Brevet FR2623671A1 — publié le 19890526

'DISPOSITIF DE CORRECTION AUTOMATIQUE DES DISTORSIONS POUR MODEM EN BANDE DE BASE A CODE BIPHASE". La présente invention concerne un dispositif de correction des distorsions d'une ligne téléphonique utilisé dans le récepteur d'un modem en bande de base à code biphase différentiel pour corriger automatiquement au moyen d'un filtre les distorsions quelle que soit la longueur de ligne. Une liaison utilisant un iode de transmission en bande de base est constituée par un émetteur, une ligne et un récepteur, le récepteur colportant un dispositif de correction de distorsions également appelé égaliseur. L'émetteur convertit les données logiques à transmettre en un code donné et les envoie au récepteur sur la ligne (câble bifilaire). Cette ligne qui n'est jamais parfaite atténue plus ou moins les composantes spectrales du signal selon une loi en 1/F et peut être assimilée à un filtre passe-bas. Le récepteur doit alors amplifier les conposantes atténuées selon la courbe inverse pour restituer les données émises. En outre, la présence de transformateurs, condensateurs etc..., a pour effet de supprimer le courant continu et les très basses fréquences. Ainsi, de préférence, le code utilisé ne doit pas comporter de composante spectrale à la fréquence zéro, c'est pourquoi un code biphase est couramment utilisé.Cependant l'emploi du code biphase pose un problème pratique de mise en oeuvre, car le croisement des fils de la ligne de transmission équivaut pour le récepteur à une inversion de polarité et donc à une inversion de la signification des symboles. Pour éviter d'avoir à repérer les fils de ligne, il est préférable d'utiliser une variante du code biphase appelée code biphase différentiel. Dans le brevet français n" 2 138 340 est ainsi décrit un dispositif de correction d'un tel type utilisant un tel code. Ce dispositif est constitué d'un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure varie automatiquement en fonction de l'état de diodes shuntant plus ou moins une capacité. Un tel dispositif est simple à mettre en oeuvre et donne dans la pratique de bons résultats. Un inconvénient est que ce dispositif est défini pour une fréquence de données déterminée ce qui implique qu'il faut prévoir autant de dispositifs de correction qu'il existe de fréquences de données. En outre force est de constater que pour réduire l'encombrement et les coûts et pour améliorer la reproductibilité, la fiabilité et les performances la tendance actuelle est d'encourager l'intégration. L'invention a pour but de satisfaire efficacement à cette tendance et de remédier à l'inconvénient précité tout en conservant la simplicité de mise en oeuvre du dispositif connu. Pour cela, le dispositif de correction des distorsions du genre mentionné dans 1-e préambule est remarquable en ce qu'il est monolithiquement intégré selon la technologie CMOS utilisant la technique des filtres à capacités commutées d'un même type, la fréquence de pilotage des filtres étant dérivée de la fréquence des données. Le choix d'une intégration selon la technologie CMOS permet de réduire avantageusement et très sensiblement la consommation électrique du dispositif. De plus, de l'utilisation de filtres à capacités commutées pilotés par une fréquence dérivée de la fréquence des données, il résulte un avantage substantiel : le dispositif s'adapte dans ces conditions automatiquement à la fréquence des données, cette fréquence pouvant varier par exemple de 1 kbit à plus de 20 kbit. Enfin l'intégration d'un tel dispositif reste simple puisque la solution adoptée ne met en oeuvre qu'un seul type de filtres et ne fait pas appel à des techniques lourdes telles que la commutation automatique d'une pluralité de filtres passe-haut différents ou l'utilisation de l'algorithme du gradient stochastique. Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire d'utiliser des diodes dont la réalisation est impossible en technologie CLOS, alors qu'est conservé le principe d'une correction automatique sans ajustements des pentes des filtres. En effet, le dispositif de correction des distorsions selon l'invention est remarquable en ce qu'il est principalement constitué d'un amplificateur à gain élevé précédant un filtre passe-bande composé de filtres passe-haut et de filtres passe-bas de même type élaborés autour d'amplificateurs opérationnels conçus pour écrêter les signaux de manière symétrique par rapport à une tension prédéterminée lors d'un fonctionnement en régime non linéaire. Le dispositif de correction des distorsions ou égaliseur consiste donc en un amplificateur opérationnel ayant un gain élevé par exemple supérieur ou égal à 4 et un filtre passe-bande constitué de deux filtres passe-haut et de deux filtres passe-bas dont les caractéristiques sont identiques et sont définies en relation avec la fréquence bit de manière à correspondre au spectre du signal codé en biphase. Les filtres sont réalisés selon la technique des filtres à capacités commutées, chacun avec son propre amplificateur opérationnel. Le rôle des diodes du dispositif du brevet n0 2 138 340 est maintenant rempli par les amplificateurs opérationnels. L'amplification est linéaire pour des signaux faibles correspondant à des lignes de grande longueur. L'écretage est symétrique pour des signaux forts correspondant à des lignes courtes. Le choix de gain, de fonction de transfert et d'amplificateurs opérationnels permet de réaliser un dispositif de correction très performant s'adaptant automatiquement à la longueur de la ligne sans réglage et à la fréquence des données et ceci pour un faible coût. La description suivante en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique représente le schéma de principe du dispositif de correction des distorsions selon l'invention. Sur la figure le dispositif de correction des distorsions LEQ d'une ligne transmission est présenté selon son schéma de principe. Ce dispositif LEQ également appelé égaliseur est utilisé dans le récepteur d'un modem en bande de base émettant et recevant des données codées en biphase différentiel pour corriger automatiquement au moyen d'un filtre les distorsions apportées par la ligne de transmission, quelle que soit la longueur de cette ligne de transmission. Conformément à l'idée de l'invention il est monolithiquement intégré selon la technologie CMOS et utilisant la technique des filtres à capacités commutées d'un même type. La fréquence de pilotage des filtres est dérivée de la fréquence des données ce qui a pour effet d'adapter automatiquement le dispositif LEQ à ladite fréquence des données. Le dispositif selon le principe de l'invention est principalement constitué d'un amplificateur à gain élevé HGA qui précède un filtre passe-bande EF composé de filtres passe-haut HP1, HP2 (HP1 étant identique à HP2) et de filtres passe-bas LPl, LP2 (LP1 étant identique à LP2) échantillonnés au moyen d'une horloge H fournie par le modem à une fréquence multiple de la fréquence des données. Ces filtres sont de même type, ils sont tous d'ordre 2 et leur structure en capacités commutées est par exemple celle proposée dans Sampled analog filtering using switched capacitors as resistors equivalents" IEEE Journal SSC de décembre 1977. Tous ces filtres sont élaborés autour d'amplificateurs opérationnels conçus pour écrêter les signaux de manière symétrique par rapport à une tension prédéterminée lors d'un fonctionnement en régime non linéaire. De tels amplificateurs sont du type TL071 de Texas Instruments, les tensions d'alimentation de ces amplificateurs étant ajustées afin d'obtenir un écrêtage symétrique en sortie. La fonction de transfert de même que le comportement en forts signaux sont fondamentaux pour assurer une correction efficace et donc une adaptation de l'égalisation quel que soit le type de ligne et quelle que soit la longueur de la ligne. Ainsi pour les filtres passe-haut HP1 et HP2 identiques, la fonction de transfert du filtre continu est donnée par H(p) = G.a/b (p+1la)/(p+1lb) où lia et 11b sont les pulsations de coupure qui varient en fonction de la fréquence des données et G le gain statique. Dans un exemple de réalisation a et b étaient données par lia = 2n.0,2Fo. 1/b = 2W.1,1Fo. Ces valeurs de a et b qui satisfaisaient dans le cas à traiter ne sont cependant pas limitatives, en effet d'autres couples de valeurs de a et b peuvent également donner satisfaction. Le gain statique G est supérieur à 1, ce qui implique que ce filtre génère un fort gain sur toute la bande. De même la fonction de transfert des filtres passe-bas LP1 et LP2 identiques est donnée par H(p) = wc2/(p2+p wc/Q + wc2) où dans l'exemple de réalisation la pulsation de coupure à -3dB : wc = 21.1,85 Fo et Q = 0,96. (Q : constante proportionnelle au