FR2567698A1 - Procede et montage pour detecter la difference de phase/frequence entre deux signaux d'entree numeriques et application - Google Patents

Abstract

UN COMPARATEUR NUMERIQUE DE PHASEFREQUENCE 12 DANS UNE BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE COMPREND UNE PORTE LOGIQUE 24 CONNECTEE A DEUX BASCULES 20, 22 RECEVANT DES SIGNAUX D'ENTREE ET DE REFERENCE V, R POUR LA PRODUCTION D'UNE ONDE RECTANGULAIRE AVEC UN RAPPORT CYCLIQUE FONCTION DE LA DIFFERENCE DE PHASEFREQUENCE ENTRE LES DEUX SIGNAUX V, R. LE RAPPORT CYCLIQUE VARIE DE FACON REPETEE ENTRE DES VALEURS MINIMALE ET MAXIMALE PENDANT LE CHANGEMENT MONOTONE DE LA DIFFERENCE DE PHASEFREQUENCE. L'ONDE RECTANGULAIRE EST INTEGREE 36 POUR OBTENIR UNE DENT DE SCIE; LE SIGNAL DE SORTIE DU COMPARATEUR CORRESPOND A LA MOITIE DE L'AMPLITUDE DE LA DENT DE SCIE. POUR AUGMENTER CE SIGNAL DE SORTIE, AFIN D'AMELIORER L'ACQUISITION DE PHASEFREQUENCE DE LA BOUCLE LORSQUE LA DIFFERENCE EST SUPERIEURE A 360, DES BASCULES SUPPLEMENTAIRES 64, 66 ACCROCHENT LE SIGNAL DE SORTIE AU RAPPORT CYCLIQUE MAXIMAL (VALEUR DE CRETE DE LA DENT DE SCIE) LORSQUE LA DIFFERENCE DEPASSE UN CYCLE COMPLET DANS UN SENS OU DANS L'AUTRE.

Description

Cette invention concerne de manière générale les circuits pour détecter la

différence de phase/fréquence entre deux signaux d'entrée numériques et plus particulièrement un procédé et un montage pour améliorer l'acquisition de phase/fréquence d'un comparateur numérique de phase/fréquence dans une boucle numérique à verrouillage de phase par accroissement du maximum du signal de sortie moyen efficace du comparateur lorsque la différence de phase/fréquence entre les deux signaux d'entrée

est supérieure à un cycle.

Les montages pour détecter la différence en phase et en fréquence entre deux signaux d'entrée numériques sont

généralement utiles dans l'analyse de signaux et sont particuliè-

rement importants dans les communications numériques et la synthèse de fréquences. Dans une boucle numérique à.verrouillage de phase, par exemple, un signal d'entrée est appliqué à un comparateur de phase en vue de sa comparaison avec un signal de référence. Un signal d'erreur, qui est une fonction de la différence de phase/ fréquence instantanée entre les deux signaux d'entrée, est filtré et utilisé pour commander un oscillateur commandé par tension (VCO). Le signal de sortie du VCO, qui constitue le signal de sortie de la boucle à verrouillage de phase, est appliqué en tant que signal de référence au comparateur de phase pour verrouiller ou accrocher la phase/fréquence du VC0 à la phase/ fréquence du signal d'entrée. Dans certaines applications, des

boucles à verrouillage de phase sont utilisées pour la démodula-

tion de signaux, comme décrit dans Gardner, Floyd M., Phase Lock

Techniques, deuxième édition, 1979, John Wiley and Sons, Chapitre 19.

En d'autres applications, des boucles à verrouillage de phase sont employées pour la modulation de signaux (voir l'ouvrage de Gardner... cité ci-dessus, Chapitre 9) ou dans la synthèse de fréquences, comme décrite dans le brevet des E.U.A 4 360 788

au nom de la demanderesse.

