Brevet FR2885460A1 — publié le 20061110

La présente invention se rapporte, de façon générale, au domaine du traitement du signal, et elle concerne, plus particulièrement, un procédé de limitation en temps réel du niveau d'un signal électrique, ce procédé étant applicable à divers domaines: amplification des signaux audio, émission d'ondes hertziennes, amortisseurs de véhicules, etc... II existe déjà diverses solutions permettant de limiter le niveau ou l'amplitude d'un signal électrique. La limitation d'un tel signal vise, par exemple, à protéger un système placé en aval, ou à faire fonctionner un système dans son régime optimal. Un des premiers circuits utilisés dans ce but, en traitement de signal, est le circuit écrèteur. Il est essentiellement utilisé dans le but de protéger les systèmes situés en aval. Un autre circuit connu de limitation de niveau d'un signal est le compresseur d'amplitude. Ce type de circuit est utilisé pour optimiser le 15 fonctionnement d'un système de transmission numérique. Du fait que leur fonctionnement dépend de l'amplitude du signal, les écréteurs et les compresseurs d'amplitude modifient la forme sinusoïdale du signal traité. D'après la théorie de J. FOURIER, une sinusoïde modifiée comporte des harmoniques, donc de la distorsion. La présente invention vise à éliminer cet inconvénient des circuits actuels de limitation de niveau d'un signal, et elle a donc pour but de fournir une solution permettant de limiter le niveau d'un signal, sans introduire de la distorsion. Pour résoudre ce problème, l'invention a essentiellement pour objet 25 un procédé de limitation en temps réel et sans distorsion du niveau d'un signal électrique, le procédé consistant: - à recevoir le signal électrique à traiter, - à effectuer un traitement analogique de limitation du signal reçu, en vue de l'émission d'un signal analogique modifié, - à convertir le signal analogique modifié en un signal numérique, - à détecter l'enveloppe de ce signal numérique et à calculer une valeur correspondant à cette enveloppe, - à comparer la valeur obtenue avec une valeur de consigne, et - en fonction du résultat de cette comparaison, à générer une commande régulatrice, agissant sur le traitement analogique de limitation du signal reçu. 2885460 2 Le traitement analogique du signal reçu consiste, par exemple, en une réduction ou modification de la bande passante, ou en une atténuation de ce signal, conduisant à une limitation de son niveau. Cette partie du traitement du signal s'effectue donc d'une manière analogique connue en soi, mais elle participe ici à un asservissement qui comprend aussi une partie numérique, incluant en particulier un calcul de l'enveloppe du signal déjà modifié et une appréciation de cette enveloppe, conduisant à la commande d'une réaction sur le traitement analogique. Ainsi, le procédé objet de l'invention combine deux parties fonctionnant simultanément et agissant mutuellement l'une sur l'autre, à savoir un traitement de signal analogique et une analyse et commande numériques. Le caractère analogique du traitement de limitation de niveau du signal permet à celui-ci de s'effectuer sans introduire de retard supplémentaire, autrement dit en temps réel donc de façon industriellement exploitable. La régulation assurée par la partie numérique rend la limitation de niveau du signal toujours optimale et le mode de traitement de l'enveloppe détectée conduit à ce que cette limitation se fasse sans distorsion. En particulier, dans ce mode de traitement, la valeur calculée correspondant à l'enveloppe est une fonction monotone de cette enveloppe. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de limitation d'un signal, tel que précédemment défini. Ce dispositif comprend, en liaison avec un organe de traitement analogique du signal tel que par exemple filtre passe-bande ou atténuateur, une chaîne de rétroaction partant de la sortie de l'organe de traitement analogique et comprenant, successivement, un convertisseur analogique- numérique, un détecteur d'enveloppe, des moyens de détermination d'une valeur correspondant à l'enveloppe, des moyens de comparaison de cette valeur avec une valeur de consigne, et des moyens de commande agissant sur l'organe de traitement analogique précité. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, un mode de réalisation de ce dispositif de limitation d'un signal, et illustrant la mise en oeuvre du procédé de l'invention par un tel dispositif. Figure 1 est un schéma de principe fonctionnel du dispositif objet 35 de l'invention, illustrant aussi le procédé de l'invention; 2885460 3 Figure 2 représente plus en détail, sous forme de schéma-bloc, le dispositif de l'invention. En se référant d'abord à la figure 1, le système de l'invention se compose, d'une manière générale, d'une partie analogique A et d'une partie 5 numérique D, cette dernière formant une boucle de rétroaction. La partie analogique A reçoit un signal d'entrée SI, qui est le signal à traiter, et plus particulièrement le signal dont le niveau doit être limité. Le signal reçu S1 est amené à l'entrée d'un organe de traitement analogique 2, tel que filtre passe-bande. A la sortie de l'organe de traitement analogique 2, il est émis un signal analogique modifié S2, qui est un signal dont le niveau a été limité, en vue d'une utilisation optimisée. La partie numérique D vise, de façon générale, à détecter et traiter l'enveloppe E du signal déjà modifié S2, pour commander l'organe de traitement analogique 2, par exemple en adaptant la bande passante en la réduisant plus ou moins. Le signal analogique modifié S2 est d'abord converti en un signal numérique S3, dans un convertisseur analogiquenumérique 3. Le signal numérique S3 est amené à un détecteur d'enveloppe 4, et à partir d'une analyse de l'enveloppe E détectée, il est généré une commande C agissant sur l'organe de traitement analogique 2. La figure 2, sur laquelle les éléments correspondant à ceux décrits précédemment sont désignés par les mêmes repères, illustre de