Brevet FR2609588A1 — publié le 19880715

La présente invention se rapporte à un procédé de recons- truction d'un signal analogique, en particulier pour téléphonie numérique, du type qui comprend une première phase de conversion numérique-analogique, dans Laquele on produit une première recons- truction du signal analogique, avec introduction dans le spectre de fréquence d'une composante de distorsion possédant une amplitude qui décroît avec la fréquence du signal, et une deuxième phase de filtrage passe-bas effectuée à l'aide d'intégrateurs possédant une fréquence de coupure ft. L'invention se rapporte en outre à un dispositif de circuit pour la reconstruction d'un signal analogique, en particu- lier en téléphonie numérique, du type comprenant un convertisseur numérique-analogique ayant une sortie connectée à un filtre de reconstruction passe-bas muni d'intégrateurs possédant une fré- quence de coupure ft' ledit convertisseur introduisant dans le spectre des fréquences une composante de distorsion dont l'ampli- tude décroît avec la fréquence du signal. Ainsi qu'il est bien connu, dans le domaine de la trans- mission téléphonique des signaux numériques, en particulier des signaux dits PCM (modulation par impulsions codées), on se trouve face à la nécessité de reconvertir ces signaux en d'autres signaux dits analogiques au moment de la réception. Les signaux numériques, tirés de la conversion analogique- numérique d'un signal analogique local, sont transmis par une ligne téléphonique; de ce fait, à la réception, le signal local doit donc être reconstruit par une nouvelle conversion de numérique à analogique. Pour effectuer cette reconstruction, la technique connue propose l'utilisation d'un convertisseur numérique-analogique asso- cié à un filtre de reconstruction. Le convertisseur reçoit en entrée, venant de la ligne de transmission, le signal numérique, présenté sous la forme d'une séquence de valeurs logiques binaires dites "bits", et il présente à sa sortie une première reconstruc- tion du signal vocal d'origine, laquelle est constituée par une forme d'onde analogique composée de gradins dont chacun correspond aux valeurs d'amplitude du signal vocal d'origine quantifié pour des périodes de temps constantes T. En d'autres termes, La s première reconstruction du signal est constituée par une phase de maintien du signal pendant des périodes égales à T. s Plus particulièrement, le fonctionnement du convertisseur est rythmé par une impulsion dite d'horloge, multiple d'une fré- quence d'échantillonnage fs, qui est standardisée internationale- ment à 8 kHz, et ladite période de quantification est donnée par l'inverse de cette fréquence fs La phase de maintien du signal pendant les périodes égales à T introduit dans le spectre de fréquence du signal une compo- s sante de distorsion possédant une amplitude, par exemple, du type [sin (nf/f5s)]/(Tf/f5), laquelle a l'inconvénient de produire dans l'amplitude de signal une atténuation qui ne reste pas constante lorsque la fréquence varie, et d'introduire en conséquence une dis- torsion dans le signal. Pour éviter cet inconvénient, un filtre de reconstruction est connecté en cascade à la sortie du convertisseur numérique- analogique. Ce filtre permet d'éliminer les composantes à haute fréquence du signal en se comportant comme un filtre passe-bas entre O et 3300 Hz, cette dernière valeur étant la fréquence de coupure ft fixée par les normes internationales. A la sortie du filtre de reconstruction, on connecte géné- ralement un amplificateur opérationnel qui régénère le signal ana- logique avec une basse impédance de sortie. Actuellement, on réalise des circuits intégrés comportant un filtre de reconstruction dit de cinquième ordre, en ce sens qu'il possède cinq intégrateurs actifs qui comprennent un nombre égal d'amplificateurs opérationnels, lesquels se sont révélés adap- tés pour satisfaire les spécifications de filtrage des normes internationales, ainsi que d'éliminer également la composante de distorsion citée plus haut. Toutefois, cette solution technique connue, bien qu'elle réponde sensiblement au but bisé, présente des inconvénients dus à la grande surface du circuit intégré qui est occupée par un tel nombre d'amplificateurs opérationnels et à la dissipation de puis- sance. Le principe de résolution du problème qui est à la base de la présente invention consiste à tirer parti de le réponse en fré- quence de la composante de distorsion d'amplitude qui est intro- duite dans la phase de maintien, en remplacement de la réponse en fréquence d'un pôle unique du filtre de reconstruction. Le problème technique qui est à la base de la présente invention consiste à imaginer un procédé et un dispositif pour la reconstruction d'un signal analogique à partir d'un signaL num- rique PCM qui ait des caractéristiques fonctionnelles et structu- relIes de nature à surmonter les inconvénients précités. Le problème est résolu par un procédé de reconstruction dû type indiqué, caractérisé en ce que ladite composante de distorsion remplace la réponse en fréquence de l'un desdits intégrateurs. Le problème est en outre résolu par un dispositif de circuit du type indiqué plus haut qui est caractérisé en ce que ledit filtre de reconstruction est du quatrième ordre, en ce sens qu'il comprend quatre integrateurs, et que ladite composante de distorsion remplace un intégrateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexes sur lesquels, la figure 1 représente un dispositif de reconstruction selon l'invention; la figure 2 représente un diagramme de la réponse en fré- quence d'un signal de distorsion présent dans le dispositif de la figure 1. Sur ces figures, on a indiqué globalement et schématique- ment en 1 un dispositif selon l'invention destiné à la reconstruc- tion d'un signal analogique