Dans tous les cas, un comparateur numérique de phase/fréquence classique comporte une paire de bascules ou autres dispositifs bistables connectés entre eux et a une porte logique dans un circuit de réaction. Les états logiques des deux bascules sont déterminés à la fois par les deux signaux d'entrée numériques dont la différence de fréquence/phase doit être détectée et par la porte de réaction. Lorsque les bascules sont remises à zéro au départ, les bornes de données des deux bascules reçoivent un "1" logique et les bornes d'horloge reçoivent les deux signaux d'entrée numériques. La sortie de chaque bascule est amenée à un "1" logique à la détection d'une transition positive de son signal d'entrée. Donc, lorsque le signal d'entrée appliqué à la première bascule présente la première transition positive, la première bascule est amenée à un "1" logique et, ensuite, la deuxième bascule est amenée à un "1" logique lors d'une transition positive de son signal d'entrée. Cependant, immédiatement après que la deuxième bascule a été amenée aux niveau haut, les deux bascules sont remises à zéro par la porte logique, laquelle est sensible aux signaux de sortie des deux bascules et ces dernières restent à zéro jusqu'à ce que l'une ou l'autre détecte une transition

positive du signal'à son entrée.

Les signaux de sortie des deux bascules sont par conséquent des ondes rectangulaires avec des rapports cycliques (durées de passage. de courant pendant les cycles) qui correspondent

à la différence de phase/fréquence entre les deux signaux d'entrée.

Si le premier signal est en avance par rapport au second, seule la première bascule produit une onde rectangulaire, dont le rapport cyclique correspond à l'avance de phase/fréquence d'un signal d'entrée par rapport à l'autre. Si le second signal d'entrée est en avance, seule la deuxième bascule produit une onde rectangulaire, avec un rapport cyclique qui correspond à l'avance de phase du second signal d'entrée par rapport au premier. Les deux ondes rectangulaires sont combinées dans un circuit de différence et le résultat est intégré en vue de l'obtention d'une oscillation ayant la forme d'une dent de scie centrée autour de zéro, en ce sens que la dent de scie présente une polarité lorsque le premier signal d'entrée est en avance et présente la polarité opposée lorsque le second signal d'entrée est en avance. La dent de scie possède une amplitude qui correspond à la différence de phase/ fréquence entre les deux signaux d'entrée numériques et possède une période fixe de 360 . Lorsque la différence de phase/fréquence entre les deux signaux d'entrée augmente de façon monotone, le signal de sortie du comparateur est un train de dents de scie comportant un nombre de cycles en dent de scie quicorrespond au nombre de cycles complets de différence de phase/fréquence

entre les deux signaux d'entrée numériques.

Le signal de sortie du comparateur, après son filtrage en vue du verrouillage ou de l'accrochage du signal de sortie du VCO au signal d'entrée, correspond à la moitié de la grandeur de pointe de la dent de scie. Cette particularité limite sérieusement la vitesse maximale d'oscillation du signal de sortie du comparateur, ce qui augmente le temps nécessaire

au retour du signal de référence dans la région active (à l'inté-

rieur d'un cycle complet d'un signal d'entrée) du comparateur pour acquérir le verrouillage de phase. De plus, comme le filtrage dans la boucle à verrouillage de phase pour réduire les signaux parasites introduit un déphasage dans la boucle, une tension de polarisation correspondant à un déphasage est appliquée à la boucle afin de réduire la déformation de modulation. Dans la pratique la polarisation nécessaire dans un synthétiseur de fréquences du type décrit dans le brevet des E.U. A précité correspond à 40 % de la valeur de crête du signal de sortie du comparateur. Or, comme le maximum du signal de sortie moyen du comparateur correspond seulement à 50 % de la valeur de crête de la dent de scie, il ne reste qu'une marge de 10 % entre la polarisation et le signal moyen maximum, ce qui est insuffisant et a pour conséquence que la boucle à verrouillage de phase

a tendance à présenter des "verrouillages erronés". Une descrip-

tion détaillée de ce phénomène et d'autres effets nuisibles du déphasage provoquéspar le filtrage dans une boucle à verrouillage de phase figure dans le chapitre 8.1 de l'ouvrage de Gardner précité. Il existe donc un besoin d'élimination des verrouillages erronés et d'autres problèmes occasionnés par l'interaction entre le filtre de la boucle et la faible marge qui existe entre la polarisation et la valeur maximale de la puissance

de sortie moyenne dans le comparateur de phase d'une boucle numé-

rique à verrouillage de phase, par accroissement de la valeur maximale de la puissance de sortie moyenne du comparateur. Il

existe en outre un besoin d'augmentation de la vitesse d'acquisi-

tion d'une boucle numérique à verrouillage de phase par accroisse-

ment de la valeur maximale de la puissance de sortie moyenne de

son comparateur de phase lorsque les signaux d'entrée et de réfé-

rence ne sont pas verrouillés ou accrochés l'un à l'autre.

