FR2519818A1 - Boucle a blocage de phase et procede pour en ameliorer le signal de sortie - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE BOUCLE A BLOCAGE DE PHASE QUI SOUSTRAIT UN SIGNAL ESTIME D'UN SIGNAL D'ENTREE ET QUI TRAVAILLE SUR LE SIGNAL RESIDUEL AINSI OBTENU. LE SIGNAL RESIDUEL PRESENT SUR UNE LIGNE 16 EST DEMODULE EN PHASE DANS UN CIRCUIT 22 ET APPLIQUE A UN OSCILLATEUR COMMANDE 30 QUI PRODUIT DES SIGNAUX DE REACTION DONT L'UN, A SAVOIR LE SIGNAL COSINUS, EST MULTIPLIE PAR LE SIGNAL RESIDUEL AFIN QUE LE SIGNALRESULTANT SOIT UN SIGNAL DE CORRECTION DE FREQUENCE. LE SIGNAL DE REACTION SINUS EST MULTIPLIE PAR LE SIGNAL RESIDUEL POUR PRODUIRE LE SIGNAL ESTIME QUI EST COMMANDE EN AMPLITUDE ET EN FREQUENCE ET QUI EST ENSUITE SOUSTRAIT DU SIGNAL D'ENTREE AFIN DE REDUIRE PRESQUE A ZERO LE SIGNAL RESIDUEL. DOMAINE D'APPLICATION: BOUCLES A BLOCAGE DE PHASE POUR CIRCUITS DE TRANSMISSION.
Description
L'invention concerne une boucle à blocage de phase, et plus
particulièrement une boucle à blocage de phase qui soustrait du signal réel une estimation du signal d'entrée pour produire un signal résiduel qui est ensuite démodulé et utilisé pour commander la boucle. L'utilisation d'une boucle à blocage de phase
dans des circuits de transmission dans lesquels un oscilla-
teur local est synchronisé en phase et en fréquence sur un signal reçu est bien connue La technique pour faire suivre avec précision la phase d'un signal de référence d'entrée par la phase d'un signal d'oscillateur, consistant à comparer les phases des deux signaux et à utiliser le résultat du signal de différence pour régler la fréquence de l'oscillateur local, est également connue Le réglage consiste à comparer le signal de référence d'entrée au signal de sortie de l'oscillateur local Toute différence de phase entre les deux signaux est convertie en une tension de correction qui provoque un changement de la phase du signal de sortie de l'oscillateur local afin qu'elle suive;:
la phase du signal de référence d'entrée.
Le signal de sortie de l'oscillateur local multiplié par le signal de référence d'entrée tend à produire un signal d'erreur analogue à une ondulation Ce signal d'erreur en forme d'ondulation est normalement réinjecté dans la commande d'entrée de l'oscillateur local pour produire un vacillement de phase de fréquence double de
celle générée par la boucle à blocage de phase.
L'invention a donc pour objet une boucle à blocage de phase ne présentant aucune ondulation à la commande d'entrée de l'oscillateur local pendant le fonctionnement
en régime permanent.
L'invention a également pour objet de produire un signal de sortie ayant un meilleur rapport signal/bruit afin de réaliser un circuit qui soit plus précis et qui se bloque sur la fréquence souhaitée plus rapidement que
les circuits antérieurs.
L'invention a également pour objet de produire un circuit à boucle à blocage de phase, capable de bloquer plus d'une fréquence à la fois, et se prêtant donc bien
à une utilisation dans divers circuits tels que des sépara-
teurs de signaux, des filtres éliminateurs de bandes et
des filtres de poursuite.
