Brevet FR2649262A1 — publié le 19910104

La présente invention se rapporte à un circuit de démodulation de la modulation de fréquence et en particu- lier à un perfectionnement pour améliorer l'élimination du bruit en augmentant la vitesse d'un filtre suiveur utilisé dans le circuit de démodulation. Afin d'améliorer le rapport signal/bruit dans un système de démodulation de la modulation de fréquence, un procédé a jusqu'à maintenant été utilisé dans lequel un filtre suiveur à bande étroite, dont la fréquence centrale est forcée à suivre la fréquence instantanée d'une onde de modulation de fréquence,est utilisé. La figure 4 montre un exemple du système de démodulation de la modulation de fréquence de l'art antérieur et la figure 5 indique la distribution de bruit dans le signal à la sortie de ses différentes parties. Sur la figure 4, le chiffre de référence 1 est un circuit de déphasage sur 90 (circuit de différenciation); 2 est un limiteur; 3 est un comparateur de phase; 4 est un filtre en boucle (filtre passe-bas); 5 est un filtre suiveur sur bande étroite; et 6 est un limiteur. Le signal de modulation de fréquence converti en fréquence à la fréquence inter- médiaire par l'extrémité avant est avancé en phase de%72 par le circuit de différenciation 1 et la composante d'amplitude variable en est éliminée par le limiteur 2. Par conséquent, il est introduit dans le comparateur de phase 3 par une borne d'entrée en tant que signal de référence pour la comparaison des phases. Par ailleurs, le signal de modulation de fréquence indiqué cidessus est introduit dans le filtre suiveur à bande étroite 5 dont la fréquence centrale suit la fréquence instantanée du signal de modulation de fréquence introduit. Le signal est introduit dans le comparateur de phase 3 par l'autre borne d'entrée à travers le limiteur 6 après avoir éliminé le bruit en dehors de la bande des fréquences en rapport,au moyen du filtre suiveur sur bande étroite 5. Alors, un signal d'erreur de phase est obtenu par le comparateur de phase 3. Le signal d'erreur de phase ainsi obtenu est introduit dans le filtre en boucle 4 et-est émis du filtre 4 en tant que signal démodulé. De plus, le signal démodulé ainsi obtenu est utilisé comme signal de commande pour le filtre suiveur sur bande étroite 5. Dans le système de l'art antérieur décrit ci-dessus, comme le filtre suiveur sur bande étroite 5 force simple- ment le signal dans la bande des fréquences ayant une largeur spectrale instantanée nécessaire dans le signal de modulation de fréquence à le traverser, le bruit en dehors de la bande peut être complètement éliminé (figure 5 , o BW' représente la largeur de bande du filtre suiveur 5). Cependant, le signal traversant le circuit de différenciation 1 et le limiteur 2, d'o le bruit n'est pas éliminé, est introduit dans le comparateur de phase tel qu'il est (figure 5 0, o BW représente la largeur de bande du filtre à fréquence intermédiaire). En effet, comme le bruit n'est éliminé que du signal qui provient du limiteur 4 parmi les deux signaux introduits dans le comparateur de phase 3, l'élimination du bruit dans la somme des deux signaux, qui ont traversé les limiteurs 2 et 4,est une moitié (6 dB) en dehors de la bande passante du filtre suiveur sur bande étroite 5 (figure 5 Q). Le bruit est alors éliminé dans la bande passante du filtre suiveur sur bande étroite 5 (figure 5 ). En conséquence, le système de l'art antérieur présente un inconvénient par le fait que l'amélioration se rapportant au bruit est à peu près une moitié (6dB) et que le rapport signal/bruit n'est pas amélioré de manière satisfaisante Par conséquent, la présente invention a pour objet d'éliminer le bruit de manière plus satisfaisante en rendant plus précise l'opération de poursuite de la fréquence du filtre suiveur. Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, un circuit de démodulation de la modulation de fréquence selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un filtre suiveur dont la fréquence centrale suit un signal de modulation de fréquence d'entrée; un moyen de démodulation pour obtenir une sortie démodulée en détectant le signal à travers le filtre suiveur; un moyen de commande pour comparer la phase du signal à travers le filtre suiveur décrit ci-dessus à une autre entrée pour produire un signal de commande appliqué à la borne de commande du filtre suiveur décrit ci-dessus; un oscillateur dont l'oscillation est commandée par le signal de commande; et un circuit de déphasage pour déphaser le signal de sortie de l'oscillateur d'une quantité prédéterminée afin d'obtenir l'autre entrée décrite ci-dessus. Comme les phases à la sortie du filtre suiveur et de l'oscillateur sont contrôlées, la corrélation entre l'entrée et la sortie du filtre suiveur, c'est-à- dire son opération de poursuite de la fréquence,est rendue plus précise et ainsi son effet d'élimination du bruit est accru. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 donne un schéma-bloc illustrant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est un schéma montrant un exemple de la construction du filtre suiveursur bande étroite et de l'oscillateur; - la figure 3 est un schéma montrant les caracté- ristiques amplitude-phase du filtre; - la figure 4 donne un schéma-bloc illustrant un circuit de démodulation de la modulation de fréquence de l'art antérieur; et - la figure 5 indique la distribution de bruit dans le signal de sortie dans différentes parties du circuit indiqué à la figure 4. La présente invention sera expliquée ci-dessous en se référant aux dessins. La figure I montre un mode de réalisation du circuit de démodulation de la modulation de fréquence selon la présente invention o le chiffre de référence 7 est un filtre suiveur sur bande étroite; 8 est un limiteur; 9 est un circuit de détection; 10 est un filtre passe-bas; 11 et 12 sont des amplificateurs; 13 est un filtre passe-bas; 14 est un oscillateur; 15 est un circuit de déphasage sur 90 tel qu'un circuit de différenciation etc.; 16 est un limiteur; et 17 est un comparateur de phase. Sur la figure 1, un signal de modulation de fréquence d'entrée converti en fréquence à une fréquence intermédiaire par l'extrémité avant est introduit dans le filtre suiveur sur bande étroite 7, dont la fréquence centrale suit la fréquence instantanée. La composante variable en fréquence en est éliminée par le limiteur 8 après élimination du bruit en dehors de la bande des fréquences et le signal résiduel est introduit dans le circuit de détection 9. Le signal,après discrimination de fréquence,sort à travers le filtre passe-bas 10 et l'amplificateur 11 en tant que signal démodulé. Par ailleurs, le signal à la sortie du limiteur 8 est intro- duit dans le comparateur de phase 17 par l'une de ses bornes d'entrée. Le signal de sortie de l'oscillateur 14 qui oscille à la même fréquence que la fréquence instan- tanée f0 du signal de modulation de fréquence d'entrée est introduit dans le comparateur de phase 17 par l'autre borne d'entrée après avance de la phase de 90 au moyen du circuit de déphasage de 90 15 et suppression de la composante variable en fréquence au moyen du limiteur 16. Le comparateur de phase 17 détecte la différence de phase entre les deux signaux d'entrée et émet une tension continue de sortie dépendant de l'état de la phase décrite ci-dessous, qui est appliquée au filtre suiveur sur bande étroite 7 et à l'oscillateur 14 par le filtre passe-bas 13 pour contrôler la fréquence respective. Là, d'abord, on suppose que, dans le cas o l'entrée n'est pas modulée, le signal de modulation de fréquence d'entrée est représenté par cos(27fst, la sortie du filtre suiveur 7 par cos(2 ef5t+91) et la sortie de l'oscillateur par s cos(2Trf0t+92), la sortie de v0 du comparateur de phase 17 est donnée par l'équation suivante: vo= cos(2Trf5t+91) cos(2"fot+92- 2-) = -sin(2 Tr fot+ 92) cos(2Trfst+gl) = --2sint2(f 0+fs)t+g1+82%-Z sin[2r(fo-fs)t+ 1 -92 215... (1) o 1 représente la variation de phase par le filtre suiveur 7 et 92 est la phase initiale de l'oscillateur. Dans l'équation (1) si l'on suppose fo0= fs et que l'on force le signal à passer à travers le filtre passe- bas 13, comme le premier terme de l'organe à droite est supprimé par le filtre passe-bas 13, la tension de commande V0 est donnée par: V0 = -sin(G2 - 1)... (2) 2 Sur la figure 2, pour 2 = 91 V0 = 0 pour 92 > 1 V0 une tension négative pu82 1 V 0 pour 2 4 el V0 une tension positive est appliquée au filtre suiveur sur bande- étroite 7 et à l'oscillateur 14 pour contrôler la fréquence respective dans un même mode. Quand la fréquence du signal de modula- tion de fréquence d'entrée est selon la fréquence centrale du filtre suiveur sur bande étroite par cette opération et que les phases sont en accord, la commande décrite ci-dessus est arrêtée. Là l'oscillateur 14 et le filtre suiveur sur bande étroite 7 se composent par exemple d'un circuit résonnant LC 18 et d'un circuit de contre-réaction positive compre- nant un amplificateur de contre-réaction positive 19, comme cela est indiqué à la figure 2. Maintenant, en représentant le gain en boucle de la contre-réaction par Ge, la valeur de G peut être utilisée séparément comme suit. A ce moment, dans le cas o l'utilise comme oscillateur, la borne d'entrée IN de la figure 2 est omise. Par ailleurs, dans le cas o on l'utilise comme filtre suiveur, le signal de modulation de fréquence d'entrée est appliqué à la borne d'entrée IN. GI G > 1 oscillateur. Par ailleurs, afin que la fréquence d'oscillation f0 et la fréquence centrale fc du filtre