Brevet FR2814023A1 — publié le 20020315

DETECTEUR DE TONALITE Domaine technique et art antérieur La présente invention concerne un détecteur de tonalité. Un détecteur de tonalité est un circuit capable de détecter la présence d'une fréquence de réveil (ou tonalité) dans les systèmes de télécommunication. En effet, lors de l'initialisation d'une communication téléphonique, d'une communication effectuée par l'intermédiaire d'un modem, etc., un ou plusieurs signaux de fréquence pure sont émis. La détection de ces signaux permet d'indiquer à l'abonné ou au central la demande d'une communication. Différents types de circuits sont connus pour réaliser la détection de tonalité. I1 est ainsi connu un circuit de détection alimenté, par l'intermédiaire de la ligne de communication, à l'aide d'un redressement simple alternance. Le circuit fournit un signal logique à un processeur de signal, un micro contrôleur, ou un micro processeur, ce dernier circuit ayant pour fonction de calculer, par échantillonnage et comptage, la période et la cadence envoyée. Le circuit vérifie ensuite la concordance avec la tonalité à détecter. La fréquence et la cadence peuvent varier suivant le pays. I1 est également connu un détecteur de tonalité intégré à un modem, opérant par échantillonnage et comptage du signal reçu à travers la chaine de réception. Le modem n'est alors pas en mode veille et consomme entre 3 et 6W. I1 est également connu un circuit analogique utilisant le principe de l'inter corrélation. Un tel circuit est représenté en figure 1. I1 comprend une source Sr de signal de tonalité de référence, un déphaseur 90 9, deux mélangeurs 1 et 2, deux circuits de calcul de valeur moyenne 3 et 4, deux détecteurs quadratiques 5 et 6, un additionneur 7 et un circuit de calcul de racine carrée 8. Le signal S à détecter est divisé sur deux voies A et B. La fraction de signal présente sur la voie A est mélangée dans un premier mélangeur 1 avec la tonalité de référence R et la fraction de signal présente sur la voie B est mélangée dans le deuxième mélangeur 2 avec la tonalité de référence déphasée de 90 . Le signal issu du mélangeur 1 est transmis à un circuit de calcul de valeur moyenne 3 et le signal issu du mélangeur 2 est transmis au circuit de calcul de valeur moyenne 4. La valeur moyenne de chaque signal est ainsi calculée pendant un temps d'observation T. Un détecteur quadratique 5 permet de calculer la puissance contenue dans le signal issu du circuit de calcul de valeur moyenne 3 et un détecteur quadratique 6 permet de calculer la puissance contenue dans le signal issu du circuit de calcul de valeur moyenne 4. Les puissances obtenues en sortie des circuits 5 et 6 sont alors sommées dans un additionneur 7. Le signal issu de l'additionneur 7 est transmis à un circuit de calcul de racine carrée 8. Si la fréquence du signal d'entrée S est identique à la fréquence Fr de la tonalité de référence, le signal Sout en sortie du circuit 8 présente un maximum. Un signal de tonalité est alors détecté. Si la fréquence du signal d'entrée S est différente de la fréquence Fr de la tonalité de référence, aucun signal utile n'est délivré en sortie du circuit 8 et aucun signal de tonalité n'est détecté. L'ensemble constitué par les mélangeurs 1 et 2, les circuits de calcul de valeur moyenne 3 et 4, les détecteurs quadratiques 5 et 6, l'additionneur 7 et le circuit de calcul de racine carrée 8 est équivalent à un filtre passe-bande dont la largeur de bande passante dépend du nombre de périodes du signal de tonalité sur lequel les valeurs moyennes sont calculées. Un tel circuit s'avère très coûteux aussi bien en terme d'encombrement (nombre de portes) que de consommation. La puissance moyenne consommée est en effet supérieure ou égale à 50mW. De façon plus générale, tous les circuits de détection de tonalité de l'art antérieur décrits ci- dessus ont une consommation élevée (consommation supérieure ou égale à 50mW), ce qui