Brevet FR2605159A1 — publié le 19880415

Correcteur anti-oscillations notamment pour filtre La présente invention relève d'une manière générale d@ traitement de signaux analogiques et, plu pr'cis'ment, concerne une correction de signaux en vue d'limiter des oscillations, telle que celles introduites dans un signal par la traversée d'un filtre @ coupure raide. Il est connu que des systmes linéaires, d'un ordre rgal ou superieur à deux, excit@s à certaines fréquences propres. présentent un phnom.ne de rrsonance. I,es frnquences propre correspondent toujours a des modifications de fonctionnement du systere, modifications qui peuvent etre de type d'érivateur ou de type intngrateur. Lors desdites modifications de fonctionnement, la repose du système est en phase avec l'excitation. Il en d'coule une instabilité plus ou moins grande qui se traduit par une tendance naturelle du système à auto-osciller à la fréquence propre dominante, par exemple, lorsque l'excitation présente, par rapport a un r'gime tablai, une variation rapide de régime, engendrant des fréquences proches de la fréquence propre dominante. Les filtres constituent une part importante des systèmes linaires utilisés en traitement des signaux. Notamment les filtres d'un ordre ;gal ou supérieur r deux offrent l'avantage d'une pente de coupure 3 frcquence élevée. De tels filtres sont souvent l'objet d'un compromis entre la distorsion de phase et la distorsion d'amplitude. Une caractéristique importante recherche dans les filtres utiliss pour le traitement des signaux ayant de fortes variations transitoires est un temps de montre faible, afin de conférer une faible distorsion de phase, la distorsion de phase étant, comme il est connu, la cause majeure de distorsion pour de tels signaux. Toutefois, la caractéristique d'un temps de montée faible s'obtient au datriment de la stabilité du filtre. Il en résulte des auto-oscillations s'ajoutant au signal en sortie du filtre lorsque le signal en entre du filtre comporte des transitions ayant un temps de monte proche du temps de monté du filtre. Les auto-oscillations surviennent la suite des transitions et s'amortissent dans le temps, car le filtre reste globalement stable. Nranmoins, le signal de sortie est altrp, parfois considerablement, au voisinage desdites transitions. Les auto-oscillations sur un signal peuvent être particulièrement gênantes lorsque une bonne d finition du signal filtré est nécessaire autour des transitions pour assurer des performances requises. La presente invention vise à fournir un dispositif correcteur pour pliminer des oscillations telles que d.finies ci-dessus. A cette fin, un dispositif correcteur selon l'invention pour limiter des oscillations dans un signal a corriger est caractfris en ce qu'il comprend des moyens pour produire à partir dudit signal r- corriger un signal de correction ayant une forme d'onde semblable auxdites oscillations à éliminer, et des moyens pour soustraire en phase avec les oscillations ledit signal de correction du signal r corriger. L'invention permet une rejection élevée des oscillations d'un signal à corriger, sans modification sensible du temps de monte du signal à corriger lors de transitions variant dans une plage d'amplitude nominale. Ainsi, pour une rfalisation particulière, l'invention n'autre nullement le temps de montée pour des transitions d'amplitude comprises entre I volt et 0,25 volt. Pour des transitions inférieures à 0,25 volt, le temps de monte maximum des transitions velue entre 150 ns et 200 ns. Le retard introduit sur le signal par la traverse du dispositif correcteur de l'invention est très faible, de l'ordre d'une dizaine de nanosecondes. Par ailleurs, l'utilisation d'un dispositif correcteur selon l'invention est envisageable pour éliminer des oscillations dont la frequence peut être comprise dans une large bande. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'une realisation préférée de l'invention en référence aux dessins annexes correspondants dans lesquels - la Fig.l est un bloc-diagramme du dispositif correcteur selon l'invention ; - la Fig.2 montre en detail une réalisation prféree du dispositif correcteur ; et - les Figes. 3A et qP montrent des formes d'onde d'un signal entrant corriger comportant des oscillations, et d'un i ral sortant corriger correspondant, respectivement. En rfrence @ la Fig.1, un dispositif correcteur d'oscillations selon l'invention recoit par une entre lii d'un étage adaptateur d'impédance 1, un signal d'entre ' corriger SE d'amplitude maximale égale j @ volt crête " crête et comprenant des oscillations quasi-périodiques à éliminer de période T. L'étage adaptateur 1 délivre un signal analogue au signal " corriger SF des entres 211 et 412 d'un -tage dérivateur-déphaseur 2 et d'un étage soustracteur 4, respectivement. L'étage d@rivateur-déphaseur 2 délivre à une entrée 311 d'un stage discriminateur 3, un signal de dérivée DSE proportionnel la drivée première du signal d'entre SE et dont la phase est réglable de manière à le retarder d'une durée # déterminée. La durée > est déterminée de scrte que les oscillations dans le signal de correction OSC soient soustraites au signal d'entree SE, en phase avec les oscillations à éliminer. Le retard # est nécessaire pour compenser les déphasages introduits par l'étage dérivateur 2, principalement, mais aussi par l'étage discriminateur 3 et l'-tage soustracteur 4.Le signal de dérivée DSE contient les oscillations 3 éliminer et des impulsions positives et négatives correspondant des transitions rapides, montantes et descendantes, du signal d'entre SE. Pendant les transitions du signal @ corriger SE, aucune correction n'est nécessaire, les oscillations survenant une fois que la transition est effective. L'otage discriminateur 3 permet d'obtenir a partir du signal de drive DSE, un signal de correction OSC comprenant uniquement les oscillations c limiter. Les impulsions positives et négatives du signal de dérivée DSE sont détectées par comparaison = des seuils d'amplitude opposés prrdterminrs +S et -S respectivement. Les seuils d'amplitude +S et -S définissent un intervalle d'amplitude et sont d--terminrs de telle sorte que, seules, les impulsions à limiter du signal de dfrivae DSE, pour obtenir le signal de correction OSC, aient une amplitude à l'extcrieur dudit intervalle. Le signal de correction OSC obtenu est analogue au signal de dérivée DSE lorsque le signal de dérivée ne comporte pas d'impulsions. Le signal de correction OSC est nul pendant les impulsions du signal de dérivée DSE. l'étage soustracteur 4 reçoit à une entrée inverse @@@ signal de correction OSC et à l'entre directe 41? le signal d'entrée @ corriger SE. L'otage soustracteur 4 d-livre ainsi par une sortie 413 un signal corrigé SC dans lequel les oscillations du signal @ corriger SE sont dans une large mesure éliminées. La Fig.? montre en détail un dispositif correcteur selon l'invention, relis pour un signal à corriger SE de type signal vide. L'étage adaptateur 1 comprend un transistor 111, de type NPN, mont en metteur suiveur. Le transistor T11 est aliment symétriquement entre deux bornes de tension d'alimentation continue +V et -V, opposes par rapport n une tension de référence gale @ 0 volt, respectivement @ travers des résistances R11 et résistance R12 reliées à un collecteur C11 et un émetteur E11 du transistor T11. Le signal @ corriger SE est directement appliqu e une base B1] du transistor T11 qui constitue 1 entre 111 du dispositif correcteur.Le signal a corriger SE velue typiquement au voisinage de la tension de référence et possède une amplitude crête-à-crête de l'ordre de 1 volt maximum. Le transistor T11 est, dans les conditions ci-dessus, correctement polaris et fonctionne en régime lineaire. Un signal analogue au signal o corriger SE est d livra sous faible imprdance de sortie par l'émetteur E11 du transistor Tii à l'stage dérivateur-d5phaseur 2 et à l'étage soustracteur 4. Dans l'étage dérivateur-déphaseur 2, le signal délivré par l'otage adaptateur l est appliqua, .