Brevet FR2708160A1 — publié le 19950127

- iL-- SfSTEdE ELECTROIQUE A RúCALAGE D'HORLOGE Le domaine de la présente invention est celui des D norloges dont disposent les systèmes électroniques et notammeant les systèmes numériques synchrones. Pour fixer les idées, et sans que cela doive être considéré comae une limitatlon de ia portée de la oréseate demande, précisons que c'est a propos de i'norioge des terminaux iv portatifs de tlélpnonie cellulaire que la demanderesse s'est posé le problème qui est a l'origine de son invention et qui va être exposé ci-après. il faut encore préciser, à titre liminaire, que la qualité d'une horloge, au sens de la présente demande, est la LJ précision en fréquence de son signal d'norloge ou la précision de la période selon iaquelle elle délivre ses tops d'norloge. A cet égard, il existe des norloges très perrormantes et aême des norloges idéales, ou de référence, et puis aussi des moins performantes. A titre Z- d'exemple, pour une montre électronique, une norloge à quartz est naturellement moins oonne qu'une norloge atomique. Une norloge idéale est d'un coût pronibitif et les systèmes électroniques en sont raremeat pourvus. Au contraire, on y intègre une norloge de performances moyennes, dont la période n'est pas parfaite, mais on recale régulièrement ces systèmes sur une norloge de reference externe, pour compenser l'imprécision, c'est- à-dire réduire l'erreur de i'norloge interne. Pour reprendre l'exemple ci-dessus, un ter.ainal portatif de télépnonie, comprenant une norloga interne, est rêgulièreaent recale sur l'norioae de réfêreace d'une oorae du reseau cellulaire. Mais le recalage d'un système électronique sur une norloge de référence externe est également d'un coût important, notamment en énergie. C'est pourquoi on a toujours cnercne a ne procéder aux recalages que par périodes très lonaues. C'est ainsi que la demanderesse a voulu proposer sa propre solution a ce problème de recalage d'norloge. On comprendra facilement que ce problème revêt toute son imiportance dans les systeLes numariques, surtout s'il s'agit de télépaonie. Toutefois, la demanderesse n'entend nulleaent limiter la portée de son invention à de tels systèmes numériques. La demanderesse a doac considérd un système électronique comprenant une horloge interne, fournissant un signal de 3eriode l imprécise, et des moyens de recalage d'norloge, agencés pour, en combinaison avec une norloge externe de référence fournissant un signal de période To, compenser l'imprécision de la période Tl du signal de l'norloge interne. Le systeme de la orésente demande est caractérisé par le fJ.ait que les moyens de recalage d'norloge sont agencés pour déterminer le nomore à de périodes T1 du signal de i'norioge interne pendant lesquelles le signal de i'norloge interne a subi une dérive d'une période To par rapport au signai de rdfeeace et pour fournir un 3 'siuaal, de période Iil, d'imaulsioas destinées a retarder, ' uaae durAs Efo, le signal de i'aorioge interne, etan un noimore é-egal ou suoerieur a 1. On re.marquera d'e.aolàe que le retard dont ii s'agit est _J un retard algeorique, ia dérive déterminée par les moyens de recalage, ou réducteur i'erreur, pouvant être d'une période de référence bo, dans un sens ou dans l'autre. L'invention est remarquable par sa simplicité puisqu'il suffit essentiellement de déterminer une dérive To et un nomore N de périodes du signal de l'norloge interne. Dans ia f-ore de réalisation orerfrce du système de l'invenLtion, les moyems de recalage d'norioge coalprenneLlt des moyens de détermiaaton du noâore de périodes il au terme desqueiies le signal de l'norloge interne a dérivé d'une période To par rapport au signal de référence et des moyens de détermination du sens de la dérive. Grâce à cela, les fonctions de détermination des moyens de recalage sont assurees de façon distincte avec une meilleure précision. Avantageusement, les moyens de détermination du sens de la dérive des moyens de recalage comprennent une niorlote auxiliaire de