L'invention concerné donc, à cet effet, une boucle
à blocage de phase qui soustrait du signal réel une esti-
mation du signal d'entrée pour produire un signal résiduel dàns un circuit de sommation d'entrée Le signal résiduel est ensuite multiplié par le sinus et le cosinus du signal de sortie d'un oscillateur local tel qu'un oscillateur commandé en tension Dans une première boucle de réaction, le signal cosinus de sortie de l'oscillateur démodule le signal résiduel pour produire un signal d'erreur Ce dernier est intégré, amplifié et utilisé pour commander la fréquence et la phase de l'oscillateur commandé en tension Dans une seconde boucle de réaction, le signal sinus de sortie de l'oscillateur démodule le signal résiduel et le signal d'erreur est amplifié, intégré et utilisé pour commander
l'amplitude du signal de l'oscillateur commandé en tension.
Le signal de réaction dont la phase et l'amplitude sont corrigées est ensuite appliqué au circuit de sommation o il est soustrait du signal d'entrée pour réduire presque
à zéro le signal résiduel.
Un avantage de la présente invention est que plus d'une boucle à blocage de phase en mode résiduel peut être utilisée pour permettre l'élimination de plus d'une
composante de fréquence d'un signal complexe d'entrée.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est un schéma simplifié montrant
une boucle à blocage de phase à mode résiduel selon l'in-
vention la figure 2 est un schéma plus détaillé de la boucle montrée sur la figure 1; et la figure 3 est un schéma montrant plusieurs
boucles à blocage de phase selon l'invention.
La figure 1 représente une boucle 10 à blocage de phase à mode résiduel comportant une borne d'entrée 12
qui applique un signal d'entrée à un circuit 14 de somma-
tion Un oscillateur local 30, associé à un circuit 42 de commande d'amplitude comme décrit ci-après en regard de la figure 2, génère un signal estimé dont la fréquence, la phase et l'amplitude sont sensiblement égales à celles du signal d'entrée appliqué à la borne 12 Ce signal estimé est ensuite soustrait du signal d'entrée dans le circuit 14 de sommation afin qu'il reste un signal résiduel qui
est appliqué par une ligne 16 à l'entrée d'un circuit démo-
dulateur d'amplitude ( 18) et d'un circuit démodulateur
de phase ( 20).
Le circuit démodulateur de phase 20 comprend un groupe de trois composants électriques montés en série
et d'un composant monté en parallèle, comprenant un multi-
plicateur 22, représenté sous la forme d'un bloc X, un amplificateur 24 représenté sous la forme d'un bloc K, et un intégrateur 26, représenté sous la forme d'un bloc 1/S La sortie de l'intégrateur 26 est reliée à un circuit 28 de sommation, de même que la sortie d'un circuit de gain 44, représenté sous la forme d'un bloc K 0, puis à la borne d'entrée de l'oscillateur local 30 qui peut être un oscillateur à commande par tension, courant, résistance ou numérique Dans la forme de réalisation décrite ici, un oscillateur 30 commandé en tension est utilisé Cet oscillateur 30 comporte deux bornes de sortie 32 et 34 dont les signaux sont sinwa et cosw L, respectivement La borne 32 de sortie coswt est ramenée à une seconde entrée du multiplicateur 22 pour former une première boucle de réaction qui est une boucle carmandée en fréquence ou
en phase.
La sortie sinwt de la borne 34 est reliée à une seconde boucle de réaction, plus particulièrement au circuit 18 de démodulation d'amplitude qui reçoit également un
signal d'entrée provenant de la ligne 16 du signal résiduel.
Le circuit 18 de démodulation d'amplitude comprend des composants montés en série qui sont un multiplicateur 36, indiqué en X, un amplificateur 38 indiqué en Ka, et un
intégrateur 40 indiqué en 1/S Le signal de sortie'de l'in-
tégrateur 40 est appliqué à un troisième circuit multipli-
cateur 42, indiqué en X, de même que le signal de sortie sinwt provenant de la borne 34 de l'oscillateur 30 commandé en tension Le multiplicateur 42 associe les deux signaux qu'il reçoit pour former un circuit de réaction de commande d'amplitude qui est connecté à la borne de soustraction
du circuit 14 de sommation.
