Brevet FR2675647A1 — publié le 19921023

Filtre passe-bas numérique " Etat de la technique La présente invention concerne un filtre passe-bas. Selon le manuel "Halbleiterschaltungstech- nik", par U. Tietze et Ch. Schenk, 4ème édition, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New-York, 1978, pages 576-589, on connaît des circuits numériques qui présentent un comportement de transfert défini par une fonction de transfert déterminée. Les circuits de filtres ainsi décrits présentent des temps d'amortissement, de phase et de groupe prédéterninés. Les passages à pente raide entre la zone passante et la zone de blocage des circuits de filtres au niveau de la fréquence limite conduisent à des déphasages qui se présentent non seulement au-dessus mais également en-dessous de la fréquence limite Or, des transitions abruptes nécessitent une mise en oeuvre plus importante de circuits. Dans le cas des circuits de filtres numériques, on peut remplacer une mise en oeuvre importante en circuit, dans une certaine mesure par une plus grande puissance de calcul. La présente invention a pour but de créer un filtre passe-bas, numérique, de construction simple, permettant une transition à pente raide entre la zone passante et la zone de blocage, tout en 'ayant pratiquement pas de déphasage jusqu'à la fréquence limite. A cet effet, l'invention concerne un filtre passe-bas numérique, caractérisé par une bascule bistable avec une entrée de mise à l'étant et une entrée de remise à l'étant initial, dont au mois une sortie émet un signal numérique limité en fréquence, les entrées étant précédées par des circuits de verrouillage qui fournissent à partir d'un signal d'entrée dont la fréquence doit être limitée, chaque fois des signaux de mise à l'e'tat et des signaux de remise à l'état initial, des moyens étant prévus pour bloquer au moins un circuit de verrouillage qui bloque le circuit pendant un temps prédéterminé après l'arrivée d'une variation du signal. Avantages de 1 invention: Le filtre passe-bas selon l'invention fournit un signal de sortie numérique limité en fréquence, qui n'est pratiquement entaché qu'aucun déphasage par rapport au signal numérique d'entrée. A la place d'un signal numérique d'entrée, on peut également envisager un signal analogique qai est transformé en un signal numérique par comparaisDn avec au moins un seuil de commutation. La fréquence le base maximale du signal numérique de sortie correspoad à la fréquence limite prédéterminée. Par comparaisoa à la fréquence de base, le signal de sortie ne contint des composants en spectral supérieur qu'à cause des flancs de commutation rapides. Le filtre basse-bas numérique selon l'invention convient en particulier pour les applications exigeant que le déphasage soit très faible entre le signal d'entrée et le signal de sortie limités en fréquence. Cette condition existe par exemple dans des circuits de régulation de phase ou autres structures de circuits à contre-réaction avec une relation fixe de phase. Une application particulièrement avantageuse est celle d'une limitation de fréquence de signal vis-à-vis de composantes spectrales non souhaitées, situées audessus de la fréquence de résonance dans des circuits résonnants. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de verrouillage est muni de portes logiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens comportent un élément différentiateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément différentiateur est un :nontage condensateur/résistance. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens comportent un circuit générateur de temps. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens reçoivent comme signal d'entrée le signal de sortie apparaissant à la sortie. Selon une autre caractéristique de l'lnven- tion, la bascule bistable est réalisée comme bascule mis à l'état/remise à l'état initial avec des portes. Selon une autre caractéristique de llinven- tion, la porte est une porte NAND quadruple intzgrée. Le filtre selon l'invention se réalise de manière particulièrement avantageuse, si la bascule bistable et les circuits de verrouillage sont formés à partir de circuits de porte usuels, de préférence des portes de type NAND (encore appelées portes NON-ET). Pour cette réalisation, il suffit d'une quadruple porte NAND avec peu de composants. Le déphasas dans la zone passante dans cet exemple correspond seulement au temps de passage de deux portes. Les moyens de blocage d'au moins un circuit de verrouillage sont réalisables de :nanière particulièrement simple avec un zircuit différentiateur, qui différentie soit le signal d'entrée, soit le signal de mise à l'état et/ou le signal de remise à l'état initial ou encore le signal de sortie limité en fréquence de manière à cz qu'au moins le premier flanc de commutation d'un signal génère une impulsion dont la longueur est fixze dans le temps par une réalisation avantageuse de l'-lément différentiateur. