Brevet FR2675975A1 — publié le 19921030

Générateur de niveau de seuil en vue de la détection de la valeur des bits d'un signal numérique reçu codé sur trois niveaux. Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de restitution d'informations comprises dans un signal numérique. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif générateur d'un niveau de seuil de détection permettant de reconstituer un signal numérique source à partir d'un signal numérique reçu fortement déformé. La présente invention s'applique plus particulièrement aux systèmes de décodage de séquences numériques reçues dans des transmissions à l'alternat du type couramment employées dans les communications privées. Les générateurs de seuil sont fréquemment employés pour la détection de séquences numériques ayant transité sur des paires de conducteurs. Le support de transmission déforme le signal numérique source et il faut donc le reconstituer à la réception. Les origines des déformations sont nombreuses et se combinent pour altérer le signal source. Elles sont notamment dues à la distorsion d'affaiblissement qui arrondit les contours des impulsions rectangulaires, à la distorsion de temps de propagation de groupe qui allonge la durée des impulsions et à l'interférence intersymboles due au traînage des impulsions. La résistance linéique du support de transmission affecte également l'amplitude du signal source et, dans le cas de paires torsadées, un bruit diaphonique se superpose au signal émis. La qualité d'une liaison numérique peut être jugée à l'aide du diagramme de l'oeil d'une liaison obtenu en branchant le signal reçu à l'entrée d'un oscilloscope, et en le synchronisant sur l'horloge du signal source. On observe alors toutes les possibilités de croissance et de décroissance du signal. La zone centrale dans laquelle aucune courbe ne pénètre est appelée l'ouverture de l'oeil. De façon connue, la détection des bits d'un signal numérique déformé est effectuée en génèrant une valeur de seuil, typiquement une tension, comprise dans l'ouverture de l'oeil. Le seuil de décision est habituellement égal à la moitié de cette ouverture, c'est-à-dire que toute impulsion reçue au-dessus du seuil est considérée comme étant un "1" et toute impulsion reçue au-dessous du seuil comme un "O". Le test du signal numérique reçu est effectué à intervalles réguliers, au moment où l'oeil est le plus ouvert. Dans le cas de codes multiniveaux, du type AMI (ALTERNATE MARK INVERSION) ou PR4 (Partial Response Class 4), deux seuils différents sont générés pour distinguer les trois niveaux -l,O,+l. Les valeurs des seuils ont une valeur absolue inférieure à la valeur absolue minimale des niveaux du signal codé. Le code AMI consiste à coder un niveau haut alternativement par +1 et -1, alors que le niveau bas est toujours codé O. Ce code est très utilisé pour les transmissions sur lignes téléphoniques. Dans le code PR4, la valeur codée de chaque bit est fonction de ce bit et du deuxième bit l'ayant précédé. Une fonction logique simple a pour effet qu'une suite d'états logiques bas est codée par une suite de O, de même qu'une suite d'états logiques hauts. Le code PR4 est également utilisé dans le domaine des télécommunications. Les décodeurs classiques comprenant des générateurs de seuils mesurent les amplitudes des niveaux crête des signaux qui sont des fonctions linéaires de la longueur de la ligne de transmission, et fournissent des tensions de seuil environ égales à la moitié de ces niveaux crête, Dans le cas de transmission à l'alternat ou encore ping-pong, par exemple sur une paire de fils torsadés entre deux unités, les niveaux crête doivent être mémorisés dans des condensateurs et le fonctionnement du décodeur invalidé pendant la phase d'émission du module qui vient d'effectuer une réception, afin de ne pas modifier les valeurs de seuil par des signaux d'amplitude élevée. En effet, il ne faut pas que la valeur de seuil précédemment mesurée lors de la réception par l'unité soit modifiée par l'émission de cette unité.Il est de plus nécessaire de générer un signal de commande sur la ligne qui soit synchrone avec la période de réception. Cette nécessité de mémorisation constitue un des inconvénients majeurs des dispositifs existants. Elle se traduit notamment par une augmentation du prix de revient du décodeur et par une complication du circuit. La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients. Plus précisément, un des objectifs de la présente invention est de fournir un générateur de niveau de seuil de détection pour transmission numérique qui ne nécessite pas de signal de commande bloquant son fonctionnement pendant une partie de la trame. Ce générateur doit notamment pouvoir fonctionner dans une transmission à l'alternat. La génération d'un seul niveau de seuil doit également être suffisante pour permettre le décodage d'un signal reçu codé sur trois niveaux. