Brevet FR2884659A1 — publié le 20061020

La présente invention concerne un dispositif de contrôle automatique du gain d'un amplificateur de signaux en fonction du niveau d'un signal d'entrée fourni à l'amplificateur de signaux. Elle concerne également un amplificateur de signaux à gain variable comportant un tel dispositif de contrôle. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de contrôle comportant un circuit de génération d'un signal de commande d'une variation du gain de l'amplificateur de signaux. Ce circuit comporte des premiers moyens de commande d'une variation lente du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée. Par "variation lente du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée", on entend une variation du gain qui ne dépende pas directement d'une valeur instantanée d'une variation du niveau du signal d'entrée, mais d'au moins une valeur passée de cette variation. On connaît un tel dispositif de contrôle automatique de gain. En général, dans ce type de dispositif, le circuit de génération du signal de commande comporte un amplificateur de type intégrateur, conçu pour fournir un signal de commande en fonction d'une moyenne temporelle d'un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux. Cette moyenne temporelle réalisée par l'intégrateur induit la commande d'une variation lente du gain de l'amplificateur de signaux en fonction d'une variation du signal d'entrée. Le fait de faire varier lentement le gain en fonction d'une variation du signal d'entrée permet de conférer au dispositif une certaine stabilité. Ceci est une caractéristique importante lorsque l'amplificateur de signaux est utilisé pour stabiliser l'amplitude d'un signal fourni en entrée de l'amplificateur en vue de son stockage dans une mémoire. En particulier, lorsque le signal d'entrée est un signal de parole, susceptible de présenter des fluctuations instantanées importantes, la commande d'une variation lente du gain permet d'éviter des variations intempestives du signal de sortie. Ainsi, lorsque le signal d'entrée tend à faiblir, le gain de l'amplificateur de signaux a tendance à augmenter avec une certaine inertie. Inversement lorsque le signal d'entrée tend à devenir plus fort, le gain a tendance à diminuer avec une certaine inertie. De cette manière le dispositif permet de fournir un signal de sortie dont l'enveloppe reste stable, ce qui est important si ce signal de sortie est destiné à être stocké dans une mémoire. En revanche, cela pose un problème lorsque le signal d'entrée, nul ou quasi-nul pendant une certaine durée, augmente brutalement, ce qui est courant dans un signal de parole. En effet, dans cette situation, pendant la durée où le signal est nul ou quasi-nul (ie. silence du locuteur), le gain variable de l'amplificateur de signaux a tendance à augmenter pour atteindre éventuellement un maximum. Lorsque le signal prend ensuite instantanément une valeur non nulle, le signal de sortie prend alors, instantanément lui aussi, une valeur très élevée du fait de la valeur élevée du gain. Ceci peut générer un bruit de saturation ou de pompage désagréable. L'invention vise à remédier à cet inconvénient en fournissant un dispositif de contrôle automatique de gain grâce auquel les bruits de saturation ou de pompage sont fortement atténués, voire supprimés. L'invention a donc pour objet un dispositif de contrôle automatique du gain d'un amplificateur de signaux en fonction du niveau d'un signal d'entrée fourni à l'amplificateur de signaux, comportant un circuit de génération d'un signal de commande d'une variation du gain de l'amplificateur de signaux, ce circuit comportant des premiers moyens de commande d'une variation lente du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée, caractérisé en ce que le circuit de génération du signal de commande comporte en outre des seconds moyens de commande d'une variation rapide du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée. Par "variation rapide du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée", on entend une variation du gain qui soit rapide par rapport à la variation lente commandée par les premiers moyens, notamment une variation dépendante d'une valeur instantanée d'une variation du signal d'entrée. Ainsi, lorsqu'un signal de parole fourni en entrée de l'amplificateur de signaux passe d'une période de silence (valeur nulle ou quasi-nulle du signal) à une période de parole (augmentation soudaine du signal), cette variation est prise en compte sans délai par le signal de commande qui transmet l'information au variateur de gain de l'amplificateur de signaux. Le gain est alors instantanément diminué de manière à atténuer, voire supprimer les bruits de saturation ou de pompage. Avantageusement, les premiers moyens sont des moyens de commande d'une variation du gain en fonction d'une variation d'une moyenne temporelle du niveau du signal d'entrée. Avantageusement encore, les seconds moyens sont conçus de manière à faire varier le gain en même temps que le niveau du signal d'entrée. