Brevet FR2738423A1 — publié le 19970307

DESCRIPTION DEMODULATEUR DE FREQUENCE NUMERIQUE La présente invention concerne un démodulateur de fréquence numérique. L'invention s'applique à la démodulation de signaux modulés en fréquence tels que par exemple des signaux de mesure de vitesse, de proximité ou de déplacement délivrés par des capteurs à courants de Foucault.10 La démodulation d'un signal modulé en fréquence est généralement effectuée au moyen d'un discriminateur de fréquence constitué d'un circuit fermé appelé boucle de phase comportant un comparateur de phase, un filtre, un15 amplificateur et un oscillateur à fréquence variable (VCO). Le signal modulé en fréquence et le signal délivré par l'oscillateur sont appliqués en entrée du comparateur de phase qui délivre en sortie un signal proportionnel à la différence de phase entre les fréquences des deux signaux20 d'entrée. Après filtrage et amplification, le signal délivré par le comparateur est utilisé pour commander l'oscillateur à fréquence variable de manière à asservir la fréquence de l'oscillateur sur la fréquence du signal modulé en fréquence. Cependant les circuits de démodulation mettant en oeuvre une25 boucle d'asservissement sont des dispositifs analogiques difficiles à mettre au point et présentent des risques d'instabilité. La fréquence initiale de l'oscillateur VCO ne doit pas être trop éloignée de la fréquence du signal à démoduler pour que l'accrochage de la boucle d'asservissement30 se produise. L'objet de l'invention est de réaliser un démodulateur de fréquence ne présentant pas les inconvénients des dispositifs de démodulation connus.35 Un autre objet de l'invention est de réaliser un démodulateur de fréquence entièrement numérique, présentant une bonne précision, une haute stabilité, un faible coût et un faible encombrement. 2 2738423 Pour cela, l'invention consiste à mesurer les valeurs instantanée et moyenne de la période du signal modulé en fréquence, à comparer les valeurs mesurées et à délivrer un 5 signal binaire qui change d'état à chaque fois que le résultat de la comparaison change de sens. La mesure de la valeur instantanée du signal modulé en fréquence est effectuée par comptage du nombre de périodes d'une horloge de référence contenues dans une période du signal modulé en10 fréquence. La mesure de la valeur moyenne du signal modulé en fréquence est effectuée par comptage du nombre de périodes d'une horloge de fréquence N fois plus faible que l'horloge de15 référence contenues dans N périodes du signal modulé en fréquence. Le signal binaire obtenu change donc d'état logique au rythme des variations de la période instantanée du signal modulé en fréquence et a la même fréquence que le signal de modulation.20 Selon l'invention, le démodulateur de fréquence numérique est caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de mesure de la valeur instantanée de la période du signal modulé en fréquence, - des moyens de mesure de la valeur moyenne de la période du signal modulé en fréquence, - des moyens de comparaison des valeurs instantanée et moyenne mesurées et de reconstitution de la fréquence du signal de modulation. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent: 3 2738423 - la figure 1, un schéma synoptique du démodulateur de fréquence, selon l'invention; - la figure 2, un exemple de chronogrammes illustrant schématiquement pour un signal d'horloge et un signal modulé en fréquence particuliers, l'évolution de différents signaux obtenus en sortie des moyens de mesure et des moyens de comparaison, selon l'invention. La figure 1 représente un schéma synoptique du démodulateur de fréquence, selon l'invention. Le démodulateur comporte des moyens 10 de mise en forme d'un signal modulé en fréquence, des moyens de mesure de la valeur15 instantanée de la période du signal modulé en fréquence, des moyens de mesure de la valeur moyenne de la période du signal modulé en fréquence, des moyens de comparaison des valeurs instantanée et moyenne de la période du signal modulé en fréquence et de reconstitution de la fréquence du signal de20 modulation. Les moyens 10 de mise en forme sont destinés à tranformer un signal analogique Se modulé en fréquence en un signal logique Fe.25 Les moyens de mesure de la valeur instantanée de la période du signal modulé en fréquence comportent un compteur Cl, 20, ayant une entrée de validation CE1 sur laquelle est appliquée le signal logique Fe et une entrée d'horloge CK1 activée par30 un signal