L'invention vise donc en premier lieu à fournir un procédé et un montage pour accroître la valeur maximale de la puissance de sortie moyenne d'un comparateur numérique de phase/ fréquence. Un autre but est de fournir une boucle numérique à verrouillage de phase dans laquelle le temps d'acquisition de signal soit réduit par accroissement de la valeur maximale de la

puissance de sortie moyenne de son comparateur de phase/fréquence.

Un autre but est de fournir un procédé et un montage pour accroître la valeur maximale de la puissance de sortie moyenne d'un comparateur numérique de phase/fréquence en accrochant le signal de sortie du comparateur à une valeur de crête lorsque la différence de phase/fréquence entre les signaux d'entrée et de

référence est supérieure à une valeur prédéterminée.

Encore un autre but est d'améliorer le compa-

rateur numérique de phase/fréquence classique du type produisant un train de dents de scie en fonction de la différence de phase/ fréquence entre le signal d'entrée numérique et le signal de

référence numérique en accrochant le signal de sortie du compara-

teur à la valeur de crête de la dent de scie lorsque la différence

de phase/fréquence est supérieure à un cycle.

Selon l'invention, les buts indiqués et d'autres encore sont atteints en accrochant à une valeur de crête le signal de sortie d'un comparateur numérique de phase/fréquence classique du type produisant un train de dents de scie en fonction de la différence de phase/fréquence entre le signal d'entrée numérique

et le signal de référence numérique. Selon le procédé de l'inven-

tion, les signaux d'entrée et de référence sont appliqués aux entrées respectives d'une paire de dispositifs bistables, d'une paire de bascules par exemple, combinés avec une porte logique connectée dans un circuit deréaction des dispositifs. Les signaux de sortie des deux dispositifs se présentent sous forme d'ondes rectangulaires avec des rapports cycliques qui sont fonction de la différence de phase instantanée entre les signaux d'entrée et de référence et de celui des deux signaux qui est en avance par rapport à l'autre. Les deux signaux sont soumis à une soustraction et à une intégration pour obtenir un train de dents de scie ayant une pente et une polarité qui correspondent aux rapports cycliques des ondes rectangulaires produites par les deux dispositifs bistables. La valeur maximale du signal de sortie moyen du train de dents de scie correspond à la moitié de la valeur de crête d'une dent de scie. Pour doubler effectivement la valeur

maximale de la puissance de sortie moyenne, les sorties des dispo-

sitifs bistables sont verrouillées pour faire en sorte que l'onde rectangulaire produite par l'une ou l'autre des dispositifs bistables, suivant le signal, d'entrée ou de référence, qui est en avance par rapport à l'autre, possède un rapport cyclique de 100 % lorsque la différence de phase/fréquence dépasse un cycle. La dent de scie est ainsi verrouillée ou accrochée à sa valeur de crête, ce qui double la grandeur du signal du comparateur et accélère le processus

d'acquisition de la boucle à verrouillage de phase.

Le montage comprenant le comparateur numérique de fréquence/phase classique comporte-un dispositif pour recevoir des signaux d'entrée et de référence et un dispositif pour produire des ondes rectangulaires ayant un rapport cyclique qui correspond à la différence de phase/fréquence entre les signaux d'entrée et de référence, le rapport cyclique étant répétitif dans chaque cycle de la différence de phase/fréquence. Selon l'invention, le montage comporte en outre un dispositif pour verrouiller le signal de sortie du dispositif producteur d'ondes rectangulaires à une valeur maximale lorsque la différence de phase/fréqaence entre les

signaux d'entrée et de référence est supérieure à une période fixe.

Selon des aspects plus spécifiques de l'inven-

tion, le comparateur de phase/fréquence constitue le comparateur d'une boucle à verrouillage de phase comprenant un filtre et un oscillateur commandé par tension, en plus du comparateur, le signal de sortie de l'oscillateur étant appliqué en tant que

signal de référence au comparateur de phase. Le dispositif géné-

rateur d'ondes rectangulaires est formé de préférence de dispositifs bistables, en particulier de bascules de type D et la période fixe

est un cycle complet ou 360 de la différence de phase/fréquence.