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de génération du signal de commande comporte un amplificateur de type intégrateur, conçu pour fournir en sortie un signal de commande égal à une combinaison linéaire d'une moyenne temporelle d'un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux, d'une valeur instantanée du signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux et d'un signal de consigne prédéterminé. En particulier, ceci est rendu possible lorsque l'amplificateur de type intégrateur est conçu pour recevoir le signal de consigne en entrée inverseuse et le signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux en entrée non inverseuse. Ce mode de réalisation permet de combiner les premiers et seconds moyens de commande en un seul dispositif simple de type intégrateur. Dans un autre mode de réalisation possible de l'invention : - les premiers moyens de commande comportent un premier sous-circuit comprenant un amplificateur de type intégrateur conçu pour fournir un signal de commande en fonction d'une moyenne temporelle d'un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux, - les seconds moyens de commande comportent un second sous-circuit, disposé en parallèle du premier sous-circuit, conçu pour fournir un signal de commande en fonction d'une valeur instantanée du signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux, et - un commutateur est disposé entre les premier et second sous-circuits, de manière que le signal de commande soit fourni, par le premier sous-circuit lorsque le commutateur est dans un premier état, par le second souscircuit lorsque le commutateur est dans un second état. Dans un autre mode de réalisation possible de l'invention : - le circuit de génération du signal de commande comporte un amplificateur de type intégrateur pour : recevoir un signal de consigne en entrée non inverseuse et un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux en entrée inverseuse, lorsqu'il est dans un premier état, recevoir le signal de consigne en entrée inverseuse et le signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux en entrée non inverseuse, lorsqu'il est dans un second état, - un commutateur est disposé de manière que l'amplificateur de type intégrateur soit dans le premier état lorsque le commutateur est dans un premier état et dans le second état lorsque le commutateur est dans un second état. Dans ce cas, le circuit de génération ne comporte qu'un seul sous-circuit et le commutateur est disposé pour inverser les entrées de l'amplificateur de type intégrateur. Dans les deux derniers modes de réalisations envisagés précédemment, le commutateur est de préférence conçu pour être activé par des moyens de détection d'une augmentation soudaine du niveau du signal d'entrée de manière qu'il soit dans le premier état lorsqu'une telle augmentation est détectée. De façon optionnelle, un dispositif de contrôle automatique selon l'invention comporte des moyens de traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux comprenant un détecteur de crête. Ce traitement permet de faire varier le gain de l'amplificateur de signaux en fonction, non pas des valeurs instantanées de l'amplitude du signal d'entrée mais des valeurs de l'amplitude de l'enveloppe de ce signal. L'invention a également pour objet un amplificateur de signaux à gain variable comportant une boucle de contre-réaction et un dispositif de contrôle automatique du gain variable tel que défini précédemment disposé dans la boucle de contre-réaction. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente fonctionnellement la structure d'un dispositif de contrôle automatique de gain selon l'invention ; - les figures 2 et 3 représentent structurellement deux installations permettant de générer un signal de commande d'une variation du gain pour le dispositif de la figure 1 ; - les figures 4 et 5 représentent structurellement deux modes de réalisation du dispositif de la figure 1 ; et - la figure 6 est un schéma électrique détaillé du dispositif de la figure 4. Le système représenté sur la figure 1 comporte un amplificateur de signaux 10 dont le gain G est variable et contrôlable. Cet amplificateur de signaux 10 reçoit en entrée un signal u(t) et fournit en sortie un signal s(t). Le signal d'entrée u(t) est par exemple un signal de parole dont l'amplitude est variable. Le signal de sortie s(t) fourni par l'amplificateur de signaux 10 est par exemple ce même signal de