Brevet FR2522909A1 — publié le 19830909

La présente invention a pour objet un modu- lateur numérique à plusieurs niveaux d'amplitude avec compensation de composante continue Elle trouve une application en télécommunications et notamment en transmission numérique. Un modulateur numérique d'un type connu est représenté sur la figure 1 Il comprend: une entrée E à deux accès recevant des données numé- riques do, dl, un circuit de transcodage 10 à deux entrées 10/1, /2 reliées aux deux accès et à deux sorties 10/3, /4 délivrant des données numériques transcodées ao O a 1, un générateur de porteuse 12, à une entrée 12/1 de commande de phase, reliée en l'occurrence à l'entrée /2 et à une sortie 12/2 délivrant un signal dont la phase est égale à O ou N selon la valeur de d 1, un convertisseur numérique-analogique comprenant deux étages, le premier formé de deux portes logi- ques 14, 16 (en l'occurrence de type NON-OU) à deux entrées, respectivement 14/1, 14/2 et 16/1, 16/2 et une sortie, respectivement 14/3, 16/3, les entrées 14/1, 16/1 étant reliées aux sorties 10/3, 10/4 du circuit de transcodage 10, et les entrées 14/2, 16/2 à la sortie 12/2 du générateur, le second étage étant formé par deux transistors 18, 20 dont les bases sont reliées aux sorties 14/3, 16/3 des portes logiques, les collecteurs à une première ligne d'alimentation 22 portée à un potentiel Vcc et les émetteurs à une seconde ligne d'alimentation 24 por- tée à un potentiel VEE et cela à travers deux résis- tances de charge 26, 28 de valeur 3 R et R; une sortie S constituée par une ligne de charge adaptée reliée à la première ligne 22. Le fonctionnement de ce circuit est le sui- vant Le générateur de porteuse 12 délivre un signal rectangulaire dont la fréquence est la fréquence por- teuse, et dont la phase est O ou N selon que la donnée ai vaut 1 ou 0. Le circuit de transcodage 10 fournit deux données a 0, a 1 définies a partir des données do, dl selon le tableau ci-dessous qui donne aussi la phase du signal rectangulaire: r l4 ce _ La résistance de charge 26 du transistor 18 commandé par l'intermédiaire de ao est de valeur trois fois plus grande que la résistance de charge 28 du transistor 20 commandé par l'intermédiaire de a, (soit respectivement 3 R et R) Les deux niveaux d'amplitude possibles en sortie S sont donc dans un rapport 3 Ces niveaux sont indiqués en valeurs relatives dans la dernière colonne du tableau précédent (le signe + cor- respond à la phase O et le signe à la phase n). La figure 2 représente le signal obtenu en sortie du modulateur (en bas), en fonction des valeurs des données (en haut). Le circuit qui vient d'être décrit est con- nu La partie conversion numérique-analogique est-dé- crite dans la demande de brevet français FR-A-2 454 726 et la partie modulation de l'onde por- teuse dans la demande de brevet français FR-A-2 472 876. Un tel modulateur présente l'inconvénient de délivrer un signal qui possède une-composante con- U "o a 1 ao rnaul Ae UL 1 1 O 1 O + 3 1 O 1 O O + 1 O 1 1 O x -1 0 O O 1 Tt -3 tinue car les deux tensions qui le composent n'ont pas la même valeur moyenne En effet, comme il apparaît clairement sur la figure 2, pour d =d C, la valeur moyenne de la tension est v/2, si v désigne l'amplitu- de maximum, alors que pour d 2 fdo, la valeur moyenne est égale à v-v/6 = 5 v Il en résulte que le spectre du signal modu- lé comporte, en plus de la composante autour de la fréquence porteuse, une composante basse-fréquence. Ces deux composantes du spectre sont suffi- samment écartées, lorsque la vitesse de modulation est faible par rapport à la fréquence porteuse, pour qu'un filtre, constitué par un simple condensateur de liai- son, élimine la partie basse fréquence du spectre sans modifier la partie utile située autour de la fréquence porteuse Mais lorsque la vitesse