Brevet FR2602105A1 — publié le 19880129

Dispositif de modulation de fréquence à correction dynamique 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, deux générateurs de tension, un commutateur commandé par les états du comparateur pour relier l'un des générateurs à une seconde entrée du comparateur quand le comparateur est dans l'un de ses états et l'autre des générateurs à la seconde entrée quand le comparateur est dans l'autre de ses états, une source de courant à commutation dont le sens du courant I + Vm/R, avec I et R valeurs propres à la o o source et Vm signal de modulation appliqué à la source, est commandé par le comparateur afin de charger et décharger le condensateur. De tels dispositifs de modulation de fréquence, fonctionnant en circuit astable, sont connus ; leur fréquence porteuse peut aller jusqu'à quelques dizaines de mégahertz. Les 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 'une 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 dynamique, en modulant la tension de sortie de l'un des générateurs à l'aide du signal de modulation Vm. 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, deux générateurs de tension, un commutateur commandé par les états du comparateur pour relier l'un des générateurs à une seconde entrée du comparateur quand le comparateur est dans l'un de ses états et l'autre des générateurs å la seconde entrée quand le comparateur est dans l'autre de ses états, une source de courant à commutation dont le sens du courant Io + Vm/R, avec 10 et R valeurs propres à la o source et Vm signal de modulation appliqué à la source, est commandé par le comparateur afin de charger et décharger le condensateur, est caractérisé en ce que l'un des générateurs de tension est un modulateur d'amplitude modulé par le signal de modulation et fournit une tension V2 - k .Vm où V2 et k sont des valeurs propres au modulateur et où k est au moins sensiblement égal à 2 T /RC, étant 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. Sur les figures 1 et 2 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 "-n d'un comparateur 2 et à l'une des bornes d'un condensateur C dont l'autre borne est réunie à la masse. 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 I'entrée 11 de la source 1 et la sortie directe est reliée, à travers un circuit de commutation 3, à l'entrée "+" du comparateur 2. Sur ce circuit de commutation est également appliqué le signal de modulation Vm. En l'absence de signal de modulation appliqué sur son entrée 10, la source de courant 1 délivre un courant de valeur absolue constante égale à Io, dans un sens tel qu'il permette de charger linéairement le condensateur C lorsque le signal de commande G est & 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 l'état "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, å Io/C. Le signal appliqué sur l'entrée "+" du comparateur 2 par le circuit de commutation 3, est une tension V1 lorsque G = "0" et une tension V2 lorsque G = "1", du moins dans le cas où aucun signal de modulation, Vm, n'est appliqué sur le circuit 3; ctest ce cas, correspondant å l'art antérieur qui va tout d'abord être décrit. 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 à l'état "0". Le passage à l'état "1" du signal G entraine une décharge linéaire du condensateur C jusqu a ce que la tension décroissante VC 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 "O") 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, aux bornes du condensateur C, apparaît un signal en dents de scie ayant des pentes positives et négatives égales en valeur absolue 10/C. En présence du signal de modulation Vm sur son entrée 10, la source de courant 1 délivre un courant de valeur IO + IS, où IS = Vm/R représente la valeur instantanée d'un courant alternatif caractéristique du signal de modulation Vm et où R est un coefficient résistif propre à la source. Cependant la pente des droites représentant la variation de tension aux bornes du condensateur C1 devient égale, en valeur absolue, à (Io + I) /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 de modulation Vm ; ces transistors ont leurs bases reliées å la masse, respectivement par des résistances R3 et R4, et leurs collecteurs reliés à une tension positive V a 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 à la sortie 12 qui est reliée au condensateur C et à l'entrée n - n du comparateur 2. La sortie 10 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 modulateur d'amplitude, 32, et dont la sortie est reliée à l'entrée "+" du comparateur 2. Sans signal de modulation Vm appliqué à son entrée, le modulateur d'amplitude 32 se comporte en générateur de tension V2 ; d'ailleurs le schéma selon la figure 2 peut être ramené à un schéma selon l'art connu en remplaçant le modulateur d'amplitude 32 par un simple générateur de tension continue. La sortie G du comparateur 2 est reliée, à travers un condensateur C1 , à 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 circuits 31 et 32 correspondent au circuit de commutation 3 de la figure 1. 