Brevet FR3051089A1 — publié le 20171110

La présente invention concerne la synchronisation d'un dispositif électronique sur un signal alternatif périodique. Une telle synchronisation peut par exemple être utilisée pour la transmission de données ou la production périodique d'un signal d'horloge. ETAT DE LA TECHNIQUE La communication par courants porteurs en ligne (dite aussi CPL) consiste à transmettre des données en utilisant comme porteuse le courant alternatif circulant 10 dans un réseau électrique tel que celui d'une installation électrique privée ou publique, ou formant une portion du réseau de distribution. Les données sont codées pour former des trames sous forme de signaux de données superposés au signal de puissance. Les signaux de données ont une 15 fréquence supérieure à celle du signal de puissance mais ont une énergie bien inférieure. Il existe plusieurs protocoles réglementant la transmission des signaux de données. La transmission des signaux de données suppose de 20 synchroniser entre eux les dispositifs destinés à échanger des données et de synchroniser les signaux de données par rapport au signal de puissance. Ceci est réalisé en prenant comme référence l'instant de passage par zéro de chaque front montant de la tension du réseau (ces instants de 25 passage sont couramment dénommés « zero crossing », et on pourrait tout aussi bien considérer les fronts descendants). L'émission des trames débute après un temps prédéterminé suivant l'instant de passage par zéro. On comprend que la fiabilité de la transmission dépend de la 30 précision avec laquelle a été déterminé l'instant de passage par zéro. La précision attendue est de quelques microsecondes. Comme le signal de tension du réseau de distribution a une forme de sinusoïde, la portion du signal 35 de tension voisine de zéro est en théorie quasiment une droite. Il est connu de déterminer les instants de passage 3051089 2 par zéro en échantillonnant le signal de tension et en effectuant une interpolation linéaire au voisinage de zéro d'un échantillon à l'autre. Toutefois, en pratique, le signal de tension est perturbé par des variations de 5 fréquence du réseau, la présence d'harmoniques et du bruit, en particulier du bruit de gigue, ce qui empêche de déterminer précisément les instants de passage par zéro du signal de tension par la méthode précitée compte tenu du fait que la fréquence d'échantillonnage (de quelques 10 milliers de Hertz) ne peut être augmentée pour des raisons de coût des moyens de traitement. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de pouvoir déterminer relativement précisément les instants de passage d'un 15 signal alternatif périodique par une valeur prédéterminée. BREF EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de synchronisation d'un dispositif électronique sur des instants de passage à une valeur prédéterminée d'un 20 signal alternatif périodique de fréquence prédéterminée, le procédé comprenant les étapes de : - sur un intervalle de temps antérieur prédéterminé couvrant plusieurs périodes du signal et pour chaque période du signal, déterminer au moins un instant de 25 passage, à la valeur prédéterminée, d'une amplitude du signal alternatif à partir de mesures de ladite amplitude, - sur un intervalle de temps postérieur à l'intervalle de temps antérieur et couvrant au moins une période du signal, et pour chaque période du signal, 30 déterminer l'instant de passage, à la valeur prédéterminée, de l'amplitude du signal alternatif à partir d'un instant de passage de référence, d'une durée estimée de la période du signal sur l'intervalle de temps postérieur et d'un nombre de périodes écoulées entre l'instant de passage de 35 référence et l'instant de passage à déterminer, l'instant de passage de référence étant calculé à partir d'une 3051089 3 moyenne d'instants de passage déterminés sur l'intervalle de temps antérieur et d'un nombre de périodes moyennes écoulées entre le dernier instant de passage de l'intervalle de temps antérieur et chacun desdits instants 5 de passage comptabilisés dans la moyenne. Le fait de réaliser une moyenne sur les instants de passage déterminés sur l'intervalle de temps antérieur permet de limiter l'influence du bruit sur l'estimation des instants de passage sur l'intervalle de temps postérieur. La combinaison du moyennage des durées des périodes sur l'intervalle de temps antérieur et du moyennage des instants de passage déterminés sur l'intervalle de temps antérieur compose un double filtrage non-linéaire imbriqué qui limite encore plus l'influence du bruit sur l'estimation des instants de passage. Avantageusement, la durée estimée de la période sur l'intervalle de temps postérieur est égale à une moyenne des durées des périodes sur l'intervalle de temps antérieur. Ceci améliore encore la faible sensibilité de la synchronisation au bruit du signal. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, la fréquence du signal est égale à quelques dizaines de hertz et l'intervalle de temps antérieur vaut quelques secondes. L'instant de passage de référence est obtenu par calcul de la moyenne de la somme de l'instant de passage déterminé de la dernière période de chaque seconde sur l'intervalle de temps antérieur et d'une durée égale au produit de la période moyenne sur l'intervalle de temps antérieur et d un nombre de périodes séparant l'instant de passage déterminé de la dernière période de ladite seconde et le dernier instant de passage de l'intervalle de temps antérieur. L'invention a également pour objet un procédé de transmission de données par courant porteur en ligne entre 35 des dispositifs électroniques reliés à un réseau électrique, le procédé de transmission comprenant une phase 3051089 4 de synchronisation des dispositifs électroniques mettant en oeuvre le procédé de synchronisation précité à partir d'un signal de tension du réseau électrique. D'autres caractéristiques et avantages de 5 l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi 10 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation pour une mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 est une courbe de la tension aux 15 bornes du réseau électrique de l'installation en fonction du temps. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, l'invention est ici décrite en application à un procédé de transmission de 20 données sur courant porteur en ligne (ou CPL). Cette transmission de données est réalisée sur un réseau électrique 100. Le réseau électrique 100 transporte un courant alternatif périodique sous une tension de 230 V et à une 25 fréquence de 50 Hz. Le signal de tension correspondant est une sinusoïde comme visible sur la figure 2. Deux dispositifs électroniques 1, 2 sont ici raccordés au réseau électrique 100 qui assure ainsi la distribution de courant électriques auxdits dispositifs. 30 Les dispositifs électroniques 1, 2 comprennent chacun, de façon connue en elle-même, une unité de commande 3 reliée à un organe d'alimentation 4 et à une interface CPL 5. L'unité de commande 3 est ici une unité 35 informatique comportant un microprocesseur agencé pour traiter des données. 3051089 5 L'organe d'alimentation 4 est agencé pour transformer le courant du réseau électrique 100 en un ou plusieurs courants adaptés à l'alimentation des composants du dispositif électronique. L'organe d'alimentation 4 5 comprend par exemple un transformateur et un circuit redresseur agencés pour transformer le courant du réseau électrique 100 en un courant continu à une tension de 5 V. L'interface CPL 5 est agencée pour, d'une part, recevoir des données qui lui sont transmises par l'unité de 10 commande 3, les coder dans des trames, et émettre les trames en superposant un signal de données au courant du réseau électrique 100 et, d'autre part, détecter des signaux de données superposés au courant du réseau électrique 100, en extraire les données et les transmettre 15 à l'unité de commande 3. L'interface CPL 5 fonctionne ici selon le protocole Gl qui prévoit que les trames sont émises 120 ps, plus ou moins 20 ps, après un passage par zéro d'un front montant de la tension du réseau électrique 100. Ainsi, sur chaque période du signal de tension, il y a 20 un seul instant de passage par zéro d'un front montant (dit également instant de zero-crossing). On voit, sur la figure 2, le signal de tension U, les instants d'échantillonnage auxquels la tension U va être mesurée et un instant de passage à zéro sur front montant. 