de modulation n'est plus négligeable par rapport à la fréquence de la por- teuse, la partie basse fréquence du spectre et la par- tie utile située autour de la fréquence porteuse se chevauchent Il n'est alors plus possible d'éliminer la partie basse fréquence sans distordre la partie utile. Le but de la présente invention est juste- ment d'éliminer cet inconvénient, en fournissant un signal modulé à plusieurs niveaux d'amplitude, qui soit correctement centré, et ne présente donc plus de composante spectrale indésirable en basse fréquence. Sous réserve de l'utilisation d'une onde porteuse ne comportant pas d'harmonique 2, les difficultés de fil- trage du signal modulé rencontrées lors de l'utilisa- tion de la technique antérieure sont éliminées A cette fin, le modulateur objet de l'invention, qui est encore du type de celui qui vient d'être décrit, est complété par un circuit de compensation de composante continue destiné à centrer le signal modulé Le prin- cipe de ce circuit consiste à superposer au signal non centré une composante continue variable en fonction des données, donc en fonction du niveau d'amplitude émis, de telle manière que le signal résultant soit toujours centré autour de sa composante continue moyenne De façon plus précise, dans le cas du signal représenté par la figure 2, le niveau moyen continu est v/2 lorsque l'amplitude alternative est v, et 5 v/6 lorsque l'amplitude alternative est v/3 On peut re- centrer le signal en diminuant-la composante continue de 5 v/6-v/2 =v/3 lorsque l'amplitude alternative est v/3, c'est-à-dire lorsque al-1. Une autre solution consisterait à augmenter de v/3 la composante continue du signal obtenu lorsque a 1 l. Pour obtenir ce décalage, il est fait usage d'un élément supplémentaire dans l'étage logique com- mandé par ai (ou a) et d'un transistor dans l'étage de conversion pour ajouter la composante continue de recentrage. De façon plus précise, l'invention a donc pour objet un modulateur numérique du genre de celui qui vient d'être décrit et qui est caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de compensation constitué par au moins une porte logique supplémentai- re disposée dans le premier étage du convertisseur, cette porte ayant une entrée reliée à l'une des sor- ties du circuit de transcodage et une sortie, et par au moins un transistor supplémentaire disposé dans le second étage du convertisseur, ce transistor ayant une base reliée à la sortie de la porte supplémentaire, un collecteur relié à la première ligne d'alimentation et un émetteur relié à la seconde ligne d'alimentation par une résistance de valeur appropriée, ce circuit de compensation provoquant, pour l'une au moins des ten- sions modulées de sortie, un décalage de sa valeur moyenne qui ramène cette valeur moyenne au niveau de la valeur moyenne des autres tensions, le signal de sortie modulé étant alors formé de tensions de phases et d'amplitudes différentes, mais toutes centrées sur une valeur moyenne commune. De toute façon les caractéristiques de l'in- vention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre expli- catif et nullement limitatif. Le circuit de l'invention est représenté sur la figure 3 dans le cas d'une modulation à 4 niveaux antipodaux Ce circuit contient tous les moyens déjà illustrés sur la figure 1; en outre et conformément à l'invention, il comprend un circuit de compensation qui, dans le cas illustré, est constitué par une porte logique supplémentaire 30, du type OU et un transistor 32 Ce dernier possède une base re- liée à la sortie 30/2 de la porte 30, un collecteur à la première ligne 22 et un émetteur à la seconde ligne 24 par l'intermédiaire d'une résistance de charge 34 de valeur 3 R, c'est-à-dire de même valeur que la ré- sistance de charge 26 associée au transistor 18 et à la porte 14 