Le circuit ainsi décrit reçoit un signal d'entrée à la borne 12 et génère un second signal sensiblement égal au signal d'entrée Le circuit génère en outre un signal de réaction commandé en fréquende et en amplitude, dans deux boucles de réaction Ce signal est soustrait du signal
d'entrée dans le circuit 14 de sommation Le signal rési-
duel, qui est le signal de sortie du circuit 14 de somma-
tion, est ensuite multiplié par le sinus et le cosinus des signaux de l'oscillateur 30 commandé en tension Le signal de démodulation cosinus provenant de la borne 32 est multiplié par le signal résiduel, amplifié et intégré
pour être utilisé pour commander la fréquence de l'oscilla-
teur commandé en tension Le signal de démodulation sinus provenant de la borne 34 est également multiplié par le
signal résiduel, amplifié et intégré pour commander l'am-
plitude du signal de réaction de l'oscillateur commandé en tension Ce processus a pour effet de soustraire du signal d'entrée le signal de l'oscillateur commandé en tension.
En présence d'une variation rapide à haute fré-
quence de la phase du signal d'entrée, une seconde boucle de réaction peut être souhaitable dans la boucle commandée en phase Dans ce cas, le second amplificateur 44 peut être connecté à la borne 28 à partir d'une jonction entre
le multiplicateur 22 et l'amplificateur 24 En fonctionne-
ment, l'amplificateur 44 peut être un simple condensateur
ou l'étage de gain d'un amplificateur opérationnel.
Le circuit décrit globalement en regard de la figure t sera à présent décrit plus en détail en regard de la figure 2 La borne d'entrée 12 est connectée au circuit 14 de sommation qui comprend un amplificateur opérationnel 46 ayant une borne d'entrée reliée à la massetandis que sa seconde borne d'entrée est reliée à une jonction 48 de sommation qui est elle-même reliée à la borne 12 par
l'intermédiaire d'une résistance 50 La sortie de l'amplifi-
cateur opérationnel 46 est reliée par une résistance 52 de réaction à la jonction 48 de sommation et par la ligne 16 du signal résiduel aux bornes d'entrée des multiplicateurs 22 et 36 Le multiplicateur 22, qui fait partie de la boucle
de réaction à commande en fréquence, est relié par l'inter-
médiaire d'une résistance 54 à une jonction 56 de sommation
qui elle-même est reliée à une borne d'entrée d'un amplifi-
cateur opérationnel 58 dont la seconde borne d'entrée est reliée à la masse La sortie de l'amplificateur 58 est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur 60 de réaction à la jonction 56 de sommation etpar l'intermédiaire d'une résistance 62,à une jonction 64 de sommation qui elle-même
est reliée à une borne d'entrée d'un amplificateur opé-
rationnel 66 Un condensateur 68, monté entre la sortie de l'amplificateur opérationnel 58 et la jonction 64 de sommation, assume la fonction de l'amplificateur 44 de la
figure 1 De façon similaire, la résistance 54, l'amplifica-
teur 58 et le condensateur 60 assument la fonction de l'am-
plificatéur 24 et de l'intéarateur 26 de la figure 1.
La connexion de la résistance 62 à l'amplifica-
teur 58 constitue la connexion d'entrée de l'oscillateur commandé en tension, montré sur la figure 1 La seconde borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel 66 est reliée à la masse, tandis que sa borne de sortie est reliée par une résistance 70 de réaction à la jonction 64 de sommation
et par une résistance 72 à un noeud 74.
Le noeud 74 est relié à deux transistors à effet de champ ou deux transistors du type "J-FET" 76 et 78 La grille du transistor à effet de champ 76 est reliée au noeud 74, tandis que la source est reliée à la masse et que
le drain est relié par une résistance 80 à un noeud 82.
