Brevet FR2564663A1 — publié le 19851122

"DEMODULATEUR DE FREQUENCE A LARGEUR DE BANDE A3USTABLE" L'invention concerne un démodulateur de fréquence à largeur de bande ajustable en cours de fonc- tionnement, utilisé dans un récepteur d'images recevant entre autres des signaux de synchronisation, notamment de trame, démodulateur du type à boucle d'asservissement de phase constituée essentiellement d'un comparateur de phase, d'un filtre et d'un oscillateur à fréquence com- mandée par une tension. Un domaine d'application particulièrement intéressant d'un tel démodulateur est celui de la télé- diffusion par satellite. Les émetteurs utilisés ont une puissance limitée et de ce fait les récepteurs doivent avoir une immunité au bruit aussi élevée que possible. Le courbe représentant le rapport signal/bruit du signal démodulé par rapport au rapport signal/bruit du signal d'entrée présente une partie, pour un signal d'entrée peu bruité, dans laquelle les deux rapports évoluent de fa- çon sensiblement proportionnelle. Par contre, au dessous d'un certain seuil, dit seuil de démodulation, le rapport signal/bruit du signal démodulé se détériore très rapi- dement lorsque le rapport signal/bruit du signal d'entrée diminue. Pour cette application le démodulateur à boucle d'asservissement est celui qui présente les meilleures performances de seuil de démodulation. Cependant lorsque la réception est particu- lièrement mauvaise, un démodulateur de ce type procure une image dégradée par des nombreux points blancs ou noirs. Une réduction de la bande passante du démodulateur à mesure que le rapport signal/bruit se dégrade permet d'obtenir une image dont le contraste maximum diminue, mais dont le bruit est réduit dans une proportion telle que le résultat global est plus agréable. Un démodulateur dans lequel on fait varier le seuil de démodulation en fonction du signal d'entrée et de la distorsion en sortie est décrit par le brevet japonais n0 57-171808 déposé le 15.04.81. Ce démodulateur utilise le signal d'entrée redressé qui est ajouté à une composante de distorsion prélevée en sortie et également redressée pour fixer la valeur de seuil à l'entrée d'un amplificateur opération- nel qui fournit la tension démodulée. Il présente l'in- convénient, en ce qui concerne le problème technique exposé ci-dessus, que la variation du seuil de démodula- tion n'est pas liée directement au rapport signal/bruit, car il n'y a pas toujours une correspondance systémati- que entre le niveau du signal d'entrée ou la distorsion et le rapport signal/bruit. L'invention se propose d'améliorer encore les conditions de réception en prévoyant un nouveau moyen de réglage de la largeur de bande du démodulateur. A cet effet, le démodulateur selon l'inven- tion est notamment remarquable en ce qu'il comporte un circuit échantillonneur pour prélever au début d'un si- gnal de synchronisationi de trame un échantillon de signal démodulé en sortie du-démodulateur, muni d'un redresseur pour redresser le signal dudit échantillon, un compara- teur pourcomparer le signal d'échantillon redressé à une tension continue prédéterminée, et en ce que la sor- tie de-ce comparateur qui fournit un signal de correction, est reliée à une entrée de commande du gain d'un amplifi- cateur à gain réglable qui est inséré dans la boucle d'asservissement. Le dispositif selon l'invention présente l'intérêt de fournir une mesure particulièrement précise et fiable du bruit en sortie, puisqu'il mesure ce bruit pendant un instant (au début d'un signal de synchronisa- tion de trame) o le signal est exclusivement composé de bruit, au lieu de chercher à mesurer le rapport signal/ bruit en presence d'un signal utile. Le démodulateur selon l'invention est avan- tageusement muni d'un diviseur de fréquence de trame, de façon à prélever un échantillon lors d'un seul signal de synchronisation de trame parmi une pluralité de tels signaux. Ainsi on évite une dégradation de l'image qui pourrait se produire si l'on effectuait une correction à chaque début de trame, à cause de phénomènes transi- toires qui peuvent apparaître lors de la correction. Dans un mode de réalisation particulier le démodulateur selon l'invention comporte une mémoire pour enregistrer la valeur du signal échantillonné redressé ou celle du signal de correction. L'amplificateur à gain réglable est avanta- geusement constitué de deux voies en parallèle, l'une pour les fréquences les plus basses et l'autre pour les fréquences les plus élevées, la voie destinée aux fré- quences les plus élevées étant à gain réglable, alors que la voie destinée aux fréquences les plus basses est à gain fixe. Ainsi l'asservissement est maintenu en per- manence pour les fréquences basses ou les dérives lentes, et la boucle ne risque pas de décrocher. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réali- sée. La figure 1 représente le schéma bloc d'un démodulateur selon l'invention. La figure 2 représente un mode de réalisation de l'amplificateur à gain réglable. Le démodulateur de la figure 1 comporte une boucle d'asservissement de phase constituée essentielle- ment d'un comparateur de phase 3, d'un filtre 4 et d'un oscillateur à fréquence commandée par une tension 5. Le signal à démoduler est amené sur la borne d'entrée 1. Il traverse un amplificateur à fréquence in- termédiaire 22 à gain réglable, un filtre de fréquence intermédiaire 2, éventuellement un amplificateur liné- aire 23, et est enfin amené à une entrée du comparateur de phase'3 dont l'autre entr-ee (inférieure, sur la fi- gure) est reliée à la sortie de l'oscillateur à fréquence commandée 5.'. Le produit du comparateur -de phase 3 est amené à l'entrée-du filtre de boucle passe bas 4, traver- se un amplificateur 6 qui sera étudié plus en détail ci- dessous et est enfin amené à la borne 13 de sortie du signal démodulé. Ce signal de sortie-est en outre amené à l'entrée de commande de la fréquence de l'oscillateur 5 à fréquence commandée-. - Le filtre à fréquence intermédiaire 2 est partie intégrante dudémoduleteur car la bande étroite de Ia boucle'd'asservissement n'est pas suffisante pour combattre le bruit. Ce filtre 2 doit être à bande assez large pour éviter une distorsion excessive, et assez étroite pour améliorer le seuil de démodulation. Une lar- geur de 30 Mhz est souhaitable. Pour une fréquence inter- médiaire choisie, par exemple, à 441Mhz, un filtre à on- * 20 des de surface est un bon choix. Le détecteur de phase 3 est un mélangeur en anneau équilibré, réalisé au moyen de diodes Schottky a-fin d'obtenir une vitesse suffisante. - -' ' L'oscillateur 5 à fréquence commandée par une - tension est un modèle à grande sensibilité, -d'environ 22 Mhz/volt qui permet une grandelargeur-de bande de boucle sans distorsion significative. Le démodulateur selon l'invention comporte un circuit échantillonneur 10, 12, 25 pour prélever au début d'un signal de synchronisation de trame appliqué à la borne 11, un échantillon du signal de sortie (13) du démodulateur, signal de sortie qui passe dans, un filtre 8 et un amplificateur 9 et est redressé-dans un circuit redresseur 10. L-e- filtre 8 et l'amplificateur 9 peuvent- avant-ageusement 'être constitués par le filtre et l'ampli- ficateur vidéo u:tilisés en- généra]. dans la partie vidéo d'un récepteur d'images. Le signal de sortie de l'échantillonneur est appliqué via un circuit 14 qui sera expliqué plus loin à une entrée d'un comparateur 7 o il est comparé à une tension continue prédéterminée amenée sur une autre entrée 21. La valeur de cette tension continue est choisie de façon qu'elle soit pratiquement égale à la tension de bruit redressée issue normalement de l'échan- tillonneur lorsque le rapport signal/bruit du signal dé- modulé est de 30 dB. Ainsi, le comparateur ne fournit pas de signal de correction tant que le rapport signal/ bruit est meilleur que 30 dB. La sortie de ce comparateur 7, qui fournit ainsi un signal de correction de la bande passante du démodulateur est relié à l'entrée de comman- de de gain 16 de l'amplificateur 6 à gain réglable insé- ré dans la boucle. L'échantillonneur 10, 12, 25 fonctionne de la manière suivante: lors de l'arrivée d'une impulsion de trame sur la borne 11, le circuit 12 met en forme cette impulsion pour commander, pendant le laps de temps o il n'y a aucun signal vidéo et o par conséquent on ne doit trouver que du bruit en sortie du démodulateur, la mise en route du