coefficient de surtension). Les valeurs de wc et Q qui satisfont dans ce cas, ne sont également pas limitatives, d'autres couples de valeurs de wc et Q peuvent être choisis. Enfin le gain de l'amplificateur HGA est au moins égal à 4 et de préférence supérieur à 4. Le signal de données DI à égaliser est donc appliqué à la borne d'entrée fl du dispositif d'égalisation LEQ. La borne d'entrée Il est reliée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur HGA par l'intermédiaire d'une résistance d'entrée IR1. Une résistance de contre-réaction FR est connectée entre l'entrée inverseuse de l'amplificateur HGA et sa sortie, déterminant en coopération avec la résistance IR1 le gain de l'amplificateur HGA. La borne non inverseuse de l'amplificateur HGA est reliée par l'intermédiaire d'une résistance d'entrée IR2 à une borne d'entrée I2 à un potentiel qui est par exemple le potentiel de la masse lorsqu'il est choisi, dans le cas sans option externe (option externe décrite plus loin), d'imposer un potentiel fixe FV.La sortie de l'amplificateur HGA est reliée à l'entrée du filtre passe-bande EF qui est constitué du filtre passe-haut HP1 suvi du filtre passe-bas LP1, lui-même suivi du filtre passe-haut HP2 précédant le filtre passe-bas LP2. La sortie du filtre passe-bas HP2 qui est donc la sortie du filtre passe-bande EF présente ainsi le signal de données égalisé appliqué à l'entrée inverseuse d'un comparateur CMP, comparateur qui peut, comme dans le cas ici représenté, être intégré au dispositif LEQ ou simplement le suivre. L'entrée non inverseuse du comparateur CMP est reliée au potentiel de masse. La sortie-du comparateur CMP est reliée à la sortie O du dispositif LEQ, par laquelle est transmis le signal de sortie DO des données égalisées. Le fonctionnement du dispositif d'égalisation LEQ est le suivant. Lorsque la ligne est longue, le signal reçu est faible. Le dispositif LEQ se comporte alors linéairement et corrige l'atténuation sélective due à la ligne. La pente des filtres passe-haut HP1 et HP2 correspond à une correction d'une ligne de caractéristiques moyennes et de longueur maximale (relativement à la fréquence des données). Les filtres passe-bas LP1 et LP2 coupent les fréquences élevées (supérieures à la fréquence des données) qui perturbent la récupération d'horloge effectuée par la suite. Lorsque la ligne est courte le signal reçu a un niveau élevé. Il est alors amplifié par l'amplificateur HGA puis par les cellules passe-haut HP1 et HP2. Il atteint ainsi rapidement la valeur d'écrêtage. Il faut alors veiller à ce que cet écrêtage reste symétrique par rapport à la masse sur toute la traversée du filtre EF. Cette caractéristique est essentielle car le dispositif LEQ comporte ou est suivi du comparateur CMP qui permet de convertir le signal codé biphase en code binaire. C'est pourquoi la réalisation du filtre passe-bande EF impose certaines contraintes en ce qui concerne le choix des amplificateurs opérationnels (tension d'alimentation dissymétrique lorsqu'ils écrêtent de façon dissymétrique, produit gain-bande élevé, tension maximum d'entrée supérieure ou égale à la tension maximum de sortie. C'est grâce à ce triple choix de gain, de fonction de transfert et d'amplificateurs opérationnels que le dispositif d'égalisation est très performant. Sur la figure, le dispositif de correction des distorsions LEQ est également proposé, selon une variante, avec une option externe pour fonctionner dans un modem qui émet et reçoit des données codées en biphase, qui de plus sont préalablement brouillées. Dans ce cas il est possible de prévoir une réalisation à moindre coût, les amplificateurs opérationnels alors utilisés peuvent présenter une tension de décalage en sortie, qui multipliée par le gain, perturbe considérablement la symétrie du signal écrêté. Il convient dans cette situation de compenser cette tension de décalage par un moyen qui est original en ce qu'il fait appel à une propriété particulière d'un tel signal de réception. En effet lors d'une transmission en bande de base il est possible de brouiller les données émises avant de les coder. Il est alors obtenu en sortie du brouilleur un message numérique pseudo-aléatoire composé d'un nombre égal de zéros et de uns, lorsque ce message est considéré sur une période suffisamment longue. La valeur moyenne du signal relatif au message de données codées en biphase est