- travers une capacité de liaison C25, à une base B21 d'un transistor T21, de type NPS, inclus dans un amplificateur d'entre. Le transistor T21 est alimente entre la borne de référence et la borne d'alimentation négative de tension -V. Des rnsistances de polarisation R21 et R24 relient la base B21 du transistor T21 à la borne de référence et la borne -V respectivement. Un émetteur E?] du transistor T21 est relié a la borne -V par une résistance R25. Une résistance 1122 est connectee entre la borne de référence et un collecteur C2] du transistor T21.Le collecteur C21 délivre un signal correspondant au signal corriger SE mais en oppesition de phase et amplifi@ dans le rapport de résistances R22/R25. le collecteur C21 est connect@ @ une base B22 d'un transistor T22 de type NP@ inclus dar@ un différentiateur inductance, travers un condensateur de liaison C24. Le transistor T?? est alimenté, conne le transistor T21, entre la borne de référence et la borne -V. Des @ sistances de polarisation R?3 et R?6 relient la base R22 la borne de référence et à la borne -V respectivement.Une résistance réglable R27 constitue une résistance d'émetteur entre un @metteur E22 du transistor T22 et la borne -V. Une inductance 121 relie un collecteur C22 du transistor T22 @ la borne de référence. Une résistance réglable P28, telle que potentiomètre, connectée en parallèle aux bornes de l'inductance L21 permet de faire varier la phase, donc le retard @, du signal de dérivée CE correspondant @ la dérivée première du signal @ corriger SE récupéré aux bornes de l'inductance L21. Le signal de dérivée DSF comprend les oscillations @ @liminer, à la phase et à l'amplitude près et les impulsions correspondant Selon une autre variante, le circuit différentiateur transistor T77 et inductance L21 peut être remplace par un circuit difforentiateur . transistor et capacitc afin de faciliter une intégration du dispositif correcteur. Dans l'étage discriminateur 3, le signal de dérivée DSE délivré par le collecteur C22 du transistor T22 est appliqué, après écrêtage par des diodes en parallèle, D31 et D32, montres tête-bêche, a une base B31 d'un transistor T3] r travers une r-sistance R30. Les diodes D31 et D32 en parallèle sont connectes entre la base B3! et la borne de référence. Une résistance de polarisation, placée entre la base B31 et la borne +, impose au niveau de la hase B31 une tension moyenne proche de O V. Les impulsions du signal de dérivée DSF sont écrêtées afin d'obtenir un signal DSE écrêté, fourni la base B31 do transistor T31, typiquement compris entre +0,6 V et -0,6 V. ].e transistor T31 est un transistor de type NPN. ïn metteur F31 du transistor T31 est relié à la borne de référence et à la borne -V à travers des résistances R37 et R33, respectivement. Un collecteur C31 du transistor T31 est relié à la borne @V, @ trav@@@ une résistance R34, et à une base B32 d'un transistor T32. Les transist@rs T31 et T3. c@@stituent un @tage amplificateur de gain typiquement voisin de 2. Le transistor T32 est u@ transistor de type PNP. Un émetteur E32 est connect@ @ la b@rne @@ à travers une résistance R35. Un collecteur C32 est reli@ @ la borne -V travers une résistance R3f et délivre un signal d@riv e DES @crêté et amplifié et comprenant des impulsions écrêtées et amplifiées, typiquement comprises entre +1,2 V et -1,2 V.Une r-sistance de contre-réaction R37 est dispos@e entre le collectent C32 du transistor T32 et l'émetteur E31 du transistor T31 afin d'amrliorer la stabilit de cet amplificateur constitue de transistors T31 et T32. La résistance R33, est déterminée afin d'imp@ser