Brevet FR2549660A1 — publié le 19850125

A 4 2549660 SYNTHETISEUR DE FREQUENCE POUR TELEVISEUR. La présente invention concerne le domaine des générateurs de fréquence asservie et elle concerne plus particulièrement un synthétiseur de fréquence utilisable dans un téléviseur. Dans un téléviseur, on a souvent besoin de plusieurs fréquences bien définies et qui correspondent généralement à des fréquences émises par l'émetteur correspondant Ce problème se pose plus particuli%èrement quand on désire fabriquer un téléviseur couleur susceptible de recevoir des signaux télévisés émis selon 10 des normes ou standards distincts. Actuellement, les standards les plus utilisés de télévision couleur ont en commun que le contenu de chaque ligne de télévision comprend la superposition d'informations de luminance et d'informations de chrominance, ces dernières étant portées par 15 une sous-porteuse de chrominance Ce contenu d'informations est précédé par un top de synchronisation et une salve de quelques oscillations du signal de la sous-porteuse de chrominance. Les différents systèmes de télévision couleur diffèrent par la fréquence de la sous-porteuse de chrominance, la façon dont 20 cette sous-porteuse de chrominance est modulee par les informations de chrominance (modulation d'amplitude ou modulation de phase), et la façon dont la phase ou la fréquence de la sousporteuse de chrominance varie d'une ligne à la suivante. Dans le système NTSC, la sous-porteuse de chrominance 25 est la même pour toutes les lignes Sa fréquence est de 3,57 M Hz selon les normes américaines Certains pays européens ont adopté le systeme NTSC, mais avec une fréquence de sous-porteuse égale à 4,43 M Hz. Dans le système PAL, la fréquence de la sous-porteuse de 30 chrominance est la même pour toutes les lignes, mais la phase d'un des vecteurs de modulation varie de + ou 90 d'une ligne à l'autre Usuellement, la fréquence de la sous-porteuse de chromi- nance est normalisee à 4,43 4 Hz Dans ce système, le signal de salve est également déphasé de + ou 90 d'une ligne à la suivante. Dans le système SECAM, c'est la fréquence centrale de la 5 sous-porteuse de chrominance qui varie d'une ligne à l'autre, respectivement 4,25 M Hz et 4,40 l Hz En SECAM, les sous-porteuses de chrominance sont modulées en fréquence, alors que dans les systèmes NTSC et PAL, la sous-porteuse de chrominance est modulée en amplitude et en phase. Ainsi, un téléviseur susceptible de recevoir les signaux selon les diverses normes mentionnées précédemment doit contenir des oscillateurs permettant de fournir des fréquences de 3,57 r{z, 4,43 1 Hz, 4,25 M Hz et 4,40 M Hz Ces signaux fournis de façon interne par le téléviseur sont ensuite asservis en phase avec les 15 signaux-correspondants de l'émission Classiquement, pour fournir des signaux d'horloge, on utilise des oscillateurs dont la fréquence peut être ajustée par une tension, mais qui, déjà au repos, doivent avoir une fréquence tres proche de la fréquence recherchée Dans la pratique, ceci 20 conduit à utiliser des oscillateurs à quartz Ainsi, si l'on cherche a disposer sur une même puce de circuit intégré un nombre important d'oscillateurs, il sera nécessaire de prévoir un nombre relativement important de bornes d'acces à ce circuit pour y connecter les divers circuits résonnateurs à quartz ou circuits LC 25 qui, eux, ne peuvent être integres Or, chacun sait que le prix d'un circuit integré augmente tres rapidement avec le nombre de ses bornes d'accès. Ainsi, pour éviter cet inconvénient, la présente invention prévoit de synthétiser plusieurs fréquences élevées voisines 30 d'une fréquence de référence élevée à partir de cette fréquence de référence et d'un deuxième signal de référence de fréquence plus faible éventuellement obtenu par division de la fréquence de référence élevée, ce synthétiseur étant formé sans utiliser de quartz pour fixer les diverses fréquences synthétisées. Ce synthétiseur utilise une référence de fréquence stable et précise, extérieure au circuit Dans un téléviseur, il existe par ailleurs des circuits qui exigent la présence d'un oscillateur à quartz, par exemple une horloge, un microprocesseur ou une télécommande L'invention permet d'utiliser simplement cette fréquence de référence pour générer diverses fréquences synthétisées de valeurs également stables. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un synthétiseur d'une fréquence déterminée FO à partir de deux fréquences de référence (FR et FH), cette fréquence déterminée étant telle que I FR-Fq = N FR avec N = N 1/N 2, Nl et 10 N 2 étant des entiers Ce synthétiseur comprend un oscillateur commandé dont la fréquence libre est voisine de FO; un premier multiplieur recevant la fréquence de référence FR et la fréquence F fournie par l'oscillateur et fournissant un signal à la fréquence FR-F; un premier diviseur muni d'une entrée de remise à 15 zéro recevant le signal FR-F et fournissant un signal (FR-F)/N 1; un deuxieme diviseur muni d'une entrée de remise à zéro recevant la deuxième fréquence de référence FH et fournissant un signal à la fréquence FH/N 2; un circuit recevant les sorties des premier et second diviseurs et fournissant vers l'oscillateur commandé un 20 signal de commande positif ou négatif selon que le signal du premier diviseur est en avance ou en retard sur celui du second; et des moyens de validation agissant sur les entrées de remise à zéro des deux diviseurs pour les valider dès que deux impulsions des signaux aux frequences I FR-4 et FH apparaissent sensiblement 25 simultanément et jusqu'a ce que les deux sorties des diviseurs soient simultanement à haut niveau. La deuxieme fréquence de référence FH peut être obtenue par division de la première Néanmoins, dans un téléviseur, elle correspondra de préférence à la fréquence de balayage de lignes. D'autres aspects de la présente invention ainsi qu'une description détaillée des moyens de validation apparaîtront dans la description suivante faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente un schéma sous forme de blocs d 4 un synthétiseur selon la présente invention, la figure 2 représente les allures des signaux en divers points du circuit de la figure 1, la figure 3 représente une première application de la présente invention, la figure 4 représente une deuxième application de la présente invention. Le circuit selon la présente invention illustré en figure 1 comprend un oscillateur commandé par une tension 1 (du type couramment désigné dans la littérature anglo-saxone par le sigle VCO) Selon une caractéristique importante de la présente 10 invention, cet oscillateur, qui doit fournir avec l'assistance de l'ensemble du circuit selon l'invention la fréquence que l'on cherche à synthétiser, n'est pas un oscillateur de haute précision à quartz Cet oscillateur fournit au repos une fréquence F qui tend vers la fréquence F O que l'on cherche à synthétiser et qui 15 est disponible sur une borne 2 Cette borne 2 est connectée'à l'entrée d'un multiplieur 3 dont une autre entrée, 4, reçoit un signal de référence a une fréquence FR Ce multiplieur est suivi d'un filtre passe-bas 5 à la sortie duquel on obtient donc un signal à la fréquence de | FR-t Ce signal est transmis 20 l'entrée d'un premier diviseur 6 effectuant une division par un entier Ni à la sortie A duquel on obtient donc un signal de fréquence | FR-t / Ni La borne A est connectée à la premiere entrée d'un détecteur de coincidence 7 L'autre entrée de ce detecteur 7 reçoit la sortie B d'un diviseur 8 effectuant une 25 division par un entier N 2 d'un signal a une frequence de reference FH apparaissant sur la borne d'entree 9 de ce diviseur. La sortie du détecteur 7 est transmise à l'entrée de l'oscillateur commanda 