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés. Ainsi - la figure 1 est un schéma bloc d'un filtre passe-bas numérique selon l'invention. - la figure 2 est un schéma de détail d'un exe:nple de réalisation. Selon la figure 1, le schéma-bloc moatre un signal d'entrée 10 indiqué par une flèche st deux circuits de verrouillage 11, 12 ainsi que des moyens 13, 14 pour bloquer les circuits de verrouillage 11, 12. Le circuit de verrouillage 11 transmet un signal de mise à l'état 15 à une entrée de mise à l' tat 16 d'une bascule bistable 17. Le circuit de verroaillage 12 fournit un signal de remise à l'état initial 18 à une entrée de remise à l'état initial 19 de la bascule 17. La sortie 20 de la bascule 17 fournit un signal de sortie 21, numérique, limité en fréquence. En plus du signal d'entrée 10, les moyens 13 reçoivent le signal de remise à l'état initial 18 et le signal de sortie 21 ; les moyens 14 reçoivent le signal de mise à l'état 15 et le signal de sortie 21. Au schéma de détail à la figure 2, dans un exemple de réalisation du filtre passe-bas nu:nérique selon l'invention, les parties qui corresponSent à celles de la figure 1 portent les mêmes réfzrences numériques. Le circuit de verrouillage 11 est constitué par une porte NAND 30 dont une entrée reçoit le signal d'entrée 10. La porte 30 fournit le signal de mise à l'état 15 à l'entrée de mise à l'état 16 de la bascule bistable 17. L'entrée de mise à état 16 est une entrée d'une autre porte NAND 31 dnt la sortie 20a fournit un signal de sortie 21a. Le signal de mise à l'état 15 est transmis en outre au circuit de verrouillage 12 qui comprend une autre porte NAND 32. La porte NAND 32 fournit le signal de remise à l'état initial 18 à l'entrée de remise à l'état initial 19 de la bascule 17. L'entrée de remise à l'état initial 19 est une entrée d'une autre porte NAND 33 dont la sortie 20b fournit un signal de sortie 21b. Un circuit formé d'un condensateur et d'une résistance 34, 35 relie la sortie 20a de la porte 31 à une autre entrée de la porte 30. La sortie 20a de la porte 33 est également reliée par un montage d'un condensateur et d'une résistance 36, 37 à une autre entrée de la porte 32. Les entrées des portes 30, 32 qui sont relies au montage 34, 35 ; 36, 37 sont chaque fois relies par des résistances 38, 39 à une première borne 40 d'une source d'alimentation non représentée. L'autre borne n'est pas représentée. Les résistances 38, 39 sont shuntées par des diodes 42, 43. Le filtre passe-bas numérique selon l'invention pour limiter la fréquence du signal d'entrée 10, sera décrit ci-après de façoa plus détaillée à l'aide des schémas représentés aux figures 1 et 2. Le signal d'entrée 10 dont la fréquente est limitée, est appliqué aux circuits de verrouillage 11, 12. Le signal d'entrée 10 est de préférence un signal numérique. I1 est également possible de traiter un signal analogique qui est transformé en un signal numérique par comparaison avec un seuil prédétarminé. Cette transformation peut par exemple se faire en ce que la porte 30 qui ne traite normalement que des signaux numériques, comporte un circuit d'entrée particulier pour traiter des signaux d'entrée ayant une vitesse de variation de signal très lente. Pour cela, il existe une famille de composants présentant un comportement de déclencheur de Schmitt, at dans lesquels, en fixant une hystérésis de commutatin, on transforme des signaux d'entrée à vitesse de variation de signal très lente en un signal numérique déterminé et on poursuit leur traitement interne.Selon la figure 2, il apparaît que le signal d'entrée 10 ne peut être appliqué à qu'un circuit de verrouillage 11 et le signal de mise à l'état 15 à la sortit de la porte 30 est appliqué à l'autre circuit de verrouillage 12 qui émet le signal 18 de remise à ltétat initial. En-dessous d'une fréquence limite przdéter- minée, les circuits de verrouillage 11, 12 fornent le signal de mise à l'état et de remise à l'état initial 18 à partir du signal d'entrée pour la bascule bistable 17. Les durées de temporisation du signal correspondent au temps de parcours du signal dans les portes 30, 32. La bascule bistable 17 peut se ra'alise comme bascule de mise à l'état et remise à l'état initial, décrit en détail dans le manuel de U. Tietze et Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 4ème édition, 1978, page 163. Un signal