Brevet FR2592251A1 — publié le 19870626

Convertisseur bipola ire-binaire La présente invention concerne un convertisseur bipolaire-binaire pour convertir un signal bipolaire entrant, par exemple recu à une entrée, ou jonction, d'un multiplexeur ou démultiplexeur à division de temps, ou d'un répéteur-régénérateur dans une liaison de transmission numérique, en deux signaux binaires ayant des bits à l'état logique "1" correspondant - des marques bipolaires respectivement de polarité positive et de polarité négative. Les deux signaux binaires sortant du convertisseur sont ensuite échantillonnés et remis en forme dans des circuits de décision. Dans les convertisseurs bipolaires-binaires connus, le signal bipolaire entrant est transformé en deux signaux bipolaires opposés par un transformateur différentiel, et les deux signaux bipolaires sont comparés à une unique tension de référence dans deux comparateurs de tension respectifs qui produisent les deux signaux binaires precités. La tension de référence est constante et est en pratique égale à la demi-amplitude nominale du signal bipolaire entrant ou sensiblement inférieure à celle-ci, afin de différencier les marques bipolaires normallement à l'amplitude crête du signal et correspondant à des "1" binaires par rapport aux zéros dans le signal bipolaire ayant une amplitude normallement égale à O volt et correspondant aux "O" binaires. En pratique, la tension de référence est égale à la tension de conduction de jonctions base-émetteur de deux transistors constituant les deux comparateurs, ou est imposé par un potentiomètre reliés à des entrées de deux comparateurs de tension du genre amplificateurs opérationnels. Dans le cas de transistors comparateurs, la tension de conduction des jonctions base-émetteur est de l'ordre de 0,7 volt ce qui limite d'une part la tension de référence et donc la tension nominale du signal bipolaire entrant, et d'autre part toute distorsion dans le signal utile entrant due à un bruit perturbant la transmission du signal dans la liaison. Aussi bien pour des convertisseurs à transistors comparateurs que pour des convertisseurs à comparateurs amplificateurs, les comparaisons des signaux bipolaires opposés à une tension de référence constante réduit le niveau de bruit acceptable. Si le bruit a une amplitude supérieure à la tension de référence, des erreurs sont alors engendrées en sortie des comparateurs ; par exemple, si la tension de bruit est négative et supérieure en valeur absolue à la tension de référence, une marque bipolaire positive est convertie en un "0" binaire en sortie du convertisseur. La prPsente invention vise à augmenter l'immunité au bruit d'un convertisseur bipolaire-binaire et donc le rapport signal utile sur bruit en sortie du convertisseur, c'est-à-dire à permettre la réception d'un signal bipolaire entrant avec un bruit ayant une amplitude plus élevée que celle du bruit acceptable par les convertisseurs selon la technique antérieure. A cette fin, un convertisseur bipolaire-binaire comprenant des moyens pour transformer un signal bipolaire entrant en des premier et second signaux bipolaires opposés, et des premiers et seconds moyens pour comparer respectivement les premiers et seconds signaux bipolaires à une tension de référence, est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens reliés aux moyens pour transformer pour ajuster la tension de référence en dépendance de l'amplitude du signal bipolaire entrant. Ainsi, selon l'invention, la tension de référence varie en permanence en fonction du niveau du signal entrant, et donc en fonction du niveau d'un bruit mélangé au signal bipolaire. Lorsque le bruit augmente ou diminue, la tension de référence varie dans le meme sens, de sorte que la différenciation entre les marques bipolaires et les zéros dans le signal bipolaire nVest pas pratiquement perturbée par le bruit. De préférence, la tension de référence est ajustée sensiblement à la demi-somme des amplitudes du signal utile et du bruit. Selon une réalisation préférée, les moyens pour ajuster comprennent des moyens pour diviser la tension de l'un des premier et second signaux bipolaires en une tension divisée, et des moyens pour redresser à une simple alternance la tension divisée en ladite tension de référence. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels - la Fig.l montre en détail un convertisseur bipolaire-binaire ayant un circuit d'ajustement de tension de référence par redressement à simple alternance - la Fig.2 montre en détail un convertisseur bipolaire-binaire ayant un circuit d'ajustement de tension de référence par redressement à double alternance ; et - la Fig.3 montre en détail un convertisseur bipolaire-binaire ayant deux circuits d'ajustement de tension de référence respectivement assignés à deux signaux bipolaires opposés. Selon une première réalisation montrée à la Fig.l, un convertisseur bipolaire-binaire comprend un transformateur différentiel équilibre 1, deux comparateurs de tension 2+ et tels qu'amplificateurs opérationnels1 et un circuit d'ajustement de tension de référence 3. Un signal bipolaire entrant BIP est applique aux bornes d'un enroulement primaire li du transformateur 1. Le signal bipolaire est transmis par exemple à travers un câble de transmission numérique du genre coaxial ou à paire symétrique vers une jonction d'entree d'un répéteur-régénérateur su d'un multiplexeur ou démultiplexeur numérique. La jonction d'entrée comprend des moyens classiques pour remettre en forme le signal bipolaire reçu et récupérer à partir de celui-ci un signal d'horloge.Entre autres, la jonction comprend un simulateur de longueur de câble égalisant automatiquement le niveau du signal reçu, quelle que soit la fréquence, pour délivrer le signal bipolaire BIP égalisé à une amplitude nominale A au transformateur 1 du convertisseur, et deux circuits de décision reliés respectivement à deux sorties 4+ et 4 du convertisseur pour échantillonner deux signaux binaires BIN et BIN à la fréquence d'horloge récupérée et les remettre en forme par régénération d'impulsions calibrées. On rappelle que dans un signal bipolaire BIP, un zéro binaire est codé comme un "O" correspondant à une tension de 0 volt, et un "1" binaire est codé alternativement comme une marque de polarité positive H et une marque de polarite négative H, les marques bipolaires ayant initialement une amplitude en valeur absolue prédéterminée qui est supérieure à A et qui subit une atténuation par transmission à travers le câble. En pratique, le signal est transmis en code à haute densité HDBn, où n est un entier généralement égal à 3 ; dans un tel signal en code HDBn, une marque de violation de polarité remplace d'une manière connue le dernier bit dans une suite de (n+l) zéros consécutifs du signal binaire initial. Le transformateur 1 transforme le signal BIP en des premier et second signaux bipolaires BIP+ et BIP délivrés par des premier et second demi-enroulements secondaires 12+ et 12 du transformateur, respectivement. Un point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur 1 est porté à la terre afin que le signal BIP soit oppose au signal BIP , lequel est identique au signal entrant BIP. Ainsi, dans le signal BIP les marques M et M sont des amplitudes nominales -A et +A, tandis que dans le signal BIP+, les marques et M ont des amplitudes +A et -A, comme dans le signal entrant BIP. Des bornes 13+ et 13 des demi-enroulements 12 et 12 appliquent les signaux bipolaires respectifs BIP+ et BIP à des entrées inverses (-) des comparateurs 2+ et Z. Une tension de référence positive VR délivrée par une sortie 31 du circuit 3 est appliquee aux entrées directes (+) des comparateurs (2+ et 2 afin d'être comparée aux tensions des signaux BIP+ et BIP et produire les deux signaux binaires BIN+ et BIN aux sorties 4+ et 4 des comparateurs 2+ et 2 respectivement. Le signal BIN+ comprend des bits "1" correspondant normalement aux marques bipolaires lorsque la tension du signal BIP+ est supérieure à VR, et des bits "O" dans l'autre cas, ctest- -dire correspondant à des bits "O" et des marques M dans le