circuit redresseur 10, par exemple par la fermeture d'une porte 25 disposée à l'entrée du cir- cuit 10, afin de ne fournir un signal d'entrée à ce re- dresseur que pendant ledit laps de temps. La tension re- dressée lissée dans un condensateur peut être appliquée directement au comparateur 7. I1 est toutefois préférable de mémoriser cette valeur afin qu'elle soit maintenue entre deux prises d'échantillon. C'est pourquoi la mémoi- re 14 est insérée entre la sortie du redresseur 10 et l'entrée du comparateur 7. L'instant d'enregistrement de la mémoire 14 est commandé également par le circuit de mise en forme 12. La mémoire 14 peut être constituée par un simple condensateur associé à des circuits d'adapta- tion d'impédance et/ou de porte, faciles à réaliser par l'homme du métier. Il peut aussi s'agir d'une mémoire numerique, auquel cas elle est précédée d'un convertis- seur analogique/numérique et le comparateur 7 est lui aussi numérique, et suivi d'un convertisseur numérique/ analogique. Le circuit 12 contient aussi de préférence un diviseur de fréquence de trame. Les signaux de synchro- nisation de trame appliqués à l'entrée 11 sont comptés, et seulement un signal sur mille signaux. par exemple, est utilisé pour déclencher un échantillonnage. La fré- quence de trame étant par exemple de 50 Hz, l'échantil- lonnage est effectué toutes les 20 secondes. Ceci a pour but d'éviter que des phénomènes transitoires consécutifs au réajustement du démodulateur puissent être visibles, ce cui pourrait être le cas s'ils se produisaient à cha- que image. La figure 2 montre un amplificateur à gain réglable 6, connecté entre la sortie du filtre de boucle 4 et la borne de sortie de signal démodulé 13. Cet am- plificateur est constitué de deux voies en parallèle, l'une comportant un filtre passe bas 18 pour les fréquen- ces les plus basses et l'autre comportant un filtre passe haut 17 pour les fréquences les plus élevées, et la voie destinée aux fréquences les plus élevées est à gain régla- ble grâce à un transistor FET 20 utilisé en résistance variable, alors que 1a voie destinée aux fréquences les plus basses est à gain fixe. Les signaux issus de ces deux voies sont ajoutés dans un circuit d'addition 19 et le signal somme est fourni en sortie 13. Le filtre de boucle 4 et le filtre passe haut 17 peuvent éventuelle- 0 ment être combinés en un seul filtre passe bande à la place du filtre 17. La séparation en deux voies permet un controle distinct du comportement statique et du com- portement dynamique de la boucle, et permet d'obtenir ensemble une bonne stabilité et une bande vidéo large. Une largeur de bande de la boucle supérieure à 22 MHz est necessaire dans les conditions normales (pour un rapport 2S64663 signal/bruit du signal d'entrée supérieur ou égal à 14 dB. La voie reglable de l'amplificateur 6 est en pratique constituée d'une partie amplificatrice à gain fixe associée à un atténuateur variable 20. Selon la figure 1 à nouveau, le signal de correction issu du comparateur 7 est également amené à l'amplificateur à fréquence- intermédiaire 22 à gain réglable, pour le réglage de son gain. Lors de la dégradation du rapport signal/bruit la bande passante de l'en- semble est réduite par le réglage de l'amplificateur 22, alors que le réglage de l'amplificateur 6 augmente le coefficient d'amortissement de la boucle 3, 4, 5, 6. Le bruit en dessous du seuil de démodulation appara!t sous la forme d'impulsions de décrochage, appelées aussi "cliks'i d'ampli- tude et de largeur variées. Par la réduction de la largeur de bande de la boucle, le démodulateur évite beaucoup de cliks. La largeur mi- nimale de bande de la boucle est ajustée à environ 10 MHz. Avec cette valeur, des images acceptables sont obtenues à partir d'un signal- d'entrée ayant un rapport porteuse/bruit de 2 dB seulement. La tension continue prédéterminée appliquée à la borne 21 est avantageusement obtenue dans un circuit de mesure 24 et ajoutant une tension continue proportionnelle à la valeur du signal vidéo uti- le (c'est-à-dire du signal d'image en dehors des tops de synchronisa- tion) et une tension continue constante de valeur prédéterminée fixe. La majeure partie de la tension continue.engendrée