Brevet FR2674706A1 — publié le 19921002

Dispositif de réglage automatique de niveau d'un signal. La présente invention concerne un dispositif de réglage automatique de niveau d'un signal dit incident reçu par ce dispositif, fournissant en réponse un signal dit de sortie de niveau sensiblement égal, quelles que soient les variations du signal incident, à un niveau constant sélectionnable parmi "n" niveaux possibles. Des exemples connus de réalisation d'un tel dispositif de réglage automatique sont illustrés sur les figures l à 3, où la référence 1 désigne un amplificateur, dit de sortie, dont le niveau du signal de sortie, S, est à régler de façon automatique, et où la référence 2 désigne un atténuateur qui reçoit le signal incident, I, fournit en réponse le signal d'entrée de l'amplificateur de sortie 1, et est en outre commandé par une commande dite d'asservissement CA élaborée par une boucle d'asservissement 3, 3' ou 3" pour les exemples de réalisation des figures 1, 2, ou 3, de façon à maintenir le niveau du signal d'entrée de l'amplificateur l constant quel que soit le niveau du signal incident I.Cette boucle d'asservissement comporte elle-même un comparateur-amplificateur 4 qui compare, par rapport à un niveau de référence VREF, le niveau du signal de sortie de cet atténuateur, après redressement dans un redresseur 5 et filtrage dans un filtre passe-bas 6. L'obtention d'un niveau de sortie sélectionnable parmi "n" niveaux possibles peut être obtenue soit par une commande, dite externe, du gain de l'amplificateur l, ce qui correspond aux schémas des figures 1 et 2, où CE désigne ladite commande externe, soit par une sélection du niveau de référence du comparateur 4 parmi "n" niveaux de référence possibles, ce qui correspond au schéma de la figure 3, où 7 désigne un moyen de sélection de ce niveau de référence, commandé par une commande externe CE'. Il est souvent nécessaire, suivant la valeur des niveaux à obtenir pour les applications considérées, d'amplifier les signaux avant redressement et filtrage dans la boucle d'asservissement. Suivant la figure 1, une telle amplification est effectuée par un amplificateur 10, dit amplificateur de boucle, à gain constant. Un gain de boucle important exige alors un gain important pour cet amplificateur 10, qui ne peut pas être obtenu sans inconvénients tels que, lorsque cet amplificateur est réalisé au moyen d'un amplificateur opérationnel, l'encombrement des résistances de contre-réaction associées à cet amplificateur opérationnel pour fixer la valeur du gain correspondant , et une amplification importante de la tension dite de décalage à l'entrée (ou tension "d'offset") de cet amplificateur opérationnel. Une autre façon d'obtenir un gain de boucle important consiste, comme représenté sur la figure 2, à prévoir un amplificateur de boucle supplémentaire, à gain constant, 11, localisé par exemple entre l'atténuateur 2 et le premier amplificateur de boucle 10, avec l'amplificateur de sortie 1 prélevant son signal d'entrée en sortie de cet amplificateur 11, mais ceci a à l'évidence pour inconvénient de nécessiter la présence de cet amplificateur supplémentaire. Dans le cas de la figure 3, le gain de l'amplificateur de sortie l étant constant, cet amplificateur peut être intégré à la boucle d'asservissement 3" afin d'augmenter le gain de celle-ci, sans nécessiter d'amplificateur supplémentaire contrairement au cas de la figure 2, mais la nécessité de disposer de plusieurs niveaux de référence précis constitue une source de complications; par ailleurs la plage d'action de la boucle de commande se trouve fortement augmentée, ce qui constitue également une source de dégradation des performances du dispositif, notamment au plan de la distorsion harmonique, de la précision, du bruit, etc... La présente invention a essentiellement pour but de réaliser un dispositif de réglage automatique de niveau d'un signal incident reçu par ce dispositif, fournissant en réponse un signal de sortie de niveau sensiblement égal, quelles que soient les variations du signal incident, à un niveau constant sélectionnable parmi "n" niveaux possibles, ne présentant pas les inconvénients précités. La présente invention a pour objet un dispositif de réglage automatique de niveau d'un signal dit incident reçu par ce dispositif, fournissant en réponse un signal