Brevet FR2715259A1 — publié le 19950721

MODULATEUR / DÉMODULATEUR DE PHASE PAR ÉCHANTILLONNAGE. La présente invention concerne un modulateur / démodulateur destiné à la transmission de données sur bus, en particulier sur le réseau de distribution électrique. On connaît des modulateurs / démodulateurs à modulation de fréquence constitués par des circuits intégrés qui permettent la transmission d'informations en utilisant les courants porteurs. Ces dispositifs sont relativement sensibles aux parasites, nombreux sur le réseau de distribution électrique, et ne permetent pas des transmissions à vitesse élevée. Afin de supprimer ces inconvénients, le brevet français nO 2 644 952, déposé au nom de René DURANTON, décrit un circuit modulateur / démodulateur à modulation de phase du type asynchrone synchronisé, capable de transmettre des données numériques entre un microprocesseur et un bus à l'aide d'une fréquence porteuse de forme sinusoïdale. A l'émission, ce circuit comprend une première porte OU EXCLUSIF sur laquelle sont appliqués en entrée, la porteuse et le signal contenant les données à transmettre, et dont la tension de sortie est en phase ou en opposition de phase avec la porteuse en fonction du niveau logique 1 ou 0 de la donnée émise. A la réception, ce circuit comprend une seconde porte OU EXCLUSIF dont la tension de sortie est au niveau logique 0 ou 1 suivant que le signal reçu est en phase ou en opposition de phase avec la porteuse reçue en début de message. Par ailleurs, la démodulation du signal reçu est obtenue analogiquement par un circuit RC qui intègre le signal délivré par la seconde porte OU EXCLUSIF. Or, la présence de ce circuit RC n'autorise pas des vitesses de transmission élevées et notamment, supérieures à 10 kilobits par seconde environ. Cet inconvénient est renforcé par le fait que ces vitesses de transmission sont relativement insuffisantes pour s'affranchir des parasites récurrants engendrés à chaque alternance du courant sur le réseau de distribution électrique. Lors de la réception , il est donc difficile de séparer ces fréquences parasites des signaux transmis. Dans le but d'augmenter la vitesse de transmission de données numériques, tout en conservant un prix de revient très bas, et de permettre la transmission simultanée d'un signal analogique, l'invention propose un circuit modulateur / démodulateur du type décrit ci-avant comprenant - un oscillateur engendrant la fréquence porteuse et dont la phase est commandée par une tension ; - un échantillonneur-bloqueur auquel est appliqué le signal issu de la seconde porte OU EXCLUSIF, conçu pour prélever des échantillons du signal en entrée à une fréquence double de celle de la porteuse, et délivrer une tension de sortie qui reste bloquée au niveau logique 0 ou 1 du dernier échantillon prélevé, de manière à démoduler le signal de données numériques reçu. Ainsi, par exemple, avec une fréquence porteuse de 135 kHz, ce circuit est capable de fonctionner avec des vitesses de transmission de 90 kilo-bits par seconde. Le fait d'échantillonner le signal issu de la seconde porte qui combine le signal reçu avec la porteuse permet de s'affranchir d'éventuelles variations de phase dont l'amplitude est inférieure à 900. Cette particularité est exploitée pour transmettre simultanément des données numériques et un signal analogique. Pour cela, il suffit d'appliquer le signal analogique à émettre sur la borne de commande de l'oscillateur commandé en tension de manière à réaliser une modulation linéaire de la phase de la porteuse. A la réception, ce signal analogique est démodulé en combinant à l'aide d'une troisième porte OU EXCLUSIF, le signal issu de l'échantillonneur-bloqueur et le signal de sortie de la seconde porte OU EXCLUSIF. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtrons clairement à la lumière de la description ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente schématiquement les circuits d'un modulateur / démodulateur conforme au mode d'exécution préféré de l'invention les figures 2 et 3 illustrent les formes d'ondes des signaux en différents points des circuits de la figure 1, respectivement en émission et en réception. Le dispositif modulateur / démodulateur représenté sur la figure 1 émet sur un bus 1, constitué par deux fils spécifiques ou, de préférence, par le réseau de distribution électrique, des données numériques fournies par un micro processeur 2 sur un fil 20 et modulées par le