Brevet FR2657475A1 — publié le 19910726

"Oscillateur numérique pour obtenir un signal avec une fréquence susceptible d'être commandée". L'invention part d'un oscillateur numérique pour obtenir un signal avec une fréquence susceptible d'être commandée, oscillateur dans lequel des impul- sions d'une cadence de référence sont susceptibles d'être appliquées à un accumulateur, qui, après chaque impulsion de la cadence de référence, est incrémenté d'un nombre susceptible d'être prédéfini de valeurs de comptage et qui, lorsqu'un contenu prédéfini est at- teint, délivre un signal de report. Dans le domaine de la technique des communi- cations, on a fréquemment besoin d'oscillateurs dont la fréquence est susceptible d'être commandée à l'aide de signaux appliqués à ces oscillateurs De tels os- cillateurs sont fréquemment mis en oeuvre dans des boucles de régulation en fréquence et en phases. A côté d'autres oscillateurs susceptibles d'être commandés, tels que par exemple des oscilla- teurs LC (Inductance-Capacité) et des oscillateurs RC, (Réductance Capacité) on connaît des oscillateurs nu- mériques Ceux-ci comprennent un accumulateur dont le contenu est augmenté d'une valeur susceptible d'être prédéfinie (incrément) pour chaque impulsion d'une ca- dence de référence A la sortie de report (carry) on a alors un signal qui pour un choix approprié de la ca- pacité de l'accumulateur et pour un choix approprié de l'incrément respectivement prédéfini N, correspond à une fraction de la fréquence de la cadence de référen- ce D'une façon analogue, le contenu correspondant de l'accumulateur peut également être exploité. Les oscillateurs numériques présentent par rapport aux oscillateurs LC et RC, l'avantage d'une constance élevée de la fréquence, car en général, la cadence de référence est obtenue avec un oscillateur à quartz Par rapport aux oscillateurs à quartz, on a l'avantage d'une plus grande étendue de variations. Des oscillateurs numériques connus présentent cepen- dant, l'inconvénient que le signal de report est af- fecté de fluctuations dans le temps (jitter) En ou- tre, les dispositifs de circuit connus sont limités en ce qui concerne le rapport entre la fréquence du si- gnal obtenu et la fréquence de la cadence de référen- ce. Le but de la présente invention est de pro- poser un oscillateur numérique pour obtenir des si- gnaux dont la fréquence soit susceptible d'être com- mandée et dont les fluctuations dans le temps (jitter) soient aussi réduites que possible. A cet effet, l'oscillateur conforme à l'in- vention est caractérisé en ce que le signal de report est susceptible d'être retardé d'un temps dépendant du contenu correspondant de l'accumulateur. L'oscillateur numérique conforme à l'inven- tion présente l'avantage que les fluctuations dans le temps peuvent être évitées avec une dépense réduite. En outre, l'oscillateur numérique permet de prendre des dispositions simples pour élargir la zone de fré- quence du signal obtenu. Les signaux produits par l'oscillateur numé- rique conforme à l'invention, sont, la plupart du temps, utilisés comme signaux de synchronisation pour d'autres circuits numériques, par exemple dans la technique vidéo Compte tenu d'autres applications et pour les différencier de la cadence de référence, les signaux produits par l'oscillateur numérique conforme à l'invention, seront dans ce qui suit seulement dés- ignés par le terme signaux. Grâce à d'autres caractéristiques de l'in- vention, des compléments avantageux et des améliora- tions de l'invention indiquée ci-dessus sont possi- bles. C'est ainsi que selon une caractéristique de l'invention, une sortie de report de l'accumulateur est reliée à l'entrée d'un dispositif de temporisation susceptible d'être commuté, et en ce qu'une sortie de l'accumulateur, qui représente le contenu de l'accumu- lateur, est reliée à une entrée de commande du dispo- sitif de temporisation. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, un circuit de calcul est disposé entre la sortie de l'accumulateur et l'entrée de commande du disposi- tif de temporisation. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, il est prévu une entrée pour le nombre suscepti- ble d'être prédéfini, cette entrée étant reliée, d'une part, à l'accumulateur, et d'autre part, au circuit de calcul. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, un limiteur est disposé entre la sortie de l'ac- cumulateur et l'entrée de commande du dispositif de temporisation susceptible d'être commandé. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, à la sortie de l'accumulateur, est branché un registre D qui est synchronisé par le signal de re- port. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le signal de report est combiné logiquement avec les impulsions de la cadence de référence. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un circuit ET entre la sor- tie de report de l'accumulateur et le dispositif de temporisation susceptible d'être commandé. Enfin, selon une autre caractéristique de l'invention, un filtre passebande est branché à la suite du dispositif de temporisation susceptible d'ê- tre commandé. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés aux dessins à l'aide de plusieurs fi- gures et vont être exposés plus en détail dans la des- cription ci-après. la figure 1 est un schéma par blocs d'un oscillateur numérique connu, la figure 2 montre des diagrammes en fonc- tion du temps pour expliquer des défauts de l'oscilla- teur numérique connu, la figure 3 est un schéma par blocs d'un premier exemple de réalisation, la figure 4 est un schéma par blocs d'un second exemple de réalisation, la figure 5 montre des diagrammes en fonc- tion du temps pour expliquer le second exemple de ré- alisation. Les parties identiques sont affectées des mêmes références dans les figures. Dans le cas de l'oscillateur numérique connu selon la figure 1, il est prévu un accumulateur 1 dont l'entrée de synchronisation 2 est susceptible d'être alimentée par une cadence de référence T avec la fré- quence f R Une grandeur N est susceptible d'être ap- pliquée à une entrée 3 Le contenu de l'accumulateur 1 est incrémenté de N pour chaque impulsion T de syn- chronisation Un signal O correspondant au contenu de l'accumulateur peut être prélevé à une sortie 4 En outre, une autre sortie 5 délivre un signal C, appelé ci-après signal de report, qui vient alors au niveau H lorsqu'il y a un dépassement de capacité dans l'accu- mulateur. Le fonctionnement du dispositif de circuit selon la figure 1 va être exposé à l'aide du diagramme en fonction du temps à la figure 2 a Supposons, dans ce cas, que l'accumulateur comporte quatre chiffres binaires donc, qu'il puisse prendre seize états, et qu'en outre, N soit égal à 4 La figure 2 a montre le contenu respectif de l'accumulateur entre deux impul- sions de la cadence de référence T et montre le niveau du signal de report C Pendant le laps de temps repré- senté, le contenu de l'accumulateur est tout d'abord incrémenté de 7 à 11 et pour l'impulsion suivante à 15 Lors de l'incrémentation suivante, le contenu d'accumulateur O = 3 est obtenu, auquel cas il y a dé- passement de la capacité, et le signal de report C prend pendant la période de synchronisation suivante le niveau H Du fait du rapport en nombres entiers en- tre la capacité de l'accumulateur 1 et l'incrément de comptage N, on a comme signal de sortie une succession d'impulsions avec des intervalles uniformes. Si, toutefois, pour obtenir une autre fré- quence, un autre incrément est choisi, le signal de report comporte alors des intervalles ou des périodes non uniformes, ce qui est représenté à l'exemple de N = 6 à la figure 2 b. Pour compléter l'exposé du fonctionnement de l'oscillateur numérique connu selon la figure 1, on se reportera à la figure 2 c Elle est basée sur N = 7 Un signal de report C apparait, dans l'exemple représenté respectivement après un dépassement de capacité pour des contenus d'accumulateurs 0, 5, 3, 1, 6 et 4 En dehors de la représentation chiffrée du contenu O de l'accumulateur, ce contenu est représenté graphique- ment à la figure 2 c A cette représentation graphique est superposé, en tant que fonction en dents de scie, un signal de la fréquence correspondant à la fréquence souhaitée f O du signal à obtenir Sous la forme de rectangles plus ou moins larges, est représentée la différence de dents entre les flancs montants du si- gnal de