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 + IS = I + Vm/R, où R est, comme il a été dit, un o coefficient résistif propre à la source 1 et, plus précisément, propre au générateur de courant 4. L'amplificateur différentiel est commandé, sur la base du transistor T3 , par le signal G délivré, à travers le condensateur C1 , 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, mals cette fois en tenant compte du fait que la tension V2 , fournie par le modulateur d'amplitude 32, est modulée par le signal de modulation Vm. La tension Vc aux bornes du condensateur est 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 V2dv' = V2-k . Vm où k est le coefficient de modulation du modulateur 31 de la figure 2 ; dans le cas où Vm ne modulerait pas le signal fourni par le circuit 32 (cas selon l'art antérieur avec circuit 32 du type générateur de tension continue V2), dv' serait nul et la tension V+ varierait de V1 à V2. 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 tl du comparateur 2 mais après un retard X qui est le temps séparant l'instant où les potentiels des entrées It+n et "-" du comparateur 2 sont égaux et l'instant où le sens du courant fourni par la source 1 s'inverse ; il y a ainsi dépassement, par la tension VC , des valeurs V1 et V2k.Vm 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 V1 et V2-k. Vm, la différence de tension dv' = k.Vm entre le haut du signal en créneaux V+ et la tension 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 à remarquer que le signal de la sortie G du dispositif selon les figures 1 et 2, correspond à la tension V+ mais avec des amplitudes différentes et un retard dû au comparateur 2. En appelant dQ la variation de charge aux bornes du comparateur C entre deux crêtes de la tension VC séparées par une demi-période T/2 et, comme plus avant, I = I + Vm/R la Io valeur du courant fourni par le générateur 4, il vient - dans le cas où le circuit 32 est un simple générateur de tension continue V2 (cas selon l'art antérieur, dv' = 0) dQ = I.T/2 = (lo + Vm/R) T/2 = C.dVC = CL(V2-V1)+2dvJ comme C.dv = I.T = (Io + Vm/R) T dQ = (Io+Vm/R) T/2=C [(V2-V1)+2Io . T /C+2.Vm/R. T/C ] et la fréquence de récurrence de la tension V+ et donc du signal produit par le dispositif selon les figures 1 et 2, est I o i/T = 10 + Vm/R F = 1/T = 2C[(V2-V1)+21o.#/C+2Vm/V.#/C] cette formule dans laquelle Vm apparaît au numérateur et au dénominateur de la fraction, montre que la fréquence de récurrence du signal produit par le dispositif ne peut être une fonction parfaitement linéaire de Vm. - dans le cas où le circuit 32 est un modulateur d'amplitude qui fournit un signal V2-k.Vm = V2-dv' (cas selon l'invention et selon les figures) dQ = I.T/2 = (Io + Vm/R)T/2 = C. dVC = C[(V2-V1)+2 dv-dv'] comme C.dv = I.T = (Io + Vm/R) T et comme dv' = k.Vm dQ = (I0+Vm/R)T/2 = C[(V2-V1)+2(I0+Vm/R) T # /C-k.Vm3 et la fréquence de récurrence du signal produit par le dispositif est donnée par F = 1/T = 10 + Vm/R F = 1/T = 2C [(V2-V1)+zIo.#/C+Vm(2#/RC-k)] cette formule montre que si k = 2 T /RC la fréquence de récurrence devient I + Vm/R F = 2C[(V2-V1)+2I0.#/C] 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 décrit, c'est ainsi, en particulier, que la modulation par le signal de modulation peut être appliquée à la tension Vi, voire, éventuellement aux tensions V1 et V2 La présente invention est utilisable notamment dans les émetteurs modulés en fréquence et, en particulier, dans les émetteurs opto-électroniques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de modulation de fréquence comportant un condensateur de valeur C, un comparateur (2) à deux états, ayant une première entrée couplée au condensateur, deux générateurs de tension (31, 32), un commutateur (30) commandé par les états du comparateur pour relier l'un des générateurs à une seconde entrée du comparateur quand le comparateur est dans l'un de ses états et l'autre des générateurs à la seconde entrée quand le comparateur est dans l'autre de ses états, une source de courant à commutation (1) dont le sens du courant I + Vm/R, avec I et R valeurs propres & la source et Vm o o signal de modulation appliqué à la source, est commandé par le comparateur afin de charger et décharger le condensateur, caractérisé en ce que l'un des générateurs de tension (32) est un modulateur d'amplitude modulé par le signal de modulation et fournit une tension V2 - k . Vm où V2 et k sont des valeurs propres au modulateur et où k est au moins sensiblement égal à 2 T /RC, T étant la somme des temps de retard de commutation du comparateur (2) et de la source (1). 2. Emetteur à modulation de fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 1.