d'horloge H provenant d'une horloge de référence 25. L'horloge 25 est choisie de façon que sa fréquence soit très supérieure à la fréquence du signal Fe, et de façon à présenter une très haute stabilité dans le temps. Le compteur 20 est destiné à effectuer des cycles de comptage successifs, la durée de chaque cycle correspondant à une période Te du signal modulé en fréquence. A chaque cycle de comptage le compteur 20 compte le nombre d'impulsions p du signal d'horloge H contenu dans une période Te du signal 4 2738423 logique Fe. Ce nombre d'impulsions p correspond à la valeur instantanée de la période Te du signal logique Fe rapportée à la période du signal H délivré par l'horloge de référence 25. Le comptage peut être effectué indifféremment entre deux fronts montants, deux fronts descendants, ou toute autre combinaison du signal logique Fe; il peut être effectué de façon synchrone ou asynchrone. A la fin de la période de comptage, le contenu p du compteur 20 est transféré dans un10 registre tampon Ll, 26 (en anglais Latch) par un dispositif logique de contrôle additionnel non représenté, puis remis à zéro. Un nouveau cycle de comptage est alors effectué pour la période suivante du signal Fe. Les moyens de mesure de la valeur moyenne de la période du signal modulé en fréquence comportent deux diviseurs par N, , 31, en entrée desquels sont respectivement appliqués le signal logique Fe et le signal d'horloge H. La valeur de N est un nombre entier éventuellement programmable. Les signaux20 Fe/N et H/N délivrés respectivement en sortie des diviseurs par N, 30, 31, sont appliqués respectivement sur une entrée de validation CE2 et sur une entrée d'horloge CK2 d'un compteur C2, 32. Le compteur 32 compte le nombre d'impulsions q du signal d'horloge H/N contenu dans N périodes Te du25 signal logique Fe. Si la valeur N est suffisamment élevée, le nombre q représente la valeur moyenne de la période Te rapportée à la période du signal H délivré par l'horloge de référence 25. Le comptage peut être effectué indifféremment entre (N+1) fronts montants, (N+l) fronts descendants, ou30 toute autre combinaison du signal Fe/N; il peut être effectué de façon synchrone ou asynchrone. A la fin des N périodes de comptage, le contenu q du compteur 32 est tranféré dans un registre tampon 33 par le dispositif logique de contrôle additionnel non représenté, puis remis à zéro. Un nouveau cycle de comptage est alors effectué sur les N périodes suivantes du signal Fe. 2738423 Les mesures des valeurs instantanées et moyennes de la période Te du signal logique Fe sont effectuées simultanément et en parallèle. Les contenus p et q des registres tampon 26, 33 sont comparés en permanence par un comparateur 40 éventuellement pourvu d'un hystérésis. Le comparateur délivre un signal binaire de sortie FS à deux états logiques 0 ou 1, le signal binaire changeant d'état logique à chaque fois que le résultat de la comparaison change de sens. Ainsi, par exemple, lorsque la valeur instantanée est supérieure à la10 valeur moyenne de la période Te, la valeur de sortie du comparateur est dans un état logique prédéterminé O ou 1. Lorsque la valeur instantanée devient inférieure à la valeur moyenne, la sortie du comparateur change d'état logique. Le signal FS change donc d'état logique au rythme des variations de la période instantanée Te, et reconstitue la fréquence du signal de modulation. La figure 2 représente un exemple de chronogrammes illustrant schématiquement pour un signal d'horloge H et un signal logique Fe particuliers, l'évolution des contenus du compteur Cl, 20 et du registre tampon L1, 26 pendant une dizaine de périodes du signal Fe, ainsi que le signal de sortie du comparateur. Cette figure montre que les variations du25 contenu du registre L1 reproduisent les variations de la période Te du signal logique Fe et sont représentatives des valeurs instantanées de la période Te. En superposition avec le contenu du registre L1, est également représentée schématiquement, en pointillés, la valeur moyenne de la période Te, cette valeur moyenne étant mesurée par le compteur C2, 32. Le dernier chronogramme représente le signal logique FS de sortie du comparateur 40. Sur ce chronogramme, la sortie du comparateur est dans l'état35 logique 0, respectivement 1, lorsque la valeur instantanée est inférieure, respectivement supérieure, à la valeur moyenne de la période Te. 6 2738423 Le démodulateur de fréquence numérique décrit ci-dessus présente les avantages suivants. Son fonctionnement étant basé sur un principe de comptage, il présente un effet intégrateur qui garantit une bonne immunité au bruit. 