signal BIP+ ou BIP. A contrario, le signal BIH comprend des bits "1" correspondant normalement aux marques M lorsque la tension du signal BIP est supérieure à VR, c'est-à-dire lorsque la tension du signal entrant BIP est inférieure à -VR, et des bits "O" dans l'autre cas, c'est-à-dire correspondant à des bits "O" et des marques M+ dans le signal entrant BIP. Selon l'invention, le circuit d'ajustement de tension de référence 3 ajuste la tension de référence VR sensiblement à la demi-amplitude nominale A/2 du signal entrant, tout en assurant une tension VR toujours supérieure à un seuil de tension prédéterminé VS Selon une première réalisation montrée à la Fig.l, le circuit 3 est interconnecté entre les bornes 13 et 31 et comprend en entrée un diviseur de tension pour diviser l'amplitude du signal entrant par deux, et en sortie un redresseur simple alternance avec maintien de seuil de tension positive VS. Le diviseur de tension comprend deux résistances 32 et 33 ayant une borne commune 34. Des autres bornes des résistances 32 et 33 sont respectivement reliées à la borne 13+ du demi-enroulement secondaire 12+ et à la terre. La tension à la borne 34 est égale à la demi-tension instantanée du signal BIP prélevé à la borne 13+. Le redresseur comprend une diode 35 ayant une anode reliée à la borne 34 et une cathode reliée à la borne de sortie 31 du circuit 3, et une résistance 36 et un condensateur 37 connectés en parallèle entre la borne 31 et la terre. Les composants 35, 36 et 37 redressent à simple alternance la demi-tension instantanée du signal entrant appliquée à la borne 34 afin que la borne 31 soit portée en permanence à une tension VR sensiblement égale à la demi-amplitude A/2 du signal entrant. En effet, dès réception d'une marque bipolaire positive M+, le condensateur 37 est chargé par l'amplitude de cette marque et ne se décharge que très faiblement jusqu'à réception d'une prochaine marque bipolaire positive M+.Les valeurs résistives et capacitives de la résistance 36 et du condensateur 37 sont choisies de sorte que la courbe de décharge exponentielle soit relativement lente afin que la tension VR à la borne 31 soit pratiquement constante entre deux marques successives celles-ci ne pouvant être séparées que de (2n + 1) = 7 éléments binaires au plus pour un signal bipolaire en code HDBn. Lorsque le signal entrant est entâché d'un bruit B, la tension de référence VR varie alors également en dépendance de l'amplitude de la tension de bruit.Dès qu'une marque bipolaire M+, M a une tension en valeur absolue supérieure à la tension de référence, la sortie 4+, 4 du comparateur 2 , 2 correspondant transmet une impulsion de signal binaire BIN , BIH qui sera recalibrée dans le circuit de décision correspondant. Le redresseur à seuil comprend également une seconde résistance 38 interconnectée entre une borne d'alimentation positive VP, typiquement à 5 volts, et la borne 31. Cette résistance 38 fixe ainsi une tension, en pratique égale à 0,8 volts, qui est une limite inférieure de la tension de référence VR. Ainsi en l'absence de signal entrant, dûe par exemple à des microcoupures, une tension de bruit n'excèdant pas la tension de seuil VS n'active pas les comparateurs 2+ et 2 , et le convertisseur conserve toute son immunité au bruit. Selon une seconde réalisation montrée à la Fig.2, un convertisseur bipolaire-binaire comprend tous les composants du convertisseur montré à la Fig.l, et en plus un second diviseur de tension et une seconde diode 35 incluse dans le circuit d'ajustement de tension de référence 3a. Le circuit 3a comprend des éléments 32+ à 35+ et 36 à 38 identiques aux éléments 32 à 38 déjà cités et agencés de la même manière. Le second diviseur de tension est identique au premier diviseur de tension déjà décrit, et comprend deux résistances 32 et 33 ayant une borne commune 34 reliée à l'anode de la diode 35 et des autres bornes reliées respectivement à la borne 13 du demi-enroulement secondaire 12 du transformateur 1 et à la terre. La cathode de la diode 35 est reliée à celle de la