sur le collecteur C32 une tension moyenne proche de la tension de référence, soit O V. Le signal de dérivée DSE crêté et amplifi issu du collecteur C32 du transistor T32 est fourni à travers une résistance R38 @ des bases interconnect-es B33 et B34 de transistors T33 et T34, respectivement, et à un point de convexion P3 à travers une résistance R39. Les transistors T33 et T34 sont de type NPN et PNP, respectivement. Une résistance R3Ol relie les bases B33 et B3' @ la borne de référence. Des metteurs E33 et E34 des transistors T33 et T34, respectivement sont relis directement à la borne de référence. Des collecteurs C33 et C34 des transistors T33 et T34, respectivement, sont reliés au point P3. Les résistances R38 et R39 sont calculfes afin que seules les impulsions, typiquement comprises entre +1,? V et -1,2 V, du signal de drive DSE écrét" et amplifié saturent les transistors T33 et T34. Le transistor T33 est ainsi saturé pour les impulsions positives du signal de drive DSE supérieures au seuil +S, égal ici - +0,6 V, pour porter pendant lesdites impulsions positives le point P3 un potentiel proche de O Volt, de l'ordre de +0,1 V ; le transistor T34 est saturé pour les impulsions négatives inférieures au seuil --S, égal ici , -0,6 V, pour porter pendant lesdites impulsions nrgatives le point P3 un potentiel de l'ordre de -0,1 V.Au point P3 est obtenu le signal de correction @@@ @@ @@ @@@@ @ signal de dérivée DSF et ne suppertant pas les impulsions p@sit@@@@ et négatives correspondant @ des transitions montantes @@ descendantes du signal @ corriger SE. Une résistance @@@ forment pont diviseur avec la résistance R39 relie @e point P3 @ la b@@@@ de référence de manière @ maintenir le signal de correction @@. une amplitude comprise typiquement entre +0,@ V et -0,6 V. l'étage soustracteur 4 reçoit le signal de correction @@@, d@livré par le point P3, sur une base B41 d'un transistor T41, de type NPN, à travers un condensateur de liais@n C40. La base B41 est polarisée par un pont diviseur de tension constitu@ de résistances R41 et R42. La résistance R41 est connectée entre la base @41 et @@ borne -V. La résistance R42 est connectée entr@ la base B41 et le borne de référence.Un @metteur E41 du transistor T4@ est reli@@@ la borne -V par une résistance R43 et @ la borne de r@@@rence tr@@@ @@ cordessateur C42 en série avec une résistance régla@l@ R44 de type potentiomètre. Un collecteur C41 du transistor T41 est connecté à un point de connexion P4. Le collecteur C41 du transistor T41 c livre un courant proportionnel a@ signal de correction OSC, @ais de signe invers@ L'amplitude dudit courant est réglable l'aide 1 la résistance R44 de manière @ ajuster l'amplitude des oscilleti@@@ d@ signal de correction. Au point P4 est somm@ le courant de correction d@livr@ p@@ @ c@llecteur C41 du transistor T41 au signal @ c@rriger SE, fourn@ travers une résistance P45, pour obtenir un signal corrig@ S@ analogue au signal à corriger S@ @ais dans lequel ont @@@ @limin@es les oscillations indésirables. La comparaison des Figs. 3A et 3B montre des performances obtenues au moyen d'une réalisation pratique du dispositif correcteur, décrit ci-dessus illustré à la Fig.@ dans lequel : les @ensions d'alimentation +V et -V sont @gales @ +@@ Volt et -1 Volt respect ; les transistors de type N@@, soi@ T11, R21, T@@, T31, T3@ et T41, @nt la référénce @@3804, ceux de type PNP, soit T32 et 134, sont la référence @N3906 ; les diodes D31 et D32 ont la référence 1N4148 ;; les résistances R11, R12, R21, R22, R23, R24, R25, R2, R77, R28, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R36, R37, R38, R39, R301, R302, K41, R42, R43, R44 et R45 ont des valeurs ohmiques égales ; 240 330 #. 