Brevet FR2545667A1 — publié le 19841109

-1 - BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE ET DISPOSITIF DE DEMODULATION DE SIGNAUX MODULES EN FREQUENCE COMPRENANT UNE TELLE BOUCLE La présente invention concerne une nouvelle structure de boucle à verrouillage de phase, ainsi que l'application d'une telle boucle à la réalisation d'un dispositif de démodulation de signaux modulés en fréquence. Les émissions de télévision qui seront dans les années à venir retransmises par l'intermédiaire de satellites géostation- naires seront modulées en fréquence, avec des excursions no- minales de porteuse importantes, de l'ordre de 13,5 mégahertz Les installations de réception individuelles et collectives correspon- dantes seront par conséquent équipées de dispositifs de démodula- tion de signaux modulés en fréquence qui, en tant que produits dits grand public, doivent être peu coûteux et donc simples. L'invention concerne à cet effet une boucle à verrouil- lage de phase caractérisée en ce qu'elle comprend un transistor à effet de champ à double grille monté en oscillateur à circuit de réaction de type Hartley, dont les grilles constituent les entrées de comparaison de phase et dont le drain est relié, éventuellement par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas de boucle, à l'entrée du circuit de réaction, lui-même relié au circuit d'accord de l'oscil- lateur; dans le cas de l'application précisée ci-dessus, l'une des grilles reçoit la porteuse à démoduler et l'autre le signal de l'oscillateur, et le drain est non seulement relié à l'entrée du circuit de réaction mais aussi à la connexion qui constitue la sor- tie du dispositif de démodulation. La structure ainsi proposée, n'utilisant qu'un seul élé- ment actif, cumule de façon simple toutes les fonctions d'une bou- cle à verrouillage à phase classique, puisque l'oscillateur joue aussi le rôle de mélangeur des deux entrées de grille, pour la gé- nération, sur le drain, d'un signal d'erreur de phase qui est ren- voyé en contre-réaction vers le circuit d'accord de l'oscillateur. -2- L'avantage d'un tel regroupement de fonctions est essentiellement de permettre une utilisation à très haute fréquence, les connexions pouvant être très courtes. Les particularités et avantages de l'invention apparaî- tront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limita- tifs et dans lesquels: la figure 1 est un exemple de dispositif de démodula- tion utilisant une boucle à verrouillage de phase conforme à l'invention; les figures 2 a à 2 c montrent trois variantes de réali- sation du circuit d'accord de l'oscillateur de cette boucle. Le dispositif décrit en référence à la figure 1 comprend un transistor 10 à effet de champ à double grille monté en oscil- lateur à circuit de réaction de type Hartley, ici à drain commun et à prise intermédiaire sur une inductance 15 2 cette inductance est ellemême reliée, par ses extrémités, à la grille G et à la i masse et, par la prise intermédiaire, à la source S du transistor à effet de champ La grille G 1 et la source S sont donc polarisées par liaison à la masse par l'intermédiaire de l'inductance 15, tandis que la grille G 2 est reliée pour sa polarisation à une tension VG par l'intermédiaire d'une résistance 20 et que le point de f nctionnement du drain D est fixé par une tension VD par l'intermédiaire d'une résistance 25. Les grilles G 2 et G 1 reçoivent l'une la porteuse à démoduler (connexion E), par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage 30, et l'autre le signal de l'oscillateur, tandis que le drain D est relié (ici par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas de bouele 35 destiné d'une part à interdire à la fréquence des signaux arrivant sur la grille G 2 d'être également présente en sortie et d'autre part à éviter l'amortissement du circuit d'accord par une impédance trop faible) d'une part à l'entrée d'un circuit de réac- tion et d'autre part à la sortie S du dispositif, cette sortie dé- livrant les signaux démodulés Dans l'exemple décrit, le circuit d'accord de l'oscillateur comprend en série, entre la grille G 1 t 545667 -3- et la masse, une diode varicap 40 (anode reliée à G 1) et un con- densateur variable 45 de centrage de l'oscillateur par ajustage de la fréquence centrale (ou d'abord le condensateur puis la diode, l'anode de celle-ci étant alors reliée à la masse), et le circuit de réaction comprend une inductance 50 prélevant le signal de sor- tie du dispositif pour le réintroduire dans le circuit d'accord, sur