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel générateur qui soit plus simple que ceux de l'état de la technique et donc moins coûteux. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparattront par la suite, sont atteints grâce à un générateur de niveau de seuil, en vue de la détection de la valeur des bits d'un signal numérique reçu codé sur trois niveaux, ledit générateur comprenant des moyens produisant ledit niveau de seuil sous la forme d'une tension avec des moyens tendant à atteindre, à une valeur différentielle constante près, la valeur absolue de l'amplitude maximale dudit signal numérique. Avantageusement, le générateur comprend des moyens de génération d'un niveau de seuil minimal fixe, coopérant avec lesdits moyens produisant ledit niveau de seuil, pour diminuer progressivement ledit niveau de seuil jusqu'audit niveau de seuil minimal lorsque la valeur absolue de l'amplitude maximale dudit signal numérique devient inférieure à la somme de ladite valeur différentielle constante et dudit niveau de seuil minimal. Préférentiellement, lesdits moyens de génération d'un niveau de seuil minimal fixe sont constitués par un jeu de résistances et par une source de tension constante. Avantageusement, lesdits moyens produisant ledit niveau de seuil sont constitués d'une part par deux transistors bipolaires dont les collecteurs et les émetteurs sont respectivement reliés, les bases desdits transistors bipolaires étant reliées à des moyens d'inversion dudit signal numérique appliquant sur lesdites bases des signaux en opposition de phase, et d'autre part un condensateur relié auxdits émetteurs desdits transistors bipolaires. Le signal numérique est avantageusement codé suivant un code à trois niveaux de type AMI. Préférentiellement, le générateur est employé dans un système de transmission à l'alternat du type comprenant deux unités émettrices-réceptrices reliées par une paire de fils, chaque unité émettrice-réceptrice comprenant un générateur tel que précisé précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un mode de réalisation préférentiel de la présente invention; - la figure 2 est un diagramme temporel permettant de comprendre le traitement effectué sur le signal numérique; - la figure 3 représente un mode de mise en oeuvre de l'invention dans un système de transmission à l'alternat sur une ligne; - la figure 4 représente un autre mode d'utilisation de l'invention dans un système de transmission à l'alternat sur deux lignes. La figure 1 représente un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. Le signal numérique Sn à décoder est injecté dans un transformateur 10 à sorties symétriques S+ et S-. Le dispositif faisant l'objet de la présente invention est désigné par 16. Les signaux S+ et S- sont en opposition de phase. S+ et S- commandent des moyens de génération 11, 12 du niveau de seuil, constitués par des transistors bipolaires. Les collecteurs des transistors 11, 12 sont reliés à une source d'alimentation continue positive +V. Les émetteurs des transistors 11, 12 sont reliés entre eux et fournissent une tension de seuil Vs en coopèrant avec des moyens de maintien 13, par exemple constitués par un condensateur. La description suivante détaille le fonctionnement du dispositif. Le signal numérique Sn, pouvant être fortement déformé par le support de transmission, est injecté au primaire du transformateur 10 qui génére des signaux S+ et S- en opposition de phase. Ces signaux commandent la conduction ou le blocage des transistors 11 et 12. Les transistors 11 et 12 se mettent à conduire lorsque l'amplitude du signal appliqué sur leurs bases est supérieur de 0,7 volts à la tension Vc stockée dans le condensateur 13, Vc étant égal à Vs. La tension de 0,7 volts constitue une valeur différentielle provenant de la chute de tension dans les jonctions base-émetteur des transistors 11 et 12. La tension de seuil Vs suit alors le signal d'entrée S+ ou S- moins 0,7 volts. Le seuil est donc un seuil dynamique contrairement aux seuils de l'état de la technique. Il n'est en effet pas nécessaire de générer une tension de seuil qui soit au milieu de l'ouverture de l'oeil du signal reçu lorsque cette ouverture est suffisamment importante pour permettre une détection aisée des bits du signal reçu, c'est-à-dire lorsque le signal reçu n'est pas trop affaibli et/ou déformé. La présente invention s'applique dont préférentiellement aux liaisons entre des unités qui ne sont pas séparées par une liaison de longueur importante. La détection des niveaux du signal numérique Sn peut être réalisée aisément puisque la valeur du seuil est inférieure au niveau