Brevet FR2777139A1 — publié le 19991008

OSCILLATEUR A FREQUENCE CONTROLEE EN COURANT, A REPONSE RAPIDE Domaine technique L'invention concerne un oscillateur à fréquence contrôlée en courant présentant un temps de réponse particulièrement faible. On entend par temps de réponse, le temps mis par l'oscillateur pour changer de fréquence d'oscillation en réponse à une commande de changement de fréquence. Un tel oscillateur trouve des applications dans la réalisation de démodulateurs pour des signaux modulés en fréquence et en particulier dans la réalisation de démodulateurs SECAM de signaux de chrominance. De façon plus générale, l'oscillateur peut aussi trouver des applications dans divers circuits électroniques, comme référence de fréquence. Etat de la technique antérieure La figure 1 annexée représente de façon très schématique le principe de fonctionnement d'un oscillateur à fréquence contrôlée en courant. L'oscillateur représenté comporte une première source de courant 10 délivrant un courant Il et une deuxième source de courant 20 délivrant un curant I2. Dans l'exemple décrit on considère que les courants Il et I2 sont égaux, soit I=I1=I2. Un premier condensateur 12 est connecté entre un premier noeud 14 relié à la première source 10, et une borne de masse 30. Un deuxième condensateur 22 est connecté entre un deuxième noeud 24 relié à la deuxième source 20 et la borne de masse. Les deux condensateurs présentent une même capacité notée C. Un interrupteur 32 permet de relier sélectivement l'un des premier et deuxième noeuds 14, 24 à une troisième source de courant 34, traversée par un courant I3 égal à la somme des courants Il et I2, soit dans le présent exemple I3=I1+I2=2I. Une mémoire 36 et deux comparateurs 16, 26 sont prévus pour piloter l'interrupteur de façon à relier alternativement les premier et deuxième noeuds 14, 24 à la troisième source de courant. Le premier comparateur 16 est connecté entre le premier noeud 14 et le deuxième noeud 24 de façon à mesurer une tension Vl=V14-V24 o V14 et V24 sont respectivement les potentiels des noeuds 14 et 24. Le deuxième comparateur est connecté entre le deuxième noeud 24 et le premier noeud 14 de façon à mesurer une tension V2=V24-V14 de signe opposé. Les premier et deuxième comparateurs délivrent une impulsion chaque fois que Vl, respectivement V2, atteint une valeur de seuil notée Vhyst, qui est la même pour les deux comparateurs dans l'exemple décrit. Ces impulsions sont dirigées vers une mémoire dont l'état change à chaque impulsion. L'interrupteur 32 est relié à la mémoire et piloté pour changer d'état de commutation à chaque impulsion. Lorsque l'oscillateur est en fonctionnement, les premier et deuxième condensateurs sont alternativement chargés et déchargés. Dans une première alternance, correspondant à la figure, le premier condensateur 14 est chargé avec le courant Il, soit I, provenant de la source 10. L'interrupteur 32 relie la troisième source 34 au deuxième noeud 24. Le deuxième condensateur est déchargé avec un courant I tel que I+I2=I3=2I. Lorsque la tension VI du premier condensateur atteint la valeur Vhyt, le premier comparateur produit une impulsion qui modifie l'état de la mémoire et l'état de commutation de l'interrupteur. L'interrupteur est alors commuté de façon à relier la troisième source de courant 34 au premier noeud 14. Commence alors une deuxième alternance lors de laquelle le premier condensateur 14 est déchargé et le deuxième condensateur 24 est chargé. Cette deuxième alternance s'achève lorsque le deuxième condensateur 26 produit une impulsion, c'est-à-dire lorsque la tension V2 du deuxième condensateur atteint la valeur Vhyst. L'état de la mémoire 36, qui peut être considéré comme l'état de sortie de l'oscillateur, est ainsi périodiquement modifié. La fréquence F de l'oscillateur est telle que: I F= 2CVhyst La fréquence de l'oscillateur peut être ajustée en modifiant la valeur du courant I, c'est-à-dire l'intensité des sources de courant. L'oscillateur est alors contrôlé en courant. La fréquence de l'oscillateur peut aussi être ajustée en modifiant la valeur de la tension de seuil Vhyt des comparateurs. L'oscillateur est alors contrôlé en tension. Comme mentionné ci-dessus, les condensateurs sont chargés par un courant Il, respectivement I2, qui sont égaux, et sont déchargés par le courant I3. Un fonctionnement correct de l'oscillateur est possible à la condition que ce courant de décharge I3 soit en moyenne égal à la somme des courants de charge, c'est- à-dire I3=I1+I2. Lorsque cette condition est vérifiée, la tension moyenne de charge des deux condensateurs 12, 22 est invariable. En effet, la