Brevet FR2602104A1 — publié le 19880129

Dispositif de modulation de fréquence à correction statique de linéarité et émetteur comportant un tel dispositif La présente invention se rapporte à un dispositif de modulation de fréquence comportant un condensateur, un comparateur à deux états, ayant une première entrée couplée au condensateur, un circuit de commutation couplé à une sortie du comparateur, pour appliquer un signal de référence fonction de l'état du comparateur sur une seconde entrée du comparateur, une source de courant à commutation, modulée par un signal de modulation et reliée à la première entrée du comparateur pour charger et décharger le condensateur sous la commande du comparateur. De tels dispositifs de modulation de fréquence, fonctionnant en circuit astable, sont connus ; leur fréquence porteuse peut aller jusqu'à quelques dizaines de mégahertz. Ces dispositifs de modulation de fréquence connus ont une réponse "fréquence de sortie par rapport à l'amplitude du signal de modulation d'entrée" qui peut être considérée comme linéaire dans bien des cas d'application ; néanmoins il peut arriver qu tune linéarité quasi parfaite de la réponse "fréquence/amplitude" soit désirée et ces dispositifs connus ne permettent pas de satisfaire ce désir surtout si une gamme importante de fréquences de travail doit être couverte. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Ceci est obtenu, en particulier, par une correction statique, à l'aide d'une résistance convenablement calculée et disposée. Selon l'invention un dispositif de modulation de fréquence comportant un condensateur de valeur C, un comparateur à deux états, ayant une première entrée couplée au condensateur, un circuit de commutation couplé à une sortie du comparateur, pour appliquer un signal de référence fonction de l'état du comparateur sur une seconde entrée du comparateur, une source de courant å commutation, modulée par un signal de modulation et reliée à la première entrée du comparateur pour charger et décharger le condensateur sous la commande du comparateur, est caractérisé en ce qu'il comporte une résistance en série avec le condensateur de manière à être traversée par les mêmes courants que le condensateur et de valeur au moins sensiblement égale à 2. T /C où X est la somme des temps de retard de commutation du comparateur et de la source. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ciaprès et des figures s'y rapportant qui représentent la figure 1, un schéma simplifié d'un dispositif de modulation corrigé selon l'invention, la figure 2, une représentation plus détaillée du dispositif selon la figure 1, la figure 3, un diagramme des temps relatif au dispositif selon les figures 1 et 2 mais sans la correction selon l'invention, la figure 4, un diagramme des temps relatif au dispositif selon les figures 1 et 2. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères, La figure 1 représente une source de courant, 1, qui comporte une entrée, 10, de signal de modulation, Vm, et une entrée, 11, de commande du sens du courant fourni par cette source. La sortie, 12, de la source 1 est reliée à l'entrée "-" d'un comparateur 2 et à l'une des bornes d'une résistance r dont l'autre borne est réunie à la masse par un condensateur C.Le comparateur 2 est un comparateur de tensions à deux sorties une sortie directe G et une sortie inversée G ; ces sorties qui constituent les sorties du dispositif peuvent prendre deux états logiques : "1" et "O". La sortie inversée G est reliée à ltentrée 11 de la source 1 et la sortie directe est reliée, à travers un circuit de commutation 3, à l'entrée "+" du comparateur. Décrit, sans tenir compte de la résistance r (r nul), le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. En l'absence de signal modulant appliqué sur son entrée 10, la source de courant 1 délivre un courant, de valeur absolue constante égale à 10 , dans un sens tel qu'il permette de charger linéairement le condensateur C lorsque le signal de commande G est à l'état "0" logique, et délivre ce courant, mais dans le sens inverse, afin de décharger linéairement le condensateur C, lorsque le signal de commande G est à ltétat "1" logique. Ainsi la tension VC aux bornes de ce condensateur croît puis décroît linéairement en fonction du temps avec une pente égale, en valeur absolue, à I0/C. Le signal appliqué sur l'entrée "+" du comparateur 2 par le circuit de commutation 3 est une tension V1 lorsque G = O et une tension V2 lorsque G = 1. Lorsque la tension Vc C croît et dépasse la valeur de la tension appliquée sur l'entrée "+" du comparateur 2, le comparateur 2 change d'état et délivre un signal G à l'état "1" et un signal G å l'état "0". Le passage à l'état "1" du signal G entraîne une décharge linéaire du condensateur C jusqu a ce que la tension décroissante Vc C devienne inférieure à la tension appliquée sur l'entrée "+" du comparateur 2. Le comparateur 2 change alors d'état (le signal G passe à l'état "0") et autorise ainsi la charge du condensateur C. Ensuite le cycle précédemment