Selon un autre aspect plus spécifique de l'invention, le dispositif de verrouillage est formé d'une paire de bascules suplémentaires connectées aux bascules produisant les ondes rectangulaires et à une paire suplémentaire de portes logiques pour verrouiller le signal de sortie de l'une ou de l'autre des bascules gnéératrices d'ondes rectangulaires, suivant le signal, d'entrée ou de référence, qui est en avance par rapport à l'autre,

lorsque la différence de phase/fréquence est supérieure à un cycle.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront plus clairement de la description qui va suivre

d'un exemple de réalisation préféré mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est le schéma fonctionnel d'une boucle numérique à verrouillage de phase de type classique, dans laquelle le comparateur de phase/fréquence selon l'invention peut

être incorporé; -

- la figure 2 est le schéma de réalisation d'un comparateur numérique de phase/fréquence classique, par rapport auquel leobjet de l'invention constitue un perfectionnement; - les figures 3(1)-3(5) représentent les formes de différents signaux servant à illustrer le fonctionnement du comparateur classique de figure 2; - la figure 4 représente la caractéristique de sortie du comparateur classique de figure 2; - la figure 5 représente la caractéristique désirée du comparateur numérique de phase/fréquence perfectionné selon l'invention;

- la figure 6 représente un schéma de réalisa-

tion pour le comparateur selon l'invention; et - les figures 7(1)-7(7) représentent les formes de différents signaux servant à expliquer la caractéristique de verrouillage du signal de sortie du circuit représenté sur la

figure 6.

L'invention a été conçue en particulier pour réduire le temps d'acquisition et empêcher le verrouillage erroné dans une boucle numérique à verrouillage de phase du type décrit notamment dans le brevet des E.U.A. 4 360 788, utilisée dans le synthétiseur de fréquences du modèle 6060 fabriqué par John Fluke Mfg. Co., Inc., Everett, Washington. Le perfectionnement

consiste à verrouiller ou accrocher le signal de sortie du compa-

rateur numérique de phase/fréquence à une valeur maximale constante lorsque l'erreur de phase et de fréquence mesurée par le comparateur est supérieure à un cycle, comme décrit en détail dans ce qui

va suivre.

La boucle à verrouillage de phase classique représentée sur la figure 1 et désignée dans son ensemble par 10, comporte un comparateur de phase 12 du type auquel s'adresse l'invention, un filtre 14 et un oscillateur commandé par tension

(VCO) 16 branchés dans une boucle à couplage direct. Le compara-

teur de phase 12 possède une entrée qui reçoit un signal d'entrée F. et une deuxième entrée qui reçoit un signal de référence F et r il produit un signal correspondant à la différence en phase et fréquence entre les deux signaux d'entrée. Le signal délivré par le comparateur est filtré ou lissé par le filtre 14 et appliqué en tant que signal de commande d'entrée au VCO 16. Le signal de sortie de ce dernier est réinjecté à travers un diviseur de

fréquence programmable 18 et en tant que signal de référence F-

r au comparateur de phase 12. Comme décrit en détail dans le brevet des E. U.A. précité, la commande du VCO 16 s'effectue de

manière que le signal délivré par cet oscillateur possède une fré-

quence qui est un multiple ou un sous-multiple, suivant la program-

mation du diviseur de fréquence 18, du signal d'entrée Fi, et possède une phase ayant une relation prédéterminée, suivant la polarisation de décalage incorporée dans le comparateur 12, avec

la phase du signal d'entrée.

Il est à noter que, bien qu'une application

particulièrement importante du comparateur de phase selon l'inven-

tion soit dans une boucle à verrouillage de phase comme celle représentée sur la figure 1, ce comparateur de phase présente de nombreuses autres applications importantes dans la traitement et

la mesure de signaux.