commandée par ai Le courant délivré par le transistor 32 lorsque a 1 est à 1 correspond à une tension de sortie continue égale à v/3 sur la ligne adaptée S Le niveau moyen du signal de sortie est donc ramené au niveau moyen de la tension obtenue lorsque a 1 = 0 C'est ce qui est représenté sur la figu- re 4. Naturellement, comme indiqué plus haut, on pourrait agir aussi sur la tension d'amplitude v en la remontant de Y On pourrait aussi décaler la tension d'amplitude v de V et la tension d'amplitude v de v 6 et latnin 3 'mltd e-6 Ce principe de compensation de composante continue est valable pour un nombre quelconque de ni- veaux d'amplitude Il s'applique donc à toutes les mo;- dulations numériques d'amplitude, que ce soit sur une porteuse, ou sur deux porteuses en quadrature. A titre d'exemple supplémentaire, la figure représente un mode particulier de réalisation d'un modulateur pour transmission en double modulation d'amplitude à quatre niveaux, sur deux porteuses en quadrature (modulation dite 2 MA 4 Q), dont le principe (sans compensation) est décrit dans le document FR-A-2 472 876, déjà cité. Le mode de réalisation illustré utilise des circuits intégrés en logique ECL Le circuit représen- té comprend d'abord un oscillateur 40 fonctionnant à 280 M Hz suivi d'un diviseur par quatre 42 délivrant quatre tensions en quadrature à la fréquence de M Hz Le circuit comprend ensuite un premier étage constitué de deux portes 51 et 52 munies de deux con- densateurs réglables, une porte 71 reliée à une pre- mière entrée E 1, deux portes de modulation 72, 73 à deux entrées recevant, d'une part, la porteuse avec une phase de n/2 ou 3 n/2, et d'autre part la donnée numérique A appliquée sur une entrée E 1, une porte 74 à une entrée reliée à une seconde entrée E 2 recevant une seconde donnée numérique B, et à deux sorties com- plémentaires, quatre portes 91 à 94 munies de quatre circuits à transistors 101 à 104, dont les sorties sont reliées à la masse par quatre résistances 111 à 114, chacune comportant une résistance fixe et un po- tentiomètre. Le modulateur représenté comprend un second étage identique au premier mais travaillant avec les signaux de phase O et N délivrés par le circuit 42 On retrouve donc deux portes 53, 54 associées à deux con- densateurs réglables 63, 64, une porte 81 reliée à une entrée E 3 recevant une donnée numérique C, deux portes 82, 83 de modulation, une porte 84 reliée à une qua- trième entrée E 4 recevant une quatrième donnée numéri- que D, des portes 95 à 98, quatre circuits de sortie à 108, associés à quatre jeux de résistances 115 à 118. Le fonctionnement de ce circuit est le sui- vant. Le circuit 42 (qui est par exemple de type 100131 de la Société FAIRCHILD)réalis unedivision par 4 de la fréquence du signal délivré par l'oscillateur 40 et fournit quatre signaux à 70 M Hz déphasés de i/2 3 T (soit 0,, ', -3 x) Les phases sont réglées avec pré- cision par les condensateurs ajustables 61 à 64 placés en sortie des portes 51 à 54, lesquelles peuvent être de type 1662 de la Société MOTOROLA. Les quatre bits A, B, C et D résultant d'un codage dés données, définissent un état de la porteuse modulée choisi parmi 16 états possibles Le bit A per- met de choisir la phase K/2 ou 3 K/2 et le bit B déter- mine l'amplitude de la porteuse, en agissant sur les portes 91 et 93 qui commandent les étages de sortie (ces derniers peuvent être du type 100122) Les ni- veaux sont réglés par les potentiomètres en série avec les résistances de charge ( 272 + 10 Q pour le niveau 3, 82.