décrit recommence. Les sorties du comparateur 2 délivrent un signal carré alors que les variations de tension aux bornes du condensateur C sont représentées par un signal en dents de scie ayant des pentes positives et négatives égales en valeur absolue Io/C o (figure 3). Lorsqu'un signal modulants Vm , est appliqué sur entrée 10 de la source de courant 1, cette source délivre un courant de valeur I + IS où IS : Vm/R représente la valeur instantanée o 1S d'un courant alternatif, caractéristique du signal modulant, Vm , et ou R est un coefficient résistif propre à la source 1. Cependant la pente des droites représentant la variation de tension aux bornes du condensateur C devient égale, en valeur absolue à (Io + IS ) /C . La variation de pente sera donc proportionnelle à IS En conséquence la fréquence de ce signal, ainsi que celle du signal carré délivré par le comparateur 2, est proportionnelle à la valeur IS du courant alternatif. Cette caractéristique permet d'obtenir, sur les sorties du comparateur 2, un signal modulé en fréquence, dont la valeur de l'excursion en fréquence est proportionnelle à la valeur instantanée IS du courant alternatif. Le schéma d'un exemple de réalisation est donné par la figure 2. La figure 2 montre deux transistors bipolaires NPN, T2 et T3 , qui ont leurs émetteurs alimentés par un même générateur de courant 4 recevant sur son entrée 10 le signal modulant Vm ces transistors ont leurs bases reliées à la masse, respectivement par des résistances R3 et R4, et leurs collecteurs reliés à une tension positive Va respectivement à travers une diode D1 et une résistance R2 disposées en série et à travers la double jonction collecteur-émetteur d'un transistor PNP, T1, et une résistance R1 (identique à la résistance R2 dans l'exemple décrit) disposées en série. La cathode de la diode D1 est reliée à la base du transistor T1 et au collecteur du transistor T2 .Les collecteurs des transistors T1 et T3 sont reliés entre eux et sont reliés à la sortie 12 qui est, elle même, reliée à ltensemble r- C r-C et à l'entrée n - tt du comparateur 2. La sortie G du comparateur 2 est reliée à l'entrée de commande d'un commutateur électronique 30, schématisé par un commutateur électro-mécanique sur la figure 2, dont les deux entrées de signaux sont respectivement reliées à la sortie d'un générateur de tension continue V1, 31, et d'un générateur de tension continue V2, 32, et dont la sortie est reliée à l'entrée n + n du comparateur 2 La sortie G du comparateur 2 est reliée, à travers un condensateur C1, 'a la base du transistor T3. L'ensemble constitué par les transistors T1, T2 et T3 , le générateur de courant 4, les résistances R1 , R2 , R3 et R4 la diode D1 et le condensateur C1, correspond à la source de courant 1 de la figure 1. Le commutateur 30 et les générateurs de tension 31 et 32 correspondent au circuit de commutation 3 de la figure 1. Toujours en faisant abstraction de la résistance r, le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Le condensateur C et le comparateur 2, identiques à ceux de la figure 1, réalisent la même fonction que celle décrite précédemment sur la figure 1. Les deux transistors T2 et T3 constituent un amplificateur différentiel alimenté à courant constant par la source de courant 4 qui délivre un courant de valeur I = I + ils = 1o + Vm/R. L'amplificateur différentiel est o commandé, sur la base du transistor T3, par le signal G délivré, à travers le condensateur C1 ss par le comparateur 2 la composante continue du signal G est ainsi supprimée. Lorsque la valeur du signal appliqué sur la base du transistor T3 est négative (G=O), ce transistor est bloqué et le transistor T2 est conducteur. Le courant de collecteur du transistor T2 est alors égal à I ainsi que le courant d'émetteur du transistor T1 car les résistances R1 et R2 sont égales. Le courant de collecteur du transistor T1 charge le condensateur C avec un courant de valeur I. Lorsque la valeur du signal appliqué sur la base du transistor T3 est positive (G = 1) le transistor T2 est bloqué et le transistor T3 délivre sur son collecteur un courant de valeur égale à I. Comme le transistor T2 est bloqué, le transistor T1 l'est également et le courant de collecteur de T3 décharge le condensateur C avec un courant de valeur -I. Les variations de tension aux bornes du condensateur C commandent les changements d'état du comparateur 2, permettant ainsi d'obtenir un signal carré modulé en fréquence sur les sorties du comparateur 2. La figure 3 représente les tensions V+ sur l'entrée "+" du comparateur 2 et VC aux bornes du condensateur C, toujours en considérant que la résistance r est de valeur nulle. La tension Vc aux bornes du condensateur C est, comme il a été indiqué précédemment, un signal en dents de scie, tandis que la tension V+ sur l'entrée "+" du comparateur 2 est un signal en créneaux, de période T, qui prend alternativement les valeurs V1 et V2 tous les temps T/2. Du fait de la vitesse de commutation limitée du comparateur 2 et des commutateurs de