dispositif, et reçoit des données en provenance du bus 1, pour les transmettre après démodulation au microprocesseur 2 par un fil 21. A l'émission, le signal de données Tx émis par le microprocesseur 2 est modulé par une porte OU EXCLUSIF 3, dont les entrées sont reliées respectivement au fil 20 et à la sortie 40 d'un oscillateur 4 commandé en fréquence et en phase par une tension Ug. L'oscillateur 4 fournit sur sa sortie 40 un signal Ft de forme rectangulaire périodique, appliqué à un générateur d'impulsions 6 délivrant en sortie un signal d(Ft) constitué d'une impulsion à chaque front du signal en entrée, c'est-à-dire, deux impulsions par période du signal Ft. La sortie de la porte 3 est reliée au bus 1 par l'intermédiaire d'un étage d'entrée / sortie 5 positionné en émission ou en réception par un signal TxRx fourni par le microprocesseur 2 sur une ligne 50. Lorsque cet étage est positionné en émission, il présente une impédance de sortie faible, de l'ordre de quelques Ohms, sur le bus 1. Il permet de filtrer le signal 31 pour le transformer en un signal sinusoïdal. Lorsque celui-ci est positionné en réception par le signal TXRx, il présente une impédance d'entrée élevée, de l'ordre de quelques centaines d'Ohms, de manière à transmettre le signal de données Fx du bus 1 à un amplificateur 9 qui effectue également un filtrage des fréquences parasites circulant sur le réseau de distribution électrique. Par ailleurs le signal TxRx peut également servir à commander un commutateur 7 qui permet de sélectionner soit le signal de données Fx, soit un signal Fg engendré par un oscillateur 8, de préférence piloté par un quartz. Ce signal Fg présente une tension rectangulaire périodique ayant une fréquence constante, égale à celle de la porteuse. Le signal Fg ou Fx sélectionné par le commutateur 7 est envoyé à l'entrée d'une seconde porte OU EXCLUSIF 17 dont l'autre entrée est reliée à la sortie 40 de l'oscillateur 4. La sortie de la porte 17 est reliée à l'entrée d'une troisième porte OU EXCLUSIF 11 et à un interrupteur 10 commandé par le signal issu du générateur d'impulsions 6. Par ailleurs, la sortie de l'interrupteur 10 est reliée à la troisième porte 11 et à un condensateur Cd dont l'autre borne est mise à la masse. La combinaison de l'interrupteur 10 et du condensateur Cd réalise ainsi un échantillonneurbloqueur dont la tension de sortie délivrée aux bornes du condensateur, reste bloquée au niveau logique 0 ou 1 de la dernière valeur de la tension prélevée par l'échantillonneur 10. Le signal Ft délivré par l'oscillateur 4 est contrôlé en fréquence et en phase par une boucle d'asservissement comprenant - 1 'échantillonneur-bloqueur, - la porte 11, - un filtre-intégrateur 12 présentant une constante de temps RC, dont l'entrée est reliée à la sortie de la porte 11, et dont la sortie est appliquée sur l'entrée du signal de commande U0 de l'oscillateur 4. Cette boucle d'asservissement permet ainsi de caler la fréquence et la phase du signal Ft délivré par l'oscillateur 4 , à l'émission, sur celles du signal Fg, et à la réception, sur celles du signal reçu Fx. A l'émission, le commutateur 7 est positionné de façon à appliquer la sortie de l'oscillateur 8 sur l'entrée de la porte 17. Le signal Fg étant constant, le signal Ft engendré par l'oscillateur 4 est lui aussi constant, ainsi que le signal d(Ft) engendré par le générateur d'impulsions 6 et qui vient commander l'interrupteur 10. Ainsi, le signal passant par l'interrupteur 10 vient charger au niveau logique 0 ou 1 le condensateur Cd, ce qui bloque la tension aux bornes du condensateur au niveau logique 0 ou 1 du dernier échantillon prélevé jusqu'à l'échantillon suivant. Le filtre 12 permet d'obtenir une tension U0 de commande de l'oscillateur 4 de manière à ce que le signal Ft corresponde en fréquence au signal Fg. Le signal Tx émis par le microprocesseur 2 commence par un bit de début pour permettre au destinataire de ce signal de lever l'incertitude sur la phase initiale du signal. En réception, la valeur de ce bit de début est donc exploitée par le microprocesseur 2 pour déterminer s'il faut inverser ou non la valeur des bits suivants contenus dans le signal reçu. I1 résulte de la table de vérité de la fonction OU EXCLUSIF que pendant les intervalles de temps où le signal Tx de données émis par le microprocesseur 2 est au niveau logique 0, la tension en sortie de la porte 3 correspond en forme et en phase exactement à la porteuse