1 auquel elle sert de signal d'erreur mémorisé sur un moyen de mémorisation tel qu'un condensateur 10 Eventuellement, 30 la sortie du détecteur 7 passe par l'intermédiaire d'un moyen de validation 11. D'autre part, un ensemble logique permet le fonctionnement satisfaisant du circuit Cet ensemble comprend une porte ET 20 dont les entrées sont respectivement connectées aux bornes A et 35 B La sortie de cette porte ET est transmise,d'une part, à l'entrée S d'une bascule RS 21 et, d'autre part, par l'intermé- diaire d'un inverseur logique 22 à la première entrée d'une porte ET 23 dont la sortie est connectée à la borne R de la bascule 21. Une deuxième entrée de la porte ET 23 reçoit un signal de validation RT et la troisième entrée de la porte ET 23 reçoit un signal 5 d'initialisation I provenant par exemple d'un détecteur de coïncidence à fenêtre 24 dont la première entrée reçoit le signal I FR-t disponible à l'entrée du diviseur 6 et dont l'autre entrée reçoit le signal à la fréquence FH disponible à l'entrée de l'autre diviseur 8. On va décrire ce circuit plus particulièrement dans une application à un téléviseur couleur o la première fréquence de référence FR est la fréquence de la sous-porteuse de chrominance selon les normes PAL de 4, 433 M Hz, oi la fréquence que l'on cherche à synthétiser est la fréquence de la sous-porteuse de 15 chrominance FOB du système SECAM égale à 4,250 M Hz et o la deuxieme fréquence de référence FH est la fréquence de balayage horizontal ou fréquence de ligne d'un téléviseur 625 lignes qui est égale i 15,625 k Hz En ce cas, FR-FO = 183,6 k Hz, ce qui correspond à une période TR_ O = 5,45 microsecondes On a alors 20 FR-FO = 4/47 FH, c'est-à-dire que le système fournit la fréquence FO recherchée quand (FRF)/47 = FH/4 Dans cette application, le signal de validation appliqué aux portes ET 11 et 23 et désigné dans la figure 1 par la référence RT est le signal de retour de tramine. Pour expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 1, on supposera que l'on part d'un état initial ou la bascule 21 a sa sortie Q à l'état 1, c'est-à-dire que le dernier signal qu'elle a reçu est un signal sur son entrée S Dans ce cas, les entrées de remise à zéro des diviseurs 6 et 8 qui reçoivent le signal de 30 sortie de cette bascule inhibent le fonctionnement de ces diviseurs Ceux-ci ne peuvent fonctionner que si un signal est appliqué à l'entrée R de la bascule 21, ce qui place la sortie Q au niveau 0 Pour que cette entrée R reçoive un signal, il faut que les trois entrées de la porte ET 23 se trouvent simultanément 35 à haut niveau On doit d'abord être dans une période de retour trame pendant laquelle un signal RT à haut niveau est reçu Comme on a supposé que les-diviseurs 6 et 8 étaient inhibés, les sorties A et B de ces diviseurs sont à bas niveau et la sortie de la porte ET 20 est à bas niveau L'entrée correspondant à la sortie de l'inverseur 22 vers la porte 23 est donc à haut niveau Il reste 5 donc à recevoir un signal d'initialisation I à haut niveau Ceci se produit quand le détecteur de coïncidence à fenêtre 24 détecte des impulsions, par exemple des fronts montants des signaux FR-F et FH situés à l'intérieur d'un écart temporel déterminé A partir de ce moment, les diviseurs Nl et N 2 commencent à fonctionner Un 10 front montant apparaît alors à la borne A au bout de 47 périodes du signal FR-F, c'est-à-dire après une durée égale à 47 TR_ O tandis qu'un front montant apparaît à la borne B apres une durée de 4 TH; le détecteur de coïncidence 7 fournit alors un signal de sortie pendant la durée qui sépare l'apparition de ces deux fronts 15 montants Dès que le deuxième front montant est apparu, la sortie de la porte ET 20 agit sur l'entrée S de la bascule 21 et les diviseurs 6 et 8 sont à nouveau inhibés jusqu'à ce qu'un signal I suivant apparaisse, du moment que l'on se