diode 35+ et donc à la borne de tension de référence 31.Dans ce cas, le circuit d'ajustement de tension de référence 3a redresse à double alternance la tension du signal entrant BIP après division de tension par deux dans les diviseurs 32+ + 33+ et 32 + 33-. Ceci permet à la tension de référence à la borne VR de mieux suivre les fluctuations du signal entrant par réduction du temps de décharge faible du condensateur 37 entre deux marques bipolaires successives qui contribuent à une charge du condensateur 37, quelles que soient leur polarité ; la tension de référence est alors, en pratique, statistiquement égale à la demi-amplitude moyenne des marques M+ et M . Selon les réalisations précédentes, et principalement selon la première réalisation la tension de référence VR varie en fonction de la plus grande amplitude des marques positives et négatives, et principalement des marques positives selon la première réalisation. Si la tension de bruit B est en moyenne positive, celle-ci est additionnée aux amplitudes des marques positives M+, si bien que la tension de référence VR permet de distinguer des marques M et des "O" entaches de bruit ; par contre, la tension de bruit B est soustraite à l'amplitude des marques négatives M , si bien que leur amplitude entachée de bruit et inversée par le transformateur A-B est comparée à une tension de référence A/2 + B/2 plus proche, comparativement à l'amplitude des marques positives entachée de bruit A+B, ce qui diminue la distinction entre marque M et "O". Afin de réduire encore les erreurs de détection dûe à la présence de bruit, une troisième réalisation montrée à la Fig.3 permet de détecter les marques M+ et M respectivement en fonction de tensions de référence VR+ et VR tenant compte de leurs fluctuations respectives dues au bruit. En référence à la Fig.3, un convertisseur bipolaire-binaire comprend le transformateur différentiel 1 et les deux comparateurs 2+ et 2 , comme dans le convertisseur de la Fig.1, et deux circuits d'ajustement de tension référence 3+ et 3 comprenant des composants 32+ à 38+ et 32 à 38 identiques à ceux 32 à 38 du circuit 3 et agencés de la rame manière. La borne 13+ du premier demi-enroulement secondaire 12+ est reliée à l'entrée inverse (-) du comparateur 2 et à ladite autre borne de la résistance 32+ dans le premier circuit d'ajustement 3+, et la borne 13 du second demi-enroulement 12 est reliée à l'entrée inverse (-) du comparateur 2 et à ladite autre borne de la résistance 32 dans le second circuit d'ajustement 3 , comme pour le convertisseur montré à la Fig. 2. Par contre, la borne de sortie 31+ du circuit 2 est seulement reliée à la borne directe (+) du premier comparateur 2+, et la borne de sortie 31 du circuit 2 est seul.3ent reliée à la borne directe (+) du second comparateur 2 Selon la troIsième réalisation, les condensateurs 37+ et 37 dans les circuits 3+ et 3- se chargent respectivement en fonction des demi-amplitudes des marques M+ et M , si bien que les tensions de référence VR+ et VR aux bornes 31+ et 31 suivent précisement les variations des amplitudes M+ et M notamment dues au bruit. Si la valeur moyenne du bruit B est positive, la tension VR augmente comme celles des marques dans le signal BIP+, et la tension VR diminue comme celles des marques M dans le signal BIP réciproquement, si la valeur moyenne de bruit est négative, la tension VR+ diminue comme celles des marques M+ dans le signal BIP+, et la tension VR augmente comme celles des marques M dans le signal BIP , toujours dans un rapport 1/2. REVENDICATIONS 1 - Convertisseur bipolaire-binaire comprenant des moyens (1) pour transformer un signal bipolaire entrant (BIP) en des premier et second signaux bipolaires opposés (BIP+, BIP ), et des premiers et seconds moyens (2+ et 2 ) pour comparer respectivement les premiers et seconds signaux bipolaires à une tension de référence (VR), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (3) reliés aux moyens pour transformer (1) pour ajuster la tension de référence (VR) en dépendance de l'amplitude du signal bipolaire entrant (BIP). 