Brevet FR2588433A1 — publié le 19870410

Filtre à fonction de transfert commutable et boucle à verrouillage de phase incluant ledit filtre La présente invention a pour objet un filtre à fonction de transfert commutable. Le filtre selon l'invention peut etre utilisé dans des dispositifs où doit être engendré un signal à partir d'au moins un signal d'entrée et où les signaux d'entrée doivent être traités par un circuit ayant une premiè- re fonction de transfert puis, en fonction de conditions particulières, par un circuit ayant une seconde fonction de transfert, le passage d'une fonction à l'autre pouvant se produire dans les deux sens. Pour cela le filtre est muni d'au moins une entrée, d'une sortie et d'une entrée de commande binaire, de commutation. Pour une valeur de la commande binaire, un signal d'entrée est traité par Le moyen de traitement du filtre.Pour L'autre valeur de la commande binai- re, un signal d'entrée est traité par une fonction de transfert différente, comme par exemple celle d'un amplificateur inverseur. Le but de l'invention est de concevoir un filtre permettant d'opérer une commutation douce entre ces deux fonctions, c'est-à-dire pour que le signal délivré en sortie soit exempt de transitoire lors d'une commutation. Le dispositif selon l'invention résout en particulier le cas ou le signal de sortie est constitué par la succession d'un premier signal d'entrée traité par une première fonction de transfert et d'un second signal d'entrée traité par une seconde fonction de transfert. De manière précise, l'invention a pour objet un filtre à fonction de transfert commutable comprenant un amplificateur-inverseur ayant une entrée, une sortie inverseuse et une sortie non-inverseuse, ladite entrée et ladite sortie non-inverseuse étant reliées respectivement à une entrée et à une sortie du filtre ; une première chaine de contre-réaction ayant une action intégrale et disposée entre l'entrée et la sortie inverseuse dudit amplificateur-inverseur ; et, une seconde chaine de contre-réaction comprenant en série une impédance et un moyen de commutation, ce dernier déLivrant, sur réception d'un signal de commande appliqué sur une entrée de commande du fiLtre, un courant sortant par la borne de plus faible potentiel, ladite seconde chaine de contreréaction étant en parallèle avec ladite premiére chaîne de contre-réaction. Le dispositif décrit précédemment est par ticulièrement adapté au problème des boucles à verrouillage de phase. On sait que le verrouillage d'une boucle à verrouillage de phase est obtenu lorsque la phase et la fréquence de l'onde modutée reçue sont acquises. L'acquisition de la phase est en général automatique. Il n'en est pas de même pour L'acquisi- tion de la fréquence ; aussi les boucles à verrouillage de phase sont-elles dotées de moyens d'aide à l'acquisition de la fréquence. Lorsque la fréquence est acquise, ces moyens d'acquisition de la fréquence sont déconnectés pour permettre l'acquisition de La phase. Un problème important est de conserver le verrouillage fréquentiel de la boucle pendant cette déconnexion. Le filtre selon l'invention, disposé dans une boucle à verrouillage de phase, et dont une entrée est reliée à un moyen d'aide à l'acquisition de la fréquence et une autre entrée à un moyen de comparaison de phase, permet de réaliser une commutation douce de l'oscillateur de la boucle, du premier moyen vers le deuxième moyen, assurant ainsi la conserva tion du verrouillage fréquentiel de ladite boucle. Cette boucle à verrouillage de phase comprend de manière classique un comparateur de phase relié à une entrée d'un moyen de traitement à deux entrées et relié en série à un oscillateur commandable en tension, le comparateur de phase ayant deux entrées recevant respectivement un signal modulé et le signal délivré par l'oscillateur commandable, ladite boucle à verrouillage de phase comprenant en outre un moyen d'aide à l'acquisition de la fréquence, composé en série d'un oscillateur libre et d'un