FR2473817A1

FR2473817A1 - Circuit de detection du decrochage d'une boucle numerique a accrochage de phase

Info

Publication number: FR2473817A1
Application number: FR8100343A
Authority: FR
Inventors: Billy Kenneth Swift; Anthony Francis Zizzo; Willard Ahart Blevins
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1981-07-17
Also published as: GB2067372A; DE3100390A1; GB2067372B; IT1170607B; IT8147528A0; JPS56104542A; US4287480A

Abstract

L'invention concerne la détection du décrochage d'une boucle numérique à accrochage de phase. Le décrochage d'une boucle est détecté par un circuit détecteur 11 pendant plusieurs états de manière que les écarts d'un seul bit soient ignorés si bien que la plage tolérable d'erreurs de détection est élargie. Le détecteur comporte un circuit tampon 18, une ligne à retard 19 et une porte réunion 24. Application aux boucles numériques à accrochage de phase. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

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La présente invention concerne les circuits de

détection d'un décrochage des boucles numériques à accro-

chage de phase.

On connaît déjà des boucles à accrochage de phase, et une boucle numérique à accrochage de phase comprend es-

sentiellement un détecteur de déphasage, un oscillateur com-

mandé en tension, et un circuit diviseur de fréquence. Le détecteur de déphasage reçoit un signal à une fréquence stable de référence, provenant d'une source externe, et

un signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension.

Le détecteur de déphasage compare de façon continue la phase du signal de référence à celle du signal de sortie

de l'oscillateur, si bien que le signal de sortie du dé-

tecteur de déphasage est une mesure des déphasages entre

les deux signaux reçus. S'il existe un déphasage, le détec-

teur provoque la transmission d'une tension d'erreur à l'oscillateur commandé en tension. Le signal de sortie de cet oscillateur varie avec les tensions d'erreur jusqu'à ce que la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur soit exactement égale à la fréquence moyenne du signal de référence à fréquence stable. Chaque fois que le détecteur

de déphasage compare de façon continue deux signaux d'en-

trée en phase, c'est-à-dire le signal de référence et le signal de sortie de l'oscillateur, la boucle est dite accrochée. Si les déphasages entre le signal de sortie de l'oscillateur et le signal de référence apparaissent à

nouveau dans le détecteur de déphasage, la boucle est con-

sidérée comme décrochée, et le détecteur de déphasage in-

troduit de nouvelles tensions d'erreur jusqu'à ce que la

boucle soit à nouveau accrochée.

Il apparaît donc que la détermination du moment o la boucle numérique à accrochage de phase est décrochée est nécessaire. Les détecteurs connus de décrochage mettent en oeuvre des capteurs du niveau d'une tension, mesurant l'amplitude de l'erreur entre le signal de référence à

fréquence stable et le signal de sortie de l'oscillateur.

Lorsque l'erreur entre ces deux signaux tombe au-dessous

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d'une valeur prédéterminée, ils indiquent un accrochage.

Ces dispositifs analogiques ne sont pas efficaces étant

donné qu'ils sont lents car ils doivent attendre la stabi-

lisation des tensions analogiques mesurées. Il existe des détecteurs numériques d'accrochage qui ne comportent pas

de capteur analogique d'un niveau de tension. Ces détec-

teurs sont destinés spécifiquement à un synthétiseur numé-

rique de fréquence, et il n'apparaît pas que ces détecteurs numériques d'accrochage puissentêtre facilement adaptés à

d'autres dessins de boucle à accrochage de phase. Le détec-

teur d'accrochage d'un synthétiseurnumérique de fréquence élargit la plage des erreurs tolérables de déphasage par

rapport aux dispositifs analogiques connus, mais ces détec-

teurs numériques transmettent encore des signaux de dé-

crochage lorsqu'il y a des écarts insignifiants d'un seul bit, par exemple une impulsion de bruit dans les signaux

traités par la boucle à accrochage de phase.