tension de charge d'un des condensateurs augmente lorsque celle de l'autre diminue. Par contre, si la condition I3=I1+I2 n'est pas vérifiée, la tension moyenne des condensateurs augmente ou diminue et le fonctionnement de l'oscillateur devient rapidement impossible. Dès lors que la condition I3=I+I2 n'est jamais exactement vérifiée, en raison notamment d'une dispersion de caractéristiques des composants, un circuit de contrôle et d'ajustage de la tension moyenne des condensateurs est prévu. Un tel circuit est illustré par la figure 2. La figure 2 reprend les éléments de la figure 1 nécessaires à la compréhension du circuit de contrôle. Cependant, les comparateurs et les moyens de pilotage de l'interrupteur ne sont pas représentés dans un souci de clarté. Des parties de la figure 2, identiques ou similaires à celles de la figure 1 portent les mêmes références. On peut donc se reporter, pour ces parties, à la description qui précède. Une borne 40 de mesure d'une tension de mode commun des condensateurs 12, 22 est reliée aux premier et deuxième noeuds 14, 24 par l'intermédiaire respectivement de résistances 42, 44. La tension de mode commun, notée VDC constitue une mesure d'une tension de charge moyenne des condensateurs. La tension VDC est appliquée à la base d'un premier transistor 46 connecté en suiveur de tension dont le collecteur est relié à une tension d'alimentation et dont l'émetteur est relié à une première branche d'un miroir de courant 50. La première branche du miroir de courant est formée d'un deuxième transistor 52 dont la base est reliée à celle d'un troisième transistor 54. Le troisième transistor constitue la seconde branche du miroir de courant, qui est reliée à l'interrupteur 32 pour recevoir le courant I3. Le troisième transistor 54 de la figure 2 joue le rôle de la troisième source de courant 34 visible à la figure 1. La référence 56 désigne une source de tension continue, connectée en série entre le premier et le deuxième transistor et dont le rôle est simplement de fixer la tension VDc à une valeur déterminée permettant un fonctionnement correct des sources de courant 10 et 20. Le premier transistor 46 et le miroir de courant 50 forment un moyen de contrôle du courant de décharge I3, destiné à maintenir la tension moyenne de charge des condensateurs à une valeur VDC prédéterminée. En effet, lorsque la tension VDC augmente, la tension de base du premier transistor 46 augmente, donc la tension de base du transistor 52 augmente aussi. Le deuxième transistor 52, dont le collecteur et la base sont reliés à l'émetteur du premier transistor 46 via la source de tension 56, est par conséquent traversé par un courant plus important. Or, comme le troisième et le deuxième transistors forment un miroir de courant, une augmentation du courant de la première branche du miroir, formée par le deuxième transistor 52, provoque une augmentation du courant dans la deuxième branche du miroir, c'est-à-dire une augmentation du courant I3 de décharge des condensateurs. Cette augmentation du courant de décharge des condensateurs tend à réduire la tension de charge à leur bornes, et donc de réduire la tension VDC. A l'inverse, une diminution de la tension moyenne de charge des condensateurs provoque une réduction du courant traversant le miroir de courant et une réduction du courant de décharge I3. La réduction du courant de décharge I3 conduit à une augmentation de la tension moyenne de charge. Les moyens de contrôle du courant de décharge constituent ainsi, en quelque sorte, une boucle de contre-réaction permettant de stabiliser la tension VDC à une valeur d'équilibre. Pour une utilisation de l'oscillateur de la figure 2 dans un démodulateur tel qu'un démodulateur de signal de chrominance SECAM, la fréquence d'oscillation doit pouvoir être ajustée très rapidement pour être adaptée à la fréquence modulée des sous-porteuses. Cette fréquence est ajustée par des modifications quasi-instantanées des intensités Il et I2 des première et deuxième sources de courant 10 et 20. Or, il s'avère que la réaction des moyens de contrôle du courant de décharge sont lents et que la tension de mode commun VDC varie dans les proportions importantes avant que le courant de décharge ne compense les variations des courants de charge. Ainsi, l'oscillateur n'est pas adapté à des changements de fréquence trop importants ni trop rapides. A titre d'exemple, une variation de fréquence -7 de 10% pour une fréquence de 4.4 MHz en moins de 1 microseconde s'avère impossible. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de proposer un oscillateur à fréquence commandée par le courant dont la fréquence peut être changée rapidement et de façon importante. Un but est aussi de proposer un tel oscillateur à condensateurs pour lequel les changements de fréquence n'influent quasiment pas sur la tension moyenne de charge des condensateurs. Un but est enfin de proposer un oscillateur avec des condensateurs dont la tension moyenne de charge peut aussi être corrigée en fonction de dispersions de caractéristiques des composants. Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet un oscillateur à fréquence contrôlée par le courant comportant: - au moins un condensateur, - au moins une source de courant de charge du condensateur avec au moins un courant de charge, - des moyens de décharge séquentielle du condensateur avec un courant de décharge, et - des moyens de contrôle du courant de décharge destinés à maintenir une tension moyenne de charge dudit condensateur à une valeur prédéterminée. Conformément à l'invention, les moyens de contrôle du courant de décharge comportent au moins une source de courant, dite de contrôle, formant un miroir de courant avec au moins une source de courant de charge, et connectée aux moyens de décharge pour imposer un courant de décharge égal à la somme des courants de charge de chaque source de courant de charge. Comme la source de courant de contrôle forme un miroir de courant avec une ou plusieurs des sources de courant de charge, le courant de décharge est instantanément modifié avec le courant de la (des) source(s) de courant de charge. La correction du courant de décharge ne dépend donc plus de dérives préalables de la tension de mode commun. Ainsi, la tension moyenne de charge du (ou des) condensateur(s) reste quasiment insensible à des modifications des courants de charge, c'est-à-dire reste insensible aux changements de fréquence de l'oscillateur. Selon une mise en oeuvre particulière de l'oscillateur, celui-ci peut comporter une première et une deuxième sources de courant de charge, la source de courant de contrôle formant avec les sources de courant de charge un miroir de courant pour imposer dans le circuit dé décharge un courant de décharge égal à la somme des courants de charge des première et deuxième sources. Dans une réalisation symétrique, les deux sources de courant de charge peuvent être prévues pour délivrer des courants de charge de même intensité. L'oscillateur de l'invention peut être réalisé à partir d'un seul ou de plusieurs condensateurs. Dans une réalisation à un seul condensateur, l'oscillateur peut comporter un condensateur unique présentant une première armature reliée à la première source de courant et une deuxième armature reliée à la deuxième source de courant, les première et deuxième armatures du condensateur étant en outre reliées à des bornes d'un commutateur faisant partie des moyens de décharge séquentielle du condensateur. Selon une variante, l'oscillateur peut aussi comporter deux condensateurs (ou plus) présentant chacun une première et une deuxième armatures, les premières armatures étant reliées respectivement aux première et deuxième sources de courant, et les deuxièmes armatures étant reliées en commun à un potentiel de référence. Les premières armatures des condensateurs sont alors également reliées à des bornes d'un commutateur faisant partie des moyens de décharge séquentielle, pour alternativement décharger les deux condensateurs. Le dispositif de l'invention peut, en outre, comporter des moyens de correction de courant de décharge en fonction d'une tension moyenne de charge du (des) condensateur(s). Ces moyens de correction permettent de corriger et de compenser de légères variations de la tension de charge des condensateurs dues à des dispersions de caractéristiques des composants de l'oscillateur. En particulier des erreurs de décalage d'intensité du ou des miroirs de courant peuvent ainsi être compensées. Dans une réalisation particulière des moyens de correction, ceux-ci peuvent comporter un amplificateur transconducteur avec une première entrée reliée à un potentiel de référence et une deuxième entrée reliée à une borne de mesure de la tension moyenne de charge, et au moins une sortie connectée aux moyens de décharge pour augmenter le courant de décharge lorsque la tension moyenne de charge des condensateurs augmente et pour diminuer le courant de décharge lorsque la tension moyenne de charge des condensateurs diminue. L'amplificateur transconducteur est, par exemple, un amplificateur différentiel avec une première sortie reliée à une première branche d'un miroir de courant connectée à la source de courant de contrôle, et avec une deuxième sortie reliée à une deuxième branche du miroir de courant connectée à une borne de décharge du (des) condensateur(s). La borne de décharge est constituée par exemple par le commutateur des moyens de décharge séquentielle. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description des figures - La figure 1, déjà décrite, est un schéma de principe d'un oscillateur de type connu, à fréquence contrôlée par le courant. - La figure 2, déjà décrite, est un schéma électronique simplifié d'un oscillateur conforme à la figure 1 équipé de moyens connus de contrôle d'une tension de fonctionnement de l'oscillateur. - La figure 3 est un schéma électronique simplifié d'une réalisation particulière d'un oscillateur conforme à l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Un certain nombre d'éléments ou de parties de l'oscillateur X de la figure 3 sont identiques, il similaires ou équivalents à ceux des figures 1 et 2 précédemment décrites. Ces parties sont repérées avec des références identiques auxquelles on a ajouté 100. L'oscillateur comporte une première et une deuxième sources de courant 110, 120 reliées respectivement aux premières armatures d'un premier et d'un second condensateurs 112, 122, en des noeuds 114, 124. Les deuxièmes armatures des condensateurs sont reliées à un potentiel de référence 130, par exemple la masse. Un interrupteur 132 est prévu pour alternativement relier l'un des noeuds 114 et 124 à un circuit de décharge décrit ultérieurement. Les moyens 133 de décharge alternatif des condensateurs et les circuits pour piloter l'interrupteur 132 sont des circuits connus en soi et ne sont pas représentés en détail sur la figure 3. Ces moyens peuvent être réalisés à partir d'un ou de plusieurs comparateurs pour comparer la tension de charge des condensateurs à une valeur de consigne, par exemple. On peut se reporter à ce sujet aux descriptions relatives à la figure 1. Selon une variante, l'oscillateur peut être construit à partir d'un unique condensateur connecté entre les noeuds 114 et 124. Un tel condensateur est représenté à titre indicatif en trait discontinu sur la figure 3. Les première et deuxième sources de courant 110 et 120 délivrent respectivement des courants Il et I2. Dans la suite de la description, pour des raisons de simplification, on considère que les condensateurs 114, 124 présentent une même valeur de capacité et que les courants Il et I2 sont égaux, soit Il=I2=I. L'oscillateur est équipé de moyens de contrôle du courant de décharge qui comportent pour l'essentiel une source de courant 160 permettant de commander le courant de décharge I3 des condensateurs. La source de courant 160 est reliée à l'interrupteur 132. Elle peut y être reliée directement ou, dans l'exemple de réalisation de la figure 3, par l'intermédiaire de transistors 162, 164 formant un miroir de courant 165. La source de courant 160, appelée source de contrôle dans la suite du texte, forme elle-même un miroir de courant avec les première et deuxième sources de courant 110, 120 de façon à délivrer un courant I4 égal à la somme I4=Il+I2 des courants délivrés par les première et deuxième sources. Dans une réalisation particulière, les première et deuxième sources de courant et la source de courant de contrôle peuvent être formées par des transistors de trois branches d'une même source, formant miroir de courant et délivrant des courants tels que I1=I2=I et I4=2I. Le miroir de courant formé par les transistors 162, 164 connectés entre la source de contrôle 160 et l'interrupteur, copient simplement le courant I4 de telle sorte que le courant de décharge I3 soit égal au courant I4 (I3=I4=2I=I+I2). Ainsi, le courant de décharge I3 compense exactement les courants de charge Il+I2 et la tension moyenne de charge des condensateurs est maintenue constante indépendamment des variations de Il et I2 et indépendamment de la fréquence. Selon un perfectionnement, l'oscillateur de la figure 3 comporte également des moyens de correction du courant de décharge en fonction de la tension moyenne de charge des condensateurs. Cette tension, notée VDC est mesurée en une borne 140 reliée aux noeuds 114 et 124, respectivement par des résistances 142 et 144. Dans l'exemple décrit, symétrique, les résistances 142 et 144 sont de même valeur. Une première entrée d'un amplificateur transconducteur 170 est reliée à une référence de tension formée par un pont de résistances 171 entre le potentiel d'alimentation et la masse. La tension VDC est fournie à une deuxième entrée de l'amplificateur transconducteur. Les entrées de l'amplificateur transconducteur sont formées respectivement par les bases d'un premier et d'un deuxième transistors 172, 174. Les