comparateur de fréquence dont la sortie est reliée à un intégrateur, ledit comparateur de fréquence recevant sur une entrée le signal délivré par l'oscillateur libre et sur une autre entrée le signal délivré par l'oscillateur commandable, la sortie dudit intégrateur étant reliée à l'autre entrée dudit moyen de traitement.Cette boucle à verrouillage de phase se caractérise en ce que ledit moyen de traitement est constitue par un filtre à fonction de transfert commutable qui amplifie le signal délivré par l'intégrateur ou qui filtre le signal délivré par le comparateur de phase selon qu'un signal de commande binaire reçu prend respectivement une première ou une seconde valeur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement le filtre à fonction de transfert commutable selon l'in- Invention, - la figure 2 représente, du point de vue fonctionnel, le filtre à fonction de transfert commutable de la figure 1, - la figure 3 représente un mode de réalisation du filtre à fonction de transfert commutable selon l'invention, - la figure 4 représente schématiquement une boucle à verrouillage de phase comportant un filtre à fonction de transfert commutable selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté schématiquement un filtre à fonction de transfert commutable 2 ayant une entrée 6, une sortie 8 et une entrée de commande binaire 10. Il comprend un moyen de commutation 12 muni d'une entrée 14, d'une sortie 16 et d'une entrée de commande 18 reliée à l'entrée de commande 10 du filtre, et un moyen de traitement 20 muni dfune entrée 22 reliée à l'entrée 6 du filtre et à la sortie 16 du moyen de commutation 12. Le moyen de traitement 20 comprend également une seconde sortie 26 reliée à l'entrée 14 du moyen de commutation 12 à travers une impédance 32. Le filtre 2 fonctionne sous deux états qui sont définis par la valeur du signal de commande binaire reçu sur l'entrée de commande 10. Dans un premier état, le filtre délivre par exemple sur sa sortie 8 un signal amplifié inverse de celui reçu sur son entrée 6. Ceci est réalisé lorsque le moyen de commutation 12 fonctionne comme un interrupteur fermé. Selon l'exemple indiqué, le moyen de traitement 20 fonctionne alors comme amplificateur-inverseur. Dans un deuxième état, le filtre 2 délivre sur sa sortie 8 une fonction du signal reçu sur son entrée 6. Ceci est réalisé lorsque le moyen de commutation 12 fonctionne en interrupteur ouvert. Le moyen de traitement 20 fonctionne alors par exemple comme filtre intégrateur. Le filtre à fonction de transfert commutable représenté schématiquement sur la figure 1 peut comporter une unique entrée 6. Une seconde entrée peut être ajoutée. Cette seconde entrée 4 est reliée au point commun de la résistance 32 et du moyen de commutation 12. Dans ce cas, pour une va Leur de la commande binaire, la première entrée est reliée à la sortie à travers un filtre et, pour L'autre valeur de la commande binaire, la deuxième entrée est reliée à la sortie à travers un amplificateur-inverseur. Une représentation fonctionnelle du filtre à fonction de transfert commutable selon l'invention est donnée sur la figure 2. Le moyen de traitement 20 comprend un amplificateur-inverseur 34 comprenant une chaine de contre-réaction intégratrice constituée par exemple d'une résistance 36 et d'un condensateur 38. L'amplificateur 34 comprend au moins une entrée et deux sorties de polarités opposées. Dans le mode de réalisation de La figure 2, l'amplificateur 34 comprend deux entrées de polarités opposées ; L'entrée inverseuse est reliée à la masse et l'entrée non-inverseuse constitue l'entrée 22 du moyen de traitement 20. La sortie non inverseuse de l'amplifi- cateur constitue la sortie 8 du moyen de traitement 20. Enfin, la sortie inverseuse de L'amplificateur constitué la deuxième sortie 26 du moyen de traitement 20.La résistance 36 et Le condensateur 38 sont disposés en série en contre-réaction entre la sortie inverseuse et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 