Ainsi, un détecteur rapide de décrochage d'une boucle numérique à accrochage de phase pouvrant être utilisé dans toutes les applications normales des boucles numériques à accrochage de phase, est très souhaitable. En outre, un détecteur de décrochage pour une telle boucle numérique, ignorant les écarts d'un seul bit entre les signaux traités

par la boucle numérique et ainsi élargissant encore la pla-

ge des erreurs tolérables de déphasage, est très souhaitable.

L'invention concerne un circuit de détection d'un décrochage d'une boucle numérique à accrochage de phase,

comprenant un détecteur de déphasage, un oscillateur comman-

dé en tension et un circuit diviseur de tension; le circuit de détection comporte un dispositif conformateur ayant un dispositif d'entrée destiné à recevoir le signal d'entrée et un dispositif de sortie destiné à transmettre à la boucle numérique à accrochage de phase un signal de fenêtre ayant des impulsions périodiques de largeur fixe dans le temps et

un signal stable de référence, et un dispositif logique sé-

quentiel couplé au dispositif de sortie du dispositif con-

formateur et au dispositif de sortie de la boucle numérique à accrochage de phase, et destiné à recevoir le signal de fenêtre du dispositif conformateur et le signal de sortie

de l'oscillateur commandé en tension, provenant de la bou-

cle numérique à accrochage de phase, afin qu'il détecte l'apparition d'un flanc du signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension, dans une impulsion du signal de fenêtre, suivant plusieurs états, et qu'il signale l'existence des états choisis dans lesquels le flanc du signal de sortie de l'oscillateur n'apparaît pas pendant la durée d'une

impulsion du signal de fenêtre.

L'invention remédie dans une grande mesure aux inconvénients précités de la détection du décrochage de la

boucle numérique à accrochage de phase.

D'autres caractéristiques et avantages d'un cir-

cuit détecteur de décrochage selon l'invention ressortiront

mieux de la description qui va suivre, faite en référence

aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma du circuit détecteur selon l'invention;

- la figure 2 est un diagramme des temps repré-

sentant des formes d'onde utiles pour la description du

fonctionnement du circuit de la figure 1; - la figure 3 est un organigramme représentant quatre états possibles du dispositif logique séquentiel associé au circuit détecteur selon l'invention; et

- la figure 4 est un diagramme synoptique du cir-

cuit détecteur de décrochage, couplé à un exemple de bou-

cle numérique à accrochage de phase.

Le détecteur 11 de décrochage représenté sur la

figure 1 comporte un dispositif conformateur 16 et un dis-

positif logique séquentiel 17. Le dispositif conformateur 16 comporte un circuit tampon 18, une ligne 19 à retard et une porte réunion 24. Les bornes d'entrée du circuit tampon 18 reçoivent un signal d'entrée et les bornes de sortie du circuit tampon 18 sont reliées à la ligne 19 à retard et à la porte réunion 24. Les bornes de sortie de la ligne 19 à retard sont reliées à un détecteur de déphasage (non

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représenté) d'une boucle numérique à accrochage de phase

et à la porte réunion 24. La borne de sortie de cette der-

nière transmet un signal de fenêtre d'accrochage, et cette borne de sortie est reliée au dispositif logique séquentiel 17. Celui-ci comporte une mémoire ayant deux basculeurs D et 26 et un dispositif logique de combinaison qui peut comporter des portes intersection 20, 21, 22 et la porte réunion câblée 23. La borne d'horloge du basculeur 25 et

celle du basculeur 26 reçoivent le signal de sortie d'un oscil-

lateur commandé en tension, après division. Le signal de sortie de l'oscillateur est représenté par la référence 31 sur la figure 2 et ce même signal divisé est représenté par la référence 35 sur cette même figure. Le signal de fenêtre d'accrochage, représenté par la référence 34 sur la figure 2, provenant de la porte réunion 24, est transmis à l'entrée D du basculeur 25, à une entrée de la porte intersection 20 et à une entrée de la porte intersection 22. Le signal de la sortie Q du basculeur 25 parvient à une borne d'entrée des portes intersection 21 et 22. Les bornes de sortie des

portes 20, 21 et 22 peuventêtre câblées sous forme d!une por-

te réunion 23. La borne de sortie de celle-ci est reliée à l'entrée D du basculeur 26. La sortie Q de ce dernier est reliée à une borne d'entrée des portes intersection 20 et 21 et

constitue aussi un dispositif transmettant un signal d'indi-

cation de décrochage.