oériode 3TI triple de celle de i'horioge interne, des moyens de creation d'une triple fenêtre temporelle de largeur 31o, avec une fenêtre centrale etd eux fenêtres latérales, cnacune d'une largeur To, et un front montant du signal de l'norioge auxiliaire dans la fenêtre centrale, et des moyens de détectioa du front montant considéré du signal de l'aorioge auxiliaire dans l'une ou l'autre des deux fenêtres latérales de la triple fenêtre. Si le front montant est détecté dans la fenêtre supérieure droite, cela signifie que le silgnal de i','norio-e ianLerae derive, par rapport au signal de rererance, vers La droite sur l'axe des temps, c'est-a- dire que ia derive est positive, la période il etant supérieure à la période de référence To. Si le front montant est détecté dans la fenêtre inférieure gauche, c 'est que la dérive est négative. Les moyens de recalage d'horloge peuvent être agencés pour, à partir du signai de retardement, compenser la dérive et recaler, toutes les Z Dériodes T1, le signal de l'norloge interne de la dérive d'amplitude To, c'est- à-dire à cnaque impulsion du signal de retardement (e = 1). Les moyens de racalage d'norloge peuvent aussi être agencrs pour, à partir du signal de retardement, recaier toutes les PN périodes Tl, la signal de l'norloge interne d'une dérive d'aaplituae PTo, P étant un noabre entier constaat, c'est-A-dire toutes les P impulsions du signal de retardement (P>i et constant). Les moyens de recalage d'horloge peuvent enfin être agences pour, a partir du signal de retardement, compenser la dérive de manière asyncnronLe et recaler, toutes ies Pi périodes Til, ie signal de l'lorioge interne d'une dérive d'amplitude Plo, P étant un nombre entier variaDle, c'est-à-dire toutes les P impulsions du signal de retardement (P>l et variaole). L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications et de la description du système de l'invention qui suivent, en référence au dessin annxe, sur lequel - les figures lA et lB représenitent les signaux des norLoges externe et iaterne, respectiveaeat, du systèime électronique de l'invention; - les figures 2A et 2B représentent, respectivement, un signal d'norloge auxiliaire interne et le signal de l'horloge externe de référence; - la figure 3 represente le signal d'impulsions de recalage d'norloge et - la figure 4 est une représentation sc-ématique d'un terminal portatif de télépnonie à recalage d'norioge selon l'invention. Théorie de i'invention Soit Ti la période du signal logique H! d'une norloge interne d'un systèae électronique, tel, par exemple, un terminal portatif de télépaoaie d'un réseau cellulaire, To la période du signaai logique.{o d'une horloge de référence externe, telle l'horloge d'une des oornes du réseau cellulaire, et e l'erreur relative de T1 par rajoort à To: Il = To (1 + e) T1 - To = e To 2-5 T1 - To e - To e est l'imprécision ou il'erreur qui est à compenser ou aO réduire, tant en amplitude | L1 Toj jel = To qu'en signe Sna(e). Considérons, pour le signal H1, une fenêtre temporelle F correspondant à une période To du signal de référence Ho et, dans cette fenêtre, le front montant u du signal HI. Si T1 > To, donc sie > o ou si Sgn (e) est PLUS, le front montant u apparaissant au cours du temps dans la fenâtre F va dériver vers la droite sur l'axe des temps. Au contraire, si T1 sur l'axe des temps. Sur les figures 1A, 1, par exemple, l'erreur e est positive. détermination de lej ____________________ On attend l'instant o un front montant u du signal Hi passe par l'un des deux bords de la fenêtre F, puis on compte le nombre de fronts montants ayant traversé la fenêtre F jusqu'a ce qu'un prochain front montant u passe par l'autre des deux bords de la fenêtre F. Il s'est alors écoulé Y périodes Il du signal dl qui, pendant ces 'i périodes, a donc dérivé d'une période To, dans un sens ou dans l'autre, le sens de la dérive étant ici indifférent. Comie a cnaque période du signal i1, l'amplitude de l'erreur, ou du décalage, entre les signaux Hil et do est égale a -iT - 'o et qu'au terme des N périodes considérées, l'aapiitude du décalage est égale à To, on peut ecrire, aux erreurs de mesure près, ïil - oi = O soit -7 - NTo [el = To lel = N L'amplitude de l'erreur relative lel est donc égale à l'inverse du nombre N de périodes Ti du signal H1 au terme desquelles le signal de l'horloge interne a dérivé d'une période To du signal de référence Ho par rapport à ce signal Ho. détermination de Sgn(e) _______________________ Le système électronique comporte une horloge interne auxiliaire délivrant un signal H2 de période 3T1 (figure 2A). Considérons, pour le signal H2, une triple fenêtre temporelle de largeur 3To, avec une fenêtre centrale Fo, de largeur To, une fenêtre latérale droite Fi, de largeur To, et une fenêtre latérale gauche F2, de largeur To (figure 2B). Considérons le front montant Y du signal H2 qui se trouve, par définition de la fenêtre centrale Fo, dans cette fenêtre, au début du processus de détermination. Naturellement, par rapport au signal Ho, le signal H2, au cours du temps, et par construction, dérive avec le signal HI. Si, hors de cette fenêtre centrale Fo, on détecte ensuite ce front montant v dans la fenêtre Fi, à droite de la fenêtre Fo, cela signifie que le signal H2, et, avec lui, le signal i1, dérivent vers la droite sur l'axe des temps et que, par conséquent, la dérive ou l'erreur est positive: Sgn(e), POSITIF. Sinon, c'est-à-dire si le front montant est détecté dans la fenêtre F2, c'est l'inverse, l'erreur est négative: Sgn(e), NEGATIF. Recalage Soit donc le signal R d'impulsions espacées de périodes Ail (figure 3). Le signal dl peut être retardé, à chaque D impulsion du signal R, d'une Dériode d'amolitude To et de signe Sgn(e). dais le signal dl pourrait aussi n'être retardé que toutes les P impulsions du signal R, d'une durée d'amplitude PTo et de signe Sgn(e), P étant une constante. Dans ce cas, il s'agit d'une coanDensation différée. Le signal dl pourrait encore n'être retardé que toutes les P impulsions du signal R, d'une durée d'amplitude 2To et de signe Sga (e), mais P étant une variable. Dans ce cas, il s'agit d'une comaensation différée asyncnrone. Réalisation pratique Comae systàme électronique, on considérera ici un terminai portatif de télépnonia i pouvant communiquer avec une des bornes 2 d'un réseau cellulaire, du type GSAi. La borne 2 dispose d'uae norloge de référence 3 délivrant un signal Ho de période très precise. Le terminal 1 comeorte des circuits d'exploitation 4, un eémetteurrécepteur 5 et une base de temps 6, pour les 3; circuits 4, pilotée Dar ua quartz classique 7 délivrant un signal I1. La période du signal d1 n'est pas parfaitemeent precise et l'iaarécision est corri. ée grâce a l'norioge 3 de ia oorae 2 ainsi qu'à des élémaenats de recaiage a ' norloge qui vont être iécrits ci-acrès. Le terminal 1 comporte un circuit 8, comportant un compteur modulo M, recevant les signaux Ho et H1, de détermination, comme expliqué plus haut, du nombre i de périodes du signal Hi, au terme desquelles le signal dHl a dérivé d'une période du signal Ho par rapport à ce signal do. Le terminal 1 comporte également un circuit 9 recevant le signal dû et ua signal 2, de période triple de celle du signal ai- d'une norloge 10 reliée au quartz 7 par un diviseur de fréquence Il. Le circuit 9 détermine, coammae égaleieilent expliqué plus naut, le sens de la dérive du signai dI. La Dase de temps o est finalement pilotée par le quartz 7, l'norloge de référence 3 et un circuit de correction 12 recevant les signaux d'amplitude d'erreur 1 et de sig-ne d'erreur Sgn. La base de temps o est un compteur binaire, ici agencé pour compter jusqu'à 21, relié, en entrée, à un commutateur 13 coammanidé par le circuit 12, par l'intermédiaire d'un contrôleur de correction 14 qui contrôle également le comipteur 6, et Deriettaent de commuter l'entrée de la base de temps soit sur i'horloge 3, soit sur le quartz 7. Le compteur -a est normalement commuté sur le quartz 7; pendant les étapes de déterminaation