Ft. Lorsque le signal Tx de données est au niveau logique 1, le signal Ft+Tx en sortie de la porte 3 correspond en forme et en phase à la porteuse Ft déphasée de l80C (inversion de phase). A la réception, l'étage d'entrée / sortie 5 et le commutateur 7 sont positionnés de façon à appliquer le signal transitant sur le bus 1 sur l'entrée de la porte 17. L'échantillonneur-bloqueur permet de remettre le signal reçu Fx à phase constante par rapport à la fréquence Ft, et fournit au microprocesseur 2 le signal démodulé Ud disponible aux bornes de Cd. Ce signal démodulé est appliqué par l'intermédiaire d'un inverseur 13, d'une part à l'entrée Rx des données reçues du microprocesseur 2, et d'autre part à l'entrée P de détection de la porteuse du microprocesseur 2, au travers d'un générateur d'impulsions 14 et d'un circuit à constante de temps 15. De cette manière, lors de la détection de la porteuse, le microprocesseur peut se mettre en attente d'un signal sur son entrée Rx. L'emploi d'un échantillonneur-bloqueur permet donc d'effectuer une démodulation très rapide du signal reçu. Ainsi la vitesse de transmission numérique exprimée en kilo-bits par seconde, peut théoriquement atteindre la vitesse de la porteuse. Ces dispositions permettent en outre de transmettre simultanément des données numériques et un signal analogique Ue de fréquence faible par rapport à Fg, tel que par exemple la parole. Pour cela, il suffit d'une part de régler l'oscillateur 4 de manière à ce qu'il délivre un signal Ft présentant un déphasage de 900 par rapport à la fréquence Fx en entrée, et d'autre part, d'appliquer le signal analogique Ue à transmettre à l'entrée du filtre-intégrateur 12, afin de commander l'oscillateur 4 à l'aide d'un signal dont l'amplitude correspond à la somme du signal Ue et du signal FX+Ft+Ud issu de la porte 11. La porteuse Ft engendrée par l'oscillateur 4 est ainsi modulée linéairement en phase avec une amplitude inférieure à 900. En réception, la modulation linéaire en phase du signal reçu Fx se retrouve convertie en tension à la sortie Us du filtre intégrateur 12 de manière à, d'une part, restituer le signal analogique d'origine sur la sortie Us, et d'autre part, à asservir la phase de la porteuse Ft à la phase du signal reçu Fx en vue de réaliser une démodulation fiable du signal numérique Fx. Cette double transmission d'un signal numérique et d'un signal analogique par modulation de phase est rendue possible grâce à la combinaison de plusieurs éléments - la modulation en phase de la porteuse par le signal numérique, à 0 ou 1800 en fonction du niveau logique 0 ou 1 du signal numérique à transmettre, - le déphasage de la porteuse de 900 par rapport au signal Fx en entrée de l'oscillateur 4, - la modulation en phase de la porteuse Ft par le signal analogique Ue, entre + et - 450 autour de la phase (900) de la porteuse, - l'échantillonnage au rythme de deux échantillons par période de la porteuse, du signal reçu Fx combiné à la porteuse Ft par la porte OU EXCLUSIF 17, qui permet de recevoir le signal numérique sans être perturbé par la modulation linéaire de phase par le signal analogique. Ainsi, par exemple, avec une fréquence de porteuse égale à 135 kHz, ce circuit peut émettre et recevoir un signal numérique à la vitesse de 90 Kilo-bits par seconde, et simultanément, un signal analogique comme la parole, dont la fréquence est située entre 300 Hz et 10 kHz. Sur la figure 2, les formes d'onde Fg et Ft apparaissent déphasées de 900, et la forme d'onde du signal Tx montre une partie d'un signal numérique émis par le microprocesseur 2 contenant le mot binaire 101. La forme d'onde suivante Ft+Fx représente le signal en sortie de la porte 3. On peut constater que ce signal correspond à Ft avec une phase inversée durant les périodes où le niveau logique du signal Tx est à 1. Sur la figure 3, sont représentés successivement - le signal reçu Fx qui correspond au signal Ft+Tx de la figure 2, - le signal de la porteuse Ft déphasé de 900 par rapport au signal Fx, - le signal Ft+Fx issu de la porte 17, - le signal d(Ft) issu du générateur d'impulsions 6, - le signal Ud en sortie de l'échantillonneur-bloqueur, - le signal Ft+Fx+Ud en sortie de la porte 11, et enfin, - le signal U0 ayant une tension sensiblement constante, en sortie de l'intégrateur 12 appliqué sur la commande de l'oscillateur 4. On peut remarquer que le signal Ud contient le mot binaire 101 du signal Tx de la figure 2. Etant