émetteurs des transistors 172, 174 sont respectivement reliés à une source de courant de polarisation 180 par l'intermédiaire de résistances 182 et 184. Les collecteurs des premier et deuxième transistors 172, 174 de l'amplificateur sont reliés respectivement aux collecteurs des premier et deuxième transistors 162, 164 du miroir de courant 165. Lorsque la tension VDC varie, l'amplificateur transconducteur 170 émet un courant +i par le collecteur du premier transistor 172, qui est ajouté au courant I4 fourni par la source de courant de contrôle 160. L'amplificateur transconducteur 170 émet également un courant -i par le collecteur du second transistor 174, qui est retiré du courant de la deuxième branche du miroir de courant 165. Ainsi, le courant I3 de décharge devient égal à I3=I4+i-(-i)=I4+2i. Le signe du courant i dépend du sens de variation de VDC. Une augmentation de VDC provoque un courant i positif et une diminution de VDC, un courant i négatif. Le courant différentiel 2i produit par l'amplificateur transconducteur permet de compenser des dérives lentes de la tension moyenne de charge qui seraient dues, par exemple, à des dispersions de caractéristiques des composants, conduisant à un courant I3 légèrement différent de I1+I2. REVENDICATIONS 1. Oscillateur à fréquence contrôlée par le courant comportant: - au moins un condensateur (112, 122), - au moins une source de courant (110, 120) de charge du condensateur avec au moins un courant de charge (I1, I2), - des moyens (132, 164) de décharge séquentielle du condensateur avec un courant de décharge, - des moyens (160, 165, 170) de contrôle du courant de décharge destinés à maintenir une tension moyenne de charge dudit condensateur à une valeur prédéterminée, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du courant de décharge comportent au moins une source de courant (160), dite de contrôle, formant un miroir de courant avec au moins une source de courant de charge (110, ), et connectée aux moyens de décharge (132, 164) pour imposer un courant de décharge égal à une somme de courants de charge de chaque source de courant de charge. 2. Oscillateur selon la revendication 1, comprenant une première et une deuxième sources de courant de charge (110, 120), et dans lequel la source de courant de contrôle forme avec les sources de courant de charge un miroir de courant pour imposer dans le circuit de décharge un courant de décharge égal à la somme des courants de charge des première et deuxième sources. 3. Oscillateur selon la revendication 2, dans lequel les deux sources de courant de charge (110, 120) délivrent des courants de charge (Il, I2) de même intensité. 4. Oscillateur selon la revendication 2, comprenant un condensateur présentant une première armature reliée à la première source de courant (110) et une deuxième armature reliée à la deuxième source de courant (120), les première et deuxième armatures du condensateur étant en outre reliées à des bornes d'un commutateur (132) faisant partie des moyens de décharge séquentielle du condensateur. 5. Oscillateur selon la revendication 2, comprenant deux condensateurs (112, 122) présentant chacun une première armature reliée respectivement aux première et deuxième sources de courant et une deuxième armature reliée en commun à un potentiel de référence, les premières armatures des condensateurs étant en outre reliées à des bornes d'un commutateur (132) faisant partie des moyens de décharge séquentielle pour alternativement décharger les condensateurs. 6. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens (140, 142, 144, 170) de correction de courant de décharge en fonction d'une tension moyenne de charge du (des) condensateur(s). 7. Oscillateur selon la revendication 6, dans lequel les moyens de correction comportent un amplificateur transconducteur (170) avec une première entrée reliée à un potentiel de référence (171) et une deuxième entrée reliée à une borne (140) de mesure d'une tension moyenne de charge de chaque condensateur, et au moins une sortie connectée aux moyens de décharge séquentielle pour augmenter le courant de décharge lorsque la tension moyenne de charge augmente et pour diminuer le courant de décharge lorsque la tension moyenne de charge diminue. 8. Oscillateur selon la revendication 7, dans lequel l'amplificateur transconducteur est un amplificateur différentiel avec une première sortie reliée à une première branche (162) d'un miroir de courant (165) connectée à la source de courant de contrôle (160), et avec une deuxième sortie reliée à une deuxième branche (164) du miroir de courant connectée à une borne de décharge du (des) condensateur(s).