décrites ci-dessus, le compteur o est commute sur l'norloge de r-férence 3. L'norloge.i coammande la oase de teamps qui peut fournir un signal d'norloge 1, mnais aussi et, en fait, un autre signal!i'l ici 'e périoe.multipie de I. Dans la púrseatation ci-dessus de l'invention, on a assimiiié ii et 'l. il est clair qu'oa n'agit pas sur Le quartz 7 -10fournissant le signal Hi mais bien sur la base de temps 6. A l'étape de correction, le contrôleur 14 commute le compteur 6 sur le quartz 7 et commande le circuit 12 qui, par son intermédiaire, va agir sur le signal de sortie du compteur 6. Considérons une compensation synchrone différée de P périodes du signal H1 et une remise à zéro prédéterminée du compteur 6 dans un état de comptage C. Lorsque le contrôleur 14 a détecté P impulsions de retardement du circuit 12, il fait passer sa valeur de remise à zéro à C + P. dans le cas o Sgn est NEGATIF, ou C - P, dans le cas o Sgn est POSIFIF. Au cycle suivant du compteur 6, sa valeur de remise à zéro repasse à C. En cas de compensation différée asynchrone, le contrôleur 14, à un instant quelconque, et à priori entre deux impulsions de retardement, détermine le nombre d'impulsions de retardement reçues du circuit 12 et agit sur la valeur de remise à zéro du compteur 6 comme précédemment. Il en résulte bien sûr une erreur mais l'exploitation est sensiblement moins contraignante. -11- REVENDICATIONS 1. Système électronique (1) comprenant une horloge interne (7), fournissant un signal de période T1 imprécise, et des moyens de recalage d'horloge, agencés pour, en combinaison avec une horloge externe de référence (3) fournissant un signal de période To, compenser l'imprécision de la période Tl du signal de l'horloge interne (7), caractérisé par le fait que les moyens de recalage d'horloge sont agencés pour déterminer (8) le nombre N de périodes T1 du signal de l'horloge interne (7) pendant lesquelles le signal de l'horloge interne (7) a subi une dérive d'une période To par rapport au signal de référence et pour fournir (12) un signal, de période NT1, d'impulsions destinées à retarder, d'une durée PTo, le signal de l'horloge interne (7), P étant un nombre entier égal ou supérieur à 1. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de recalage d'horloge comprennent des moyens (8) de détermination du nombre N de périodes T1 au terme desquelles le signal de l'horloge interne (7) a dérivé d'une période To par rapport au signal de référence et des moyens (9-12) de détermination du sens de la dérive. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel les moyens de détermination du sens de la dérive des moyens de recalage comprennent une horloge auxiliaire (10) de période 3T1 triple de celle de l'horloge interne (7), des moyens (9) de création d'une triple fenêtre temporelle de largeur 3To, avec une fenêtre centrale et deux fenêtres latérales, chacune d'une largeur To, et un front montant du signal de l'horloge auxiliaire (10) dans la fenêtre centrale, -12- et des moyens (9) de détection du front montant considéré du signal de l'horloge auxiliaire (10) dans l'une ou l'autre des deux fenêtres latérales de la triple fenêtre. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequei les moyens de recalage sont agencés pour, a partir du signal de retardement, compenser ia dérive et recaler (13, 6), toutes les - périodes TI, le signal de l'horloge interne (7) de la dérive d'amplitude To. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de recalage sont agencés pour, à partir du signal de retardement, compenser (13, 6) toutes les P. périodes- T1, le sigaal de l'norloge interne (7) d'une dérive d'amplitude PTo, P étant un noanore entier constant. J t6. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans iequel les moyens de recalage sont agencés pour, a partir du signal de retardement, compenser la dérive de manière asyncaroae et recaler (13, 6), toutes les ÈCi périodes Ti, le signal de l'norloge interne (7) J d'une dérive d'amplitude PTo, P étant un nombre entier variable.