vocal 6 à partir d'un signal numérique 3 dit PCM utilisé en téléphonie. En 2, on a indiqué un convertisseur numérique-analogique, de type classique,qui reçoit en entrée une forme d'onde numérique 3. Le convertisseur 2 reçoit en outre, en tant qu'autre entrée, une impulsion dite d'horloge qui est multiple d'une fréquence d'échan- tillonnage fs égale à 8 kHz. On a indiqué en 9 une forme d'onde analogique obtenue à la sortir du convertisseur 2 et qui correspond au signal analogique vocal d'origine quantifié en amplitude par périodes de temps cons- tantes Ts = 1/fs, o fs est ladite fréquence d'échantillonnage. Le convertisseur 2 est avantageusement connecté par sa sortie à l'entrée d'un filtre de reconstruction 4 qui, selon l'invention, est du quatrième ordre. Le filtre 4 comprend donc quatre intégrateurs actifs constitués par des amplificateurs opéra- tionnels non indiqués. Le dernier étage du filtre 4 comprend le quatrième desdits amplificateurs opérationnels, qui est en particulier un amplifica- teur de puissance 5. L'amplificateur de puissance 5 est donc avantageusement intégré en qualité de dernier étage du filtre de reconstruction 4 à la sortie du filtre 4, on trouve la forme d'onde analogique 6 qui représente le signal analogique reconstruit et qui correspond à la forme d'onde numérique 3. Le procédé de reconstruction du dispositif de circuit selon l'invention est décrit ci-après en se reportant particulière- ment à l'exemple de la figure 2, sur laquelle on a représenté des diagrammes des modules des réponses en fréquence, respectivement pour la composante de distorsion d'amplitude Esin (ef/f)/(f/fs), indiquée par la courbe 7 et pour la fonction 1/f) indi- S quée par la courbe 8. La courbe 8 représente le module de la réponse en fréquence d'une fonction i de transfert d'un pôle unique correspon- dant à un intégrateur du filtre de reconstruction. Etant donné que les courbes 7 et 8 sont analogues pour les hautes fréquences, très supérieures à la fréquence de quantifica- tion f5s, et qu'elles prennent toutes deux la valeur zéro à l'infi- ni, on utilise dans le dispositif selon l'invention la réponse en fréquence 7 de la composante de distorsion à la place d'un intégra- teur correspondant à pôle unique avec une réponse en fréquence don- née par la courbe 8. En particulier, pour les fréquences allant jusqu'à la fréquence de coupure ft, la différence entre l'atténua- tion due à la distorsion et celLe qu'on obtiendrait en utilisant un intégrateur pour réaliser le pôLe unique est compensée. Le filtre 4 comprenant quatre intégrateurs selon l'inven- tion devra évidemment être optimisé, avec des techniques connues de l'homme de l'art,pour compenser la croissance de l'atténuation avec la fréquence qui est due à la différence entre les courbes 7 et 8 pour des fréquences comprises entre la fréquence zéro et la fré- quence de coupure ft. Avec le filtre du quatrième ordre selon l'invention, la conversion numérique-analogique est de qualité égale à celle que l'on peut obtenir avec le filtre de cinquième ordre selon la tech- nique connue. Le dernier étage du filtre 4 équipé d'un amplificateur opérationnel de puissance assure les deux fonctions d'intégrateur et de pilotage à basse impédance d'une charge connectée en aval du filtre. Le dispositif de reconstruction d'un signaL analogique selon la présente invention possède le grand avantage de pouvoir être réalisé avec un nombre particulièrement réduit de composants, ce qui réduit la puissance dissipée ainsi que la surface occupée dans le circuit intégré. Bien entendu, diverses modifications pourront être appor- tées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de reconstruction d'un signal analogique (6), en particulier pour la téléphonie numérique, du type qui comprend une première phase de conversion numérique-analogique, dans laquel- le on produit une première reconstruction (9) du signal analogique (6) avec introduction dans te spectre des fréquences d'une compo- sante de distorsion (7) dont l'amplitude décroît avec la fréquence du signal et une deuxième phase de filtrage passe-bas, effectuée au moyen d'un filtre (4) muni d'intégrateurs, avec une fréquence de coupure (ft), caractérisé en ce que ladite composante de distorsion (7) est utilisée en remplacement de la réponse en fréquence de l'un desdits intégrateurs. 2. Procédé de reconstruction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réponse en fréquence de ladite composante périodique atténuatrice est compensée pour les fréquences allant jusqu'à la fréquence de coupure (ft) pour reproduire la réponse en fréquence dudit intégrateur à pâle unique. 3. Dispositif de circuit (1) pour la reconstruction d'un signal analogique (6), en particulier en téléphonie numérique, du type qui comprend un convertisseur numérique-analogique (2) ayant une sortie connectée à un filtre de reconstruction passe-bas (4) muni d'intégrateurs et ayant une fréquence de coupure (ft), ledit convertisseur (2) introduisant dans le spectre des fréquences une composante de distorsion (7) possédant une amplitude qui décroît avec la fréquence (f) du signal, caractérisé en ce que, dans ledit filtre de reconstruction (4), ladite composante de distorsion (7) est utilisée en remplacement de la réponse en fréquence de l'un desdits intégrateurs. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit filtre de reconstruction (4) est du quatrième ordre, du fait qu'il comprend quatre intégrateurs, et en ce que ladite compo- sante de distorsion (4) remplace un intégrateur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dernier étage (5) du filtre de reconstruction (4) comprend un amplificateur opérationnel de puissance. 6. Dispositif selon Les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit amplificateur de puissance est l'un desdits inté- grateurs.