L'invention est toutefois particulièrement utile dans une boucle a verrouillage de phase du type incorporé dans le synthétiseur de fréquences du modèle 6060A dont il a déjà été question, car la valeur maximale considérablement accrue du signal de sortie moyen du comparateur, en comparaison avec l'art antérieur, est importante pour éliminer l'interaction entre le déphasage créé dans la boucle par le filtre 14 et d'autres composants d'une part et la marge relativement petite qui existe d'autre part entre la phase décalée et la valeur maximale du signal

de sortie moyen du comparateur de phase classique.

La valeur relativement faible du signal de sortie moyen (de la puissance de sortie moyenne) du comparateur

de phase/fréquence classique, par rapport auquel l'objet de l'inven-

tion représente un perfectionnement, doit être bien comprise pour

que l'invention puisse être appréciée à sa juste valeur. Un compa-

rateur classique, voir figure 2,comporte deux bascules 20, 22 qui, à titre d'exemple, sont représentées comme des bascules de type D. Dans une telle bascule, un niveau logique appliqué à la borne D est transféré à la borne de sortie Q lorsqu'une impulsion d'horloge à flanc montant est appliquée à la borne d'horloge. Chacune des bascules 20, 22 de type D possède également une borne de sortie Q qui produit le complément logique de la borne-de sortie Q, ainsi qu'une borne de remise à zéro R qui, en réponse à un "0" logique

ou signal "bas", rétablit un "0" logique sur la borne de sortie.

Pour les besoins de la description, il est supposé que les bas-

cules 20, 22 fonctionnent suivant une logique ppsitive en ce sens qu'un "1" logique correspond à une tension "haute" et qu'un "O" logique correspond à une tension "basse". Une porte NON-ET 24 est connectée par ses deux entrées aux bornes de sortie Q des bascules 20, 22 et par

sa borne de sortie aux bornes de remise à réro R des deux bascules.

La borne d'entrée D de chacune des bascules 20, 22 est connectée à un point fournissant un "1" logique et les deux bornes d'horloge sont connectées respectivement à un point fournissantunprnmier signal V (d'entrée) et un second signal R (de référence). Le signal d'entrée V peut correspondre à F. et le signal d'entrée R peut correspondre au signal F sur la figure 1, bien que les deux signaux V, R puissent r être arbitraires. De même, bien que les deux signaux V, R soient

généralement des signaux numériques ou des signaux à ondes rectan-

gulaires ayant des fréquences et des phases variables et différentes, le signal R peut être un signal de référence à fréquence et phase fixes. Les signaux délivrés par les sorties Q des

bascules 20, 22,désignés respectivement par 26 et 28, sont appli-

qués à des filtres 30, 32, pouvent être de type quelconque, dont les signaux de sortie U, L sont appliqués à un circuit soustractif ou de différence 34. Selon une disposition typique, un intégrateur 36 établit la moyenne ou produit le lissage du signal de sortie du circuit de différence 34. Au cas o le circuit comparateur 12 est appliqué dans une boucle à verrouillage de phase, l'intégration du signal de sortie est réalisée par le filtre normal de la boucle à verrouillage de phase, par exemple par le filtre 14 sur la

figure 1.

Pour résumer le fonctionnement du comparateur 12, la borne de sortie Q de chaque bascule 20, 22 est amenée à l'état logique "1" en réponse à la transition positive de son entrée d'horloge, provoquée par le signal d'entrée V ou par le signal d'entrée R. Cependant, si les deux bascules 20, 22 sont amenées A l'état "1", la sortie de la porte NON-ET 24 applique un niveau logique "O" aux bornes de remise à zéro R de chaque bascule, de sorte qu'un "O" apparaît sur les deux bornes de sortie Q. Donc, l'une ou l'autre des deux bascules 20, 22 sera amenée à l'état 11, 11 suivant le signal d'entrée, V ou R, qui présente une transition positive en premier;. les deux bascules seront remises à zéro à l'arrivée de la transition positive du deuxième des signaux d'entrée V, R. Les bascules 20, 22 produisent ainsi des ondes carrées avec des rapports cycliques qui correspondent à la différence de phase et de fréquence entre les deux signaux d'entrée; si le signal d'entrée V est en avance par rapport au signal d'entrée R, la bascule 20 domine et produit une onde rectangulaire, tandis que la bascule 22 n'en produit pas; si le signal d'entrée R est en

avance, c'est la bascule 22 qui domine et produit une onde rectan-

gulaire, tandis que la bascule 22 n'en produit pas.

