur une tension croissant par paliers à par- tir de la tension de prépositionnement correspondant à l'affichage et permettant de couvrir exactement le domaine de fréquence allant du début d'une sous-gamme au début de la sous-gamme suivante On peut également utiliser dans le synthétiseur de la figure 2, une bascule 16 fonction- nant de la même manière que dans le synthétiseur de la figure 1 pour permettre une recherche d'accord de fréquence sur deux sous-gammes consé- cutives. Un autre mode de réalisation du synthétiseur de l'in- vention est montré sur la figure 3 dans laquelle des éléments apparais- sant déjà sur les figures i et 2 portent les mêmes références Dans le synthétiseur de la figure 3, l'information numérique de prépositionne- ment fournie par la mémoire 9 b est appliquée à un sélecteur 20 pour sé- lectionner l'une des tensions continues apparaissant aux sorties du gé- nérateur de tension 21 Ces tensions continues sont les tensions de pré- positionnement qui permettent d'engendrer les fréquences de début des sous-gammes prévues La tension continue de prépositionnement sélection- née par le sélecteur 20 est dirigée vers le convertisseur analogique-nu- mérique 22 dans lequel elle est utilisée comme tension de piédestal à la tension convertie formée par ce convertisseur La sortie du convertis- seur 22 est reliée à la borne 19 de commande de fréquence de l'oscilla- teur 1 A l'entrée du convertisseur 22 est appliqué un signal numérique de somme formé par le circuit additionneur 23 Ce circuit additionneur reçoit d'une part le nombre variable A (à 4 bits par exemple) fourni par le compteur: h et représentant l'information de recherche d'accord en fréquence et d'autre part un hombre B (également à 4 bits par exemple) fourni par la mémoire 9 c en réponse à l'information d'affichage de fré- quence et dépendant de la région dans laquelle, à l'intérieur d'une sousgamme, se trouve la fréquence sélectionnée Dans l'exemple choisi, le circuit additionneur 23 fournit au convertisseur 22 des nombres de 4 bits Sur la borne 24 du circuit additionneur apparaît un bit supplé- mentaire qui est appliqué au sélecteur 20 pour sélectionner la tension continue de prépositionnement suivant immédiatement celle qui a été sé- lectionnée par l'intermédiaire de la mémoire 9 b Ce bit supplémentaire peut être par exemple le bit de retenue de la somme sur 4 bits formée par le circuit additionneur 23. On peut voir aisément que le début de la recherche d'accord en fréquence déterminée par le nombre variable A, est décalé par rapport au début d'une sous-gamme, d'une valeur dépendant du nombre B; avec des nombres B convenablement choisis en fonction de la région de la sous-gamme à laquelle appartient la fréquence sélectionnée, on peut donc commencer la recherche dans cette région et obtenir plus rapi- dement l'accord en fréquence L'action du bit de retenue apparaissant à la sortie 24 du circuit additionneur 23 est de prolonger l'accord en fréquence dans la sous-gamme suivant celle qui a été sélectionnée par la mémoire 9 b Cette prolongation peut être nécessaire lorsque la fré- quence sélectionnée se trouve dans la région haute d'une sous-gamme. Lorsque la fréquence sélectionnée se trouve dans la région basse d'une sous-gamme cette prolongation n'est pas nécessaire Il peut être avantageux dans certains cas que le bit supplémentaire apparaissant sur la sortie 24 du circuit additionneur soit non pas le bit de vraie retenue de la somme sur 4-bits (c'est-à-dire quand cette somme atteint 16), mais un bit qui apparaît quand la somme sur plus de-4 bits, atteint une cer- taine valeur (par exemple 20). REVENDICATIONS 1 Synthétiseur de fréquence comportant un oscillateur commandable par tension, un diviseur de la fréquence dudit oscillateur, une unité d'affichage de la fréquence désirée de laquelle est déduite une information numérique de commande du rapport de division du diviseur de fréquence, une boucle de verrouillage de phase comprenant un compara- teur de phase recevant la fréquence de l'oscillateur divisée et une fré- quence de référence et fournissant une tension de commande de fréquence de l'oscillateur, une boucle de recherche d'accord en fréquence munie d'un discriminateur de fréquence qui reçoit ladite fréquence divisée et ladite fréquence de référence et qui fournit des impulsions quand ces fréquences sont différentes, ces impulsions étant comptées dans un comp- teur qui est remis automatiquement à une position initiale quand il at- teint une position terminale, des moyens de conversion étant enfin pré- vus pour convertir l'information numérique constituée par le contenu du compteur en une tension de recherche d'accord en fréquence qui sert à commander la fréquence de l'oscillateur, caractérisé en ce que sont pré- vus de plus des moyens de transcodage de l'information de fréquence af- fichée en une information numérique de prépositionnement dont les valeurs caractérisent les sous-gammes auxquelles peut appartenir la fréquence af- fichée, et des moyens de conversion de ladite information numérique de prépositionnement qui sert à commander la fréquence de l'oscillateur, les valeursde tension de prépositionnement étant déterminées pour engen- drer sensiblement les fréquences de début desdites sous-gammes tandis que l'excursion de la tension de recherche d'accord en fréquence est dé- terminée pour produire une excursion de fréquence substantiellement éga- le à la largeur d'une sous-gamme. 2 Synthétiseur de fréquence selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comporte deux convertisseurs numérique-analogique distincts, l'un pour convertir l'information numérique de contenu du compteur de la boucle de recherche d'accord en fréquence, en une tension de commande de fréquence de l'oscillateur, l'autre pour convertir l'in- formation numérique de prépositionnement en une autre tension de commande de fréquence de l'oscillateur. 3 Synthétiseur de fréquence selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur numérique-analogique dont les entrées pour bits de plus faible poids reçoivent l'informa- tion numérique de contenu du compteur de la boucle de recherche d'accord en fréquence et dont les entrées pour bits de plus fort poids reçoivent l'information numérique de prépositionnement, la sortie de ce conver- tisseur fournissant une tension de commande de fréquence de l'oscillateur. 4 Synthétiseur de fréquence selon l'une des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif commandable sur plusieurs positions qui est commandé pour basculer sur la position 1 o suivante lorsque le compteur de la boucle de recherche atteint sa posi- tion terminale, ce dispositif agissant sur lesdits moyens de transcodage de l'information de fréquence affichée pour que l'information numérique de prépositionnement correspondant avant le basculement à une sous-gamme corresponde après le basculement à la sous-gamme suivante. 5 Synthétiseur de fréquence selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le dispositif commandable sur plusieurs positions est une bascule à deux positions. 6 Synthétiseur de fréquence selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur numérique-analogique fournissant une tension de commande de l'oscillateur, un sélecteur pour sélectionner, en fonction de l'information numérique de prépositionne- ment, une tension de prépositionnement qui correspond à la sous-gamme à laquelle appartient la fréquence affichée et qui est utilisée comme tension de piédestal de la tension de sortie dudit convertisseur, un circuit additionneur recevant d'une part l'information numérique de contenu du compteur de la boucle de recherche d'accord en fréquence et d'autre part une information numérique de la région à laquelle appar- tient la fréquence affichée à l'intérieur d'une sous-gamme, ce circuit additionneur fournissant d'une part une information de somme qui-est ap- pliquée à l'entrée dudit convertisseur numérique-analogique et d'autre part une information qui indique une retenue sur cette somme et qui est appliquée audit sélecteur pour sélectionner la tension de prépositionne- ment correspondant à la sous-gamme suivant celle à laquelle appartient la fréquence affichée.