représente un inconvénient dans de nombreuses applications. Par exemple, dans le cadre d'un modem branché sur un port USB (l'acronyme USB provient de "Universal Serial Bus,,), la consommation demandée dans le mode de fonctionnement selon lequel le détecteur de tonalité est actif (mode "High Power-Suspend") est de 12,5 mA. La tension maximum fournie est par ailleurs égale à 5 V. Cela conduit à une puissance maximale consommée autorisée de 62,5 mW. I1 apparaît ainsi clairement que les solutions proposées ci-dessus ne satisfont pas à ce type de demande, attendu que plusieurs modules doivent être alimentés simultanément selon ce mode. Seule une faible consommation, par exemple de l'ordre de 1,5 mA, peut alors être réservée au détecteur de tonalité. L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Expose de l'invention En effet, l'invention concerne un détecteur de tonalité pour la détection de présence d'un signal de tonalité, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit numérique de filtrage synchrone pour comparer la fréquence du signal de tonalité à une fréquence de référence Fref. Selon l'invention, l'inter corrélation est réalisée à l'aide de circuits numériques, ce qui permet de simplifier la réalisation du détecteur et, en conséquence, de réduire la surface occupée par la fonction dans le circuit intégré. La multiplication est réalisée par des portes OU exclusif, la moyenne par des compteurs -décompteurs et la puissance du signal est approximée par la somme des valeurs absolues de deux composantes du signal à la fréquence de référence. Un avantage de l'invention est de permettre la réalisation d'un détecteur de tonalité peu encombrant et ayant une faible consommation. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 représente un détecteur de tonalité selon l'art antérieur, - la figure 2 représente un détecteur de tonalité selon l'invention. Sur toutes les figures les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Description détaillée de modes de mise en aeuvre - de l'invention La figure 1 a été décrite précédemment, il est donc inutile d'y revenir. La figure 2 représente un détecteur de tonalité selon l'invention. Le détecteur de tonalité comprend des moyens d'amplification 10, un comparateur à hystérésis 11, une source Sref de tonalité de référence, un déphaseur 90 20 , deux circuits OU exclusif 12, 13, deux compteurs- décompteurs 14, 15, deux circuits de calcul de valeur absolue 16, 17, un sommateur 18 et un comparateur numérique 19. Les moyens d'amplification 10 amplifient le signal à détecter S et le comparateur à hystérésis 11 numérise sur un bit le signal issu des moyens d'alimentation 10. Le signal numérique issu du comparateur à hystérésis est réparti sur deux voies C et D. Le signal numérique présent sur la voie C est transmis à une première porte du circuit OU exclusif 12 et le signal numérique présent sur la voie D est transmis à une première porte du circuit OU exclusif 13. Un signal de référence Ref numérisé sur un bit et de fréquence de référence Fref est transmis à une deuxième entrée du circuit OU exclusif 12, alors qu'un signal de référence Ref(90) numérisé sur un bit, de fréquence de référence Fref et déphasé de 90 par rapport au signal Ref est transmis à une deuxième entrée du circuit OU exclusif 13. Les signaux numériques issus des circuits OU exclusif 12 et 13 sont respectivement transmis aux compteurs-décompteurs 14 et 15. Chaque compteur -décompte ur a une profondeur N. Le comptage décomptage s'effectue sur la base d'une fréquence d'échantillonnage Fe. Le signal numérique issu de chacun des compteurs -décompteurs est alors un mot de n bits, avec n = 1 + 1092 N. Le circuit de calcul de valeur absolue 16 calcule la valeur absolue du signal issu du compteur-décompteur 14 et le circuit de calcul de valeur absolue 17 calcule la valeur absolue du signal issu du compteur -décompteur 15. Les valeurs absolues ainsi calculées sont sommées dans un