Le fonctionnement du comparateur 12 et sa relation avec le perfectionnement apporté par l'invention seront expliqués plus en détail dans ce qui va suivre en référence à la figure 3, montrant des formes typiques de différents signaux produits dans le comparateur de phase, ainsi qu'en référence à

la figure 4, montrant la forme du signal de sortie.

La figure 3(1) et la figure 3(2) représentent des signaux d'entrée V et R appliqués aux bornes d'horloge des bascules 20 et 22. Ces deux signaux d'entrée ont des fréquences différentes et peuvent-avoir des rapports cycliques différents, quoique ces rapports n'aient pas d'importance car chacune des bascules 20, 22 es-t sensible au front d'impulsion.- Les figures 3(3) et 3(4) représentent des formes des signaux sur les lignes 26

et 28.

Il est supposé que les deux bascules 20, 22 sont remises à zéro au départ par la première transition positive 38 du signal d'entrée V, de sorte que les sorties Q des deux bascules sont à l'état logique "0", comme indiqué en 40, 42 sur les figures 3(3) et 3(4). La transition positive suivante du signal d'entrée R en 44 sur la figure-3(2) fait'passer la borne de sortie Q de la bascule 22 à l'état logique "'1", comme indiqué en 46 sur la figure 3(4). A l'apparition de la transition positive suivante du signal d'entrée V en 48 sur la figure 3(1), la borne de sortie Q de la bascule 20 commence à passer à l'état logique "1", mais la porte 24 répond presque immédiatement par la remise à zéro des deux bascules, faisant repasser la sortie Q de la bascule 22 à

l'état "0", comme indiqué en 50 sur la figure 3(4).

Ce cycle d'événements se répète bien entendu à l'apparition de la transition positive du signal d'entrée R en 52 et du signal d'entrée V en 54, et il se répète de nouveau à l'apparition des transitions positives des signaux d'entrée R et V en 56 et 58. Pendant ce temps, la bascule 22, qui est alors "dominante" produit une onde rectangulaire avec un rapport cyclique qui diminue avec la diminution de la différence de phase/fréquence entre les deux signaux d'entrée R et V, la sortie

de l'autre bascule 20 étant a l'état "0".

Cependant, après l'apparition de la transition positive du signal d'entrée V en 60, la fréquence des impulsions appliquée à la borne d'horloge de la bascule 20 est telle qu'il y aura deux impulsions, une avec une transition positive en 58 et l'impulsion suivante avec la transition positive en 60, avant l'application de l'impulsion suivante par le signal d'entrée R, à la transition positive 62. L'effet de la seconde impulsion consécutive en 60 est de faire passer la sortie de la bascule 22 à l'état "1" puisque les deux bascules 20, 22 avaient été remises

à zéro avant l'impulsion correspondant à la transition positive 60.

Par conséquent, la transition positive du signal d'entrée R en 62 fera passer à zéro la sortie Q de la bascule 20 et la séquence continue ensuite avec la bascule 20 validée et la bascule 22 invalidée, comme représenté sur les figures 3(3) et 3(4). La séquence se poursuivra ensuite par un nouveau cycle lorsque la différence de phase et de fréquence entre les signaux d'entrée V et R change, l'une des bascules étant toujours validée et produisant une onde rectangulaire avec un rapport cyclique qui correspond

à la différence de phase/fréquence et l'autre bascule étant inva-

lidée. L'avance de l'un des signaux d'entrée V, R par rapport à l'autre détermine laquelle des deux bascules 20, 22 est validée

à un moment donné.

Comme mentionné, les signaux de sortie sur les lignes 26, 28 des bascules 20, 22 sont appliqués àtravers des filtres passe-bas 30, 32 facultatifs au circuit de différence 34, et l'intégrateur 36 établit la moyenne ou produit le lissage du

signal de sortie du circuit de différence 34.

