Brevet FR2562351A1 — publié le 19851004

COMPARATEUR DE PHASE A FONCTIONNEMENT LINEARISE ET BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE COMPRENANT UN TEL COMPARATEUR DE PHASE La présente invention concerne un comparateur de phase à fonctionnement Linéarisé, ainsi qu'une boucle à verrouillage de phase comprenant un tel comparateur de phase. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4.378.509 décrit un comparateur de phase composé notamment de deux mémoires Logiques temporaires 20 et 21 (en anglais, Latch) dont chacune reçoit une des deux entrées FREF et FVC0 du comparateur. Les sorties respectives de ces mémoires sont combinées par L'intermédiaire d'une porte logique 23, dont la sortie est renvoyée vers les entrées de remise à zéro (en an- glais, reset) des mémoires. La Linéarisation du fonctionnement du compa- rateur est obtenue par le fait qu'un circuit à retard 24 est prévu entre la sortie de la porte 23 et lesdites entrées de remise à zéro, le retard ainsi apporté aux signaux correspondants éliminant la zone de fonctionne- ment non linéaire du comparateur. Un premier but de L'invention est de proposer un comparateur de phase dont le fonctionnement est également tinéarisé mais par d'autres moyens. A cet effet, le comparateur de phase selon l'invention est caractérisé en ce qu'il lui est associé un étage auxiliaire dit de réduction de dynamique composé d'une part de moyens de réduction d'une valeur déterminée de la différence de phase entre les deux entrées du comparateur et d'autre part de moyens de restitution de ladite valeur en sortie du comparateur par l'intermédiaire de moyens de retardement de l'information exprimant cette valeur. Ainsi,-comme la valeur mesurée par Le comparateur est plus faible que la différence de phase existant réellement, le résultat est moins affecté par les non-Linéarités du com- parateur (à titre d'exemple, pour les comparateurs à caractéristique sinusoïdale, la distorsion est d'autant moins grande que le déphasage à mesurer est plus faible, puisque l'approximation de sine par 0 est d'autant meilleure que O est plus faible). Un autre but de l'invention est de proposer une boucLe à verrouillage de phase comprenant un comparateur de phase à fonctionnement Linéarisé. En effet, au-delà d'une certaine valeur de différence de phase, Le comparateur ne peut plus mesurer cette différence avec préci- sion à cause des non-Linéarités de sa fonction de transfert. Il en résulte une dégradation des performances de La boucLe, qui risque même de ne plus parvenir à se verrouiller sur Le signal d'entrée. La boucle selon L'invention, qui comprend de façon tradition- nelle un comparateur de phase, un filtre de boucle et un osciLLateur, respectivement pour mesurer la différence de phase entre un signal d'entrée sur LequeL doit se produire Ledit verrouiLLage et le signal de sortie de l'oscillateur, pour transmettre à l'oscillateur Ladite diffé- - rence de phase en la filtrant, et pour délivrer vers Le comparateur de phase un signal dont la fréquence est corrigée dans le sens d'une dimi- nution de ladite différence de phase, est alors caractérisée en ce qu'iL Lui est associé un étage auxiliaire dit de réduction de dynamique compo- sé d'une part de moyens de réduction d'une valeur déterminée de La diffé- rence de phase entre Les deux entrées du comparateur et d'autre part de moyens de restitution de ladite valeur en sortie du comparateur par l'in- termédiaire de moyens de retardement de L'information exprimant cette valeur. De la sorte, la précision de ta mesure de la différence de phase opérée par le comparateur à L'intérieur de la boucle est améliorée, puisque, par le biais de La réduction provisoire (d'une quantité connue) de la grandeur à mesurer, Ladite mesure'-s'effectue dans la région liné- aire de la caractéristique du comparateur. Les particularités et avantages de l'invention apparâttront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples et dans lesquels: - La figure 1 montre un premier exemple de réalisation de l'invention, dans lequel un étage auxiliaire de réduction de dynamique est associé à un comparateur de phase; - La figure 2 montre un exemple de boucle à verrouillage de phase équipée d'un tel étage auxiliaire; - la figure 3 montre, dans le cas o la boucle selon l'in- vention fait partie d'un démodlateur de fréquence pour récepteur de télévison selon Le standard SECAM, Le filtre nécessaire pour obtenir finalement le signal de différence de couLeur désaccentué. -3- Le comparateur de phase!CC représenté dans un mode parti- culie'r de réalisation sur la figure 1 comprend ici un filtre de quadra- ture 10 qui reçoit le signal d'entrée et délivre sur une sortie 11 ce signal d'entrée retardé, dont La phase est notée,,E et sur une sortie 12 ce mème signal retardé mais déphasé de i/2 et dont La phase est donc notée E + T/2. Les sorties 11 et 12 sont reliées aux premières entrées respectives de deux multiplieurs 20 et 30 dont les deuxièmes entrées reçoivent les sorties respectives de deux mémoires mortes 40 et 50 dont l'adressage est commun et qui sont commandées directement par le signal auquel