+ 33 pour le niveau 1) A chaque niveau d'amplitude de la porteuse est associé un circuit de compensation de composante continue Le bit B agit également sur ces circuits de compensation par les portes 92 et 94, qui sont du type 1664, et les étages de sortie corres- pondants La résistance 112 de 180 elet le potentiomè- tre en série de 47 i déterminent la compensation lors- que le niveau 3 est émis La résistance 114 de 56 et le potentiomètre en série de 22 J déterminent la com- pensation lorsque le niveau 1 est émis. On retrouve les mêmes moyens sur la voie en quadrature (porteuses de phase O ou it), commandée par les bits C et D. Le signal de sortie centré est recueilli aux bornes de la résistance de charge 120 (de valeur Ohms) reliée aux collecteurs des circuits de sortie 101 à 108 - REVENDICATIONS 1 Modulateur numérique comprenant un cir- cuit de transcodage ( 10) à plusieurs entrées numéri- ques ( 10/1, 10/2) aptes à recevoir des données numéri- ques (dot 0, dl,) et à autant de sorties ( 10/3, 10/4) délivrant des données numériques transcodées (a 0, a 1,), un générateur ( 12 d'au moins ure porteuse, à au mbs une entrée ( 12/1) de commande de sa phase et au moins une sortie ( 12/2) délivrant au mons uneporteuse ayant unephase déterminée; un convertisseur numérique analogique comprenant un premier étage formé de portes logiques ( 14, 16) à deux entrées ( 14/1, 14/2, 16/1, 16/2) et une sortie ( 14/3, 16/3), l'une des entrées ( 14/1, 16/1) étant reliée à l'une des sorties ( 10/3, 10/4) du circuit de transcodage ( 10), l'autre ( 14/2, 16/2) à l'une des sorties ( 12/2) du générateur et un second étage formé par autant de transistors ( 18, 20) qu'il y a de portes logiques, chaque transistor possédant un émetteur, une base et un collecteur, la base d'un transistor étant reliée à la sortie ( 14/3, 16/3) d'une porte logique, tous les collecteurs étant reliés à une première ligne d'alimentation ( 22), tous les émetteurs étant reliés à travers des résistances de charge de valeurs différentes ( 26, 28) à une seconde ligne d'alimentation ( 24), la sortie (S) étant constituée par une ligne de charge adaptée reliée à la première ligne ( 22), un tel modulateur délivrant un signal de sortie composé de tensions ayant une fréquence égale à la fréquence 'une porteuse délivrée par le générateur ( 12), une phase déterminée par les données d'entrée, et une amplitude déterminée par les données transco- dées, les différentes amplitudes que peuvent prendre ces tensions ayant des valeurs moyennes différentes; ce modulateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de compensation constitué par au moins une porte logique supplémentaire ( 30) disposée dans le premier étage du convertisseur, cette porte ayant une entrée ( 30/1) reliée à l'une des sorties ( 10/4) du circuit de transcodage ( 10) et une sortie première ligne d'alimentation ( 22) et un émetteur re- lié à la seconde ligne d'alimentation ( 24) par une résistance ( 34) de valeur appropriée, ce circuit de compensation provoquant, pour l'une au moins des ten- sions modulées de sortie, un décalage de sa valeur moyenne qui ramène cette valeur moyenne au niveau de la valeur moyenne des autres tensions, le signal de sortie modulé étant alors formé de tensions de phases et d'amplitudes différentes mais toutes centrées sur une valeur moyenne commune. 2 Modulateur numérique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, pour un modulateur à quatre niveaux d'amplitude antipodaux, le circuit de compensation comprend une porte logique ( 30) à une entrée ( 30/1) reliée à l'une des sorties ( 10/4) du circuit de transcodage ( 10) et un transistor ( 31) dont l'émetteur est relié à la seconde ligne ( 24) par-une résistance ( 34) dont la valeur est égale à celle de la résistance ( 26) qui est reliée au transistor ( 18) cor- respondant à l'autre sortie ( 10/3) du circuit de transcodage ( 10). 3 Modulateur numérique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le générateur délivre deux porteuses en quadrature et en ce que le second étage réalise une modulation d'amplitude à 4 ou 8 ni- veaux par porteuse.