34 et déterminent ainsi les caractéristiques du filtre. L'ensemble constitué par la résistance 32 et le moyen de commutation 12 forme une seconde chaine de contre-réaction sur l'amplificateur inverseur 34. Le moyen de commutation 12 comprend un interrupteur électronique 120 dont les bornes sont reliées respectivement à la résistancé 32 et à l'entrée 22 du moyen de traitement 20, et un moyen de commande 122 de ce générateur de courant. L'entrée de ce moyen de commande constitue l'entrée de commande 18 du moyen de commutation 12. Selon la valeur de la commande binaire appliquée sur cette entrée 18, l'interrupteur électronique 120 se comporte soit comme un moyen de comparaison du potentiel à ses bornes pour délivrer un courant vers la borne de plus faible potentiel, soit comme un interrupteur ouvert. Selon la figure 2, le filtre comporte deux entrées, correspondant aux points 14 et 22, et le moyen de commutation 12 est disposé entre l'entrée de l'amplificateur-inverseur 34 et la résistance 32 afin que le signal appliqué sur le point 14 soit relié directement à L'entrée de l'amplíficateur-inverseur 34 lorsque ledit moyen de commutation 12 se comporte comme un interrupteur ferme. Les signaux appliqués sur les entrées du filtre sont transmis aux points 14 et 22 à travers des impédances, par exemple des résistances 300 et 302. On a représenté sur la figure 3 un mode de réalisation du filtre à fonction de transfert commutable selon l'invention. Sur cette figure, Les élé- ments identiques à ceux de la figure 2 portent les mêmes références. Cette figure montre une réalisation détaillée du moyen de commutation 12. Le moyen de commutation 12 comprend une première paire de transistors 40 et 42 montés en diodes et constituant les éléments essentiels de L'interrupteur électronique 120, et une deuxième paire de transistors 46 et 48 montés en Darlington et une troisième paire de transistors 50 et 52 constituant les éléments essentiels du moyen de commande 122 de l'interrupteur électronique 120. Les transistors 40 et 42 ont leurs base et collecteur reliés à la masse à travers une résistance 44. Les émetteurs des transistors 40 et 42 constituent les bornes 16 et 14 de l'interrupteur électronique 120. Les transistors 46 et 48 de la deuxième paire de transistors ont leur collecteur relié à la masse et leur émetteur relié à une tension d'alimentation VAL par l'intermédiaire de résistances respectives 54 et 56. La base du transistor 46 constitue l'entrée de commande 18 du moyen de commutation 12. Les transistors 50 et 52 de l'autre paire de transistors du moyen de commande 122 ont leur émetteur également relié à la tension d'alimentation VAL par l'intermédiaire respectivement des résistances 56 et 58. Le collecteur du transistor 52 est relié à la masse et sa base reçoit une tension de seuil V5. Le transistor 50, dont la base est reliée à l'émetteur du transistor 52, a son collecteur relié à ta base des transistors 40 et 42. Le collecteur du transistor 50 constitue ainsi la sortie du moyen de commande 122. La tension de seuil Vs a un niveau compris entre Les valeurs extrêmes du signal de commande binaire VCD appliqué sur l'entrée de commande 18 du moyen de commutation 12, ce qui permet de positionner ce moyen de commutation dans l'état conducteur ou dans l'état bloqué. On va maintenant expliquer le fonctionnement du filtre de la figure 3. Pour faciliter l'expo- sé, les points 16, 26 et 14 ont été référencés respectivement X, Y, Z. A titre d'exemple, on va consi dérer le cas d'un moyen de commutation 12 réalisé en technologie ECL. La tension d'alimentation VAL est de -5,2 volts. On choisit comme niveau de seuil une tension Vs de -1,3 volt. Selon que la tension de comman de binaire CD est supérieure ou inférieure à la ten- sion de seuil, Le moyen de commutation est dans l'état passant ou dans l'état bloqué. Les tensions de commande binaire correspondantes sont par exemple de -0,9 volt et -1,8 volt. Lorsque la tension de commande VCD appliquée