va être comparé le signal de phase XE. Ces mémoires 40 et 50 transforment l'information de phase 4 présente sur cette entrée commune respectivement en l'expression sin(4 + 1T/2) et l'expression sin Un sommateur 60 reçoit sur son entrée positive la sortie du multiplieur et sur son entrée négative celle du muLtiplieur 30, et délivre un si- gnal sin 4E cos - Cos E' sin = sin(i E -),' c'est-à-dire par approximation E - 4 lorsque cette différence est faible. A ce comparateur 100 est associé un étage auxiliaire 200, dit de réduction de dynamique et composé d'une part d'un additionneur 210 recevant des entrées 4S et 40 et transmettant au comparateur 100 la somme ( +S 4 0), d'autre part d'un additionneur 220 recevant la sortie du comparateur 100 et y ajoutant l'entrée 0 de l'additionneur 210 retardée par un circuit à retard 230, et enfin d'un circuit 240 engendrant le signal 40 fourni directement à l'additionneur 210 et par l'intermé- diaire du circuit 230 à l'additionneur 220 Ce circuit 240 comprend un somnmateur 241 recevant sur une première entrée positive directement La sortie du comparateur 100, sur une deuxième entrée négative cette même. sortie du comparateur 100 mais après traversée d'un filtre 242, et sur une troisième entrée positive sa propre sortie 60 mais retardée par un circuit à retard 243. Le fonctionnement de ce mode de réalisation du comparateur équipé de l'étage auxiliaire 200 de réduction de dynamique est le suivant. Sur l'entrée du comparateur 100 qui recevrait en l'absence de l'étage 200 l'information S', on ajoute une information 40 qui, 'ajoutée à 45, va diminuer la différence de phase mesurée par le comparateur et qui est -valuée, comme indiqué dans le paragraphe précédent, principale- ment à partir de la sortie dudit comparateur, dans le circuit 240. -4- Le comparateur de phase délivre alors une information qui, au lieu d'être du type sin ( E - qS), est du type sin( plus alors, pour rétablir L'exactitude du résultat fourni par Le compara- teur 100, qu'à Lui ajouter l'information 40 qui avait artificiellement réduit d'autant la différence de phase à mesurer. Le comparateur ainsi proposé peut être notamment introduit dans une boucLe à verrouillage de phase, par exemple de type numérique, teLle que celltte représentée sur la figure 2. Cette boucLe numérique com- prend ici Le comparateur 100, l'étage auxiliaire 200, un filtre de boucle 300 et un oscillateur 400 commandé numériquement. Le comparateur mesure la différence de phase existant entre le signal d'entrée de phase SE sur Lequel doit se verrouiller la boucle et le signal de phase ( à l'osciLlateur 400 la différence de phase obtenue en sortie du compara- teur 100 et corrigée par action de l'étage 200. Le signal ainsi transmis à l'osciLlateur 400 modifie la fréquence de celui-ci de façon que La différence de phase diminue, ce processus assurant Le verrouillage de La boucle sur Le signal de phase DE Le comparateur 100 et l'étage 200 comprennent Les mêmes éléments que précédemment. Le filtre de boucle 300 est un filtre passe- bas. L'osciLlateur 400 est du type à accumulateur et comprend un addi- tionneur 401 recevant sur une première entrée sa propre sortie après traversée d'un circuit à retard 402 et d'un fiLtre 403 identique au fiLtre de boucle 300, sur une deuxième entrée La sortie du filtre de boucle 300, et sur une troisième entrée une constante d'accumulation p représentant l'incrément de phase. Les retards apportés par Les circuits à retard 243 et 402 sont égaux à un nombre entier de périodes dtchan- tillonnage, en général une période. Une boucte à verrouillage de phase possédant cette structure présente en matière de stabilité, de précision, de rapidité et de bande de fréquence des performances meilleures que celles obtenues avec La mêie boucle non équipée de l'étage auxiliaire 200. Dans Le cas décrit d'une boucle dont Le comparateur de phase est à double multipLieur, la linéari- sation du fonctionnement du comparateur permet à cette boucle de tra- vaiLLer pratiquement dans toute La bande de Nyquist (à l'exclusion de La fréquence nulle, de la demi-fréquence d'échantillonnage et des fréquences -5- voisines de ces deux fréquences). De Dlus, une telle boucle, utilisée dans un démodulateur de fréquence, présente une extension de seuil sou- vent supérieure à celle obtenue avec des boucles à verrouiLLage de phase analogiques; en effet, alors qu'en analogique la valeur minimale du gain de boucle est limitée par les dérives à long terme des composants, pour une boucle numérique ce gain peut prendre la vaLeur optimale 1 (c'est- à-dire que, la boucle étant ouverte, un déphasage continu A1 à son en- trée provoque un déphase continu -Aà en sortie de l'oscillateur). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés à partir desquels des va- riantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'inven- tion. On notera en particulier que, dans le cas décrit d'une boucle numé- rique, le filtre de boucle est un filtre numérique, et que ce filtre, voire La boucle entière, peut, si la fréquence d'échantillonnage n'est pas trop élevée, être remplacé par un microprocesseur exécutant les mêmes' fonctions. On remarque aussi que la valeur de différence de phase obte- nue en sortie du comparateur 100 est minimale quand la fonction de trans- fert du filtre auxiliaire 242 est égale à celle de la boucle, en boucle fermée, et que le retard apporté par le circuit à retard 230 est limité à une période d'échantillonnage. Cependant, comme en pratique on recher- che non pas nécessairement l'obtention d'une valeur minimale mais seule- ment le maintien de la mesure effectuée par le comparateur à l'intérieur d'une certaine dynamique, cette fonction de transfert du filtre 242 peut n'être qu'une approximation de celle cité ci-dessus, et le retard apporté par le circuit 230 peut être supérieur à une période. Par ailleurs, dans le cas d'un démodulateur de l'information couleur dans un récepteur de télévision de type SECAM, on choisit de pré- férence pour le filtre de boucle 300, le filtre 242 et le filtre 403 une fonction de transfert identique et égale à celle du filtre de désac- centuation défini dans le codage SECAM, mais ces fonctions de transfert du filtre 403 peuvent chacune n'être qu'une approximation de cetLle sou- haitée. Dans tous les cas, le signal de différence de couleur désaccentué est obtenu après traversée d'un filtre représenté sur la figure 3, placé en sortie de l'oscillateur 400 et composé d'un circuit à retard 501 et de deux soustracteurs 502 et 503: la sortie du premier soustracteur 502 -6- donne la différence de phase entre deux échantillons en général succes- sifs du signal de sortie de L'osciLLateur, tandis que le deuxième sous- tracteur 503 soustrait de cette différence La constante d'accumulation p, qui représente ici L'incrément de phase de la sous-porteuse couleur entre deux échantillons successifs, et déLivre ainsi un signal proportion- neL au signal de différence couLeur. On notera bien évidemment que ces dernières remarques s'appLiquent aussi dans te cas d'un récepteur multi- standard,ou même utilisant Le standard C-MAC paquets. 62351 REVENDICATION: 1. CamDarateur 3e P"ase -ecevant un signa d'entrée et un signal à comparer à ce signal d'entrée, caractérisé en ce qu'il lui est associé un étage auxiliaire dit de réduction de dynamique composé d'une part de moyens de réduction d'une valeur déterminée de la différence de phase entre Les deux entrées du comçarateur et d'autre part de moyens de restitution de ladite valeur en sortie du comparateur par l'intermédiaire de moyens de retardement de l'information exprimant cette valeur. 2. Boucle à verrouillage de phase comprenant un comparateur lo de phase, un filtre de boucle et un oscillateur, respectivement pour me- surer la différence de phase entre un sighal d'entrée et le signal de sortie de L'oscillateur, pour transmettre à L'oscillateur ladite diffé- rence de phase en la filtrant, et pour délivrer vers le comparateur de phase un signal dont la fréquence est corrigée dans le sens d'une dimi- nution de ladite différence de phase, caractérisée en ce qu'iL Lui est associé un étage auxiliaire dit de réduction de dynamique composé d'une part de moyens de réduction d'une valeur déterminée de la différence de phase entre les deux entrées du comparateur et d'autre part de moyens de restitution de ladite valeur en sortie du comparateur par l'intermé- diaire de moyens de retardement de l'information exprimant cette valeur. 3. Boucle à verrouillage de phase selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de réduction de la différence de phase comprennent un premier additionneur recevant des entrées óS et 0 et transmettant au comparateur la grandeur (S + "d), en ce que les moyens de restitution comprennent un deuxième additionneur recevant sur une première entrée la sortie du comparateur et sur une deuxième entrée l'entrée c0 retardée du premier additionneur, et en ce que les moyens de retardement comprennent un circuit à retard. 4. Boucle à verrouillage de phase selon la revendication 3, caractérisée en ce que la grandeur 40 est fournie par un circuit de géné- ration comprenant un sommateur dont une première entrée positive est re- liée directement à la sortie du comparateur, dont. une deuxième entrée négative es-, reliée également à la sortie du comparateur mais par l'in- termédiaire d'un filtre auxiliaire, et dont une troisième entrée positive est reliée à La sortie du sommateur par L'intermédiaire d'un circuit à re-ard, la grandeur û0 étant disponible sur la sortie de ce sommateur. -8- 25562351 --8-- 5. Boucle à verrouillage de phase selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elte est numérique, en ce que la fonction de trans- fert du filtre auxiliaire est égale à ou constitue une approximation de ceLLe de la boucLe, en boucle fermée, et en ce que le retard apporté par le circuit à retard est égaL à un nombre entier de périodes d'échan- tiLLonnage. 6. Boucle à verrouillage de phase selon la revendication 5, caractérisée en ce que filtre de boucle est un microprocesseur. 7. Boucle à verrouillage de phase selon La revendication 6, caractérisée en ce que le microprocesseur contrôle l'exécution de L'en- semble des fonctions de ladite boucle.