la borne intermédiaire de celui-ci, entre la diode 40 et le condensateur 45 - Le fonctionnement de la structure qui vient d'être dé- crite est le suivant L'unique élément actif de cette structure, le transistor 10, cumulant toutes les fonctions d'une boucle à ver- rouillage de phase, assure d'abord une comparaison de phase entre le signal présent sur la grille G 2 (la porteuse à démoduler) et le signal de l'oscillateur local, fourni sur la grille G 1 Ces signaux respectivement incident et de réaction provoquent après amplification l'apparition, sur le drain D, d'un signal d'erreur de phase qui, après traversée du filtre 35, est fourni au circuit d'accord pour assurer une contre-réaction en phase du dispositif. Les performances d'un tel dispositif sont extrêmement satisfaisantes Avec le dispositif de démodulation qui a été réa- lisé, la fréquence centrale étant de 440 mégahertz et le niveau du signal incident O d Bm, l'excursion de la porteuse a été importante (plage de verrouillage: environ 50 mégahertz) et la bande passante du signal démodulé pouvait s'élever jusqu'à 50 mégahertz également. La linéarité de démodulation, qui dépend du point de fonctionnement du transistor 10 et du choix des éléments réactifs notamment, peut être meilleure que 1 % Ces résultats ont ici été obtenus avec, comme élément actif, un transistor à effet de champ à double grille référencé BF 905 au catalogue de la société Texas Instruments ou BF 966 à celui de la société RTC et, pour les autres éléments, les valeurs suivantes de préférence: VG = 4 volts, VD = 12 volts, résistance 20 = 200 ohms, résistance 25 = 680 ohms, capacité du condensateur variable 45 = de 2 à 10 picofarads; la diode 40 est référencée OF 555 au catalogue de la société RTC, et l'induc- tance 15 est réalisée en ligne imprimée d'une longueur d'environ 3 centimètres. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple d'application décrit ci-dessus, à partir duquel des va- riantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention La nouvelle structure proposée est en effet utilisable à d'autres fréquences, et également dans toutes les applications traditionnelles ou possibles des boucles à verrouillage de phase telles que restitution de porteuse dans-le cas d'une modulation d'amplitude, verrouillage sur une harmonique ou une sous-harmo- nique, modulation de phase par superposition d'un signal modulant à la tension du drain (la porteuse étant injectée sur la grille G 2), etc Par ailleurs, tel que décrit, le circuit d'accord de l'oscillateur comprend la diode 40 et le condensateur 45, mais il peut être composé différemment: de deux diodes varicap 41 et 42 comme sur la figure 2 a, de ces deux diodes et d'un condensateur 46 en parallèle sur elles comme sur la figure 2 b (les anodes des diodes étant reliées à G 1 et à la masse), ou encore, comme le montre la figure 2 c, d'un circuit de commande de la fréquence centrale de fonctionnement placé en parallèle sur le circuit d'accord et comprenant lui aussi un condensateur 47 et une diode 43 dont la borne commune est reliée à une inductance 55 elle-même reliée à une tension de polarisation VF . -5- REVENDICATIONS: 1 Boucle à verrouillage de phase caractérisée en ce qu'elle comprend un transistor à effet de champ à double grille monté en oscillateur a circuit de réaction de type Hartley, dont les grilles constituent les entrées de comparaison de phase et dont le drain est relié, éventuellement par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas de boucle, à l'entrée du circuit de réaction, lui-même relié au circuit d'accord de l'oscillateur. 2 Application de la boucle à verrouillage de phase selon la revendication 1 à la réalisation d'un dispositif de démodulation de signaux modulés en fréquence, caractérisé en ce que les grilles du transistor à effet de champ reçoivent l'une la porteuse à démoduler et l'autre la sortie du circuit d'accord de l'oscillateur et en ce que le drain est relié, éventuellement par l'intermédiaire du filtre de boucle, d'une part à l'entrée du circuit de réaction, lui-même relié par sa sortie au circuit d'accord de l'oscillateur, et d'autre part à la sortie du dispositif pour délivrer les signaux démodulés. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'accord comprend au moins une ou deux diodes varicap et un condensateur de réglage. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce qu'il comprend, en parallèle sur le circuit d'accord, un circuit de commande de la fréquence centrale de fonctionnement.