Brevet FR2682235A1 — publié le 19930409

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANNULATION DE L'ERREUR DE PHASE SUR LE DEPHASAGE ENTRE LES SIGNAUX D'ENTREE ET DE SORTIE D'UNE BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'annulation de l'erreur de phase existant sur le déphasage entre les si- gnaux d'entrée et de sortie d'une boucle à verrouillage de phase ou PLL (Phase Locked Loop), notamment pour régénérer une porteuse très pure. Dans le domaine de la démodulation cohérente, pour laquelle il est nécessaire d'effectuer le produit du signal modulé par un signal de fréquence identique à celle de la porteuse, il est courant de recourir à une PLL afin de récupérer la porteuse à la réception La figure 1 montre une boucle à verrouillage de phase classique comportant un comparateur de phase 1 recevant sur l'une de ses entrées le signal modulé e(t), et sur l'autre, le signal s(t) issu de la boucle et dont la fréquence doit être celle de la porteuse Le comparateur de phase 1, suivi classiquement d'un filtre de boucle 2, délivre une tension ei (t) continue et fonction de l'er- reur de phase A(p existant sur le déphasage Po entre les signaux e(t) et s(t), suivant par exemple une caractéristique du type représenté sur la fi- gure 2 Après amplification par un amplificateur 3, la tension ei (t) deve- nue e 2 (t), alimente un oscillateur de fréquence 4, par exemple du type VCO (initiales anglo-saxonnes pour "oscillateur commandé en tension") délivrant le signal s(t) à la fréquence f fonction de e 2 (t), selon une caractéristique du type représenté sur la figure 3. Les caractéristiques données à titre d'exemples sur les figures 2 et 3 montrent que, pour une fréquence f délivrée par l'oscillateur 4 et différente de la fréquence fo centrale de cet oscillateur, il existe une er- reur de phase A Cp non nulle sur le déphasage (po existant entre les si- gnaux e(t) et s(t) Le rôle de l'amplificateur 3 est de fournir un gain de boucle A permettant de réduire d'un rapport environ égal à A cette erreur de phase Aq afin que le déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie de la PLL se rapproche le plus de la valeur qo, sachant que l'optimum est obtenu pour une annulation totale de Ap Cependant, un gain de boucle important est en général incompatible avec la stabilité de la boucle et l'erreur de phase Ap n'est jamais totalement annulée Or, dans certaines applications, la présence de Ag peut être indésirable C'est le cas de toute modulation d'amplitude avec ou sans porteuse (modulation DBL ou double bande latérale) pour laquelle la détection cohérente, qui consiste à multiplier le signal modulé par le signal s(t), affecte le signal démodulé d'un facteur cos Acp qui peut varier selon par exemple une dérive ther- mique de la fréquence du modulateur Certaines valeurs de déphasage risquent alors de perturber, voire d'annuler ce signal démodulé. Un objet de l'invention est d'annuler l'erreur de phase Ag exis- tant sur le déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie de la boucle à verrouillage de phase. Un autre objet de l'invention est d'effectuer cette annulation de façon automatique pour compenser les dérives thermiques possibles. Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage entre le signal d'entrée et le signal de sortie d'une boucle à verrouillage de phase du type comportant un comparateur de phase et son filtre de boucle associé, fournissant une tension ei (t) fonction de ladite erreur de phase, un amplificateur de la tension el (t) délivrant une tension e 2 (t), et un oscillateur commandé par la tension e 2 (t) et générant la tension de sortie, le procédé étant caracté- risé en ce qu'il consiste à superposer à la tension ei (t) une tension de décalage après accrochage de la boucle de façon à obtenir une tension e 1 (t) représentative d'une erreur de phase nulle tout en conservant la tension e 2 (t) constante. L'invention propose également un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. L'invention, ainsi que ses avantages, sera mieux comprise au vu de la description suivante, en référence aux figures annexées: La figure 1 est le schéma d'une boucle à verrouillage de phase classique; Les figures 2 et 3 sont des exemples de caractéristique d'un comparateur de phase et d'un oscillateur commandé en tension; La figure 4 est un mode de réalisation possible d'un dispositif d'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage selon l'invention; La figure 5 est un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, dans lequel l'annulation précédente s'effectue automa- tiquement. La figure 4 représente la même boucle à verrouillage de phase que celle de la figure 1 pour laquelle une tension e 3 (t) constante, dite tension de décalage, est superposée à la tension el (t) issue du compara- teur de phase 1 et de son filtre de boucle 2 associé Si e 3 (t) est nulle, on retombe dans le cas d'une PLL classique Supposons à présent que la boucle soit accrochée sur une certaine fréquence, par exemple FMAX. Les figures 2 et 3, applicables pour un gain unitaire de l'amplificateur 2, montrent que l'on a alors e 2 (t) = el(t) = +V