sur la base du transistor 46 est égale à -1,8 volt, la tension sur l'émetteur du transistor 50 est de -2,7 volts et la tension sur son collecteur est de -2,5 volts. Le courant J arrivant sur ce collecteur est de l'ordre de 0,25 mA. La tension sur la base des transistors 40 et 42 est donc de -2,5 volts. Ces transistors sont bloqués parce que normalement les potentiels des points X et Z sont compris entre -0,9 V et -1,8 V ; Le moyen de commutation est donc dans L'état bloqué. Pour mettre le moyen de commutation dans l'état passant, il faut égaliser le potentiel de L'entrée 14 et de la sortie 16 de ce moyen de commutation. Lorsque la tension de commande binaire VCD est égale à -0,9 volt, la tension sur L'émetteur du transistor 50 est égale à -2,2 volts. Les transistors 50 et 52 sont aLors bloqués. Le courant J étant nul, le potentiel de base des transistors 40 et 42 remonte vers la masse. Il ne sera limité dans cette évolution que par la conduction de l'un des transistors 40 et 42. Si la tension V2 au point Z situé entre les résistances 32 et 300 est supérieure à la tension Vx au point X d'entrée non inverseuse de l'amplificateur 34, le transistor 40 est conducteur avant le transistor 42. Il fournit sur la sortie 16 du moyen de commutation un courant I positif. Tant que le transistor 42 ne conduit pas, le filtre, constitué par les élé- ments 34, 36 et 38, intègre le courant I. Les potentiels au point Y de sortie inverseuse de L'amplifica- teur 34 et au point Z, diminuent donc jusqu'a ce que le transistor 42 conduise.Les tensions aux points X et Z sont alors égales ; la résistance 32 est en parallèle avec la résistance 36 et le condensateur 38 et l'amplificateur 34 se trouve pratiquement dans un montage inverseur, dont le gain est défini par les résistances 300 et 32. Si la tension au point X est supérieure à la tension au point Z lorsque la tension de commande binaire VcD devient égale à -0,9 volt, le transistor 42 conduit avant le transistor 40. Le potentiel du point Y dérive donc librement. Le temps au bout duquel le transistor 40 conduit à son tour est indétermine. Pour éviter cette situation, on maintient, par des moyens non représentés, lorsque la tension de commande binaire V CD est égale à -1,8 volt, une tension positive sur l'extrémité de la résistance 300. Ainsi, lors de la commutation du signal de commande du niveau -1,8 volt au niveau -0,9 volt, La tension au point Z est saturée à -0,9 volt, ce qui garantit que la tension au point Z est supérieure à la tension au point X. Inversement, pour mettre le moyen de commutation dans L'état bloqué, la tension VCD est rendue égale à -1,8 V, ce qui bloque les transistors 4Q et 42. Les potentiels en X et Z deviennent alors indépendants et même en cas de dérive affectant le potentiel en Z, la sortie 28 de l'amplificateur 34 n'est pas influencée. De même, Lors d'une telle transition du signai de commande binaire VCD, la capacité du condensateur 38 du moyen de traitement 20 reste chargée. Ceci permet d'absorber le transitoire sur le signal de sortie 8 du moyen de traitement 20. Le schéma de La figure 4 montre une appLication particulièrement intéressante du filtre à fonction de transfert commutable décrit en réference aux figures 1 à 3. La figure 4 représente une boucle à verrouillage de phase comprenant un comparateur de phase 60, un comparateur de fréquence 62, un intégrateur 64 et un oscillateur libre 66, ces trois derniers éléments constituant un moyen d'aide à l'acquisition de la fréquence, un oscillateur commandable en tension 68 et un filtre à fonction de transfert commutable 2. Le signal SR, qui est la ref-érence de phase pour la boucle, est reçu sur L'une des deux entrées du comparateur de phase 60.Le signal ST que l'on veut asservir en phase à SR est délivré par L'oscillateur commandable en tension 68. En mode d'acquisition de la fréquence, Le filtre 2 est dans L'état tel que le signal d'erreur délivré par le comparateur de fréquence 62 et l'inte- grateur 64 agisse sur