25 La mise en oeuvre du protocole 01 suppose de synchroniser les dispositifs électroniques 1, 2 par rapport au signal de tension du réseau de distribution. Cette synchronisation se fait sur les instants de passage à zéro sur front montant. On comprend que sur chaque seconde, il y 30 a 50 instants de passage à zéro sur front montant et que la synchronisation nécessite d'estimer les instants de passage à zéro sur la seconde à venir. Le protocole Gl, pour émettre une trame, utilise toujours comme référence le passage par zéro d'un front montant. Dans le cas où la longueur d'une trame à transmettre dépasse 150ms, les trames sont fragmentées et sont émises alternativement sur 3051089 6 front montant (premier fragment et fragments impairs), et sur front descendant (deuxième fragment et fragments pairs). Dans le cas d'une fragmentation, on peut alors également considérer les instants de passage à zéro sur les 5 fronts montants et descendants de la seconde à venir, ce qui correspond à 100 instants de passage à zéro. Selon l'invention, à une seconde n, on détermine les instants de passage à zéro de la seconde n+1 à partir, d'une part, d'une moyenne des instants de passage à zéro 10 déterminés pendant les secondes n à n-9 et, d'autre part, d'une moyenne des durées des périodes pendant les secondes n à n-9. A cette fin, le procédé de synchronisation selon l'invention comprend les étapes de : 15 - sur un intervalle de temps antérieur prédéterminé (secondes n-9 à n) couvrant plusieurs périodes du signal et pour chaque période du signal, détecter au moins un instant de passage à 0 de l'amplitude du signal de tension à partir de mesures de ladite amplitude, 20 sur un intervalle de temps (seconde n+1) postérieur à l'intervalle de temps antérieur et couvrant au moins une période du signal, et pour chaque période du signal, déterminer l'instant de passage, à la valeur prédéterminée, de l'amplitude du signal alternatif à partir 25 d'un instant de passage de référence, d'une durée estimée de la période du signal sur l'intervalle de temps postérieur et d'un nombre de périodes écoulées entre l'instant de passage de référence et l'instant de passage à déterminer, l'instant de passage de référence étant obtenu 30 par calcul d'une moyenne d'instants de passage détectés sur l'intervalle de temps antérieur. Dans le procédé de l'invention, on souhaite un historique des mesures réelles sur les 10 secondes de l'intervalle de temps antérieur. Cependant, il est 35 impossible de déterminer par mesures directes les instants de passage à zéro sur la seconde en cours. On est tenu de 3051089 7 les déterminer par estimation et projection à partir des mesures des secondes précédentes. L'intégration réalisée par le procédé de l'invention permet de s'affranchir des bruits de gigue par filtrage, comme décrit ci-après. 5 Sur la seconde n, les 50 instants de passage à zéro sur chaque front montant sont déterminés sur chaque période du fondamental via une interpolation linéaire du premier ordre selon une méthode classique et sont notés respectivement tinkii avec m pour mesurés et k pour désigner 10 la période considérée (k varie donc de 0 à 49). Sur la seconde n, la période d'échantillonnage répond à la formule suivante :Techn=Tn/N- T est la période de la fréquence fondamentale du signal de tension et est estimée sur la seconde n. N correspond au nombre 15 d'échantillons par période 1 (typiquement N=32) . L'interpolation linéaire est réalisée, de manière connue en elle-même, sur la base de deux échantillons consécutifs correspondant à un changement de signe (et donc à un passage par zéro) de l'amplitude du signal de tension 20 (dans le cas d'un front montant, on passe du signe - au signe +). On obtient ainsi les instants estimés du passage par zéro dans le sens montant. Ces instants de passage à zéro sont notés tek(e pour estimés et k varie de 0 à 49), sur la seconde n+1 et sont calculés à partir de la formule 25 suivante : tek =t4971+(k+1).7. 497est l'instant de passage à zéro de référence et 4, est une période moyenne. Le mode de calcul de ces valeurs va maintenant être expliqué. 30 La valeur Ti; est la moyenne des périodes du fondamental du signal de tension sur les dix secondes n à 1 i=9 n-9 selon la formule suivante : T' =-- Ei=oTn_i. Pour une n lo. mise en oeuvre optimisée, on peut calculer la valeur Tr; en utilisant la moyenne des périodes du fondamental du signal 35 de tension sur les dix secondes n-1 à n-10 suivant la formule : = -110.[Tn Tn-101 - 3051089 8 La valeur 4) est l'instant de passage à zéro de référence et correspond à la moyenne ajustée de l'instant de passage à zéro de la dernière période de chaque seconde sur les dix secondes n à n-9 (ces instants de passage à 5 zéro sont notés 4,49'4 avec m pour mesuré et i variant de 0 à 9). Plus précisément, cette valeur correspond à la moyenne, sur les dix secondes n à n-9, de l'instant de passage à zéro de la dernière période de chaque seconde n-i et de la durée séparant cet instant de passage à zéro du 10 premier instant de passage à zéro de la seconde n+1. La valeur 49n est calculée au moyen de la formule suivante : 1 =0 + 50. i. = - 4 + 225. 