crête de l'alternance reçue. Lorsque le signal d'entrée devient plus faible, suite à la transmission sur le support de transmission d'un niveau O ou à la retombée de l'amplitude du signal Sn à une tension nulle avec une constante de temps dépendant de l'élargissement d'une impulsion précédente, dû à la distorsion du temps de propagation de groupe, le condensateur 13 se décharge à travers une résistance 15 jusqu'à une valeur fixe imposée par la résistance 15 et une résistance 14. Cette valeur fixe correspond à un niveau de seuil minimal.Le jeu de résistances 14, 15 est calculé de telle sorte que le niveau du seuil minimal est supérieur au bruit intrinsèque du dispositif et du support de transmission, superposé au bruit diaphonique (transmission sur une paire torsadée). Ces bruits correspondent à la partie inférieure du diagramme de l'oeil du signal reçu. Selon un mode de réalisation, le niveau du seuil minimal est fixé à 350 mV. Il est à noter que la charge du condensateur est instantanée dès lors que S+ (ou S-) présente une amplitude supérieure de 0,7 volts à la tension de seuil courante Vs. La résistance 15 est calculée de telle sorte que le temps de décharge du condensateur 13 est plus long que le temps mis par une traînée, provoquée par une interférence inter-symboles, pour s'annuler. La détection d'un niveau O par un dispositif approprié, comme il en sera décrit par la suite, est effectuée dans de bonnes conditions puisque la tension Vc sera toujours supérieure à la trainée. Ce point est précisé dans la suite de la description. Si le signal Sn présente une succession de niveaux 0, le seuil Vs restera à 350 mV jusqu'à l'apparition d'une impulsion, et la détection des niveaux O est effectuée sans difficulté, le niveau du seuil minimal étant supérieur au bruit. Entre deux impulsions successives, le condensateur 13 se décharge peu et Vs continue à suivre l'amplitude du signal numérique Sn, à la valeur différentielle près. Le niveau de seuil Vs n'est pas placé au milieu de l'ouverture de l'oeil du signal Sn, mais la marge de bruit est suffisamment importante (0,7 v sous le niveau d'une impulsion et 350 mV au-dessus du niveau O) pour appliquer le dispositif de l'invention à des communications classiques, notamment privées (par exemple entre un PABX et un poste téléphonique). Si la longueur du support de transmission, typiquement une paire de fils pouvant être torsadés, devient trop importante, le signal numérique Sn reçu présentera une amplitude plus faible, due à la résistance linérique et à la perditance du support. A la limite, l'amplitude sera trop faible et les transistors 11 et 12 ne conduiront plus. Cette limite est théoriquement égale à 700 mV +350 mV = 1 050 mV. Il est également possible d'utiliser des transistors bipolaires au germanium. Le niveau du seuil est alors placé environ 300 mV sous le niveau maximal du signal reçu et la limite précédente est égale à 650 mV. La tension de seuil minimale est avantageusement ajustée pour se trouver au milieu de l'ouverture de l'oeil lorsque le signal d'entrée est très affaibli et déformé. Cette tension de seuil minimale est alors égale à celle que l'on rencontre dans les générateurs de niveau de seuil de l'état de la technique. Si les niveaux non nuls du signal numérique Sn ne dépassent pas cette valeur, le niveau du seuil reste égal à 350 mV. Dans le cas où une interférence intersymboles est à l'origine de la faible amplitude d'un signal numérique, il suffit de distordre le signal numérique avant transmission afin d'avoir une ouverture maximale de l'oeil pour une longueur de ligne de transmission donnée et permettre ainsi un fonctionnement avec un seuil fixe. Il bien entendu possible d'utiliser d'autres moyens de génération du niveau de seuil. On peut par exemple utiliser une diode ou un transistor FET en série avec une diode pour diminuer la tension mesurée d'une certaine quantité, en l'occurence 0,7 volts. Cependant l'inconvénient d'une diode est qu'elle présente une impédance très faible lorsqu'elle est polarisée en direct et elle risque donc de déformer le signal au niveau des moyens de comparaison qui générent le signal numérique reconstitué. De même, un transistor à effet de champ est plus coûteux qu'un simple transistor bipolaire et il nécessite l'adjonction d'une diode. Le transformateur assurant l'isolation galvanique et la génération de deux signaux en opposition de phase peut également être remplacé par un autre dispositif, par exemple par un inverseur à amplificateur opérationnel. L'isolation galvanique n'est alors plus assurée. La figure 2 est un diagramme temporel permettant de mieux comprendre le traitement effectué sur le signal numérique Sn. Le mot à transmettre est le mot 20. Le signal numérique E correspond au mot 20 codé en