La figure 2 est un diagramme des temps représen-

tant des formes d'onde utiles pour la description du

fonctionnement du circuit, certaines ayant déjà été indi-

quées. Le signal de sortie de l'oscillateur est représenté

par la forme d'onde 31. La forme d'onde 32 désigne le si-

gnal d'entrée transmis au détecteur de décrochage par une

source externe, et il faut noter que ce signal a deux im-

pulsions manquantes, représentées en traits interrompus.

La forme d'onde 33 désigne un signal de sortie retardé d'une période T à la sortie de la ligne 19 à retard, et il s'agit d'un signal de référence à fréquence stable appliqué à un détecteur de déphasage d'une boucle numérique

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à accrochage de phase. La forme d'onde 34, comme indiqué précédemment, représente le signal de fenêtre qui est en

fait le signal de sortie du dispositif conformateur du dé-

tecteur de décrochage. La forme d'onde 35 représente le signal d'horloge transmis aux entrées D des basculeurs 25,

26, et il est sous forme du signal divisé de l'oscillateur.

La forme d'onde 36 constitue le signal d'indication de dé-

crochage transmis par le détecteur de décrochage.

La figure 3 indique les états du dispositif logi-

que séquentiel associé au détecteur Il de décrochage. Ce détecteur 11 compare un flanc ascendant du signal d'horloge divisé 35 (figure 2) à une impulsion allant vers les valeurs

positives du signal de fenêtre 34 et, lorsque le flanc as-

cendant apparaît constamment dans le signal de fenêtre, la

boucle est accrochée. A l'état 1, qui est la condition nor-

male de régime permanent du détecteur 11, la boucle numé-

rique est accrochée. Si le flanc ascendant suivant du signal d'horloge 35 apparaît à l'intérieur du signal de fenêtre (dedans), le détecteur il reste à l'état 1. Si ce flanc ascendant apparaît en dehors du signal de fenêtre, le détecteur 11 passe à l'état 2. Dans cet état, une seule apparition d'un flanc ascendant du signal d'horloge en dehors du signal de fenêtre ne provoque pas l'indication du décrochage. Si le flanc ascendant suivant du signal d'horloge apparaît dans le signal de fenêtre, le détecteur 11 revient à l'état 1; si le flanc ascendant du signal

d'horloge apparaît en dehors du signal de fenêtre, le dé-

tecteur 11 passe à l'état 3. Dans cet état, le détecteur de décrochage indique ce décrochage et il s'agit de l'état normal du détecteur lorsque la boucle à accrochage de phase est mise en route. Si le flanc ascendant suivant du signal d'horloge se trouve en dehors de la fenêtre, le détecteur 11 reste à l'état 3 et continue à indiquer le décrochage. Si le flanc ascendant se trouve à l'intérieur du signal de

fenêtre, le détecteur il passe à l'état 4. Celui-ci indi-

que une seule apparition d'un flanc ascendant du signal d'horloge dans le signal de fenêtre. Si le flanc ascendant

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suivant du signal d'horloge se trouve en dehors du signal de fenêtre, le détecteur 11 revient à l'état 3; si le flanc ascendant du signal d'horloge se trouve à l'intérieur du signal de fenêtre (dedans), le détecteur 11 revient à l'état 1, c'est-à-dire à la condition de régime permanent.

La figure 4 est un diagramme synoptique repré-

sentant le détecteur il de décrochage relié à un exemple de boucle numérique 10 à accrochage de phase. Cette boucle

comporte un détecteur de déphasage, un oscillateur 14 com-

mandé en tension, et un circuit 15 diviseur de fréquence,

reliés les uns aux autres afin qu'ils forment la boucle.

