Brevet FR2562257A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un comparateur de phase, et plus particulièrement, un comparateur de phase destiné à un dispositif d'asservissement qui main- tient constantes la vitesse de rotation et la phase d'un appareil tournant, comme un lecteur de disques vidéo. Un comparateur de phase courant a la configuration représentée sur la figure 1. Un signal de référence prove- nant de l'oscillateur de référence 1 est converti par un multivibrateur monostable 2 en un train d'impulsions A ayant une durée d'impulsions fixes. Un commutateur 4 qui est commandé par ce signal d'impulsions décharge la charge électrique d'un condensateur 3. Ce condensateur est chargé par une source de courant électrique 5 quand le commutateur 4 est ouvert. La tension résultante B aux bornes du condensateur 3 est appliquée à un commuta- teur d'échantillonnage 7 par l'intermédiaire d'un tampon 6. Cette sortie échantillonnée est conservée par un condensateur 8 dont la tension de sortie D représente un signal d'erreur de phase. Un signal à haute fréquence RF qui doit être régénéré comme dans un lecteur de disques vidéo ou simi- laire à partir duquel un signal d'erreur de phase peut être détecté, peut être démodulé par le démodulateur 9 et appliqué au séparateur 10 de signal de synchronisation. A partir du signal de synchronisation séparé qui est appliqué, le générateur 11 d'impulsions d'échantillonnage produit les impulsions d'échantillonnage C pour commander le commutateur 7. La figure 2 est une série de formes d'ondes illus- trant le fonctionnement du circuit de la figure 1, sur laquelle les formes d'ondes A à D correspondent aux signaux A à D mentionnés en regard de la figure 1. Etant donné que la phase des impulsions d'échantillonnage change en réponse à des variations de phase si elles existent du signal vidéo à régénérer, le point d'échantillonnage du signal en dents de scie entraine des variations du niveau du signal d'erreur en réponse au changement de point d'échantillonnage. Dans la configuration décrite ci-dessus, un signal d'erreur normal peut être produit si la fréquence du signal de référence est à peu près égale à celle du signal de synchronisation régénératif. Mais s'il y à une grande différence entre les deux fréquences, un signal d'erreur précis ne peut être produit pour la raison décrite ci-après. L'intervalle entre les impulsions d'échantillonnage augmente progressivement quand la fréquence du signal à régénérer diminue. Par exemple, le niveau du signal d'erreur D augmente à partir de zéro vers le côté positif comme le montre la figure 3 jusqu'à ce qu'il atteigne l'extrémité de la pente. Ensuite, il s'inverse sur le côté négatif. Le niveau augmente à nouveau, permettant que l'opération d'échantillonnage soit effectuée à la partie la plus passe de la pente. Par conséquent, un signal ayant des niveaux positifs et négatifs alternés, comme le montre la figure 3, est produit comme un signal d'erreur de phase. Le cycle de répétitions positives et négatives devient d'autant plus petit que la différence de fréquences est plus grande. Pour la raison ci-dessus, dans le cas de la commande d'un dispositif tournant asservi d'un appareil de régénération de signaux, comme d'un lecteur de disques vidéo, la commande peut être difficile et la synchronisation de l'asservissement peut être impos- sible. Selon la figure 4, un détecteur de fréquence 30 est utilisé en plus du détecteur d'erreur de phase tel que décrit en regard de la figure 1. Dans cette disposition, les signaux de sortie des deux détecteurs sont additionnés par l'additionneur 31 dont la sortie est utilisée comme un signal d'asservissement. Grâce à l'adjonction du détecteur de fréquence 30, la valeur moyenne à la sortie du comparateur de phase est nulle bien que cette sortie du comparateur de phase change alternativement de polarité entre une valeur positive et une valeur négative. Par conséquent, la sortie du comparateur de fréquence 30 est utilisée pour commander le système tournant qui doit être synchronisé à la vitesse de synchronisation et ensuite, la sortie du comparateur de phase est appliquée. Si la différence entre la vitesse du dispositif tournant et la vitesse de synchronisation est réduite, l'opération d'asservissement est déclenchée. Mais ce procédé présente un inconvénient en ce que deux dispositifs de détection sont nécessaires et qu'un réglage complique pour un asservissement précis doit être fait en raison des interférences mutuelles entre les décalages des deux dispositifs de détection. Un problème potentiel peut être soulevé par un décalage de phase à l'instant du verrouillage asservi lorsque deux circuits de détection, comme dans le mode de réalisation courant de la figure 4, sont utilisés et qu'il existe une différence