AMI, c'est-à-dire que les "1" sont codés alternativement par des niveaux opposés de +5 et - 5 volts, les niveaux "O" étant toujours codé par O volts. Le niveau de seuil Vs correspond au signal Sn déformé par la ligne de transmission. Pendant la période 21, S+ est à +5 volts et le transistor 11 est conducteur alors que le transistor 12 est bloqué. Le condensateur 13 se charge rapidement à 5- 0,7 soit 4,3V. A l'alternance 22 suivante, Sn décroît et les transistors 11 et 12 sont tous deux bloqués. Le condensateur 13 se décharge alors exponentiellement à travers la résistance 15. La constante de temps de décharge du condensateur est calculée de telle sorte qu'en cas de trainage d'une impulsion, dû notamment à l'interférence intersymboles, le dispositif comparant les valeurs de S+, S- et Vs ne puisse pas mal interpréter les valeurs reçues. En effet si un niveau haut précède un niveau bas, un traînage du front descendant de l'impulsion peut entraîner la prise en compte d'un niveau "1" au lieu d'un niveau "O" par le dispositif. C'est pourquoi le temps de décharge doit être suffisamment important. A l'alternance 23, le transistor 12 est conducteur et le transistor 11 est bloqué. Le condensateur 13 se recharge rapidement à 4,3 volts. A l'alternance 24, les deux transistors sont bloqués et le condensateur 13 se décharge à travers la résistance 15. Dans le cas d'une communication à l'alternat, la tension de seuil Vs doit être à sa valeur minimale, c'est-à-dire à 350 mV avant la réception d'un signal numérique. La figure 3 représente un système de communication à l'alternat utilisant le dispositif 16 selon la présente invention. Une unité 30 est reliée à une unité 31 par un support de transmission 38 de données. Chaque unité 30, 31 comprend un émetteur-récepteur 32, 33, un transformateur de liaison 34, 35 et un dispositif 16 selon l'invention destiné à générer une tension de seuil. Les unités 30 et 31 comprennent également chacune un comparateur 36, 37 comparant les signaux S+, S- et Vs résultant d'une transmission d'un signal numérique sur la liaison 38 et permettant de reconstituer le signal émis. Cette structure correspond à celle utilisée de façon classique en téléphonie, l'unité 30 étant par exemple un PABX et l'unité 31 un poste téléphonique du type RNIS. La liaison 38 est une paire de fils classique sur la ligne 38. La transmission à l'alternat consiste à alterner des transmissions de données de l'unité 30 vers l'unité 31 et de l'unité 31 vers l'unité 30. Les données sont généralement codées en AMI ou en PR4. Une trame de deux groupes de données dure typiquement 125 et comprend un temps de garde central de durée environ égale à pendant lequel aucune unité n'émet de données. Ce temps de garde est destiné à permettre le passage de chaque unité d'un mode de lecture à un mode d'écriture et réciproquement. En supposant que l'unité 30 vient d'envoyer un message à l'unité 31, le condensateur 13 (figure 1) de l'unité 30 est fortement chargé puisque l'amplitude du signal numérique véhiculé sur la ligne 38 est beaucoup plus importante du côté de l'unité 30 que du côté de l'unité 31 où on observe un affaiblissement dû à la ligne 38. Or, pour que l'unité 30 soit prête à son tour à recevoir un signal numérique de l'unité 31, il faut que le condensateur 13 de son dispositif 16 de génération de valeur de seuil soit déchargé au maximum, c'est-à-dire chargé à 350 mV, faute de quoi le dispositif 16 pourrait mal interpréter les données reçues.La constante de temps de décharge du dispositif 16 doit donc être telle que le condensateur 13 puisse se décharger jusqu'à 350 mV en moins de 5p s. Il y a donc un compromis à faire entre cette contrainte et le fait qu'il vaut mieux avoir un temps de décharge long pour ne pas être sensible aux distorsions inter-symboles provoquant un traînage des signaux. En pratique, on règle ce temps de passage de Vc de 4,3 volts (tension de charge à laquelle se trouve le condensateur du dispositif 16 de l'unité 30 après que l'unité 30 ait envoyé des données à l'unité 31) à 350 mV pour qu'il soit légèrement inférieur à 5 P . Bien entendu, ce temps de garde n'est qu'indicatif et il peut être variable d'un système de transmission à l'autre.Plus la ligne 38 est longue, plus le temps de garde est important puisqu'on dispose en plus du temps de propagation aller-retour du signal numérique dans la ligne. Le dispositif 16 de l'invention peut également être appliqué à un système de transmission à l'alternat avec deux lignes, comme décrit dans la demande de brevet française N090.02123 au nom d'Alcatel Business Systems. La figure 4 représente un tel système de transmission à l'alternat avec deux lignes. Un système 40, par exemple compris dans un PABX et comprenant deux unités émettrices-réceptrices 