report C et les flancs montants du signal SO à obtenir Sur une autre ligne de la figure 2 c, est en outre représenté le contenu respectif O O après le dé- passement de capacité. Dans le cas de l'oscillateur numérique con- forme à l'invention, la corrélation précisée à la fi- gure 2 c entre le contenu de l'accumulateur après le dépassement de capacité et la différence de temps ât est utilisée On a alors, dt = O/N Dans de nombreux cas d'application, une bonne approximation est toute- fois possible avec ôt à peu près égal à O/8. L'exemple de réalisation selon la figure 3, comprend un accumulateur 1 avec des entrées 2, 3 et des sorties 4, 5, tel qu'il a déjà été décrit en cor- rélation avec la figure 1 Un circuit de calcul 12 est raccordé à la sortie 4 par l'intermédiaire d'un regis- tre D 11 En outre, à partir d'une entrée 13 du dispo- sitif de circuit selon la figure 3, la valeur N est amenée, non seulement à l'entrée 3 de l'accumulateur, mais également à une autre entrée du circuit de calcul 12. La sortie de report 5 de l'accumulateur 1 est, d'une part, reliée à l'entrée de synchronisation du registre D 11 et, d'autre part, à l'entrée d'une chaîne de temporisation 14 La chaîne de temporisation 14 est constituée de huit éléments La sortie de cha- que élément étant reliée à une entrée d'un multi- plexeur 15, dont la sortie 16 constitue la sortie du dispositif de circuit La chaîne de temporisation 14 et le multiplexeur 15 constituent un dispositif de temporisation susceptible d'être commandé, grâce au- quel les signaux appliqués à l'entrée 17 sont retardés en fonction de signaux de commande qui s'appliquent à l'entrée de commande 18. Avec le registre D 11, le contenu O de l'ac- cumulateur est mémorisé à partir de l'impulsion du si- gnal de report intervenant à un moment donné, jusqu'à la prochaine impulsion Conformément à l'égalité indi- quée plus haut, la valeur dt est calculée à partir de OO et de N dans le circuit de calcul 12, et le multi- plexeur 15 est réglé de façon correspondante Ainsi, l'écart dans le temps existant éventuellement du si- gnal de report C est compensé, de sorte que le signal SO à la sortie 16 est exempt de fluctuations dans le temps (jitter). Si la fréquence f O a besoin d'être modifiée seulement dans une étendue relativement réduite, l'é- tendue de variation de N est également limitée, par exemple 7 représenté entre autres à la figure 4. Deux compléments de l'invention vont être en outre exposés à l'aide de la figure 4 D'une part, un circuit ET 21 est disposé sur le trajet du signal de report C entre la sortie 5 de l'accumulateur 1 et l'entrée de la chaîne de temporisation 14, circuit au- quel peuvent être en outre appliquées, les impulsions de cadence T En outre, la sortie du multiplexeur 15 est reliée par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande 23 à la sortie 24. Les avantages susceptibles d'être obtenus par le circuit ET 21 sont représentés ci-après, à l'aide d'un exemple chiffré selon la figure 5 Comme dans les exemples selon la figure 2, on suppose un ac- cumulateur avec 4 chiffres binaires pour un incrément de N = 12 Cette valeur a pour conséquence, dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 3, le même rapport de fréquence que la valeur N = 8, à sa- voir f O = 1/4 f R Pour N 2 8 la fréquence du signal de report C s'abaisse à nouveau La fréquence maximale se situe pour un accumulateur à quatre chiffres binaires à N = 8. Grâce à l'introduction du circuit ET 21 (fi- gure 4), une nouvelle augmentation de la fréquence du signal 50 produit est toutefois possible Dans la re- présentation à la figure 5, la capacité de l'accumula- teur est dépassée pour N = 12 pendant trois périodes successives de la cadence de référence T, à savoir lors du changement du contenu O de l'accumulateur de à 11, de 11 à 7, et de 7 à 3 Pendant ce temps, le signal de report C comporte le niveau H Une combinai- son ET avec la cadence de référence T fournit un si- gnal C* dont la fréquence moyenne est les 3/4 de la fréquence f R du signal de synchronisation Pour N 16 La correction de phases du signal C* s'effec- tue de la même façon, à l'aide du dispositif de tempo- risation susceptible d'être commandé, que dans l'exem- ple