trouve encore à l'intérieur de la période de retour de trame On notera que le 20 signal de commande fourni par le détecteur 7 est positif ou négatif selon que la sortie du diviseur 6 est en retard ou en avance par rapport à la sortie du diviseur 8. La figure 2 illustre des formes d'ondes en divers points du circuit de la figure 1 En haut de la figure, est represente le 25 signal de retour de trame RT d'un televiseur, ce signal est a zero pendant le balayage de ltimage et a haut niveau pendant le retour de trame Rappelons que la période de balayage est classiquement de 20 ms en Europe et que la durée du retour de trame est de l'ordre de 1,4 ms A partir de l'instant t O, le système selon 30 l'invention peut fonctionner, les portes ET 11 et 23 recevant un signal de validation. La deuxième courbe de la figure 2 représente le train d'impulsions FH à l'entrée du diviseur 8 et la troisième courbe le train d'impulsions FR-F à l'entrée du diviseur 6 Dans le cas de 35 l'exemple numérique illustré précédemment, rappelons que FH est égal à 15,625 K Hz alors que FR-FO est égal à 183,6 K Hz Ainsi, un nombre important, supérieur à 10, d'impulsions FR-F apparaît dans l'intervalle entre deux impulsions FH. A l'instant tl, lors de l'apparition de la premiere impulsion FH après l'instant t O, le détecteur de coincidence 24 indique que l'écart | tl-tj entre le front montant de l'impulsion du signal FH et le front montant de l'impulsion la plus proche du signal FR-F est supérieur à la fenêtre déterminée par le détecteur de coincidence 24 Aucun signal I n'est donc transmis par ce détecteur de coincidence 24. Supposons qu'à l'instant t 3 d'apparition de l'impulsion de signal FH suivante, l'intervalle de temps t 3-t 4 entre cette impulsion et l'impulsion la plus proche du signal à la fréquence FR-F est inférieur à la fenêtre déterminée par le détecteur de coïncidence 24 Alors, apparaît un signal d'initialisation I comme 15 cela est représenté dans la figure La porte ET 23 valide alors la bascule 21 et les diviseurs 6 et 8 fonctionnent Le diviseur 8 fournit un signal à haut niveau à partir d'un instant t 5 (voir courbe B 1) distant de l'instant t 3 d'une distance égale à quatre périodes du signal à la fréquence FH, soit 4TH Le diviseur 6 20 fournit lui à sa sortie A un signal à haut niveau à un instant t 6 (voir courbe Al) distant de 47 périodes du signal à la fréquence FR-F, soit 47 TR-O A partir de l'instant t 6, la porte ET 20 reçoit deux entrées à haut niveau et la bascule 21 commute à l'état 1 ce aui inhibe le fonctionnement des diviseurs 6 et 8 et 25 ramène très rapidement, à un instant t 7 tres voisin de l'instant t 6 les signaux A et B à bas niveau Pendant la duree s'étendant des instants t 5 à t 7, le détecteur de coincidence 7 fournit un signal de commande IC (voir courbe ICI) vers l'oscillateur commandé 1, ce signal étant sensiblement nul entre les instants t 6 30 et t 7 puisque le détecteur 7 effectue la différence entre les deux signaux incidents On notera que la durée d'intervalle t 5- t 6 est d'autant plus grande que le désaccord de la fréquence F de l'oscillateur commandé 1 est important par rapport à la fréquence FO recherchée Apres l'instant t 7, le détecteur de coincidence 24 35 recherche la co Yncidence ou quasi-coincidence suivante des signaux aux fréquences FH et FR-F, quasi-coincidence qui apparaît pour les instants t 8 et t 9 indiqués sur la figure. On notera que si des coincidences avaient été détectées par hasard entre les instants t 3 et t 8, une impulsion I non représentée sur la figure pourrait apparaître mais cette impulsion 5 n'aurait aucun effet sur le déroulement des opérations indiquées précédemment. L'ensemble de courbes B 2, A 2, i C 2 indique le cas o le décalage de fréquence de l'oscillateur commandé par rapport à la fréquence souhaitée est en sens inverse du cas illustré 10 