parole, amplifié ou atténué selon la valeur du gain G, destiné à être stocké dans une mémoire. Il est important que les signaux stockés en mémoire aient une amplitude à peu près uniforme, d'où l'intérêt de l'amplificateur de signaux 10 à gain variable, dont le gain varie en fonction de l'amplitude du signal de parole d'entrée u(t). Ainsi, lorsque le signal d'entrée u(t) est trop fort, le gain G de l'amplificateur de signaux 10 est réduit et lorsque le signal d'entrée u(t) est trop faible, le gain G de l'amplificateur de signaux est augmenté, de manière à fournir un signal de sortie s(t) d'amplitude à peu près uniforme. Le contrôle automatique du gain G de l'amplificateur de signaux 10 est réalisé par un dispositif 12 disposé dans une boucle de contre-réaction de l'amplificateur de signaux 10. Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , ce dispositif de contrôle 12 comporte, dans l'ordre de traitement des signaux, un amplificateur 14, un détecteur de crête 16 de type classique (par exemple un démodulateur permettant de fournir l'enveloppe d'un signal) et un circuit 18 de génération d'un signal [epsilon](t) de commande d'une variation du gain G de l'amplificateur de signaux 10. Le dispositif de contrôle 12 reçoit en entrée le signal de sortie s(t) de l'amplificateur de signaux 10. Ce signal est traité par l'amplificateur 14, puis par le détecteur de crête 16 qui fournit un signal sm(t) au circuit 18 de génération du signal de commande [epsilon](t). Le signal sm(t) représente l'enveloppe du signal de sortie s(t) et donc également l'enveloppe du signal d'entrée u(t). Ses variations dans le temps dépendent directement de celles de u(t). Le circuit 18 comporte des premiers moyens 20 de commande d'une variation lente du gain G en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée u(t). En outre, ce circuit 18 comporte des seconds moyens 22 de commande d'une variation rapide du gain G en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée u(t). Dans l'exemple illustré fonctionnellement par la figure 1 , les premiers moyens 20 sont des moyens de commande d'une variation du gain G en fonction d'une variation d'une moyenne temporelle du niveau du signal d'entrée u(t). Plus précisément, ces premiers moyens 20 comportent un comparateur 24 du signal sm(t) avec un signal de consigne C0. Ce signal de consigne C0est celui qui permet d'établir le niveau du signal de sortie s(t), c'est-à-dire le signal de référence pour commander les variations du gain G. En sortie du comparateur 24, un signal e(t) = sm(t) - C0est fourni en entrée d'un intégrateur 26 qui effectue une moyenne temporelle de ce signal. Un exemple de réalisation possible de la combinaison du comparateur 24 et de l'intégrateur 26 (cette combinaison formant les premiers moyens de commande 20) sera décrit en référence à la figure 2. Puisque les variations du signal sm(t) dépendent directement de celles de u(t), les variations du signal fourni par l'intégrateur 26 sont fonction des variations d'une moyenne temporelle du niveau du signal d'entrée u(t). Les seconds moyens 22 sont conçus de manière à faire varier le gain G en même temps que le niveau du signal d'entrée u(t). Comme représenté sur la figure 1 , ils fournissent en sortie un signal dont la valeur est directement liée à la valeur du signal sm(t) qui est elle-même directement liée à la valeur du signal u(t). Les signaux fournis en sortie de l'intégrateur 26 et des seconds moyens 22 sont combinés pour fournir le signal de commande [epsilon](t). Différentes façons d'implémenter les fonctions réalisées par les premiers moyens 20 d'une part et les seconds moyens 22 d'autre part seront décrits ultérieurement, en référence aux figures 4 à 6. Le dispositif représenté sur la figure 2 permet de réaliser les fonctions de comparateur 24 et d'intégrateur 26 des premiers moyens 20 de commande d'une variation lente du gain G. Ce dispositif est essentiellement constitué d'un amplificateur de type intégrateur classique, dans lequel l'entrée inverseuse de l'amplificateur est reliée au signal sm(t) par l'intermédiaire d'une résistance R et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur est reliée au signal de consigne C0. De façon classique, l'entrée inverseuse est également reliée à la sortie de l'amplificateur à l'aide d'un élément capacitif C pour fournir le signal [epsilon](t) en sortie de l'amplificateur de type intégrateur. On montre qu'en notation complexe la relation entre le signal de commande [epsilon] et le signal smest déterminée par l'équation suivante : [epsilon] = ^ + Co(l + - !