Ce dernier est relié par une résistance 84 à une jonction 86 de sommation et, à travers cette dernière, à une borne d'entrée d'un autre amplificateur opérationnel 88 dont la seconde borne d'entrée est reliée à la masse La sortie
de l'amplificateur opérationnel 88 est reliée par un conden-
sateur 90 de réaction à la jonction 86 de sommation, et est également reliée à deux diodes 92 et 94 de Zener, destinées à limiter l'amplitude, la cathode de la diode 92 étant reliée à la sortie de l'amplificateur 88 L'anode de la diode 92 est reliée à l'anode de la diode 94 dont la cathode est reliée par une résistance 96 à la jonction 86 de sommation La sortie de l'amplificateur 88 est également reliée à une borne d'entrée du multiplicateur 22 pour compléter la partie coswt de l'oscillateur 30 commandé en tension. Le noeud 74 est relié à la grille du transistor à effet de champ 78 dont la source est reliée à la masse et dont le drain est relié par une résistance 98 à un noeud Ce dernier est relié par une résistance 102 à la sortie de l'amplificateur 88 et par une résistance 104 à une jonction 106 de sommation et, par suite, à la borne d'entrée d'un amplificateur opérationnel 108 dont la seconde borne d'entrée est reliée à la masse La sortie de l'amplificateur opérationnel est reliée à un noeud 110 qui, lui-même, est relié à la jonction 106 de sommation par l'intermédiaire d'un condensateur 112 de réaction Le noeud 110 est également relié à la seconde borne d'entrée du multiplicateur 36 pour appliquer un signal sinwt à ce multiplicateur. Un signal de sortie similaire (-sinwt) est appliqué par le noeud 110 de connexion et par l'intermédiaire
d'une résistance 114 à une jonction 116 de sommation qui -
est reliée à une borne d'entrée d'un amplificateur opéra-
tionnel 118 dont la seconde borne d'entrée est reliée à la massetandis que sa borne de sortie est reliée à un noeud 120 Ce dernier est relié par une résistance 122 à la jonction 116 de sommation pour constituer une réaction pour l'amplificateur 118 Le noeud 120 est également relié par une résistance 124 au noeud 82 pour compléter le
circuit de l'oscillateur 30 commandé en tension.
Le signal de sortie provenant du noeud 120 est appliqué à une première borne d'entrée du multiplicateur
42 La sortie du multiplicateur 36 est reliée par une résis-
tance 126 à une jonction 128 de sommation et, par suite, à une borne d'entrée d'un amplificateur opérationnel 130 dont la seconde borne d'entrée est reliée à la masse La
sortie de l'amplificateur 130 est reliée par un condensa-
teur 132 de réaction à une jonction 128 de sommation et
à la seconde borne d'entrée du multiplicateur 42 Ce der-
nier est lui-même relié par l'intermédiaire d'une résistance
134 à la jonction 48 de sommation du circuit 14 de somma-
tion pour compléter ce dernier.
Le fonctionnement du circuit représenté sur la figure 2 est analogue à celui décrit ci-dessus en regard de la figure 1 Bien que le circuit représenté sur la figure 2 ait été réalisé initialement au moyen de composants analogiques, il convient de noter qu'il se prête bien à
une réalisation sous la forme d'un circuit logique numé-
rique Dans ce cas, les multiplicateurs 22 et 36 deviennent des convertisseurs numériques/analogiques, tandis que le multiplicateur 42 devient un convertisseur analogique/ numérique. En fonctionnement, si le signal de réaction coswt n'est pas en-quadrature avec le signal résiduel, un signal de courant direct est généré pour être appliqué à l'oscillateur commandé en tension, ce qui fait changer la fréquence de sortie de cet oscillateur pour corriger le signal coswt appliqué au multiplicateur 22 et amener ainsi le signal de la boucle commandée en fréquence en correspondance de fréquence et de phase avec le signal résiduel Ce signal corrigé en fréquence est également appliqué au circuit qui génère le signal sinwt Le signal sinwt est comparé au signal résiduel Le signal résultant est intégré et comparé au signal -sinwt pour produire un signal d'annulation qui réduit l'amplitude résiduelle à une valeur proche de zéro Ainsi, le signal appliqué par le multiplicateur 42 à l'amplificateur opérationnel 46, par l'intermédiaire de la résistance 134, réduit le signal
d'entrée en soustrayant de celui-ci le signal de l'oscilla-
teur commandé en tension.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus et représenté une forme de réalisation destinée à effectuer uniquement
une soustraction dans un circuit 14 de sommation, il con-
vient de noter que plusieurs oscillateurs 30 commandés en tension et plusieurs circuits 18 et 20 de démodulation peuvent être reliés au circuit unique 14 de sommation formé par l'amplifidateur opérationnel 46 et les résistances 50, 52 et 134 Des signaux en nombre quelconque peuvent être séparés de cette manière par simple connexion du deuxième multiplicateur 42 à la borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel 46 par l'intermédiaire d'une seconde résistance
134.