précédemment, c'est-à-dire que la durée 47 TR_ O est inférieure à 4TH au lieu d'8 tre supérieure à 4TH Alors, apparaît une impulsion de commande IC 2 de polarité inverse de celle indiquée précédemment. Enfin, l'ensemble de courbes B 3, A 3, IC 3 indique le cas 15 ou la fréquence de l'oscillateur commandé se rapproche de la fréquence F O souhaitée En ce cas, la largeur des impulsions de commande est sensiblement nulle du fait que 4TH = 47 TR-o Il apparaît néanmoins un petit signal d'erreur, aléatoirement positif ou négatif selon que, comme cela apparatt sur la figure, les 20 décalages t 3-t 4 et t 8-t 9 sont positifs ou négatifs. CALCUL D'ERREURS. On peut apprécier la précision obtenue pour la fréquence FO en effectuant un calcul d'erreurs basé -sur des valeurs numeriques réalistes. Une premiere erreur est celle due au temps de propagation dans les diviseurs On peut rendre ces temps de propagation sensiblement égaux en introduisant des retards appropriés et, si le diviseur par 47 comprend par exemple 18 opérateurs élémentaires présentant chacun une erreur aléatoire de 10 nanosecondes, 30 l'erreur d'ensemble sera de 180 nanosecondes et une erreur équivalente existe pour l'autre diviseur et sôn système de compensation On aura donc une erreur possible d T de l'otdre de + ou -400 nanosecondes L'erreur de fréquence sera alors de l'ordre de: d F 1 = (FR-FO) x d T/2TH, soit 183,6 k Hz x 0,4/128 = + ou 0, 6 k Hz. 35 Une deuxième erreur est due à la largeur de la fenêtre de détection du détecteur de coincidence 24 Si l'on choisit une fenêtre d'une largeur égale au quart de la période T Ro, soit environ 5,45-/4 = 1, 4 ms, l'erreur d F correspondante sera d F 2 = (FR-F 0) x 1,4 ns / ( 2 x 64 ms) = 2 k Hz. Cette erreur variera de O à + 2 k Hz, mais, contrairement 5 à ce qui a été exposé dans la description précédente, elle peut être choisie pour être toujours dans le même sens D'autre part, elle peut être partiellement compensée pour arriver à une valeur de + ou 200 Hz. Une troisième erreur est celle due à l'oscillateur 10 commandé lui-même et aux pertes dans le condensateur de mémorisation 10 En supposant que le courant de fuite dans ce condensateur soit de 0,5 microampere et que le courant de commande IC puisse avoir une valeur maximale de 10 milliampères, si l'on considère qu'il peut y avoir trois échantillonnages par période de 15 retour trame qui est de 1,4 ms pour une durée de trame de 20 ms, la largeur d'impulsions T sera telle que: ( 20 1,4) IE = 3 T x IC, soit T = 0,32 ms, ce qui nous donne une erreur de fréquence d F 3 = 220 Hz. L'erreur totale sera donc de 600 + 200 + 220 Hz, soit 20 environ 1000 Hz (lk Hz) Il s'agit là d'une erreur tout à fait minime pour un signal recherché d'une fréquence de 4,250 M Hz On peut donc même élargir la fenêtre du détecteur de coïncidence pour la porter à une valeur égale à celle de la période de FR-F 0, ce qui quadruple l'erreur lice à l'impulsion d'initialisation et 25 augmente seulement de 600 Hz l'erreur totale. EXEMPLES D'APPLICATION. La figure 3 représente une application de la présente invention dans laquelle on génire toute une série de fréquences de référence à partir de la fréquence de référence fournie par un 30 oscillateur à quartz asservi sur la fréquence de référence du système PAL égal à 4,43 M Hz Comme cela est représenté sur la figure, on peut ainsi générer la fréquence de base du système NTSC qui est de 3,57 M Hz ou les fréquences de base du système SECAM de 4,25 et 4,406 M Hz Des valeurs numériques ont été indiquées 35 précédemment pour obtenir la valeur de référence de 4,25 M Hz Pour obtenir la valeur de référence de 3,57 M Hz, il convient de prévoir pour le diviseur 6 une valeur Ni = 55 et pour le diviseur 8 une valeur N 2 = 1 Pour la fréquence de 4,406 M Hz, il convient de prévoir pour le diviseur 6 une valeur NI = 7 et pour le diviseur 8 la même valeur