de mise à état 15 appliqué à l'entrée de mise à l'état 16 conduit à un signal de sortie 21a qui correspond à la mise à l'état de la bascule. D'autres signaux de mise à l'état 15 ne modifient pas cet état. Le premier signal de remise à l'état initial 18 qui arrive après un signal de mise à l'état 15 remet la bascule 17 à son état initial. Les autres signaux de remise à l'état initial 18 ne modifient pas cette situation jusqu'à l'arrivé d'un nouveau signal de mise à l'état 15. Les variations d'état à la sortie 20 selon la figure 1 se produisent selon la figure 2, de manière complémentaire aux sorties 20a, 20b.Le signal de sortie 21a présente un déphasage constant d'au moins environ 1800 par rapport au signal de sortie 21b. Par rapport au signal d'entrée 10, le déphasage est au moins approximativement égal à O (sortie 20a) oJ 1800 (sortie 20b). Les circuits de verrouillage 11, 12 sont prévus pour permettre de bloquer l'émission du signal de mise à l'état et/ou de remise à l'état initial 15, 18 pendant des périodes prédéterminées. Comme moyen de blocage des circuits de verrouillage 11, 12, on a par exemple prévu des circuits générateurs de tem?s qui fournissent les signaux de blocage aux circuits de verrouillage 11, 12. De manière préférentiell, les générateurs de temps sont commandés soit par le signal d'entrée 10, le signal de mise à l'état et/ou le signal de remise à l'état initial 15, 18 ou 9ar le signal de sortie 21. Après l'arrivée d'un flanc de commutation, on peut démarrer les générateurs da temps qui émettent un signal de verrouillage d'une durée prédéterminée pour les circuits de verrouillage 11, 12.Les moyens de blocage d'au moins un circuit de verrouillage 11, 12 comportent un nlément différentiateur 34, 36 qui exploite les variations du signal. A la figure 2, on a réalisé des éléments différentiateurs chaque fois avec des condensateurs 34, 36 qui renvoient les variations se présentant aux sorties 20a, 20b par les circuits de résistancas 37, 39 ; 35, 38 chaque fois aux entrées des portes 30, 32. Les circuits de résistances 35, 38 ; 37, 39 forment avec les condensateurs 34, 36 un filtre passa haut analogique, simple du premier ordre présentant une constante de temps prédéterminée. En outre, les circuits à résistances 35, 38 ; 37, 39 fixent le niveau d'entrée aux entrées respectives des portes 30, 32. Les diodes 42, 43 éliminent les pointes de tension de polarité déterminée par rapport aux entrées. Dans le cas des pôles 42, 43 indiqués à la figure 2, il s'agit de tensions positives appliquées aux entrées des portes 30, 32 qui sont supérieares à la tension de fonctionnement appliquée à la première borne 40. On peut prévoir d'autres diodes non représentées qui limitent également les tensions négatives inférieures à la limite de tension de fonctionnement inférieure. Les diodes 42, 43 et le cas échéant d'autres diodes peuvent être intégrées aux portes 30, 32. REVENDICATIONS 1") Filtre passe-bas numérique, caraztérisé par une bascule bistable (17) avec une entrée le mise à l'état et une entrée de remise à l'état initial (16, 19), dont au moins une sortie (20, 20a, 20b) amet un signal numérique limité en fréquence (21, 21a, 21b), les entrées (16, 19) étant précédées par des circuits de verrouillage (11, 12) qui fournissent à partir d'un signal d'entrée (10) dont la fréquence doit être limitée, chaque fois des signaux de mise à l'état et des signaux de remise à l'état initial (16, 19), des moyens (34, 35, 38 ; 36, 37, 39) étant prévis pour bloquer au moins un circuit de verrouillage (11, 12) qui bloque le circuit (11, 12) pendant un temps prédéterminé après l'arrivée d'une variation du signal (10, 15, 18, 21, 21a, 21b). 2") Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de verrouillaga (11, 12) est muni de portes logiques (30, 32). 3") Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (34, 35, 38 ; 36, 37, 39) comportent un élément différentiateur. 4") Filtre selon la revendicatiDn 3, caractérisé en ce que l'élément différentiateur est un montage condensateur/résistance (34, 35, 36 ; 36, 37, 39). 5") Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens comportent un circuit générateur de temps. 6") Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (34, 35, 38 ; 36, 37, 39) reçoivent comme signal d'entrée le signal de sortie (21, 21a, 21b) apparaissant à la sortie (20, 20a, 20b). 7") Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la bascule bistable (17) est réalisée comme bascule :nis à l'état/remise à l'état initial avec des ports (31, 33). 8") Filtre selon la revendication 2 ou 7, caractérisé en ce que la porte (30, 31, 32, 33) est une porte NAND quadruple intégrée.