entre les points de sta- bilité habituels. Un objet de l'invention est donc de proposer un comparateur de phase qui permet de produire un signal d'erreur de phase précis avec un circuit de configuration simple et qui possède également une caractéristique de détection de fréquence. Selon un mode de réalisation, le comparateur de phase comporte un dispositif d'échantillonnage et de maintien du niveau d'un signal en dents de scie utili- sant une impulsion d'échantillonnage en synchronisme avec un signal fixe pour lequel une comparaison de phase est effectuée; un dispositif qui utilise cette sortie maintenue comme un signal d'erreur de phase et un dis- positif qui détecte que la phase de l'impulsion d'échan- tillonnage se trouve en dehors de la largeur de la pente du signal en dents de scie et qui décale le signal en dents de scie. Le comparateur de phase selon un autre modede réalisa- tion de l'invention comporte un dispositif d'échantillon- nage et de maintien du niveau d'un signal en dents de scie avec lequel une comparaison de phase est effectuée, un dispositif qui utilise cette sortie maintenue comme un signal d'erreur de phase; et un générateur de signal en dents de scie comprenant un oscillateurde référence qui produit un signal de référence de fréquence fixe; un diviseur qui divise ce signal de référence; et un dispositif qui détecte que la phase de l'impulsion d'échan- tillonnage se trouve en dehors de la pente du signal en dents de scie, un dispositif qui produit, en réponse à cette sortie détectée, une impulsion de décalage ayant une durée fixe; un circuit de porte pour interrompre l'application du signal de référence au diviseur, seulement pendant une période de production d'impulsions de déca- lage de manière à produire le signal en dents de scie en fonction de l'impulsion de sortie du diviseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront-mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma simplifié d'un compa- rateur de phase de type courant, Les figures 2 et 3 montrent les formes d'ondes qui illustrent le fonctionnement du circuit de la figure 1, La figure 4 est un schéma simplifié d'un dispositif de commande de rotation de type courant, La figure 5 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation d'un comparateur de phase selon l'invention, Les figures 6 à 8 sont des formes d'ondes illus- trant le fonctionnement du circuit de la figure 5, La figure 9 est un schéma simplifié d'un autre mode de réalisation d'un comparateur de phase selon l'in- vention, et Les figures 10, 11A et llB sont des formes d'ondes illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 9. La figure 5 est donc un schéma simplifié d'un mode de réalisation de l'invention, appliqué par exemple à un lecteur de disques vidéo. Les éléments représentés sur cette figure correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références. Selon la figure , un oscillateur de référence 1, comme par exemple un oscillateur à cristal, produit un signal de référence dont la fréquence est N fois celle de la fréquence des lignes horizontales vidéo. Le signal de référence produit est appliqué à une entrée d'une porte ET 12 à deux entrées. Le signal de référence A constituant la sortie de la porte ET 12 est divisé par la valeur N dans un compteur 13. le signal divisé donne un signal d'impulsions B de 0 la fréquence des lignes horizontales fH et qui est appliqué à un circuit multivibrateur 2. La sortie du multivibrateur ? est appliquée à une entrée de la porte OU 14 à deux entrées dont la sortie C est appliquée comme signal de commande au commutateur 4. Les impulsions d'échantillonnage provenant du génératLeur d'impulsions d'échantillonnage sont appliquées à une entrée de chacune de deux portes ET 15 et 16 à deux entrées. La sortie du circuit multivibrateur 2 est appliquée à l'autre entrée de la porte ET 15. La sortie F de la porte ET 15 sert d'entrée de déclenchement pour le circuit multivibrateur 17. Ce dernier est déclenché par la transition croissante de la sortie de la porte ET 15. Sa sortie Q est appliquée à l'autre entrée de la porte OU 14 tandis que sa sortie Q est appliquée à l'autre entrée de chacune des portes ET 12 et 16. La sortie E de la porte ET 16 est appliquée comme signal de commande au commutateur 7. La sortie du condensateur 3 qui est un signal en dents de scie est appliquée par le tampon 6 au commu- tateur d'échantillonnage 7 dont la sortie est maintenue par un condensateur. Il faut noter que la sortie maintenue du condensateur 8 passe par le tampon 18 pour produire un signal d'erreur de phase. Ce signal d'erreur est appli- qué comme entrée de comparaison au comparateur 19 dont la sortie constitue un signal de commande du commutateur 21. Ce dernier, relié extérieurement au circuit multivi- brateur 