N 2 = 4 que pour le cas de l'autre f rquence de référence du système SECAM. Comme l'indique la figure 3, étant donné que l'on n'a pas besoin simultanément des fréquences de référence NTSC et SECAM, il est possible d'utiliser un seul ensemble de diviseurs par exemple pour la fréquence de référence à 4, 25 M Hz du SECAM et 10 la fréquence de référence à 3,57 M Hz du NTSC Des moyens de conditionnement sont prévus pour modifier le facteur de- division de ce diviseur De même, le facteur de division du diviseur 8 sera modifié pour passer de 4 à 1 selon que l'on cherche à obtenir la fréquence de référence du SECAM ou du NTSC. La figure 4 indique de même comment a partir d'une fréquence de référence arbitraire de 4 M Hz, on peut générer toutes les fréquences souhaitées à condition de choisir des valeurs convenables pour les facteurs de division Ni et N 2 Pour obtenir la fréquence de référence du PAL à 4,43 M Hz, le diviseur par Ni ( 6 A) 20 effectue une division par 111 et le diviseur par N 2 ( 8) une division par 4 Pour fournir un signal de référence NTSC à 3,57 M Hz, le diviseur par N 1 ( 6 A) effectue une division par 27 tandis que le diviseur par N 2 effectue une division par l'unité Pour fournir-la frequence de reference SECAM du bleu à 4,25 M Hz, le diviseur par 25 Ni ( 6 A) effectue une division par 16 tandis que te diviseur par N 2 ( 8) effectue une division par l'unite ' Enfin, pour obtenir la fréquence de référence SECAM à 4,406 M Hz, le diviseur par Ni ( 6 B) (distinct du diviseur 6 A puisque les deux signaux SECAM doivent être disponibles simultanément) effectue une division par 26 alors 30 que le diviseur par N 2 ( 8) effectue toujours une division par l'unité Bien entendu, des moyens de commutation sont prévus pour modifier l'oscillateur commandé l A et le diviseur par Ni 6 A selon que l'on souhaite obtenir un signal de fréquence de référence à 4,43, 3,57 ou 4,25 M Hz De même, en figures 3 et 4, on n'a pas représenté les ensembles de circuits logiques destinés à assurer le bon fonctionnement du système, ces ensembles étant analogues à ceux décrits précédemment en relation avec la figure 1. 49660 ll REVENDICATIONS. 1 Synthétiseur d'une fréquence déterminée (F 0) à partir de deux fréquences de référence (FR et FH), cette fréquence déterminée étant telle que | FR-FO = N FH avec N = N 1/N 2, Ni et N 2 étant des entiers positifs, comprenant un oscillateur 5 commandé dont la fréquence libre F est voisine de F 0, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un premier multiplieur ( 3) recevant FR et F et fournissant la fréquence FR-F, un premier diviseur ( 6) muni d'une entrée de remise à 10 zéro recevant la fréquence FR-F et fournissant la fréquence FR-F/Nl, un deuxième diviseur ( 8) muni d'une entrée de remise à zéro recevant la fréquence FH et fournissant la fréquence FH/N 2, un premier détecteur de coincidence ( 7) recevant les 15 sorties des premier et deuxième diviseurs et fournissant vers l'oscillateur commandé ( 1) un signal de commande positif ou négatif selon que le signal du premier diviseur est en avance ou en retard sur celui du second, des moyens de validation ( 20 à 24) agissant sur les 20 entrées de remise à zéro des deux diviseurs pour les valider dès que deux impulsions des signaux aux fréquences | FR-F et FH apparaissent sensiblement -simultanément et jusqu'à ce que les sorties des deux diviseurs soient simultanément à haut niveau. 2 Synthétiseur selon la revendication 1, caractérise en 25 ce que les moyens de validation comprennent un second détecteur de coïncidence ( 24) fournissant un signal quand l'écart entre des fronts déterminés, de montée ou de descente, des signaux d'entrée des diviseurs est inférieur à un seuil déterminé 3 Synthétiseur selon la revendication 1, caractérisé'en 30 'ce que la deuxième fréquence de référence est obtenue par division de la premiere.