36 k#, 2 k#, 16 k#, 4,3 k#, 750 #, 8,2 k#, 750 #, 4,7 k#, 3 k#, 680 k#, 620 #, 3,9 k#, 3 k#, 300 #, 1,2 k#, 1,3 k# 1,5 k#, 1,5 k#, 2,7 k#, 1,5 k#, 36 k#, 16 k#, 4,7 k#, 2,2 k#, et 75 # respectivement ; les condensateurs C25, C24, C40 et C41 ont des capacités égales à 22 F, ]O nF, 820 pF et 39 nF respectivement ; et l'inductance L21 est égale à 68 H. Le signal r-- corriger SE représente a la Fig. ?A est un échelon de tenson d'amplitude 0,7 V ayant un temps de monte t égal n 150 ns et des oscillations progressivement décroissantes de periode T égale à 160 ns. Cet échelon de tension correspond a un signal de luminance d'un signal vidéo sortant d'un filtre passe-bas ou passe-bande. Les oscillations persistent pendant une durée égale à 4T, soit 640 ns, l'amplitude de la première demi-oscillation étant égale à +25 mV. Dans la Fig. 311 est représenté le signal corrigé SC correspondant obtenu en sortie du dispositif correcteur. Le temps de montée tm reste inchangé ; il est toujours de l'ordre de 150 ns. Une seule demi-oscillation persiste ; sa durée est voisine de 80 ns. L'amplitude de la demi-oscillation restante est de +25 mV, soit un écart par rapport à l'amplitude de l'échelon de tension de +3,6 %. Le retard # du signal corrigé SC par rapport au signal d'entrée SE est très faible ; il est égal à 10 ns selon la réalisation pratique. Le dispositif correcteur de l'invention peut être utilisé dans différents domaines techniques et dans une large bande de fréquences. Le dispositif correcteur relié en sortie d'un filtre d'ordre égal ou supéreur à deux permet d'améliorer les performances d'un filtrage. En effet, la stabilité du filtre peut être réduite de manière à ameliorer le temps de monté. Le dispositif correcteur se charge d'éliminer les oscillations éventuellement engendrées par une stabilité réduite. En particulier, le dispositif correcteur peut être inclus dans du matériel professionnel tels qu'appareils, dispositifs et installaticns fabriqués ou utilisés par de professionnels du domaine de l'électronique et des transmissions, notamment vidéo, tnléphoniques et télématiques, tels que ceux installes dans des studios de radio ou de télévision, des centres de transmission terrestre ou des satellites, et deF stations de tête et de distribution dans des réseaux câblés, RNIS, ou analogues ; ce matériel professionnel vise notamment des caméras vidro professionnelles, moniteurs, mélangeurs, incrustateurs, synthétiseurs et mémoires d'image, dispositifs pour effets spéciaux, transmetteurs, metteurs et récepteurs de télécommunication, sélecteurs de canaux, etc ; du matériel. grand public, tels qu'appareils et dispositifs utilisés par le public, ou installes chez les usagers, personnes physiques ou morales, du genre installations et appareils t.lephoniques, vidéo, et télématique, réseaux locaux, émetteurs et récepteurs de radio, récepteurs de télévision, récepteurs pour télédistribution, modems, codecs, antennes, caméras, magnétoscopes, visiophones, terminaux vidéotex et plus généralement télématiques, appareils de divertissement et d'éducation se raccordant à un récepteur de télévision ou à un terminal télématique, etc... L'utilisation du dispositif correcteur est également envisageable dans le domaine de la mesure ou des asservissements, domaines où sont souvent utilisés des capteurs ayant un comportement de système du second ordre. De tels capteurs sont, par exemple, des têtes de lecture de type électromagnétique, des Jauges de contraintes effet piézodiélectrique. Le dispositif correcteur corrige alors la réponse du capteur autour d'une fréquence propre comprise dans la bande de fréquence d'un signal à mesurer. REVENDICATIONS 1 - Dispositif correcteur pour liminer des oscillations dans un signal n corriger (SE), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (2, 3) pour produire c partir dudit signal à corriger (SE) un signal de correction (OS(;) ayant une forme d'onde semblable auxdites oscillations à éliminer, et des moyens (4) pour soustraire en phase avec les oscillations ledit signal de correction (OSC) du signal à corriger (SE). 