Comme représenté sur la figure 3,-deux signaux séparés ou plus peuvent être identifiés et éliminés d'un signal d'entrée complexe Comme montré sur la figure 3, le circuit destiné à éliminer une première fréquence (f
est le même que le circuit montré sur la figure 1 Un cir-
cuit analogue, destiné à éliminer une seconde fréquence (f 2) peut être relié à la ligne 16 du signal résiduel au moyen de composants analogues qui sont identifiés, sur la figure 3, par les mêmes références numériques portant un
signe prime.
Lorsque l'on utilise plus d'une boucle à blocage de phase à mode résiduel, le circuit résultant peut être appliqué à diverses fonctions comprenant des séparateurs de signaux, des filtres éliminateurs de bandes, et des filtres
de poursuite.
Bien que l'invention ait été décrite dans une forme de réalisation utilisant des composants analogiques, il convient également de noter que l'on peut utiliser
des composants numériques Par exemple, les types de cir-
cuits peuvent être de forme analogique ou numérique ou de toute autre forme logique convenable Ainsi, dans une forme de réalisation numérique, l'oscillateur 30 commandé en-tension pourrait être remplacé par un autre type d'oscillateur commandé tel qu'un oscillateur à commande numérique En outre, on peut utiliser un nombre quelconque
de boucles à blocage de phase.
Il va de soi que de nombreuses modifications peu-
vent être apportées à la boucle à blocage de phase décrite
et représentée sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (12)
1 Boucle à blocage de phase, caractérisée en ce qu'elle comporte une borne ( 12) d'entrée destinée à recevoir un signal d'entrée, un dispositif ( 14) destiné à estimer le signal d'entrée, à produire un signal estimé et à soustraire le signal estimé du signal d'entrée-pour produire un signal résiduel, un premier dispositif ( 20) destiné à démoduler le signal résiduel, un oscillateur
commandé ( 30) destiné à recevoir le signal résiduel démo-
dulé et à produire des signaux commandés comprenant des premier et second signaux de réaction coswt, sinwt, une première boucle de réaction destinée à appliquer le premier signal de réaction au premier dispositif de démodulation afin d'établir un signal de réaction commandé en fréquence, un second dispositif ( 18) destiné à démoduler le signal
résiduel, une seconde boucle de réaction destinée à appli-
quer le second signal de réaction au second dispositif de démodulation afin d'établir un signal de réaction commandé en amplitude, et un dispositif ( 42) destiné à appliquer
les signaux de réaction commandés en fréquence et en ampli-
tude au dispositif d'estimation du signal d'entrée afin de soustraire effectivement les signaux de l'oscillateur commandé du signal d'entrée, le signal résiduel étant réduit
presque à zéro.
2 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 1, caractérisée en ce que la première boucle de réaction applique le premier signal de réaction à l'oscillateur commandé afin de commander en fréquence le second signal de réaction avant que celui-ci soit appliqué au second
dispositif de démodulation.
3 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 2, caractérisée en ce que le premier signal de réaction provenant de l'oscillateur commandé est en quadrature avec le signal estimé et en ce que le second signal de réaction provenant de l'oscillateur commandé est en phase avec le
signal estimé.