façon plus précise, sous forme de schéma-bloc, la structure et les fonctions du dispositif, en particulier pour ce qui concerne sa partie numérique D. Ainsi, cette partie numérique comprend, successivement: - le convertisseur analogique numérique 3, délivrant le signal numérique S3 qui correspond au signal analogique modifié S2; le détecteur d'enveloppe 4, qui traite le signal numérique S3 et en fournit l'enveloppe E; - un organe de calcul 5 qui fournit une valeur Ve correspondant à 30 l'enveloppe E; - un comparateur 6 dans lequel la valeur calculée Ve, correspondant à l'enveloppe E, est comparée avec une valeur de consigne Vc, avec génération d'un signal d'écart e en sortie du comparateur 6; -un organe 7 de génération de la commande C, l'organe 7 recevant le signal de sortie e du comparateur 6 et, en fonction de ce signal, 2885460 4 générant une commande C appropriée, agissant sur l'organe de traitement analogique 2, dont le fonctionnement sera ainsi corrigé en fonction de la commande C. La valeur Ve calculée dans l'organe 5 doit être significative, en relation avec chaque cas d'application, pour donner un sens à l'analyse de l'enveloppe E détectée. Divers exemples illustratifs sont donnés ci-après: - La valeur calculée Ve, correspondant à l'enveloppe E détectée, peut être directement proportionnelle à cette enveloppe, par exemple dans l'application à un amortisseur de véhicule routier contrôlé électroniquement, où la grandeur significative est l'élongation de l'amortisseur. - La valeur calculée Ve, correspondant à l'enveloppe E détectée, peut aussi résulter de la mise au carré de cette enveloppe, par exemple dans l'application à une antenne émettrice d'ondes hertziennes; dans ce cas, la valeur ainsi calculée Ve est représentative de la puissance d'émission de l'antenne, et elle est comparée à une valeur consigne Vc qui correspond à la puissance d'émission souhaitée. - La valeur calculée Ve, correspondant à l'enveloppe E détectée, peut encore résulter de l'intégrale du carré de cette enveloppe, par exemple dans l'application à un amplificateur de signaux audio; dans ce dernier cas, la valeur ainsi calculée Ve est représentative de l'échauffement de l'amplificateur. D'autres formules de calcul sont applicables, selon le type d'application lui-même très variable et pouvant concerner tous systèmes qui présentent une limite quelconque de fonctionnement. Ainsi, d'une façon plus générale, la valeur calculée Ve est une fonction monotone de l'enveloppe E. A titre d'exemple de fonctionnement, si le signal d'entrée S1 augmente, l'enveloppe E de ce signal augmente elle aussi, donc la valeur calculée Ve du système augmente et devient supérieure à la valeur de consigne Vc. Le dispositif génère alors une commande C de réduction, par exemple de la bande passante, et l'on est alors sûr que le signal modifié S2, qui est émis en sortie, respecte la consigne. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation de ce dispositif de limitation d'un signal qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple; elle en 2885460 5 embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, la mise en oeuvre étant en particulier adaptable à chaque cas d'application. Ainsi, notamment le signal d'entrée traité peut être de toute forme. 6 REVENDICATIONS 1. Procédé de limitation en temps réel et sans distorsion du niveau d'un signal électrique, caractérisé en ce qu'il consiste: à recevoir le signal électrique (SI) à traiter; - à effectuer un traitement analogique (2) de limitation du signal reçu (Si), en vue de l'émission d'un signal analogique modifié (S2) ; à convertir (3) le signal analogique modifié (S2) en un signal numérique (S3) ; à détecter (4) l'enveloppe (E) de ce signal numérique (S3) et à calculer (5) une valeur (Ve) correspondant à cette enveloppe (E); à comparer (6) la valeur obtenue (Ve) avec une valeur de consigne (Vc), et en fonction du résultat (e) de cette comparaison (6), à générer (7) une commande régulatrice (C), agissant sur le traitement analogique (2) du signal reçu (SI). 2. Procédé de limitation du niveau d'un signal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement analogique (2) du signal reçu (Si) consiste en une réduction ou modification de la bande passante. 3. Procédé de limitation du niveau d'un signal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement analogique (2) du signal reçu (SI) consiste en une atténuation de ce signal. 4. Procédé de limitation du niveau d'un signal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur calculée (Ve), correspondant à l'enveloppe détectée (E), est une fonction monotone de cette enveloppe (E). 5. Procédé de limitation du niveau d'un signal selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur calculée (Ve), correspondant à l'enveloppe détectée (E),est directement proportionnelle à cette enveloppe. 6. Procédé de limitation du niveau d'un signal selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur calculée (Ve), correspondant à l'enveloppe détectée (E), résulte de la mise au carré de cette enveloppe. 2885460 7 7. Procédé de limitation du niveau d'un signal selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur calculée (Ve), correspondant à l'enveloppe détectée (E), résulte de l'intégrale du carré de cette enveloppe. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de limitation en temps réel et sans distorsion d'un signal selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en liaison avec un organe de traitement analogique (2) du signal tel que par exemple filtre passe-bande ou atténuateur, une chaîne de rétroaction (D) partant de la sortie de l'organe de traitement analogique (2) et comprenant, successivement, un convertisseur analogique-numérique (3), un détecteur d'enveloppe (4), des moyens (5) de détermination d'une valeur (Ve) correspondant à l'enveloppe (E), des moyens de comparaison (6) de cette valeur (Ve) avec une valeur de consigne (Vc), et des moyens de commande (7) agissant sur l'organe de traitement analogique (2) précité.