17 est connecté en parallèle avec une résistance R1 d'un circuit à constante de temps comprenant les résis- tances R1 et R2 de condensateur C, déterminant la durée des impulsions de sortie G du circuit multivibrateur monostable 17. Le fonctionnement du circuit de comparateur de phase selon l'invention sera maintenant décrit en regard des formes d'ondes des figures 6 et 7. Sur ces figures 6 et 7, les références A à G correspondent aux formes d'ondes des signaux A à G de chaque partie du circuit de la figure 5 et qui ont été mentionnés ci-dessus. La figure 6 est une série de formes d'ondes montrant des informations de temporisation quand la vitesse de rotation du disque vidéo est supérieure à la vitesse de rotation synchrone, c'est-à-dire dans le cas o la fréquence du signal vidéo à générer est supérieure à la fréquence de référence. Dans ce cas, étant donné que le cycle des impulsions d'échantillonnage est plus court que le cycle des signaux en dents de scie, l'échantillonnage est effectué en un point d'échantillonnage qui descend progressivement le long de la pente comme le montre la figure 6. Par conséquent, le niveau du signal d'erreur de phase varie de zéro vers le côté négatif. Etant donné que la sortie du comparateur 19 est à un niveau bas à ce moment, le commutateur 21 est ouvert. Les impulsions d'échantillonnage sont produites pendant l'apparition des impulsions de sortie du circuit multivibrateur 2 quand le point d'échantillonnage atteint la partie la plus basse de la pente. Par conséquent, les deux entrées de la porte ET 15 passent au niveau haut. Pour cette raison, la sortie F de la porte ET 15 paraît et sa transi- tion croissante déclenche le multivibrateur 17. La durée T de l'impulsion de sortie Q et de l'impulsion de sortie (G) du circuit multivibrateur est déterminée par (R1+R2) x C x K et elle est réglée pour être un peu plus courte que la durée To d'un balayage horizontal (63,556 vs dans le cas du système NTSC ou 64,0 as dans le cas du système PAL). Etant donné que le signal de référence provenant de l'oscillateur de référence 1 vers le compteur 13 est interrompu par l'apparition de la sortie Q (G) du circuit multivibrateur 17 à la porte ET 12, l'opération de comptage du compteur diviseur 13 est également interrompue pendant ce temps. Cela n'est pas l'état de mise au repos du compteur diviseur mais l'état de maintien. Cela entraine que la sortie du compteur est retardée d'une période équivalente à la durée T de l'impulsion de sortie Q(G) du circuit multivibrateur 17. Cela se produit en même temps que la sortie Q du circuit multivibrateur 17 est appliquée au multivibrateur 4 à la porte OU 14. Par conséquent, l'impulsion d'échantillonnage est à nouveau maintenue dans la pente car la phase du signal en dents de scie D est décalée de la durée d'impulsions T ci-dessus. La porte ET 16 est prévue pour interdire que l'opération d'échantillonnage et maintien soit effectuée par l'impulsion d'échantillonnage (représentée en pointillées sur la figure 6E) en dehors de la pente. Bien que la pente du signal en dents de scie soit ramenée à zéro par l'application de la sortie Q du circuit multivibrateur 17 au commutateur 4 pendant la période de décalage du signal en dents de scie, cet aspect n'est pas indispensable et le retour à zéro de la pente du signal en dents de scie peut 4tre supprimé. Dans ce cas, un échantillonnage au niveau haut est produit pendant la période de décalage ci-dessus mais cela ne soulève aucun problème pratique car la moyenne est faite du niveau de signal d'erreur de phase. Par ailleurs, la figure 7 est un diagramme de temps qui illustre le cas o la vitesse de rotation du disque vidéo est basse par rapport à la vitesse de rota- tion synchrone, c'est-à-dire le cas dans lequel la fré- quence du signal vidéo à reproduire est inférieure à la fréquence de référence. Dans ce cas, bien que le point d'échantillonnage monte progressivement le long de la pente du signal en dents de scie, la sortie du compara- teur 19 est au niveau haut de sorte que le commutateur 21 est fermé car la polarité du signal d'erreur de phase à ce moment est positive. Par conséquent, la résistance R1 est court circuitée de sorte que la durée T' des impul- sions de sortie du circuit multivibrateur 17 peut être représentée par R2 x C x K. Ainsi, la valeur du décalage du signal en dents de scie D est établie à une valeur inférieure à celle du cas précédemment décrit. Mais le fonctionnement global du circuit est le même que celui expliqué dans le cas précédent. L'invention fonctionne par détection au moyen d'une porte ET 15 que l'impulsion d'échantillonnage n'est pas dans la durée de la pente du signal en dents de scie et en arrêtant l'application du signal de référence au compteur diviseur 13 pendant une période fixe en