courant que constituent les transistors T1, T3 , les courants de charge et de décharge du condensateur C ne sont pas délivrés dès qu'il y a égalité sur les entrées "+" et "-" du comparateur 2 mais après un retard i qui est le temps séparant l'instant ou les potentiels des entrées "+" et "-" du comparateur 2 sont égaux et l'instant ou le sens du courant fourni par la source de courant 1 s'inverse ; il y a ainsi dépassement, par la tension VC , des valeurs V1 et V2 de la - tension V+ sur l'entrée "+" du comparateur 2. Sur la figure 3 sont indiqués : le temps de retard i les dépassements d'amplitude, dv, de la tension VC par rapport aux tensions de référence V1 et V2 , l'amplitude crête à crête dVC de la tension VC et la durée T/2 des demi-périodes de la tension V+ ; il est å remarquer que le signal sur la sortie G du dispositif selon les figures 1 et 2 correspond à ia tension V+ mais avec des amplitudes différentes et un retard dû au comparateur 2. En appelant dQ la variation de charge (cas où r est nul) aux bornes du condensateur C entre deux crêtes de la tension V C séparées par une demi-période T/2, et I = I + Vm/R la o valeur du courant fourni par le générateur 4, il viens dQ = I.T/2 = (lo + Vm/R) T/2 = C.dVC = C rV2-V1) + 2dv] comme C.dv = I.X =(Io + Vm/R) T dQ=(Io + Vm/R) T/2 = CE(V2-V1)+2.10. v/C+2.Vm/R. # /Cu et la fréquence de récurrence de la tension V+ et du signal produit par le dispositif selon les figures 1 et 2, est 10 + Vm/R F = 1/T = I/2dQ =2c [(V2-V1)+2.10.i/C+2.Vrn/R.i/C3 cette formule, dans laquelle Vm apparaît au numérateur et au dénominateur de la fraction, montre que la fréquence de récurrence ne peut être une fonction parfaitement linéaire de Vm. C'est pour corriger ce défaut des dispositifs de modulation connus que la résistance r (figures 1 et 2) a été introduite en série avec le condensateur C. La figure 4 représente la tension V+ sur l'entrée "+" du comparateur 2 et la tension VCr aux bornes de l'ensemble condensateur C résistance r, dans le cas où la résistance r n est plus de valeur nulle. La tension V+ est toujours un signal de période T qui prend alternativement les valeurs V1 et V2 tous les temps T/2. Par contre la tension Vcr a une allure légèrement modifiée par rapport à l'allure de la tension VC de la figure 3 ; en effet, à chaque modification du sens du courant I qui traverse le condensateur C et donc la résistance r correspond une brusque variation de tension dv' = r .1 qui se traduit par un décrochement, après chaque crête, dans le signal en dents de scie. Sur la figure 4 sont indiqués, comme sur la figure 3, les temps de retard i dus aux mêmes causes que dans le cas ou r = O, les dépassements d'amplitude, dv, de la tension VCr par rapport aux tensions de référence V1 et V2, l'amplitude crête à crête dVC de la tension aux bornes du condensateur C et la durée T/2 des demi-périodes du signal produit par le dispositif de modulation de fréquence. En gardant les mêmes notations que dans le cas où r = 0, l'expression donnant la variation de charge dQ aux bornes du condensateur C entre deux crêtes de la tension Vcr séparées par une demi-période T/2 , devient dQ = I.T/2 = (Io + Vm/R) T/2 = C.dVç = C 0(V2-V1) +2dv-dv 2 avec dv = I i # /C et dv' = r.I il vient dQ = C[(V2-V1)+2(IO+Vm/R) T /C-r(I0+Vm/R)] et F = 1/T = I/2dQ = + Vm/R et F [(V2-V1)+2(I0+Vm/R)I/C-r(Io+Vm/R)] cette formule montre que si 2Vm/R. i /C = r.Vm/R les termes en Vm disparaissent, de même que lestermesen I o c'est-à-dire que si r = 2 i la fréquence de récurrence F devient Io+Vm/R F= Io+Vm/R 2C(V2-V1) et est donc une fonction linéaire de Vm, c'est-à-dire du signal de modulation. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit c'est ainsi, en particulier, que les durées de charge et de décharge du condensateur C peuvent être de valeurs différentes, il suffit pour cela, dans le cas de la figure 2 que les résistances R1 et R2 aient des valeurs différentes l'une de l'autre. La présente invention est utilisable notamment dans les émetteurs modulés en fréquence et, en particulierw dans les émetteurs opto-électroniques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de modulation de fréquence comportant un condensateur (C) de valeur C, un comparateur (2) à deux états, ayant une première entrée couplée au condensateur, un circuit de commutation (3) couplé à une sortie du comparateur, pour appliquer un signal de référence fonction de l'état du comparateur sur une seconde entrée du comparateur, une source de courant a commutation (1), modulée par un signal de modulation et reliée à la première entrée du comparateur pour charger et décharger le condensateur sous la commande du comparateur, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance (r) en série avec le condensateur de manière à être traversée par les mêmes courants que le condensateur et de valeur au moins sensiblement égale à 2 i /C où T est la somme des temps de retard de commutation du comparateur et de la source. 2. Emetteur à modulation de fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 1.