dit de sortie de niveau sensiblement égal, quelles que soient les variations du signal incident, à un niveau constant sélectionnable parmi "n" niveaux possibles (n, nombre entier supérieur à 1) en fonction d'une commande externe de gain appliquée audit dispositif, comportant un circuit de réglage de niveau muni d'une boucle d'asservissement de gain et commandé en outre par ladite commande externe de gain pour fournir, en réponse audit signal incident, ledit signal de sortie, essentiellement caractérisé en ce que ladite boucle d'asservissement est alimentée par ledit signal de sortie qui est appliqué dans cette boucle à un amplificateur dit de boucle dont le gain est commandé avec celui du circuit de réglage de niveau, par ladite commande externe, de telle sorte que le produit des gains du circuit de réglage de niveau et de l'amplificateur de boucle soit sensiblement indépendant du niveau sélectionné pour le signal de sortie. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels, outre les figures l à 3 déjà décrites, et relatives à l'art antérieur - la figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif de réglage automatique suivant l'invention, - la figure 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de réglage automatique suivant l'invention, illustrant un mode possible de commande du gain du circuit dit de réglage de niveau et de l'amplificateur dit de boucle inclus dans la boucle d'asservissement de gain de ce circuit de réglage de niveau, dite première boucle, - la figure 6 est une variante du schéma de la figure 5, comportant une autre boucle d'asservissement de gain dudit circuit de réglage de niveau, dite seconde boucle d'asservissement, - la figure 7 est un schéma de réalisation possible d'un dispositif de réglage automatique suivant l'invention, correspondant plus particulièrement au schéma synoptique de la figure 6, - la figure 8 est un schéma de réalisation possible du mode de commande simultanée du circuit de réglage et de l'amplificateur de boucle, par ladite commande externe, tel qu'illustré sur la figure 5, - la figure 9 est un premier schéma de réalisation possible de moyens d'adaptation d'amplitude pouvant être inclus dans ladite seconde boucle d'asservissement, - la figure 10 est un deuxième schéma de réalisation possible desdits moyens d'adaptation d'amplitude. Le schéma synoptique d'un dispositif de réglage automatique suivant l'invention illustré sur la figure 4 comporte à titre d'exemple un atténuateur, repéré ici 20 et recevant le signal incident I, et un amplificateur dit de sortie, repéré 100, et fournissant en réponse au signal issu de cet atténuateur, ledit signal de sortie S. Ces deux éléments forment un ensemble 200 appelé circuit de réglage de niveau, qui, suivant l'application envisagée, pourrait éventuellement se réduire à un seul de ces éléments. Ce circuit de réglage de niveau est commandé d une part par une commande d'asservissement de gain, CA, en vue de fournir un signal de sortie S de niveau sensiblement constant quelles que soient les variations du signal incident, et d'autre part par une commande externe de gain, CE, , en vue de sélectionner ce niveau constant parmi "n" niveaux possibles. La boucle d'asservissement, repérée ici 30, fournissant ladite commande d'asservissement, comporte dans l'ordre, un redresseur 50, un filtre passe-bas 60, et un comparateur-amplificateur 40 qui compare le niveau de signal obtenu en sortie du filtre passe-bas 60 à un niveau de référence fixe VREF. Suivant l'invention, la boucle d'asservissement 30 est alimentée par le signal de sortie S qui est appliqué dans cette boucle à un amplificateur 101, dit de boucle, dont le gain est commandé, avec celui du circuit de réglage de niveau 200, par ladite commande externe CE, , de telle sorte que le produit des gains du circuit de réglage et de l'amplificateur de boucle soit sensiblement indépendant du niveau sélectionné pour le signal de sortie. La figure 5 illustre un mode avantageux de définition du gain du circuit de réglage de niveau, par commande du gain de l'amplificateur de sortie 100 au moyen de ladite commande externe CE, et par asservissement de l'atténuation procurée par l'atténuateur 20 au moyen de ladite commande d'asservissement CA, il n'en demeure pas moins que d'autres modes de réalisation sont possibles. On peut, par