5 La possibilité de programmer la valeur N des diviseurs permet de choisir le meilleur compromis entre la précision et le temps de réponse souhaités pour une application donnée. Le démodulateur est entièrement numérique, donc exempt de toute dérive et ne nécessite aucun ajustage. Il peut être aisément intégré en un seul composant monolithique de faible coût, directement interfaçable avec un bus microprocesseur. Sa structure en boucle ouverte et l'absence de discriminateur de fréquence permettent d'éviter les problèmes inhérents aux démodulateurs qui comportent des boucles de phase, et en particulier les problèmes de stabilité et de limitation des plages de fréquence admissibles.20 Ce démodulateur est particulièrement bien adapté au traitement des signaux pour lesquels la dérive de la porteuse ( par exemple en température) est très supérieure au taux de modulation du signal utile. 7 2738423 REVENDICATIONS 1. Démodulateur de fréquence numérique caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de mesure (20) de la valeur instantanée de la période du signal modulé en fréquence, - des moyens de mesure (30,31,32) de la valeur moyenne de la période du signal modulé en fréquence, - des moyens de comparaison (40) des valeurs instantanée et moyenne mesurées et de reconstitution de la fréquence du signal de modulation.15 2. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal modulé en fréquence est un signal analogique et en ce qu'il comporte en outre des moyens (10) de conversion du signal analogique en un signal logique. 3. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la valeur instantanée de la période du signal modulé en fréquence comportent un compteur (20) ayant une entrée de25 validation sur laquelle est appliqué le signal modulé en fréquence et une entrée d'horloge activée par un signal d'horloge provenant d'une horloge de référence (25), la fréquence du signal d'horloge étant très supérieure à la fréquence du signal modulé.30 4. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le compteur (20) est destiné à effectuer des cycles de comptage successifs, chaque cycle de comptage consistant à compter le nombre d'impulsions du35 signal d'horloge délivré par l'horloge de référence (25) contenu dans une période du signal modulé en fréquence. 5. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la valeur 8 2738423 instantanée de la période du signal modulé en fréquence comporte en outre un registre tampon (26) connecté en sortie du compteur (20) et destiné à recevoir à la fin de chaque cycle de comptage, le contenu du compteur (20). 5 6. Démodulateur de fréquence numérique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de mesure de la valeur moyenne de la période du signal modulé en fréquence comportent:10 - deux diviseurs (30, 31) par un nombre entier N en entrée desquels sont respectivement appliqués le signal modulé en fréquence et le signal d'horloge provenant de l'horloge de référence (25);15 - un compteur (32) comportant une entrée de validation et une entrée d'horloge sur lesquelles sont respectivement appliqués les signaux délivrés par les diviseurs (30, 31). 7. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compteur (32) est destiné à compter le nombre d'impulsions d'un signal d'horloge de fréquence N fois plus faible que l'horloge de référence (25) contenues dans N périodes du signal modulé en fréquence.25 8. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la valeur moyenne de la période du signal modulé en fréquence comportent en outre un registre tampon (33) connecté en30 sortie du compteur (32) et destiné à recevoir, à la fin des N périodes de comptage, le contenu du compteur (32). 9. Démodulateur de fréquence numérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mesures des valeurs instantanées et moyennes de la période du signal modulé en fréquence sont effectuées simultanément et en parallèle. 9 2738423 10. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les contenus des registres tampon (26, 33) sont comparés en permanence par les moyens de comparaison (40). 5 11. Démodulateur de fréquence numérique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (40) sont destinés à délivrer un signal binaire à deux états logiques O ou 1, ce signal binaire changeant10 d'état logique à chaque fois que le résultat de la comparaison change de sens.