L'entrée de l'oscillateur 68. Ce comparateur de fréquence reçoit sur une entrée un signal d'horloge délivré par l'oscillateur libre 66 et dont la frequence est proche de la fréquence du signal SR attendu, et sur une autre entrée le signal délivré par l'oscillateur commandable en tension 68. Dans cet état, le filtre fonctionne en amplificateur et l'oscillateur commandable en tension 68 acquiert la fréquence du signal attendu. Lorsque la boucle est verrouillée en fréquence, le filtre 2 est placé dans l'état tel que le signal délivré par le comparateur de phase 60 soit appliqué sur l'entrée de l'oscillateur commandable en tension 68 à travers Le filtre à fonction de transfert commutable 2 agissant en filtre. Le comparateur de phase 60 reçoit sur une- entrée le signal délivré par L'osci Ilateur 68 et sur L'autre entrée le signal reçu Sur. R L'oscillateur 68 ayant acquis la fréquence du signal reçu, Le verrouillage sur La phase ne pose pas de problème particulier. Ainsi, en fonctionnement normal, l'acqui- sition de la fréquence est d'abord obtenue grâce au filtre selon l'invention lorsque le moyen de commutation 12 est passant. Puis, lorsque la fréquence est acquise, le moyen de commutation est rendu bloqué. Grâce au montage décrit précédemment, le transitoire est absorbé et la sortie du filtre est insensible à la dérive de l'intégrateur 6 > 4. On peut noter que l'on peut forcer l'entrée de l'intégrateur 64 par une tension telle qu'elle provoque la mise en saturation de l'intégrateur qui délivre alors un signal de sortie positif. La commande de la commutation du filtre de L'intégrateur du moyen d'aide à l'acquisition de la fréquence vers Le comparateur de phase est obtenue par le changement d'état du signal de commande binaire reçue par le filtre. Le changement d'état peut être produit, par exemple, par le comparateur de fréquence lorsque la différence relative de fréquence entre le signal délivré par l'oscillateur libre et le signal délivré par l'oscillateur commandable en tension est inférieure à une valeur déterminée, par exemple 2X. Le point Le plus délicat, dans les dispositifs classiques, consiste à déconnecter de la boucle à verrouillage de phase le moyen d'aide à l'acquisition de la fréquence Lorsque celle-ci est acquise par l'oscillateur 68. En effet, la commutation produisant en général des signaux transitoires appliqués sur l'entré de commande de l'oscillateur, il peut y avoir décrochage et donc perte de la fréquence du signal reçu. Le filtre à fonction de transfert commutable de l'invention réalise cette commutation sans engendrer de signaux transitoires. De même, en cas de perturbation de la fréquence du signal reçu, le dispositif doit être capable de repasser rapidement en mode d'acquisition de fréquence. Le filtre selon l'invention permet égale ment de résoudre ce problème efficacement. REVENDICATIONS 1. Filtre à fonction de transfert commutable (2) muni d'au moins une entrée (6), d'une sortie (8) et d'une entrée de commande (10), ledit filtre étant caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur inverseur (34) ayant une entrée (22), une sortie inverseuse (26) et une sortie non-inverseuse (28), ladite entrée et ladite sortie non-inverseuse étant reliées respectivement à l'entrée et à la sortie du filtre, une première chaîne de contre-réaction (36, 38) ayant une action intégrale et disposée entre l'entrée et la sortie inverseuse de l'amplificateurinverseur, une seconde chaîne de contre-réaction comprenant en série une impédance (32) et un moyen de commutation (12), ledit moyen de commutation délivrant, sur réception d'un signal de commande (VCD) appliqué sur l'entrée de commande (10) du filtre, un courant sortant par la borne de plus faible potentiel, ladite seconde chaine de contre-réaction étant en parallèle avec ladite première chaîne de contreréaction. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impédance (32) de la seconde chaî- ne de contre-réaction est reliée à la sortie inverseuse de l'amplificateur inverseur (34) et le moyen de commutation (12) à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur inverseur. 