donné le rapport (supérieur à 10) entre les fréquences des signaux analogiques et numériques, le mode de représentation des formes d'ondes utilisé dans ces deux figures 2 et 3 ne permet pas de faire apparaître la modulation due aux signaux analogiques. D'autres dispositions des différents éléments permettent d'aboutir au même résultat. Ainsi, par exemple, les portes 11 et 17 pourraient tout aussi bien être interverties sans modifier le fonctionnement du dispositif. De même, le signal Fx pourrait être appliqué à l'entrée du générateur d'impulsions 6, tandis que le signal Ft est traité par l'échantillonneur-bloqueur, puis combiné avec le signal Fx par une porte OU exclusif pour obtenir enfin le signal Ud aux bornes du condensateur Cd. REVENDICATIONS 1. Circuit modulateur / démodulateur à modulation de phase du type asynchrone synchronisé, capable de transmettre des données numériques entre un microprocesseur (2) et un bus (1) à l'aide d'une porteuse (Ft) en forme de créneaux, ce circuit comprenant une première porte OU EXCLUSIF (3) sur laquelle sont appliqués en entrée, la porteuse (Ft) et le signal (Tx) contenant les données à transmettre, et dont la tension de sortie est en phase ou en opposition de phase avec la porteuse (Ft) en fonction du niveau logique 1 ou 0 de la donnée émise ; et une seconde porte OU EXCLUSIF (17) sur laquelle sont appliqués en entrée, la porteuse (Ft) et le signal reçu (Fx), et dont la tension de sortie est au niveau logique 0 ou 1 suivant que le signal reçu (Fx) est en phase ou en opposition de phase avec la porteuse (Ft), caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un oscillateur (4) engendrant la porteuse (Ft) et dont la phase est commandée par une tension (U0) ; et - un échantillonneur-bloqueur auquel est appliqué le signal issu de la seconde porte OU EXCLUSIF (17), conçu pour prélever des échantillons du signal en entrée à une fréquence double de celle de la porteuse (Ft), et délivrer une tension de sortie qui reste bloquée au niveau logique 0 ou 1 du dernier échantillon prélevé, de manière à démoduler le signal (Fx) de données numériques reçu pour l'envoyer sur une entrée (Rx) du microprocesseur (2). 2. Circuit modulateur / démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échantillonneur-bloqueur comprend un interrupteur (10) commandé par une tension en série avec un condensateur (Cd) dont l'autre borne est reliée à la masse, la sortie de l'échantillonneur-bloqueur étant prélevée aux bornes du condensateur (Cd). 3. Circuit modulateur / démodulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interrupteur (10) de l'échantillonneur-bloqueur est commandé par un générateur d'impulsions (6) générant une impulsion à chaque front montant ou descendant de la porteuse (Ft). 4. Circuit modulateur / démodulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oscillateur (4) est contrôlé en phase par une tension (Ug) fournie par une boucle d'asservissement comprenant - la seconde porte OU EXCLUSIF (17), - un échantillonneur-bloqueur, - la troisième porte OU EXCLUSIF (11), et - un filtre intégrateur 12. 5. Circuit modulateur / démodulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il peut émettre simultanément un signal de données numériques (Tx) et un signal analogique (Ue) de faible fréquence par rapport à la fréquence de la porteuse (Ft) en réglant l'oscillateur (4) de manière à fournir une porteuse (Ft) déphasée de 900 par rapport à un signal de référence (Fg), et en appliquant le signal analogique (Ue) à émettre à l'entrée du filtre intégrateur (12), et recevoir ces deux signaux, le signal analogique reçu (U5) étant disponible à la sortie du filtre intégrateur (12). 6. Circuit modulateur / démodulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de détection de la porteuse (Ft) relié d'un côté à la sortie de l'échantil- lonneur-bloqueur, et de l'autre à une entrée (P) du micro processeur (2), de manière à indiquer au microprocesseur (2) qu'il peut se mettre en attente d'un signal de données numériques (Rx). 7. Circuit modulateur / démodulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de détection de la porteuse comprend un inverseur (13), un générateur d'impulsions (14), et un circuit (15) à constante de temps. 8. Circuit modulateur / démodulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de données numériques transmis comprend un bit de début permettant au destinataire de ce signal de déterminer le déphasage initial.