2 - Dispositif correcteur conforme n la revendication ], caractérisé en ce que lesdits moyens pour produire (2, 3) comprennent des moyens (2) pour fournir un signal de drive première (DSE) du signal à corriger (SE) et pour déphaser ledit signal de dérivée première (DSE), et des moyens (3! pour séparer dans le signal de dérivée première (DSE) ledit signal de correction (OSC). 3 - Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour fournir et pour déphaser le signal de dérivée première (2) comprennent un amplificateur d'entrée (T21) pour amplifier le signal à corriger (SE) en un signal amplifié, et un différentiateur à déphasage ajustable (T22, L21, R28) à inductance ou capacite pour fournir le signal de dérivée première (DSE) en fonction dudit signal amplifié. 4 - Dispositif conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisr en ce que lesdits moyens pour séparer (3) comprennent des moyens (D31, D32) pour limiter en amplitude des impulsions du signal de dérivée première (DSE), des moyens (T31, T32) pour amplifier le signal de dérivée première (DSE), et des moyens (T33, T34) à seuils d'amplitude pour discriminer le signal de correction (OSC) du signal de dérivée première (DSE), le signal de correction étant produit par inhibition du signal de dérive première (DSE) à une amplitude nulle lorsque le signal de dérivée première (DSE) excède en valeur absolue un seuil d'amplitude haut prédéterminé (+S) ou un seuil d'amplitude bas prédéterminé (-S). 5 - Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour limiter (D31, D32) comprennent deux diodes (D3], D32) tête-bêche et en parallèle. 6 - Dispositi' conforme 7 la revendication 4 ou 5, caractéris en ce que lesdits moyens à seuils d'amplitude (T33, T34@ comprennent deux transistors bipolaires complémentaires (NPN, T33 PNP, T34) ayant des bases interconnectées (B33, B34) recevant le signal de dérivée première (DSE) fourni par une sortie (C3?) desdits moyens pour amplifier (T? 1, T32) à travers une résistance (R38), des émetteurs (E33, E34) des transistors complémentaires étant ports à une tension nulle, et des collecteurs (C33, C34) des transistors complémentaires étant connectés à ladite sortie (C32) des moyens pour amplifier (T31, T32) à travers une résistance (R39? et fournissant le signal de correction (OSC). 7 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications l à 6, caractérisé en ce que les moyens pour soustraire (4) comprennent des moyens (T41) pour inverser le signal de correction (OSC) et des moyens (T4], R44) pour ajuster l'amplitude des oscillations du signal de correction (OSC) afin d'additionner le signal de correction inversé et le signal à corriger (SE), ayant des oscillations en opposition de phase, en un signal corrige (SC) dans lequel sont éliminées lesdites oscillations. 8 - Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens pour inverser (T41) comprennent un amplificateur inverseur ayant un transistor (T41), une base (B41) du transistor (T41) étant reliée à une sortie (C34) des moyens pour produire (2, 3) et un collecteur (C41) du transistor (T41) étant reliée s un point de connexion (P4) recevant le signal à corriger (SE) à travers une résistance (R45) et le signal de correction inversé délivré par ledit collecteur (C41). 9 - Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pour ajuster (T41, R44) comprennent une résistance réglable (R44) connectée en série avec un condensateur (C42) entre un émetteur (E41) dudit transistor (T41) des moyens pour inverser et une borne de référence. 10 - Dispositif conforme a l'une quelconque des revendications 1 - 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens adaptateur d'impédance (1) recevant le signal à corriger (SE) pour-délivrer le signal à corriger (SE) aux moyens pour produire (2, 3) et aux moyens pour scustraire (4).