45s46) dialogue avec deux systèmes 41,42 à l'aide des liaisons 43 et 44 respectivement. Les liaisons 43 et 44 peuvent être des paires torsadées en cable 2Y 0,5 mm, habituellement utilisées entre un PABX et des postes téléphoniques. Les systèmes 41 et 42 peuvent être compris dans des postes téléphoniques et comprennent respectivement les unités émettrices-réceptrices 47 et 48. Ils sont similaires au système 31 décrit précédemment en référence à la figure 3. Le système 40 comprend deux transformateurs 49,50 assurant une isolation galvanique et la génération de signaux en opposition de phase. La structure représentée permet les communications suivantes - émission et réception entre 1' émetteur-récepteur 45 et le système 41. - émission et réception entre l'émetteur-récepteur 46 et le système 42. Les communications sont autorisées par la fonction SELEC et deux commutateurs 51 et 52 permettent de recevoir des données provenant soit du système 41, soit du système 42. Cette commutation permet de n'utiliser qu'un seul gnérateur 16 de tension de seuil, puisqu'il ne faut pas mémoriser le niveau crête du signal reçu. Il suffit de respecter un temps de garde, par exemple de entre une émission et une réception, pour permettre la décharge du condensateur 13 (fig.l) jusqu'à la valeur de seuil minimale fixée. En effet, comme précédemment, le condensateur du générateur 16 de seuil du système 40 est chargé à une valeur importante immédiatement après une émission du système 40 et il faut lui laisser le temps de se décharger avant une réception d'un signal. Le premier bit d'une trame en réception étant toujours non nul, le décodage du signal reçu démarre toujours correctement. Le dispositif présente également son intérêt lorsque les systèmes 41 et 42 envoient successivement des données au système 40. Les liaisons 43 et 44 pouvant être de longueurs différentes, le niveau de seuil résultant de la transmission d'un des systèmes 41, 42 vers le système 40 n'influe pas sur la transmission suivante. Le signal numérique transmis est préférentiellement codé en AMI ou en PR4, mais le dispositif de l'invention s'applique à tous les types de codes à trois niveaux. Dans le cas où les émetteurs-récepteurs utilisés sont des circuits intégrés, par exemple des VLSI, le générateur de l'invention permet une économie d'une sortie par émetteur-récepteur par rapport aux générateurs existants, puisqu'il ne nécessite pas la génération d'un signal de mémorisation de la valeur crête (STROBE). Le dispositif de l'invention supprime la nécessité de mémoriser le niveau crête du signal reçu et de bloquer le fonctionnement d'un générateur pendant une partie de la trame. Le seuil de détection dynamique réalisé suit en permanence le niveau crête du signal reçu. REVENDICATIONS 1) Générateur de niveau de seuil, en vue de la détection de la valeur des bits d'un signal numérique reçu codé sur trois niveaux, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11, 12, 13) produisant ledit niveau de seuil (Vs) sous la forme d'une tension avec des moyens tendant à atteindre, à une valeur différentielle constante près, la valeur absolue de l'amplitude maximale dudit signal numérique (Sn). 2) Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (14, 15) de génération d'un niveau de seuil minimal fixe, coopérant avec lesdits moyens (11, 12, 13) produisant ledit niveau de seuil (Vs) pour diminuer progressivement ledit niveau de seuil (Vs) jusqu'audit niveau de seuil minimal lorsque la valeur absolue de l'amplitude maximale dudit signal numérique (Sn) devient inférieure à la somme de ladite valeur différentielle constante et dudit niveau de seuil minimal. 3) Générateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens (14, 15) de génération dtun niveau de seuil minimal fixe sont constitués par un jeu de résistances et par une source de tension (+V) constante. 4) Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdits moyens (11, 12, 13) produisant ledit niveau de seuil (Vs) sont constitués d'une part par deux transistors bipolaires (11, 12) dont les collecteurs et les émetteurs sont respectivement reliés, les bases desdits transistors bipolaires étant reliées à des moyens (10) d inversion dudit signal numérique (Sn) appliquant sur lesdites bases des signaux (S+, S-) en opposition de phase, et d'autre part par un condensateur (13) relié auxdits émetteurs desdits transistors bipolaires (11, 12). 5) Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit signal numérique est codé en AMI. 6) Système de transmission à l'alternat du type comprenant deux unités (30, 31) émettrices-réceptrices reliées par une paire de fils (38), caractérisé en ce que chaque unité (30, 31) émettrice-réceptrice comprend un générateur (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.