Le détecteur 12 de déphasage comporte deux basculeurs D, c'est-à-dire un basculeur de référence et un basculeur variable, et un dispositif logique (non représenté). Un tel détecteur de déphasage est bien connu des hommes du métier. Ce détecteur 12 est représenté avec deux paires de bornes d'entrée couplées aux deux basculeurs contenus à l'intérieur. Une unité 13 de commande de mode reçoit des signaux d'entrée au moins du détecteur il de décrochage et du circuit 15 diviseur de fréquence, et il est relié au détecteur 12 de déphasage afin qu'il commute les signaux

d'entrée transmis au basculeur variable. Le circuit divi-

seur 15 qui peut assurer une division par l'entier N, est

relié au dispositif logique séquentiel 17 afin qu'il trans-

mette le signal d'horloge 35. Le dispositif 17 est relié au dispositif conformateur 16 afin qu'il reçoive le signal d'horloge d'accrochage. Le dispositif conformateur 16 est relié au détecteur 12 de déphasage afin qu'il transmette

un signal de référence à fréquence stable.

Comme indiqué à nouveau en référence à la figure 1, le dispositif conformateur 16 reçoit le signal d'entrée de données 32 d'une source externe. Ce signal passe dans

le circuit tampon et il est inversé dans l'amplificateur 18.

Le signal inversé de sortie de-cet amplificateur parvient à une ligne 19 à retard et le signal non inversé du même amplificateur parvient à la porte réunion 24. Le signal inversé du circuit tampon, transmis à la ligne 19 à retard, 247381v

subit un retard d'une certaine période T exprimée en nano-

secondes, afin qu'il forme un premier signal de sortie de la ligne à retard, constituant le signal de référence de fréquence stable. Un second signal retardé de sortie de la ligne 19 est retardé d'une période 2T (exprimée aussi en nanosecondes) et il parvient à la porte 24. Celle-ci

reçoit donc ce second signal retardé et le signal non in-

versé de sortie de l'amplificateur 18. Le signal de sortie

de la porte 24 constitue le signal de fenêtre d'accrochage.

Il s'agit de la forme d'onde 34 (figure 2) comprenant des impulsions périodiques allant vers les valeurs positives, délimitant des fenêtre de largeur temporelle fixe égale à 2T. Cette largeur fixe peut cependant être modifiée afin

que l'erreur tolérable de déphasage détectée par le détec-

teur de décrochage puisse être élargie ou rétrécie. Ce signal

de fenêtre parvient au dispositif logique séquentiel 17.

Le dispositif logique séquentiel 17 représenté sous

forme synoptique sur la figure 1, reçoit le signal de fenê-

tre et le signal divisé 35 de l'oscillateur. Le basculeur 25 compare une impulsion allant vers les valeurs positives du signal de fenêtre parvenant à l'entrée B, à un flanc

ascendant du signal d'horloge 35, reçu à l'entrée d'impul-

sions d'horloge afin que la sortie Q soit établie. Par exemple, si à un moment quelconque, l'entrée D reçoit une

impulsion de niveau élevé, après la transition de déclen-

chement du signal suivant d'horloge, c'est-à-dire après le flanc ascendant suivant du signal 35, la sortie Q transmet un signal si bien qu'elle se trouve à un niveau élevé. De manière analogue, lorsque le signal D est à un faible niveau, le signal suivant de transition de déclenchement rétablit le basculeur 25 si bien que le signal de sortie Q est à un

faible niveau. Le basculeur 26 fonctionne de la même maniè-

re que le basculeur 25 mais il compare le signal de sortie

de la porte 23 au flanc ascendant du signal d'horloge 35.

Le signal de transition de déclenchement destiné aux deux basculeurs 25 et 26 estle signal divisé de l'oscillateur qui est transmis aux entrées correspondantes d'horloge. La sortie Q du basculeur 26 transmet le signal d'indication

de décrochage.

Lorsque la boucle est accrochée, le détecteur 11

de décrochage prend son état de fonctionnement permanent.

Cet état correspond au fait que le flanc antérieur du si- gnal d'horloge apparaît constamment pendant les impulsions

allant vers les valeurs positives du signal de fenêtre.