de réalisation selon la figure 3. Un autre complément de l'invention permet, en outre, d'obtenir un signal avec une fréquence plus élevée que f O A cet effet, un filtre passe-bande 23 est branché à la suite du multiplexeur 15, un signal avec une fréquence f O = 2 (N/16) f R étant suscep- tible d'être prélevé à la sortie 24 de ce filtre Ce signal représente le second harmonique du signal 50 avec la fréquence fo Ceci peut être obtenu d'une fa- çon simple avec un filtre passe-bande analogique de deuxième ordre, à partir du signal SO Au lieu du se- cond harmonique, on peut également, avec un filtre passe-bande dimensionné de façon appropriée, obtenir le troisième harmonique du signal SO. Lors de l'utilisation d'un filtre passe- bande de deuxième ordre qui est essentiellement cons- titué par deux circuits oscillants, une étendue de va- riation de la fréquence fo de 1000 ppm ou bien 0,1 % est possible dans tous les cas pour un abaissement si- multané des lignes supplémentaires d'au moins 40 d B. Dans le cas des exemples chiffrés, il a été supposé pour plus de clarté, un accumulateur à quatre chiffres binaires Pour obtenir une ventilation suffi- samment fine, il peut être prévu un nombre sensible- ment plus important de chiffres binaires Un tel accu- mulateur peut être facilement réalisé avec un ALU à 16 chiffres binaires, qui est disposé sur une puce Les autres fonctions numériques du dispositif de circuit selon la figure 4, peuvent être intégrées par un cir- cuit logique programmable (PAL) sur une deuxième puce. Conjointement avec la chaîne de temporisation et le filtre passe-bande, on a alors quatre blocs constitu- tifs. REVENDICATIONS 1. Oscillateur numérique pour obtenir un signal avec une fréquence susceptible d'être comman- dée, oscillateur dans lequel des impulsions d'une ca- dence de référence sont susceptibles d'être appliquées à un accumulateur, qui, après chaque impulsion de la cadence de référence, est incrémenté d'un nombre sus- ceptible d'être prédéfini de valeurs de comptage et qui, lorsqu'un contenu prédéfini est atteint, délivre un signal de report, oscillateur numérique caractérisé en ce que le signal de report (C) est susceptible d'ê- tre retardé d'un temps dépendant du contenu (O) cor- respondant de l'accumulateur. 2. Oscillateur numérique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'une sortie de report ( 5) de l'accumulateur ( 1) est reliée à l'entrée d'un dispositif de temporisation ( 14, 15) susceptible d'ê- tre commuté, et en ce qu'une sortie ( 4) de l'accumula- teur ( 1), qui représente le contenu de l'accumulateur, est reliée à une entrée de commande ( 18) du dispositif de temporisation ( 14, 15). 3. Oscillateur numérique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'un circuit de calcul ( 12) est disposé entre la sortie de l'accumulateur ( 1) et l'entrée de commande ( 18) du dispositif de tempori- sation ( 14, 15). 4. Oscillateur numérique selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce qu'il est prévu une entrée ( 13) pour le nombre susceptible d'être prédéfini, cet- te entrée étant reliée, d'une part, à l'accumulateur ( 1) et, d'autre part, au circuit de calcul ( 12). 5. Oscillateur numérique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'un limiteur ( 22) est disposé entre la sortie ( 4) de l'accumulateur ( 1) et l'entrée de commande ( 18) du dispositif de temporisa- tion ( 14, 15) susceptible d'être commandé. 6. Oscillateur numérique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'à la sortie ( 4) de l'accumulateur ( 1) est branché un registre D ( 11) qui est synchronisé par le signal de report (C). 7. Oscillateur numérique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le signal de report (C) est combiné logiquement avec les impulsions de la cadence de référence (T). 8 Oscillateur numérique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit ET ( 21) entre la sortie de report ( 5) de l'accumula- teur ( 1) et le dispositif de temporisation ( 14, 15) susceptible d'être commandé. 9 Oscillateur numérique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'un filtre passe-bande ( 23) est branché à la suite du dispositif de tempori- sation ( 14, 15) susceptible d'être commandé.