Le signal de différence, lissé par 36, est une dent de scie, représentée sur la figure 3(5), qui passe par zéro au transfert de la "domination" entre les bascules 20 et 22, comme indiqué dans la région représentée par les figures 3(1), 3(4), et qui se répète avec une période d'un cycle complet (21) de phase/ fréquence, comme le montre la figure 4. Lorsque deux signaux d'entrée V et R sont compris dans un seul cycle positif ou négatif de synchronisation l'un avec l'autre, ou de verrouillage (accrochage) l'un à l'autre, la caractéristique du comparateur est considérée être dans la "région active", comme le montre la figure 4. Quand les deux signaux d'entrée sont en dehors de la région active, le comparateur de phase 12 produit une dent de scie avec une valeur maximale du signal moyen (ligne en pointillé sur la figure 4) dont l'amplitude correspond à la moitié de l'amplitude de crête de la dent de scie et dont la polarité dépend de celui des deux

signaux qui est en avance par rapport à l'autre.

Du fait que le maximum de la valeur moyenne de la dent de scie correspond seulement à la moitié de la valeur de crête, l'amplitude du signal délivré par le comparateur, lorsque les deux signaux d'entrée sont nettement séparés l'un de l'autre en phase et en fréquence, est limitée, et le problème est encore aggravé par la faible marge qui existe entre la phase décalée et la valeur maximale du signal de sortie moyen, comme décrit dans

ce qui précède.

Le perfectionnement apporté par l'invention à ce comparateur numérique de phase/fréquence de type classique consiste en ce que la valeur maximale du signal de sortie moyen est portée à la valeur de crête de la dent de scie de sortie, comme représentée sur la figure 5, lorsque la différence de phase/ fréquence entre les deux signaux d'entrée est en dehors de la région active. Les moyens pour parvenir à ce résultat seront

décrits ci-après en référence à la figure 6, o le circuit compa-

rateur classique 12 est représenté séparé du reste du montage par un encadrement en pointillé. Un circuit pour verrouiller ou accrocher le signal de sortie du détecteur 12 à une valeur maximum correspondant à-la valeur de crête de la dent de scie sur la figure 4, comprend une paire supplémentaire de bascules 64 et 66 de type D et une paire de portes NOR 68, 70. La porte 68 est branchée dans un circuit avec les bascules 64 et 20, tandis que

la porte 70 est branchée dans un circuit avec les bascules 22 et 66.

Les entrées inverseuses de la porte 68 sont connectées aux bornes de sortie Q des bascules 64 et 20 et sa sortie est connectée à la borne D de la bascule 64. De façon correspondante, les entrées inverseuses de la porte 70 sont connectées aux sorties Q des bascules 22 et 66 et la sortie de la porte est connectée à la borne D de la bascule 66. La borne de remise à zéro R de la bascule 64 est connectée à la borne Q de la bascule 22 et la borne de remise a zéro R de la bascule 66 est connectée a la

borne Q de la bascule-20.

A supposer, au départ, que les signaux d'entrée V et R possèdent une différence de fréquence/phase qui tombe dans la région active représentéesur la figure 4. Les transitions positives appliquées aux bornes d'horloge des bascules 20 et 22 alterneront alors, rendant l'une ou l'autre des bascules dominante,

suivant lequel des signaux V, R est en avance par rapport à l'autre.

Les bascules de verrouillage 64 et 66 ayant initialement remises à zéro, la sortie Q de chacune d'ellesest a l'état "1" et les portes 68, 70 sont validées ou ouvertes, laissant passer les signaux de sortie des bascules 20, 22. Ces signaux correspondent donc à ceux représentés sur les figures 3(3) et 3(4) et ne seront pas décrits une nouvelle fois. Les sorties des bascules 64 et 65 sont cependant verrouillées de manière à provoquer la fermeture de la porte 68 ou 70 lorsque la différence de phase/fréquence entre les signaux d'entrée effectue une excursion en dehors de la zone

active visible sur la figure 4.

La porte 68 est fermée si la bascule 20 est

dominante et en dehors de la région active, produisant le verrouil-

lage du signal de sortie C de la porte 68, donc aussi celui du signal de sortie U, à une valeur maximale; la porte 70 est fermée si la bascule 22 est dominante et en dehors de la région active, produisant le verrouillage du signal de sortie L à une valeur maximale. La bascule 64 détecte que la bascule 20 est dominante et en dehors de la région active en répondant à l'apparition de deux transitions positives consécutives du signal d'entrée V dans deux transitions positives qui se suivent de l'autre signal d'entrée R; la bascule 64 détecte ainsi que la différence de fréquence et de phase entre les signaux d'entrée V et R est plus

grande qu'un cycle et, en réponse, ferme la porte de sortie 68.