déclen- chant le circuit multivibrateur 17 par la sortie de détec- tion ci-dessus. Comme le montre la figure 8, le comparateur de phase est autorisé à fonctionner comme un détecteur de vitesse dans le mode sans syncrhonisation, car le signal d'erreur de phase est maintenu à une valeur négative si la vitesse de rotation du disque vidéo est élevée par rapport au signal de synchronisation de référence. Inversement, le signal d'erreur de phase est maintenu à une valeur positive si la vitesse de rotation du disque vidéo est lente par rapport au signal de synchronisation de référence. Des signaux d'erreur positifs et négatifs sont obtenus quand le mode de synchronisation est établi. En outre, il est possible de maintenir toujours l'impulsion d'échantillonnage dans la pente du signal en dents de scie en changeant la valeur du décalage du signal en dents de scie suivant que la vitesse de rotation du disque vidéo est élevée ou basse. Dans le mode de réalisation ci-dessus, des dispo- sitions sont prises pour détecter si la phase de l'impulsion d'échantillonnage ne se situe pas dans la durée de la pente du signal en dents de scie. Le circuit est réalisé en utilisant une porte ET 15 de manière que la coïncidence entre la temporisation de l'impulsion d'échantillonnage et la temporisation de la sortie du circuit multivibrateur 2 soit détectée. Mais la configuration du circuit n'est pas limitée à celle décrite ci-dessus. Une autre configu- :ation possible, dans laquelle l'amplitude du signal d'erreur de phase est comparée, est obtenue au moyen d'un comparateur de fourchette. Le signal de sortie au moment ov l'amplitude dépasse une plage fixe est utilisé comme signal de sortie de détection. De plus, la configuration du circuti décrit ci-dessus a pour effet de bloquer l'impulsion d'échantillonnage en utilisant la porte ET 16 pendant le temps o le signal en dents de scie est décalé, mais cet aspect n'est pas indispensable dans le circuit selon l'invention. La raison en est que, même si cette impulsiorn n'est pas bloquée, aucun problème n'est posé car le niveau bas de la pente est à nouveau échantillonné par cette impulsion dans le cas décrit en regard de la figure 6. Au contraire, dans le cas décrit en regard de la figure 7, le niveau bas de la pente est échantillonné et maintenu par cette impul- sion et le niveau haut est maintenu et échantillonné dans l'échantillonnage avant et après cette impulsion. Par conséquent, le niveau bas n'apparaît qu'une fois en raison de l'opération de décalage tandis que le niveau est échantillonné successivement. Mais, comme caractéris- tique de détection de fréquence, une décision est prise par la polarité de la valeur totale d'échantillon, c'est-à- dire par la composante à basse fréquence de la valeur d'échantillonnage. Par conséquent, il n'y a aucune influence sur la caractéristique de détection même si l'impulsion d'échantillonnage n'est pas bloquée au moment du décalage. Un autre mode de réalisation sera maintenant décrit en regard des figures 9 et 11A et 11B. Les éléments de la figure 9 qui correspondent à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références. Selon la figure 9, l'impulsion d'échantillonnage D est produite comme un signal de commande du commutateur 7 par la porte ET 114 à deux entrées. La sortie P du circuit multivibrateur monostable 2 est produite à l'autre entrée de la porte 114 par l'inverseur 113. L'impulsion d'échantillonnage D et la sortie B du circuit multivibrateur sont également appliquées à deux entrées de la porte ET 112. Le circuit bistable 115 est placé à "0" et à "1" par la sortie E de la porte ET 112. Le commutateur 116 est commandé par la sortie F du circuit bistable 115. La sortie de l'oscillateur de référence i et la sortie de l'oscillateur de référence passant par l'inverseur 117 sont sélectionnées par le commutateur 116 et la sortie- sélectionnée est appliquée comme signal de déclenchement A au circuit multivibrateur 2. Les autres éléments de la figure 9 sont identiques à ceux de la figure 1 et leur description n'en sera pas faite. La figure 10 montre des formes d'ondes illus- trant le fonctionnement du circuit de la figure 9. Sur la figure 10, les références A à F correspondent aux formes d'ondes des signaux A à F de chaque partie du circuit de la figure 9. Si la fréquence du signal à régénérer décroît par rapport à celle du signal de référence, le point d'échantillonnage monte le long de la pente du signal en dents de scie. Finalement, une impulsion d'échantillonnage est produite dans la période de décharge du condensateur 3. Cette situation est détectée à la porte ET 112 et la sortie du circuit bistable 115 est inversée de sorte que la polarité du signal de réfé- rence utilisée comme signal de déclenchement du circuit multivibrateur 2 est inversée. Par