exemple, inverser les deux commandes repérées CA et CE, ce qui revient à utiliser ladite commande externe CE pour jouer sur 1' atténuation procurée par 1' atténuateur 20 et commander le gain de l'amplificateur de sortie 100 au moyen de ladite commande d'asservissement CA. On peut aussi, en fonction de l'application envisagée, appliquer les deux types de commande de façon conjointe sur un seul des deux éléments constituant le circuit de réglage de niveau ou éventuellement sur le seul élément pouvant constituer le circuit de réglage de niveau. La figure 6 est une variante du schéma de la figure 5, comportant une seconde boucle 16 d'asservissement de gain du circuit de réglage de niveau appliquée ici à l'atténuateur 20 en fonction de l'amplitude instantanée du signal incident, et permettant d'éviter les inconvénients dus au temps de réaction de la boucle d'asservissement 30, et/ou à la non prise en compte de l'une des alternances du signal incident dans cette boucle d'asservissement lorsque le redresseur utilisé dans cette boucle est un redresseur simple alternance. Sur le schéma de la figure 6 est ainsi représentée une deuxième boucle d'asservissement 16 élaborant une commande d'asservissement de gain CA', appliquée en l'occurence à l'atténuateur 20, à partir du signal issu de l'amplificateur 101 mais non redressé, de façon à tenir compte, pour ce second asservissement, d'éventuelles surtensions présentes dans le signal incident, notamment celles des alternances non prises en compte par le redresseur 50 lorsque celui-ci est un redresseur simple alternance. Si là encore, dans ce mode de réalisation avantageux, la commande CA' est appliquée à l'atténuateur 20, il peut être néanmoins envisagé comme dans le cas de la commande CA, qu'elle soit appliquée sur un autre élément constituant en tout ou partie le circuit de réglage de niveau. Cette seconde boucle d'asservissement peut comporter, en fonction de l'amplitude nécessaire à la commande de cet atténuateur, et comme cela est le cas sur la figure 6, des moyens 14 d'adaptation d'amplitude. On décrit maintenant, en relation avec la figure 7, un schéma de réalisation possible d'un dispositif suivant l'invention, à titre d'exemple celui suivant la figure 6. On retrouve sur cette figure - l'amplificateur de sortie 100, qui est en l'occurrence un amplificateur opérationnel Al muni d'une résistance de contre-réaction commandable Rl, et ayant en l'occurrence son entrée additive, notée "+", mise à la tension de référence, schématisée ici par la masse, son entrée soustractive notée "-", recevant le signal de sortie de l'atténuateur 20 via une résistance d'entrée R2, et sa sortie fournissant le signal de sortie S de ce dispositif, - l'amplificateur de boucle 101, qui est également en l'occurrence un amplificateur opérationnel, A2, muni d'une résistance de contre-réaction commandable R3, et ayant en l'occurrence son entrée additive, notée "+", également à la tension de référence, schématisée ici par la masse, son entrée soustractive, notée "-", connectée à la sortie de l'amplificateur de sortie 100 à travers un filtre passe-haut (condensateur Cl en série avec une résistance d'entrée R4), - le redresseur 50, en l'occurence un redresseur simple alternance, formé par exemple d'une diode reliée à la sortie de l'amplificateur de boucle 101, - le filtre passe-bas 60, connecté en sortie du redresseur 50 et formé en l'occurrence d'une cellule R-C comportant une résistance série R5 et un condensateur parallèle C2, cette cellule présentant une faible constante de temps vis-à-vis de celle constituée du même condensateur C2 et de la résistance R7 d'entrée du comparateur 40, - le comparateur 40, qui est en l'occurrence un amplificateur opérationnel A3 muni d'une résistance de contre-réaction R6, et ayant dans le cas présent son entrée additive, notée "+", mise à un niveau de référence VREF, et son entrée soustractive, notée "-", connectée à la sortie du filtre passe-bas 60 au travers de ladite résistance R7, - l'atténuateur 20, qui est en l'occurrence un diviseur de tension formé d'une résistance série fixe R8 et d'une impédance parallèle variable constituée ici de trois éléments en parallèle Mi, M2 et R9 où R9 désigne une résistance fixe et MI et M2 deux éléments d'impédance commandable, la tension d'entrée de ce diviseur de tension étant formée du signal