additionneur 18. Le signal numérique issu de l'additionneur 18 est maximum quand la fréquence du signal à détecter est égale à la fréquence Fref. Du fait de la quantification sur un bit, le signal numérique issu de l'additionneur comprend également des composantes aux fréquences triple et un tiers de la fréquence Fref. Selon l'invention, la détection de présence d'un signal à la fréquence Fref est alors effectuée par comparaison du signal numérique issu de l'additionneur 18 et d'un seuil Nth. A cette fin, un comparateur 19 est placé en sortie de l'additionneur 18. Si la valeur du signal détecté est supérieure ou égale au seuil Nth, la présence d'une tonalité est détectée. Sinon, aucune tonalité n'est détectée. On notera que la valeur du seuil Nth ne dépend pas de l'amplitude du signal analogique à détecter. Afin de s'affranchir de fausses détections, plusieurs comparaisons successives peuvent être effectuées. Dans le cadre d'une application de l'invention à la norme ADSL (ADSL pour "Asynchronous Digital Subscriber Line") une détection doit être faite lors de la présence de l'un des deux signaux composites SCi, SC2 suivants - SC1 = S11(0,64V ; 276kHz) + S12(0,89V ; 241,5kHz) + S13(1V ; 172.5kHz), - SC2 = S21(0,37V ; 414kHz) + S22(0,52V ; 379,5kHz) + S23 (1V ; 310,5kHz). où la notation Sij(x ; y) représente un signal analogique d'amplitude relative x et de fréquence y. Dans chacun des deux cas, la détection est effectuée sur la fréquence la plus basse. Seule change alors la fréquence de référence Fref, les autres paramètres de la réalisation restant identiques. Le temps alloué à la détection est de 50ms au maximum. A titre d'exemple non limitatif, un détecteur de tonalité selon l'invention a ainsi été réalisé avec les paramètres suivants - Frefl=172,5kHz, Fref2=310,5kHz, - Fe=2,208MHz, - N=1024, - n=11, - Nth=512, - k = 3. La norme USB impose une contrainte de faible consommation pour le mode d'attente (typiquement REVENDICATIONS 1. Détecteur de tonalité pour la détection de présence d'un signal de tonalité, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit numérique de filtrage synchrone pour comparer la fréquence du signal de tonalité à une fréquence de référence (Fref). 2. Détecteur de tonalité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit numérique comprend un comparateur à hystérésis (11) pour numériser sur un bit le signal de tonalité, une première porte OU exclusif (12) pour multiplier une première fraction du signal de tonalité numérisé sur un bit avec un signal de référence Ref numérisé sur un bit et de fréquence Fref, une deuxième porte OU exclusif (13) pour multiplier une deuxième fraction du signal de tonalité numérisé sur un bit avec un signal de référence Ref(90) numérisé sur un bit, de fréquence de référence Fref et déphasé de 90 par rapport au signal Ref, un premier compteur décompteur (14) en série avec un premier circuit de calcul de valeur absolue (16) pour recueillir le signal issu de la première porte OU exclusif (12), un second compteur décompteur (15) en série avec un second circuit de calcul de valeur absolue (17) pour recueillir le signal issu de la deuxième porte OU exclusif (13), un additionneur (18) pour additionner les signaux issus des premier et second circuits de calcul de valeur absolue, et un comparateur numérique (19) pour comparer le signal issu de l'additionneur (18) à une valeur de seuil (Nth). 3. Détecteur de tonalité selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amplification (10) placé en amont du comparateur à hystérésis (11). 4. Détecteur de tonalité selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la fréquence de référence est sensiblement égale à 172,5 kHz ou 310,5kHz, en ce que le compteur-décompteur a une profondeur N=1024, en ce que la fréquence d'échantillonnage sur la base de laquelle s'effectue le comptage décomptage est sensiblement égale à 2,208MHz et en ce que la valeur de seuil (Nth) est égale à 512.