Lorsque le flanc croissant du signal d'horloge n'apparaît

pas pendant les impulsions allant vers les valeurs posi-

tives de ce signal, la boucle est à l'état décroché. Comme

indiqué sur la figure 2, on note qu'il manque deux impul-

sions dans le signal d'entrée 32, comme indiqué en traits

interrompus. Puisque le dispositif conformateur 16 du détec-

teur 11 met le signal d'entrée sous forme du signal de fe-

nêtre, ce dernier est aussi dépourvu de deux impulsions al-

lant vers les valeurs positives. Les impulsions manquantes

ou fenêtres dans le signal de fenêtre provoquent une indi-

cation de décrochage puisqu'il n'y a pas de fenêtre à com-

parer au signal d'horloge. L'indication de décrochage appa-

raît aussi lorsque des impulsions de bruit apparaissent dans le signal d'horloge puisqu'un flanc croissant du signal

d'horloge apparaît en dehors d'une fenêtre. Ainsi, une im-

pulsion unique de bruit ou une fenêtre manquante provoque l'indication du décrochage par le détecteur si le circuit ne

peut pas ignorer les écarts d'un seul bit. Dans de nombreu-

ses applications de la boucle numérique à accrochage de

phase, l'introduction d'une tension d'erreur dans la bou-

cle lorsqu'une seule impulsion de bruit ou une seule fe-

nêtre manquante se manifeste, rend peu efficace le fonc-

tionnement de la boucle, et l'invention permet la résolu-

tion de ce problème.

Comme indiqué sur la figure 4, une unité 13 de commande de mode reçoit le signal de décrochage transmis par le dispositif logique séquentiel 17 et elle peut être * 35 utilisée comme dispositif destiné à ignorer ou à négliger les écarts d'un seul bit. L'unité 13 de commande de mode

qui peut être un simple commutateur formé de portes logi-

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ques, peut commuter les signaux d'entrée transmis par le dé-

tecteur 12 de déphasage. Par exemple, l'unité 13 de commande de mode peut commuter le signal variable d'entrée vers le détecteur 12 de déphasage. La commutation du signal variable d'entrée 32 ou du signal de fenêtre 34 afin qu'il soit rem-

placé par le signal d'horloge constitue un procédé de com-

mande des tensions d'erreur introduites dans la boucle.

Ainsi, l'unité 13 de commande de mode n'est pas commutée après un écart d'un seul bit et il n'y a pas de tension

d'erreur transmise à la boucle puisqu'il n'y a pas d'indi-

cation de décrochage. La plage tolérable d'erreurs de dé-

phasages pour la boucle 10 est donc élargie de façon encore

plus importante.

Comme indiqué sur la figure 2, chaque période du diagramme des temps représenté peut être corrélée à un état du dispositif logique séquentiel représenté sur la figure 4, pour déterminer le fait qu'une indication de décrochage est indiquée par le détecteur il et que l'unité de commande de mode assure une commutation, le cas échéant. Par exemple, auxtemps T = O et T = 1, le détecteur Il de décrochage est dans son état de régime permanent, c'est-à-dire à l'état

logique séquentiel 1, et il n'y a pas d'indication de dé-

crochage. Au temps T = 2, le détecteur l1 est à l'état 2 dans lequel il n'y a pas d'indication de décrochage. Ce comportement peut être facilement confirmé par l'examen du signal d'indication de décrochage, repéré par la référence 36. Au temps T = 3, le détecteur il de décrochage est à l'état 3 dans lequel un signal d'indication de décrochage est transmis. Ce dernier signal est représenté par le flanc allant vers les valeurs positives du signal d'indication de décrochage 36, au point T = 3. Au temps T = 4, le détecteur il de décrochage est à l'état 4 dans lequel une indication de décrochage est transmise. Au temps T = 5, le détecteur il est revenu à l'état logique séquentiel dans lequel il n'y a pas d'indication de décrochage. L'absence d'une telle indication est représentée par un flanc allant vers les

valeurs négatives du signal d'indication 36, au point T = 5.

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Le détecteur 11 peut donc détecter et indiquer les quatre états du dispositif logique séquentiel comme indiqué par

l'organigramme de la figure 3.