- ) . jRC[omega] jRC[omega] Dans cette équation, on remarque que le signal [epsilon](t) est fonction d'une moyenne temporelle (1/j[omega]) du signal sm(t), c'est-à-dire une moyenne temporelle d'une variation du niveau du signal d'entrée u(t). Le dispositif représenté sur la figure 3 est le même que le dispositif représenté sur la figure 2 si ce n'est que l'on a inversé les signaux fournis en entrée inverseuse et non inverseuse de l'amplificateur de type intégrateur. En effet, l'entrée non inverseuse est reliée au signal sm(t), alors que l'entrée inverseuse est reliée, via la résistance R, au signal de consigne C0. Dans ce cas, on remarque que l'équation reliant, en notation complexe, le signal de sortie [epsilon] au signal smdevient : - Co jRC[omega] Dans cette équation, on remarque que le signal [epsilon](t) dépend, d'une part, directement du signal sm(t) (première partie de l'équation) et, d'autre part, d'une moyenne temporelle (1/j[omega]) du signal sm(t), c'est-à-dire une moyenne temporelle d'une variation du niveau du signal d'entrée u(t) (seconde partie de l'équation). Ainsi, en incluant le dispositif représenté sur la figure 3 dans le dispositif de contrôle 12 représenté sur la figure 1 , pour former le circuit 18 de génération du signal de commande [epsilon](t), on obtient, comme cela est représenté sur la figure 4, un circuit 18 de génération du signal de commande qui comporte des premiers moyens de commande d'une variation lente du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée (seconde partie de l'équation) et des seconds moyens de commande d'une variation rapide du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée (première partie de l'équation). Dans un deuxième mode de réalisation possible de l'invention mais non représenté, on peut placer un commutateur entre, d'une part, les signaux sm(t) et C0et, d'autre part, les entrées inverseuses et non inverseuses de l'amplificateur de type intégrateur représenté sur les figures 2 et 3. Dans ce cas, dans un premier état du commutateur, l'amplificateur de type intégrateur est conformé pour recevoir le signal de consigne C0en entrée non inverseuse et le signal sm(t) en entrée inverseuse (cas représenté sur la figure 2). Dans un second état du commutateur, l'amplificateur de type intégrateur est conformé pour recevoir le signal de consigne C0en entrée inverseuse et le signal sm(t) en entrée non inverseuse (cas représenté sur la figure 3). Le commutateur est alors associé à des moyens classiques de détection d'une augmentation soudaine du niveau du signal d'entrée u(t) et est conçu pour passer dans le second état lorsqu'une telle augmentation est détectée. Dans un troisième mode de réalisation représenté sur la figure 5, le circuit 18 de génération du signal de commande [epsilon](t) comporte deux sous-circuits, un premier souscircuit 20 formant les premiers moyens de commande et un second sous-circuit 22, disposé en parallèle du premier sous-circuit 20, formant les seconds moyens de commande. Le premier sous-circuit 20 est constitué du dispositif représenté sur la figure 2. Le second sous-circuit 22 peut être constitué tout simplement d'un court-circuit fournissant directement le signal sm(t) en tant que signal de commande [epsilon](t). Il peut être également constitué du dispositif représenté sur la figure 3, ou de tout autre dispositif connu de l'homme du métier pour former des moyens de commande d'une variation rapide du gain G en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée u(t). Un commutateur 28 est disposé entre les premier et second sous-circuits, de manière que le signal de commande [epsilon](t) soit fourni, par le premier sous-circuit lorsque le commutateur est dans un premier état, par le second sous-circuit lorsque le commutateur est dans un second état. De même que dans le mode de réalisation précédent, le commutateur 28 est alors associé à des moyens classiques de détection d'une augmentation soudaine du niveau du signal d'entrée u(t) et est conçu pour passer dans le second état lorsqu'une telle augmentation est détectée. Enfin, on a représenté sur la figure 6 la structure détaillée d'un montage électronique permettant de réaliser le système complet décrit en référence à la figure 4. Dans ce montage, on retrouve l'amplificateur de signaux 10 comportant un variateur de gain 10a, l'amplificateur 14, le détecteur de crête 16, le circuit 18 de génération du signal de commande [epsilon](t) formé par le dispositif représenté sur la figure 3. Il apparaît clairement qu'un dispositif de contrôle automatique tel que décrit précédemment, parce qu'il comporte des moyens de commande d'une variation rapide du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée associés à des moyens classiques de commande d'une variation lente du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée, permet d'éliminer les effets désagréables de bruits de saturation ou de pompage