4 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 3, caractérisée en ce que les premier et second dispositifs de démodulation du'signal résiduel comprennent chacun un circuit multiplicateur ( 22 ou 36), un circuit amplificateur ( 24 ou 38), et un circuit intégrateur ( 26
ou 40) montés en série, les circuits multiplicateurs rece-
vant chacun le signal résiduel et le circuit intégrateur du premier dispositif de démodulation appliquant le signal démodulé à l'oscillateur commandé, tandis que le circuit intégrateur du second dispositif de démodulation applique ledit signal résiduel démodulé au dispositif ( 42) destiné
à appliquer les signaux de réaction au dispositif d'3 estima-
tion du signal d'entrée.
Boucle à blocage de phase selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que la première boucle de réaction est formée par l'application du premier signal de réaction provenant de l'oscillateur commandé à une seconde entrée du circuit multiplicateur dudit premier dispositif de démodulation, et en ce que la seconde boucle de réaction est formée par l'application du second signal de réaction provenant de l'oscillateur commandé à une
seconde entrée du circuit multiplicateur du second dispo-
sitif de démodulation.
6 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 1, caractérisée en ce que le dispositif d'estimation du signal d'entrée comprend un amplificateur opérationnel ( 46) ayant deux bornes d'entrée et une borne de sortie à laquelle apparatt le signal résiduel, un premier élément résistif ( 50) connectant ladite borne d'entrée ( 12) à une jonction ( 48) de sommation qui, elle-même, est reliée
à l'une desdites bornes d'entrée de l'amplificateur opé-
rationnel, un deuxième élément résistif ( 52) reliant la borne de sortie à ladite jonction de sommation, un troisième élément résistif ( 134) reliant ledit dispositif ( 42) d'application des signaux de réaction à ladite jonction
( 48) de sommation, la seconde borne d'entrée de l'amplifi-
cateur opérationnel étant reliée à la masse.
7 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 1, caractérisée en ce que l'oscillateur commandé
est un oscillateur commandé en tension.
8 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 1, caractérisée en ce que l'oscillateur commandé est
un oscillateur à commande numérique.
9 Boucle à blocage de phase selon la revendica-
tion 1, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs des-
dites boucles,.
Boucle à-blocage de phase selon la revendica-
tion 1, caractérisée en ce que ladite borne d'entrée et le dispositif d'estimation du signal d'entrée reçoivent un signal d'entrée complexe et produisent plusieurs signaux estimés qui donnent une forme complexe du signal résiduel lorsqu'ils sont soustraits du signal complexe d'entrée, la boucle à blocage de phase comprenant plusieurs boucles à blocage de phase dans lesquelles le signal résiduel
complexe est réduit presque à zéro.
11 Procédé pour améliorer le signal de sortie d'une boucle à blocage de phase, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un signal d'entrée à une borne d'entrée <i 2), à mesurer le signal d'entrée pour produire un: signal estimé, à soustraire le signal estimé du signal d'entrée pour produire un signal résiduel, à appliquer le signal résiduel à un oscillateur commandé ( 30) afin de produire des premier et second signaux de réaction coswt, sinwt, à comparer le signal résiduel au premier signal de réaction provenant de l'oscillateur afin de corriger en fréquence le signal estimé, à comparer le signal résiduel au second
signal de réaction provenant de l'oscillateur afin de corri-
ger en amplitude le signal estimé, à soustraire du signal d'entrée le signal corrigé en fréquence et en amplitude afin de réduire davantage le signal résiduel à un niveau proche
de zéro.
12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la comparaison du signal résiduel au premier signal de réaction pour corriger en fréquence le signal
estimé est effectuée avant la comparaison du signal rési-
duel au second signal de réaction pour corriger en amplitude le signal estimé, le second signal de réaction étant corrigé en fréquence avant d'être comparé au signal résiduel pour
la correction en amplitude.
13 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque étape de comparaison consiste également à démoduler le signal résiduel en le multipliant par les premier et second signaux de réaction et à amplifier et
intégrer le signal rés'ultant.
14 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le signal d'entrée est un signal complexe, en ce que le signal estimé comprend plusieurs signaux estimés et en ce que le signal résiduel est un signal résiduel complexe, le procédé consistant en outre à répéter les étapes de la revendication 11 une fois pour chacun des
signaux estimés.
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