sur bande étroite soient en accord l'une avec l'autre en utilisant une même temsion de commande, les éléments du circuit résonnant LC se composent d'éléments ayant la même construction afin d'obtenir une bonne corrélation. Afin de changer la fréquence d'oscillation fo et la fréquence centrale fc du filtre, une diode à capacité variable D est utilisée pour C dans LC et la capacité résultante est changée en utilisant la tension de commande. La figure 3 montre les caractéristiques amplitude-phase du filtre suiveur sur bande étroite. Sur la figure, lorsque le signal de modulation de fréquence introduit est modulé et que sa fréquence instantanée est plus haute que la fréquence centrale du filtre suiveur, la phase de la sortie du filtre suiveur sur bande étroite 7 est retardée relative- ment à la phase du signal d'entrée. Cependant, comme la phase est avancée par rapport à la phase du signal porteur, l'état de phase pour f0 > fc s'exprime par 2 pour la tension de commande à la diode indiquée ci-dessus. Donc comme une tension-positive est appliquée à la diode à capacité variable D dans le filtre suiveur sur bande étroite 7 et l'oscillateur 14, sa capacité C diminue donc la fréquence centrale du filtre et la. fréquence d'oscillation augmentent. De cette manière, le retard de phase par le filtre est diminué, la fréquence instantanée du signal introduit et la fréquence centrale du filtre sont en accord l'une avec l'autre, leurs phases sont en accord et l'opération de commande est arrêtée. Par ailleurs, quand la fréquence instantanée est plus faible que la fréquence porteuse, par une opération inverse de celle ci-dessus décrite, la fréquence centrale fc est fixée à une valeur qui est égale à la fréquence instantanée du signal de modulation de fréquence introduit. De cette manière, une opération précise du filtre suiveur sur bande étroite est rendue possible parce système. Sur la figure 3, A indique l'amplitude. Par le procédé décrit ci-dessus, le bruit en dehors de la bande concernée est éliminé par le filtre suiveur sur bande étroite 7. Par ailleurs, comme la sortie du filtre et la sortie de l'oscillateur (signal ayant un faible niveau de bruit) sont introduites pour le signal de commande, une opération légèrement influencée par le bruit est obtenue et une amélioration remarquable du rapport signal/bruit dans la démodulation de la modulation de fréquence est obtenue. Par ailleurs, même si un circuit d'intégration est utilisé pour le circuit de déphasage 15 sur 90 dans le système ci-dessus décrit, une opération similaire est obtenue. De plus encore même si un circuit de différencia- tion est utilisé pour le circuit de déphasage 15 sur 90 et que l'amplificateur 12 est changé pour un amplificateur inverseur, une opération similaire est possible. Comme on l'a expliqué ci-dessus, selon la présente invention, comme la fréquence centrale du filtre suiveur sur bande étroite suit plus précisément la fréquence instantanée du signal introduit, la distorsion de la sortie démodulée du fait du retard dans l'opération de poursuite est réduite. Par ailleurs, comme le bruit en dehors de la bande concernée est éliminé par le filtre indiqué ci-dessus, l'amélioration du rapport signal/bruit est remarquable. De plus, comme les caractéristiques de sélection sont améliorées, de bonnes caractéristiques peuvent être obtenues même s'il y a une perturbation au voisinage de la fréquence concernée. RE V E N D I C A T I O N S 1.- Circuit de démodulation de la modulation de fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre suiveur (7) dont la fréquence centrale suit un signal de modulation de fréquence d'entrée; un moyen de démodulation (9) pour obtenir une sortie démodulée en détectant le signal à travers le filtre suiveur; un moyen de commande (17) pour comparer la phase du signal à travers ledit filtre suiveur à une autre entrée pour produire un signal de commande de fréquence appliqué à la borne de commande dudit filtre suiveur; un oscillateur (14) dont l'oscillation est commandée par le signai de commande; et un circuit de déphasage (15) pour déphaser le signal de sortie de l'oscillateur d'une quantité pré- déterminée et obtenir l'autre entrée appliquée au moyen de commande. 2.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre suiveur précité se compose d'un circuit résonnant (18) et d'un amplificateur à contre- réaction positive (19). 3.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur précité (14) se compose d'un circuit résonnant et d'un amplificateur à contre-réaction positive. 4.--Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit résonnant précité (18) comprend une diode à capacité variable. 5.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de déphasage (15) précité est un circuit de différenciation.