En conséquence, dans un mode de réalisation avan-

tageux, l'invention concerne un détecteur de décrochage d'une boucle à accrochage de phase, ayant un dispositif

conformateur et un dispositif logique séquentiel. Le dis-

positif conformateur transforme le signal d'entrée en un signal de fenêtre d'accrochage et en un signal de référence

à fréquence stable destiné à être transmis à la boucle numé-

rique à accrochage de phase. Le dispositif logique séquen-

tiel qui comprend une mémoire et un dispositif logique com-

binatoire, compare le signal de fenêtre d'accrochage avec un signal de sortie de la boucle numérique à accrochage de

phase. Ainsi, le détecteur de décrochage de la boucle trans-

met un signal d'indication de-décrochage uniquement dans des conditions choisies, et il peut négliger les écarts d'un

seul bit tels qu'une impulsion de bruit.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit de détection du décrochage d'une boucle

numérique à accrochage de phase, ayant un détecteur de dé-

phasage, un oscillateur commandé en tension et un circuit

-5 diviseur de fréquence, ledit circuit de détection étant ca-

ractérisé en ce qu'il comprend un dispositif conformateur (16) ayant un dispositif d'entrée destiné à recevoir un

signal d'entrée, et un dispositif de sortie destiné à trans-

mettre à la boucle numérique à accrochage de phase un si-

gnal de fenêtre ayant des impulsions périodiques de lar-

geur temporelle fixe et un signal stable de référence, et un dispositif logique séquentiel (17) couplé au dispositif de sortie du dispositif conformateur (16) et au dispositif

de sortie de la boucle numérique (10), et destiné à rece-

voir le signal de fenêtre du dispositif conformateur (16) et le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension,

en provenance de la boucle numérique, à détecter l'appa-

rition d'un flanc du signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension à l'intérieur d'une impulsion du signal de fenêtre, dans plusieurs états, et à signaler l'existence d'états choisis dans lesquels le flanc du signal de sortie

de l'oscillateur ne se trouve pas à l'intérieur d'une im-

pulsion du signal de fenêtre.

2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif logique séquentiel (17) comporte un

dispositif logique combinatoire (20, 21, 22) et une mémoi-

re(25, 26) reliée au dispositif logique combinatoire.

3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif conformateur (16) comprend un circuit tampon (18) ayant un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie, une ligne à retard (19) ayant un dispositif d'entrée relié au dispositif de sortie du circuit tampon et un dispositif de sortie destiné à transmettre le signal stable de référence, et une porte réunion (24) ayant des

bornes d'entrée reliées au dispositif de sortie de la li-

gne à retard et au dispositif de sortie du circuit tampon, et un dispositif de sortie destiné à transmettre le signal

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de fenêtre d'accrochage.

4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en

ce que le dispositif logique combinatoire comporte une pre-

mière porte intersection (20) ayant des bornes d'entrée et une borne de sortie, une seconde porte intersection (21) ayant des bornes d'entrée dont l'une est reliée à une borne d'entrée de la première porte intersection et une borne de sortie, une troisième porte intersection (22) ayant des bornes d'entrée qui sont reliées à des bornes d'entrée de la première et de la seconde porte intersection et une

borne de sortie, et une porte réunion (23) ayant des bor-

nes d'entrée reliées aux bornes de sortie des trois por-

tes intersection et une borne de sortie. C

5. Circuit selon l'une quelconque des revendications

2 à 4, caractérisé en ce que la mémoire comprend un premier

basculeur D (25) ayant des bornes d'entrée recevant un si-

gnal du dispositif conformateur (16) et le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension, ce dernier signal étant transmis par la boucle numérique à accrochage de phase,

et une borne de sortie reliée au dispositif logique combi-

natoire (20, 21, 22),et un second basculeur D (26) ayant des bornes d'entrée qui reçoivent un signal du dispositif logique combinatoire (20, 21, 22) et-le signal de sortie

de l'oscillateur commandé en tension et une borne de sor-

tie destinée à transmettre des signaux indiquant l'exis-

tence des états choisis.