par le circuit 24 et appliquée à la borne 21 est cependant fixe, car en- ajoutant les deux tensions, le circuit 24 introduit une pondération telle que la tension constanteest prépondérante et la tension propor- tionnelle au signal vidéo représente au plus environ 10% de la ten- sion totale. Cette disposition a pour but de corriger le seuil de dé- modulation en fonction du contenu du signal (blanc/noir) pour tenir compte du fait que les cliks se voient plus dans le noir que dans le blanc. I1 faut noter qu'un limiteur n'est pas nécessaire dans.ce démodulateur, et que l'existence d'un dispositif limiteur, tel qu'un limiteur proprement dit ou un multiplieur de Gilbert, augmenterait le seuil de démodulation. Un niveau de porteuse de OdBm à l'entrée du comparateur de phase donne une largeur de bande de boucle de 23 MHz environ, et pour -15 dBm, celle- ci descend à 12 Mhz. Quand le rapport porteuse/bruit est très bas, 2 dB par exemple, la largeur est automatiquement réduite à 10 Mhz. Ainsi la qualité subjective de l'image se dégrade mais de manière non dramatique, comparée à un démodulateur ordinaire qui n'est pas utilisable à de tels niveaux de rapport signal/bruit. Bien entendu des variantes peuvent être ima- ginées au schéma décrit ici à titre d'exemple, sans sor- tir du cadre de l'invention. Par exemple la porte 25 peut être placée ailleurs dans le trajet allant de la borne 13 à la mémoire 14. La mémoire 14 pourrait aussi être en aval du comparateur 7 pour mémoriser la tension de correc- tion (qui serait alors établie transitoirement au début du signal de synchronisation trame) au lieu de mémoriser l'échantillon redressé servant à établir la comparaison. REVENDICATIONS: 1. Démodulateur de fréquence à largeur de bande ajustable en cours de fonctionnement, utilisé dans un recepteur d'images recevant entre autres des signaux de synchronisation, notamment de trame, démodulateur du ty- pe à boucle d'asservissement de phase constituée essen- tiellement d'un comparateur de phase, d'un filtre et d'un oscillateur à fréquence commandée par une tension, carac- térisé en ce qu'il comporte un circuit échantillonneur pour prélever au début d'un signal de synchronisation de trame un échantillon de signal démodulé en sortie du dé- modulateur, muni d'un redresseur pour redresser le signal dudit échantillon, un comparateur pour comparer le signal d'échantillon redressé à une tension continue prédétermi- née, et en ce que la sortie de ce comparateur qui four- nit un signal de correction est reliée à une entrée de commande du gain d'un amplificateur à gain réglable qui est inséré dans la boucle d'asservissement. 2. Démodulateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il est muni d'un diviseur de fréquence de trame, de façon à prélever un échantillon lors d'un seul signal de synchronisation de trame parmi une plurali- té de tels signaux. 3. Démodulateur selon l'une quelconque des re- ventications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire pour enregistrer la valeur du signal échantillon- né redressé ou celle du signal de correction. 4. Démodulateur selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que, ledit ampli- ficateur à gain réglable étant constitué de-deux voies en parallèle, l'une pour les fréquences les plus basses et l'autre pour les fréquences les plus élevées, la voie destinée aux fréquences les plus plus élevées est à gain réglable, alors que la voie destinée aux fréquences les plus basses est à gain fixe. 5. Démodulateur selon l'une quelconque des re- 2564663, vendications i à 4, comportant en outre, en amont.du comparateur de phase dans le trajet d'amenée du signal à démoduler, un amplificateur à fréquence intermédiaire à gain réglable, caractérisé en ce que le signal de cor- rection issu du comparateur est également amené audit amplificateur à fréquence intermédiaire pour le réglage de son gain. 6. Démodulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite tension continue prédéterminée utilisée dans le comparateur est obtenue dans un circuit de mesure (24) en ajoutant une tension continue proportionnelle à la valeur du signal vidéo utile et une tension continue constante de valeur prédéterminée fixe.