incident I, et la tension de sortie de ce diviseur de tension, constituant la tension appliquée en l'occurrence à l'entrée soustractive de l'amplificateur 100, étant prise aux bornes de l'impédance commandable que forment les trois éléments en parallèle M1, M2 et R9, - le moyen d'adaptation d'amplitude 14 de la seconde boucle d'asservissement 16, dont l'entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur de boucle 101 et dont la sortie est appliquée à l'entrée de commande d'asservissement de l'élément M2 de l'atténuateur 20, la sortie du comparateur 40 étant quant à elle appliquée à l'entrée de commande d'asservissement de l'élément Mi de l'atténuateur 20. Les éléments M1 et M2 sont en l'occurrence des transistors à effet de champ dont la grille reçoit respectivement le signal issu du comparateur 40 et le signal issu du moyen d'adaptation d'amplitude 14. Ainsi, lorsque l'écart entre le niveau du signal représentatif du signal incident, appliqué sur le comparateur 40, et le niveau de référence VREF, augmente, la conduction du transistor Mi est modifiée, ce qui entrasse une modification de l'affaiblissement de l'atténuateur 20 qui va tendre à réduire cet écart. De même lorsque l'amplitude instantanée du signal issu du moyen d'adaptation de niveau 14 dépasse un certain seuil, la conduction du transistor M2 est telle que l'affaiblissement de l'atténuateur 20 se trouve modifié de façon à réduire cette amplitude instantanée. En outre, il apparat dans le montage ainsi décrit en relation avec la figure 7 que les signaux de sortie de l'amplificateurcomparateur 40 sont inversés par rapport aux signaux de sortie de l'amplificateur de boucle 101; ceci permet à la seconde boucle d'asservissement d'être efficace sur celles des alternances du signal incident qui ne sont pas prises en compte par le redresseur simple-alternance 50; ceci malgré l'utilisation de deux transistors à effet de champ M1-M2 de même type. On notera par ailleurs que le filtre passe-haut, constitué en l'occurrence par un condensateur C1, inséré entre la sortie de l'amplificateur 100 et l'entrée de l'amplificateur 101 a pour rôle d' éliminer la tension d"'offset" de l'amplificateur 100. Le gain des amplificateurs 100 et 101 s'exprimant sur le schéma de la figure 7 en fonction respectivement des résistances de contre-réaction R1 et R3, la figure 8 représente un schéma de réalisation possible de telles résistances de contre-réaction Ri et R3 commandables simultanément de façon à garder en permanence le produit des gains des amplificateurs 100 et 101 sensiblement indépendant du niveau sélectionné pour le signal de sortie. Ce schéma consiste en une association d'un certain nombre de résistances fixes, en l'occurrence trois résistances, R10, Roll, R12, suivant une configuration modifiable par action sur un certain nombre d'interrupteurs commandables, en l'occurrence deux interrupteurs I1, I2 commandés respectivement par des signaux binaires CE1, CE2 de façon que lorsque ces deux interrupteurs sont ouverts, ces trois résistances se trouvent associées en série, d'où pour l'ensemble une valeur de résistance Rmax, que lorsque l'un de ces deux interrupteurs est ouvert et l'autre fermé, deux de ces trois résistances en série soient court-circuitées, l'ensemble étant équivalent à une seule résistance, d'où pour l'ensemble une valeur de résistance moyenne Rmoy, et que lorsque ces deux interrupteurs sont fermés, ces trois résistances se trouvent associées en parallèle, d'où pour l'ensemble une valeur de résistance minimale Rmin. Les signaux de commande CE1 et CE2 des interrupteurs I1 et I2 étant inversés pour les deux amplificateurs 100 et 101, et la valeur absolue du gain G1 de l'amplificateur 100 s'exprimant en l'occurrence sous la forme |G1| IGlI = Ri et celle du gain G2 de l'amplificateur 101 R2 R3 sous la forme |G2| 1G21 3 , les valeurs des résistances R1 et R3 sont R4 en outre déterminées de façon à avoir sensiblement Rimin R3 = min maux R1 .R3 =R1 R . . R moy moy max 3mln Les moyens d'adaptation d'amplitude 14 représentés sur la figure 9 comportent un diviseur de tension formé au moyen de deux résistances R15, R13. Les moyens d'adaptation d'amplitude 14 représentés sur la figure 10 comportent un dispositif à seuil formé par association de deux montages formés chacun par association en série de deux transistors à