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde entrée (4) reliée au point commun entre l'impédance (32) et le. moyen de commutation (12) de la seconde chaîne de contre-réaction. 4. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de commutation (12) comprend un interrupteur électroni que (120) et un moyen de commande (122) de cet interrupteur (120), ledit interrupteur étant muni d'une entrée de commande et comprenant une paire de transistors (40, 42) et une résistance (44), les bases et les collecteurs desdits transistors étant reliés à ladite entrée de commande, les émetteurs constituant les bornes du moyen de commutation, ladite résistance (44) étant disposée entre la masse et ladite entrée de commande. 5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de commande (122) comprend une entrée constituant l'entrée de commande (18) du filtre et une sortie reliée à l'entrée de commande de l'interrupteur électronique, ledit moyen de commande délivrant un signal d'activation de L'interrupteur électronique lorsque le niveau du signal de commande binaire reçu sur son entrée est supérieur à un seuil déterminé (VS). 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de commande (122) comprend une paire de transistors (46, 48) montée en Darlington, la base du premier transistor (46) constituant l'entrée (18) du moyen de commande, les collecteurs desdits transistors étant reliés à la masse et les émetteurs étant reliés à travers des résistances (54, 56) à une source de tension d'alimentation (VAL) et une autre paire de transistors (50, 52), la base du premier transistor (52) étant à une tension de seuil, le collecteur dudit transistor étant relié à la masse, la base du second transistor (50) étant reliée à l'émetteur du premier, le collecteur du second transistor étant relié à La sortie du moyen de commande, les émetteurs desdits transistors étant reliés à travers des résistances (56, 58) à ladite source de tension d'alimentation (VAL). 7. Boucle à verrouillage de phase comprenant en série un comparateur de phase (60) relié à une entrée d'un moyen de traitement (2) à deux entrées et un oscillateur commandable en tension (68), le comparateur de phase (60) ayant deux entrées rece vant respectivement un signal modulé (SR) R et le si- gnal délivré par l'oscillateur (68), ladite boucle à verrouillage de phase comprenant en outre un moyen d'aide à l'acquisition de la fréquence, composé en série d'un oscillateur libre (66), d'un comparateur de fréquence (62) dont la sortie est reliée à un intégrateur (64), ledit comparateur de fréquence recevant sur une entrée le signal délivré par l'oscillateur libre (66) et sur une autre entrée le signal délivré par l'oscillateur (68), la sortie dudit intégrateur étant reliée à l'autre entrée dudit moyen de traitement (2), ladite boucle à verrouillage de phase étant caractérisée en ce que ledit moyen de traitement (2) est constitué par un filtre à fonction de transfert commutable conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, ledit filtre amplifiant le signal délivré par l'intégrateur (64) ou filtrant le signal délivré par le comparateur de phase (zoo) selon qu'un signal de commande binaire reçu prend respect il vement une première ou une seconde valeur. 8. Boucle à verrouillage de phase selon la revendication 7, caractérisée en ce que le signal de commande binaire reçu par le filtre est produit par le comparateur de fréquence, l'état dudit signal de commande binaire étant fonction de la différence relative entre les fréquences des signaux reçus par le comparateur de fréquence. 9. Boucle à verrouillage de phase selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que, lorsque ledit signal de commande binaire prend ladite seconde valeur, l'intégrateur (64) est mis en saturation par un signal d'entrée tel que sa sortie prenne une valeur de tension positive.