induits par l'amplification/atténuation de signaux de parole dans lesquels des moments de silence sont suivis de moments de parole. REVENDICATIONS 1. Dispositif (12) de contrôle automatique du gain (G) d'un amplificateur de signaux (10) en fonction du niveau d'un signal d'entrée fourni à l'amplificateur de signaux, comportant un circuit (18) de génération d'un signal de commande d'une va[pi]ation du gain de l'amplificateur de signaux, ce circuit comportant des premiers moyens (20) de commande d'une variation lente du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée, caractérisé en ce que le circuit de génération du signal de commande comporte en outre des seconds moyens (22) de commande d'une variation rapide du gain en fonction d'une variation du niveau du signal d'entrée. 2. Dispositif (12) de contrôle automatique du gain d'un amplificateur de signaux selon la revendication 1 , dans lequel les premiers moyens sont des moyens de commande d'une variation du gain en fonction d'une variation d'une moyenne temporelle du niveau du signal d'entrée. 3. Dispositif (12) de contrôle automatique du gain d'un amplificateur de signaux selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les seconds moyens sont conçus de manière à faire varier le gain en même temps que le niveau du signal d'entrée. 4. Dispositif (12) de contrôle automatique du gain d'un amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit (18) de génération du signal de commande comporte un amplificateur de type intégrateur conçu pour fournir en sortie un signal de commande égal à une combinaison linéaire d'une moyenne temporelle d'un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux, d'une valeur instantanée du signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux et d'un signal de consigne prédéterminé (C0). 5. Dispositif (12) de contrôle automatique du gain d'un amplificateur selon la revendication 4, dans lequel l'amplificateur de type intégrateur est disposé dans le circuit de génération du signal de commande pour recevoir le signal de consigne en entrée inverseuse et le signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux en entrée non inverseuse. 6. Dispositif (12) de contrôle automatique du gain d'un amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel : - les premiers moyens de commande (20) comportent un premier sous-circuit comprenant un amplificateur de type intégrateur conçu pour fournir en sortie un signal de commande en fonction d'une moyenne temporelle d'un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux, - les seconds moyens de commande (22) comportent un second sous-circuit, disposé en parallèle du premier sous-circuit, conçu pour fournir un signal de commande en fonction d'une valeur instantanée du signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux, et - un commutateur (28) est disposé entre les premier et second sous-circuits, de manière que le signal de commande soit fourni, par le premier sous-circuit lorsque le commutateur est dans un premier état, par le second sous-circuit lorsque le commutateur est dans un second état. 7. Dispositif de contrôle automatique du gain d'un amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel : - le circuit (18) de génération du signal de commande comporte un amplificateur de type intégrateur pour : recevoir un signal de consigne en entrée non inverseuse et un signal obtenu par traitement d'un signal de sortie de l'amplificateur de signaux en entrée inverseuse, lorsqu'il est dans un premier état, recevoir le signal de consigne en entrée inverseuse et le signal obtenu par traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux en entrée non inverseuse, lorsqu'il est dans un second état, - un commutateur est disposé de manière que l'amplificateur de type intégrateur soit dans le premier état lorsque le commutateur est dans un premier état et dans le second état lorsque de commutateur est dans un second état. 8. Dispositif de contrôle automatique du gain d'un amplificateur selon la revendication 6 ou 7, comprenant des moyens de détection d'une augmentation soudaine du niveau du signal d'entrée et dans lequel le commutateur (18) est conçu pour être dans le second état lorsqu'une telle augmentation est détectée. 9. Dispositif de contrôle automatique du gain d'un amplificateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, comportant des moyens (14, 16) de traitement du signal de sortie de l'amplificateur de signaux (10) comprenant un détecteur de crête (16). 10. Amplificateur de signaux (10) à gain (G) variable comportant une boucle de contreréaction et un dispositif (12) de contrôle automatique du gain variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 disposé dans la boucle de contre-réaction.