dans ce cas nulle. Lorsque ce signal est reçu et égalisé, sa valeur moyenne doit rester nulle. Lorsque ce n'est plus le cas, cela signifie qu'une tension de décalage est venue se superposer au signal de données.Il faut alors corriger cette tension de décalage afin de retrouver la propriété de moyenne nulle du signal reçu. C'est pourquoi selon une caractéristique du dispositif selon l'invention lorsque le modem émet ou reçoit des données brouillées codées en biphase1 une boucle d'annulation de tension de décalage constituée par une cellule intégratrice, peut, en outre, être connectée entre sa sortie et son entrée pour imposer au signal de sortie une valeur moyenne nulle.Ainsi une cellule intégratrice RC est connectée entre la sortie O du dispositif LEQ et son entrée 12. Dans le cas d'une technologie logique CMOS fonctionnant entre des tensions VSS et VDD, le niveau logique '0" est représenté par une tension VSS en sortie du comparateur CMP et le niveau logique "1" est représenté par une tension VDD. De cette façon lorsque le signal à l'entrée du comparateur CMP n'est affecté par aucune tension de décalage parasite, le nombre de 'O' et de '1' en sortie du comparateur est identique et la tension de correction de tension de décalage OCV en sortie de la cellule intégratrice RC et donc à l'entrée I2 du dispositif LEQ est égale à (VDD-VSS)/2.Si par contre le dispositif LEQ génère une tension de décalage à l'entrée du comparateur CMP, un déséquilibre entre le nombre de 'O" et de "1" est observé à sa sortie. La tension de correction de décalage OCV varie alors dans le sens inverse autour de la position (VDD-VSS)/2 et impose au système de modifier la tension de décalage à l'entrée du comparateur CMP. Lorsque l'équilibre est atteint pour une tension de correction OCV donnée, celle-ci subsiste tant qu'il y a coïncidence entre le nombre de 00,' et le nombre de 1 . En pratique la cellule intégratrice RC peut être constituée par un simple circuit résistance-condensateur et suffit à intégrer le signal en sortie du comparateur. Lors d'expériences les résultats obtenus avec des filtres à capacitées commutées fortement générateurs de tension de décalage ont montré le bien-fondé de cette réalisation. Un tel dispositif de correction des distorsions ainsi intégré bien que simple à mettre en oeuvre et de faible coût est d'un grand intérêt puisqu'il permet une adaptation automatique à n'importe quel type où n'importe quelle longueur de ligne tout en autorisant de par sa conception un fonctionnement automatique sur une large bande de fréquence. Lorsqu'il est utilisé dans un modem transmettant des données codées préalablement brouillées une correction de tension de décalage peut lui être aisément imposée au moyen d'une simple cellule intégratrice, cette correction se révélant nécessaire surtout pour des lignes longues et lorsque de plus sont utilisés des amplificateurs opérationnels moins performants dans le but de réduire encore le coût du dispositif de correction des distorsions. REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction des distorsions d'une ligne de transmission utilisé dans le récepteur d'un modem en bande de base pour des données codées en biphase différentiel pour corriger automatiquement au moyen d'un filtre les distorsions quelle que soit la longueur de la ligne caractérisé en ce qu'il est monolithiquement intégré selon la technologie CMOS utilisant la technique des filtres à capacités commutées d'un même type, la fréquence de pilotage des filtres étant dérivée de la fréquence des données. 2. Dispositif de correction des distorsions selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est principalement constitué d'un amplificateur à gain élevé précédant un filtre passe-bande composé de filtres passe-haut et de filtres passe-bas de même type élaborés autour d'amplificateurs opérationnels conçus pour écrêter les signaux de manière symétrique par rapport à une tension prédéterminée lors d'un fonctionnement en régime non linéaire. 3. Dispositif de correction des distorsions selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que, lorsque le modem émet ou reçoit des données brouillées codées en biphase, une boucle d'annulation de tension de décalage constituée par une cellule intégratrice, peut, en outre, être connectée entre sa sortie et son entrée pour imposer au signal de sortie une valeur moyenne nulle.