0 trn.49n-1 io t49n = 7. En variante, on pourra utiliser la formule suivante 15 pour une mise en oeuvre optimisée : .[tm49n - tni4 t49n = t49n-i 11-10 + 225.[T- T1] En variante encore, et en acceptant de faire un calcul plus complexe mais aussi plus précis, on peut calculer la valeur 49n comme suit : 20 1 t49 = - . [449n n 10 trn + 5o .T_1] 49n-i Ceci permet de s'affranchir du bruit éventuel sur les instants de passage à zéro t On comprend que les intervalles de temps sont 25 glissants pour pouvoir estimer les instants de passage à zéro des secondes suivantes. Par exemple, lorsque que l'on sera à la seconde n+1, les instants de passage à zéro pour la seconde n+2 seront estimés à partir de l'intervalle de temps antérieur sera celui des secondes n+1 à n-8. 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, les instants de passage tekn+i 35 peuvent être estimés en utilisant la période 4, à la place 3051089 9 de la période moyenne 7"1;, pour obtenir la formule : tekn+i = t49n (k + 1). T. Les intervalles de temps antérieur et postérieur peuvent avoir des durées différentes de celles mentionnées. 5 Le réseau peut avoir une structure différente de celle décrite et comprendre par exemple des dispositifs électroniques en plus grand nombre et/ou de structures différentes. Le procédé de synchronisation est utilisable pour 10 d'autres fins que les télécommunications et par exemple pour engendrer un signal d'horloge. REVENDICATIONS1. Procédé de synchronisation d'un dispositif électronique sur des instants de passage à une valeur 5 prédéterminée d'un signal alternatif périodique de fréquence prédéterminée, le procédé comprenant les étapes de - sur un intervalle de temps antérieur prédéterminé couvrant plusieurs périodes du signal et pour chaque 10 période du signal, déterminer au moins un instant de passage, à la valeur prédéterminée, d'une amplitude du signal alternatif à partir de mesures de ladite amplitude, - sur un intervalle de temps postérieur à l'intervalle de temps antérieur et couvrant au moins une 15 période du signal, et pour chaque période du signal, déterminer l'instant de passage, à la valeur prédéterminée, de l'amplitude du signal alternatif à partir d'un instant de passage de référence, d'une durée estimée de la période du signal sur l'intervalle de temps postérieur et d'un 20 nombre de périodes écoulées entre l'instant de passage de référence et l'instant de passage à déterminer, l'instant de passage de référence étant calculé à partir d'une moyenne d'instants de passage déterminés sur l'intervalle de temps antérieur et d'un nombre de périodes moyennes 25 écoulées entre le dernier instant de passage de l'intervalle de temps antérieur et chacun desdits instants de passage comptabilisés dans la moyenne. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la durée estimée de la période sur l'intervalle de temps 30 postérieur est égale à une moyenne des durées de périodes sur l'intervalle de temps antérieur. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la durée estimée de la période sur l'intervalle de temps postérieur est égale à la durée de la dernière période de 35 l'intervalle de temps antérieur. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la 3051089 11 fréquence du signal est égale à quelques dizaines de hertz et l'intervalle de temps antérieur vaut quelques secondes. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'instant de passage de référence est obtenu par calcul de 5 la moyenne de la somme de l'instant de passage déterminé de la dernière période de chaque seconde sur l'intervalle de temps antérieur et d'une durée égale au produit de la période moyenne sur l'intervalle de temps antérieur et d'un nombre de périodes séparant l'instant de passage déterminé 10 de la dernière période de ladite seconde et le dernier instant de passage de l'intervalle de temps antérieur. 6. Procédé de transmission de données par courant porteur en ligne entre des dispositifs électroniques reliés à un réseau électrique, le procédé de transmission 15 comprenant une phase de synchronisation des dispositifs électroniques mettant en oeuvre le procédé de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes à partir d'un signal de tension du réseau électrique, et une phase de transmission pendant laquelle 20 des signaux de données sont transmis après une durée prédéterminée suivant un instant de passage de la tension à la valeur prédéterminée.