conséquent, la phase du signal en dents de scie est décalée d'une demi-période et l'impulsion d'échantillonnage est maintenue à peu près au milieu de la pente du signal en dents de scie. Ainsi, le point d'échantillonnage monte à nouveau 1e long de la pente et cette opération est répétée. Comme le montre la figure 11A, si la fréquence du signal à régénérer est inférieure à celle du signal de référence, le point d'échantillonnage est maintenu à une valeur positive Au contraire, si la fréquence du signal a rcg6- nérer est supérieure à celle du signal de référence, le point d'échantillonnage descend le long de la pente. Quand le point d'échantillonnage atteint la période de décharge du condensateur, cette situation est détectée par le circuit comprenant l'inverseur 113 et la porte 114 de sorte que l'impulsion d'échantillonrnage est bloquée et l'échantillonnage n'est pas effectuée. Ainsi, étant donné que le signal en dents de scie est décalé d'une demipériode, le point d'échantillonnage est maintenu à une valeur négative comme le montre la figure 11B. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le signal d'erreur d'une polarité unidirectionnelle est produit quand l'intervalle de fréquence apparait, de sorte qu'il est également possible de détecter la fréquence. Comme cela a été expliqué ci-dessus, l'invention concerne un comparateur de phase qui offre l'avantage d'assurer uné commande de vitesse précise d'un dispositif tournant, ayant également une configuration simple des circuits car ce comparateur de phase possède une caracté- ristique de détection de fréquence en plus d'une caracté- ristique de comparaison de phase en utilisant un seul dispositif de détection. Un autre avantage de l'invention est d'éviter le problème qui peut être soulevé par un déphasage au moment du verrouillage asservi lorsque deux circuits de détection, comme dans le mode de réalisation courant de la figure 4 sont utilisés et lorsqu'il y a une différence entre des points mutuels de stabilité (valeur voulue). Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée dans l'application A un lecteur de disques vidéo et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées par l'homme de l'art sans sortir de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Comparateur de phase, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'échantillonnage et de maintien (7, 8) du niveau d'un signal en dents de scie ayant une période prédéterminée en utilisant une impulsion du signal d'échantillonnage en synchronisme avec un signal fixe avec lequel la comparaison de phase est faite, un dispo- sitif qui utilise le signal ainsi maintenu comme un signal d'erreur de phase, un dispositif (19) qui détecte si la phase de ladite impulsion de signal d'échantillon- nage n'est pas dans une durée de pente dudit signal en dents de scie et un dispositif qui décale ledit signal en dents de scie. 2. Comparateur de phase selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif pour décaler ledit signal en dents de scie décale ce signal de la moitié de la période dudit signal. 3. Comparateur de phase, comportant un dispositif qui produit un signal en dents de scie, un dispositif (7,8) d'échantillonnage et de maintien du niveau dudit signal en dents de scie en utilisant une impulsion de signal d'échantillonnage en synchronisme avec un signal fixe avec lequel une comparaison de phase est faite et un dispositif qui utilise le signal ainsi maintenu comme un signal d'erreur, comparateur caractérisé en ce que ledit dispositif qui produit ledit signal en dents de scie comporte en outre un oscillateur de référence (1) pour produire un signal de référence ayant une fréquence fixe, un dispositif (13) qui divise ladite fréquence de référence, un dispositif (19) qui détecte si la phase de ladite impulsion du signal d'échantillonnage n'est pas dans une durée de pente fixe dudit signal en dents de scie, un dispositif (2) qui produit une impulsion de décalage en réponse à cette sortie détectée ayant une durée d'impulsions d'une période fixe et un circuit de porte (12) pour interrompre l'application dudit signal de référence audit dispositif de division pendant une période égale au temps de production de ladite impulsion de décalage, en produisant ledit signal en dents de scie en fonction de l'impulsion de sortie dudit dispositif de division. 4. Comparateur de phase selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif produisant ledit signal en dents de scie fonctionne en fonction de l'impulsion de sortie dudit dispositif de division ou de ladite impulsion de décalage. 5. Comparateur de phase selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite période diffère suivant que la fréquence du signal fixe est haute ou basse par rapport à la fréquence de référence.