effet de champ de type opposés, respectivement M3, M4 et M5, M6 et connus pour réaliser chacun une fonction d'inversion d'un signal appliqué à son entrée. L'entrée du premier montage M3, M4 constitue l'entrée de ces moyens d'adaptation d'amplitude, la sortie du premier montage est appliquée à l'entrée du deuxième montage M5, M6 et la sortie du deuxième montage constitue la sortie de ces moyens d'adaptation d'amplitude. Les tensions d'alimentation de transistors de même type sont en outre identiques, l'une de ces tensions d'alimentation étant repérée VDD et l'autre étant en ltoccurence la tension de référence schématisée par la masse, et des transistors de type opposés présentent des caractéristiques symétriques. Suivant le signe et la valeur absolue de l'amplitude du signal d'entrée de ces moyens d'adaptation d'amplitude, l'un ou l'autre des transistors M3 et M4 conduit, ce qui entrasse la conduction de l'un ou l'autre respectivement des transistors M6 et M5 auquel cas le signal obtenu en sortie de ces moyens d'adaptation d'amplitude est fonction du signal d'entrée et des caractéristiques de conduction des transistors utilisés. Revendications 1) Dispositif de réglage automatique de niveau d'un signal dit incident (I) reçu par ce dispositif, fournissant en réponse un signal dit de sortie (S) de niveau sensiblement égal, quelles que soient les variations du signal incident, à un niveau constant sélectionnable parmi "n" niveaux possibles (n, nombre entier supérieur à 1) en fonction d'une commande externe de gain ( (CE) ) appliquée audit dispositif, comportant un circuit (200) de réglage de niveau muni d'une boucle (30) d'asservissement de gain et commandé en outre par ladite commande externe de gain pour fournir, en réponse audit signal incident, ledit signal de sortie, caractérisé en ce que ladite boucle est alimentée par ledit signal de sortie qui est appliqué dans cette boucle à un amplificateur, dit de boucle (101) dont le gain est commandé, avec celui du circuit de réglage de niveau, par ladite commande externe, de telle sorte que le produit des gains du circuit de réglage de niveau et de l'amplificateur de boucle soit sensiblement indépendant du niveau sélectionné pour le signal de sortie. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de réglage de niveau comporte un amplificateur à gain réglable (100), dit amplificateur de sortie. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de réglage de niveau comporte un atténuateur (20) à atténuation réglable. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de réglage de niveau comporte en série un atténuateur et un amplificateur dit amplificateur de sortie, l'un et/ou l'autre de ces deux éléments ayant son gain, ou son atténuation, réglable. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite commande externe est appliquée, dans le circuit de réglage, audit amplificateur de sortie, et ladite commande d'asservissement de gain audit atténuateur. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits amplificateurs de sortie et de boucle comportent chacun un amplificateur opérationnel (Al, A2) associé à une résistance de contre-réaction commandable (R1, R3). 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites résistances de contre réaction commandables comportent chacune une association d'un ensemble de résistances fixes (R10, R11, R12) associées suivant une configuration modifiable par action sur un ensemble d'interrupteurs commandables (I1, I2). 8) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite boucle d'asservissement, (30), dite première boucle,assurant un asservissement du gain du circuit de réglage de niveau en fonction du niveau du signal incident, il comporte une seconde boucle (16) d'asservissement de gain dudit circuit de réglage de niveau, afin d'assurer également un asservissement de gain dudit circuit de réglage de niveau, en fonction de l'amplitude instantanée du signal incident. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite première boucle comporte un redresseur simple alternance (50). 10) Dispositif selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que ledit atténuateur comporte un diviseur de tension comportant deux transistors (mol, M2) montés en parallèle et commandés respectivement par les signaux issus de la première et de la deuxième boucle d'asservissement.