Ap = 'Po+ A Pmax. Si l'on donne à e 3 (t) la valeur +V, l'équilibre de la boucle sera maintenu, c'est-à-dire e 2 (t) sera égal à +V, dans le cas o el (t) s'an- nule, c'est-à-dire, compte-tenu de l'exemple pris à la figure 2, dans le cas o le déphasage devient égal à reur de phase par la superposition, après accrochage de la PLL, d'une tension e 3 (t) dont la valeur permet d'obtenir une tension el (t) représentative d'une erreur de phase nulle sans pour autant changer la tension e 2 (t), c'est-à-dire l'accrochage de la boucle Il est indispensable que cette tension de décalage soit superposée après l'accrochage de la boucle Dans cet objectif, le dispositif selon l'invention de la figure 4 comprend des moyens de retard 5, par exemple un interrupteur fermé au bout d'un temps A, le temps 'r étant supérieur à la constante de temps de la boucle PLL Lorsque l'accrochage est effectué, la tension de déca- lage e 3 (t) est alors superposée à la tension el (t) par des moyens comportant par exemple un générateur de tension constante 6 et un additionneur de tension 7 La constante de temps de la PLL étant faible, la boucle va s'accrocher de nouveau très rapidement tout en modifiant la tension el (t) jusqu'à ce qu'elle soit représentative d'une erreur de phase nulle. La figure 5 est un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, pour lequel l'annulation de l'erreur de phase s'effectue automatiquement Ceci est rendu possible en commandant la tension de décalage e 3 (t) par la sortie du comparateur de phase 1, et par consé- quent par l'erreur de phase Ap à annuler. Le dispositif selon l'invention forme alors une seconde boucle imbriquée dans la PLL, et fonctionnant après l'accrochage de cette dernière Les moyens de retard 5 sont par exemple constitués d'éléments résistifs et capacitifs qui confèrent à cette seconde boucle une grande constante de temps par rapport à la boucle principale de la PLL. L'amplificateur 3 et l'additionneur 7 de la figure 4, peuvent être remplacés par un amplificateur opérationnel 3 ' recevant sur son entrée positive la tension el (t) et sur son autre entrée, la tension de décalage e 3 (t) Les moyens 6 pour fournir la tension de décalage sont par exemple constitués d'un potentiomètre 8 et d'un amplificateur inverseur 9 recevant sur son autre entrée la tension issue des moyens de retard 5. Le dispositif selon l'invention permet d'avoir au total l'efficacité d'une PLL dont le gain serait le produit des gains de la première boucle et de la seconde boucle, tout en bénéficiant d'une large plage d'accrochage. Le procédé et le dispositif selon l'invention s'appliquent à la récupération de porteuse pour une détection synchrone, mais également à tout domaine o l'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage d'une PLL est nécessaire. REVENDICATIONS 1 Procédé d'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage entre le signal d'entrée et le signal de sortie d'une boucle à verrouillage de phase du type comportant un comparateur de phase ( 1) fournissant, en association avec un filtre de boucle ( 2) une tension el (t) fonction de ladite erreur de phase, un amplificateur ( 3) de la tension el(t) délivrant une tension e 2 (t), et un oscillateur ( 4), commandé par la tension e 2 (t) et générant la tension de sortie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à superposer à la tension ei(t) une tension de décalage après accrochage de la boucle de façon à obtenir une tension ei (t) représentative d'une erreur de phase nulle tout en conservant la tension e 2 (t) constante. 2 Procédé d'annulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de décalage est commandée par la tension issue du comparateur de phase ( 1) de façon à ce que l'annulation de l'erreur de phase soit automatique. 3 Dispositif d'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage entre le signal d'entrée et le signal de sortie d'une boucle à verrouillage de phase du type comportant un comparateur de phase ( 1) fournissant, en association avec un filtre de boucle ( 2), une tension ei(t) fonction de ladite erreur de phase, un amplificateur ( 3) de la tension el(t) délivrant une tension e 2 (t), et un oscillateur ( 4), commandé par la tension e 2 (t) et générant la tension de sortie, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de retard ( 5) permettant son fonctionnement une fois que l'accrochage de la boucle est effectué; des moyens ( 6) pour générer une tension de décalage; des moyens ( 7; 3 ') pour superposer à la tension el (t) la tension de décalage, amenant ainsi la tension ei (t) à une valeur 4 Dispositif d'annulation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est commandé par la sortie du comparateur de phase ( 1), formant ainsi une seconde boucle. Dispositif d'annulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de retard ( 5) sont constitués d'éléments capacitifs et résistifs pour donner à la seconde boucle une grande constante de temps. 6 Dispositif d'annulation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens ( 6) pour générer la tension de décalage comprennent un potentiomètre ( 8) et un amplificateur inverseur ( 9).