2 - Convertisseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster comprennent des moyens (38) pour maintenir la tension de référence (VR) supérieure à un seuil de tension prédéterminé (VS). 3 - Convertisseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3) sont reliés à une borne de sortie (13+ ; 13 ) des moyens pour transformer (1) délivrant l'un (BIP+ ; BIP ) des premier et second signaux bipolaires pour ajuster la tension de référence (VR) en dépendance de l'amplitude de marques bipolaires de polarité positive (M t M ) dans ce signal, 4 - Convertisseur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3) comprennent des moyens (32, 33) pour diviser la tension de l'un (BIP+;; RIP ) des premier et second signaux bipolaires en une tension divisée, et des moyens (35, 36, 37) pour redresser à une simple alternance la tension divisée en ladite tension de référence (VR). 5 - Convertisseur conforme à la revendication i ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3a) sont reliés à deux bornes de sortie (13+, 13 ) des moyens pour transformer. (1) délivrant respectivement les premier et second signaux bipolaires (BIP+, BIP ) pour ajuster la tension de référence (VR) én dépendance de l'amplitude de marques bipolaires de polarité positive (M , M ) dans les premier et second signaux. 6 - Convertisseur conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3a) comprennent des moyens (32+, 34+, 32 , 34 ) pour diviser la tension du signal bipolaire entrant (BIP) en une tension divisée et des moyens (35+, 35 , 36, 37) pour redresser à double alternance la tension divisée en ladite tension de référence (VR). 7 - Convertisseur conforme à la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce que les moyens pour diviser (32, 33 ; 32+, 33+, 32 , 33 ) opèrent une division de tension dans un rapport d'environ 1/2. 8 - Convertisseur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3 ; 3a) comprennent deux premières résistances (32, 33) ayant une borne commune (34) et d'autres bornes reliées respectivement -à l'une (13+) de bornes de sortie des moyens pour transformer (1) et à la terre, une première diode (35) ayant une anode reliée à la borne commune (34), et une résistance (36) et un condensateur (37) connectés en parallèle entre la terre et une cathode de la première diode (35) délivrant la tension de référence (VR). 9 - Convertisseur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3 ; 3a) comprennent une résistance (38) ayant une borne à une tension d'alimentation positive (VP) et une autre borne reliée à la cathode de la première diode (35). 10 - Convertisseur conforme à la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster (3a) comprennent deux secondes résistances (32-, 33 ) ayant une borne commune (34 ) et d'autres bornes reliées respectivement à une autre borne de sortie (13 ) des moyens pour transformer (1) et à la terre, et une seconde diode (35-) ayant une anode reliée à la borne commune (34 ) des secondes résistances et une cathode reliée à celle de la première diode (35+). 11 - Convertisseur bipolaire-binaire comprenant des moyens (1) pour transformer un signal bipolaire entrant (BIP) en des premier et second signaux bipolaires opposés (BIP+, BIP), et des premiers et seconds moyens de comparaison de tension (2+, 2 ) recevant respectivement les premier et second signaux bipolaires, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers et seconds moyens (3+, 3 ) reliés à des sorties respectives (13+, 13 ) des moyens pour transformer (1) pour établir des première et seconde tensions de référence (VR+, YR ) respectivement variables en dépendance des amplitudes positives des premier et second signaux bipolaires (BIP+, BIP) et appliquées aux premiers et seconds moyens de comparaison (2+, 2 ). 12 - Convertisseur conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que chacun des premiers et seconds moyens pour établir (3+, 3 ) est analogue aux moyens pour ajuster (3) conformes à l'une quelconque des revendications 2 à 4, 7, 8 et 9.