Ce fonctionnement est illustré sur les figures 7(1)-7(7). Les signaux d'entrée V et R sont représentés respectivement sur les figures 7(1) et 7(7). Le signal délivré par la sortie Q de la bascule 64 est désigné par "a" sur la figure 7(2), le signal délivré par la sortie Q de la bascule 20 est désigné par "b" sur la figure 7(3), le signal délivré par la sortie de la porte 68 est désigné par "c" et est représenté sur la figure 7(4) et la

figure 7(5) montre le signal de remise à zéro d sur la bascule 20.

Le signal de remise à zéro sur la bascule 64 est désigné par "e"

et est représenté sur la figure 7(6).

Pour simplifier, seul le fonctionnement de la moitié supérieure du montage de la figure 6 sera décrit en détail; le fonctionnement de la moitié inférieure du montage est analogue. Il est supposé que les bascules 20, 22 ont été remises à zéro au départ par le signal de sortie de la porte 24, en 76 dans le signal d sur la figure 7(5), et que les bascules 64, 66 ont également été remises à zéro au départ. Les sorties Q de toutes les quatre bascules sont donc à l'état "1"; seuls les signaux délivrés par les sorties Q des bascules 64, 20 sont représentés sur les figures 7(2) et 7(3) pour simplifier. Le signal de sortie C de la porte 68, ensemble avec l'entrée D de la

bascule 64, est donc au départ à l'état "0". A la première transi-

tion positive du signal d'entrée V, en 72 sur la figure 7(1), le -

signal b délivré par la sortie Q de la bascule 20 passe à l'état "0"J en 74 sur la figure 7(3). Le signal de sortie C de la porte 68 passe à l'état "1", comme indiqué en 75 sur la figure 7(4), et

un "1" est appliqué à l'entrée D de la bascule 64.

Avant qu'il ne se produise une transition positive du signal R de la figure 7(7), une deuxième transition

positive du signal V a lieu, comme indiqué en 77 sur la figure 7(1).

Cette condition indique que la différence de phase/fréquence entre R et V est en dehors de la région active. Le signal b de sortie Q de la bascule 20 reste à l'état "0" et le signal a de la sortie

Q de la bascule 64, en 78 sur la figure 7(2), passe à l'état tot"0".

Le signal de sortie C de la porte 68 est à présent verrouillé ou accroché; le signal de sortie C et le signal U correspondants sont à "1" qil que soit l'état du signal b de la sortie Q de La bascule 20. En d'autres termes, la remise à zéro consécutive de la bascule [voir la région hachurée sur la figure 7(3)] par la porte 24 n'affecte pas l'état du signal C de la porte 68. Donc, tandis oue la bascule 20 produit une onde rectangulaire avec un rapport cyclique variable, qui est intégrée et produit un train de dents de scie, voir figure 4, lorsque la différence de phase/fréquence entre les signaux d'entrée R, V passe par un cycle, le signal de sortie V de l'intégrateur 36 est bloqué o à la valeur de crête de la dent de scie, comme représenté sur

la figure 5.

La porte 68 reste fermée jusqu'à ce que la différence de phase/fréquence entre les signaux R, V retourne à la région active, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'elle soit inférieure à un cycle. Ceci est caractérisé par un signal "0" sur la sortie Q de la bascule 22, correspondant à 79 sur la figure 7(6), ce qui indique que le signal d'entrée R n'est plus en retard par rapport au signal d'entrée V. Le signal "0" produit sur la sortie Q de la bascule 22 est appliqué, par la ligne 80 et avec un filtrage convenable par un filtre passe-bas R, C, à la borne de remise à zéro R de la bascule 64. Celle-ci est ainsi remise à zéro, ce qui ouvre la porte 68 et permet l'application du signal délivré par

la sortie Q de la bascule 20 au circuit de différence 34.

- L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses

modifications, sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour accroître la valeur maximale du signal de sortie moyen dans un comparateur numérique de phase/ fréquence pour comparer la phase et la fréquence d'un signal d'entrée ")avec la phase et la fréquence d'un signal de référence le détecteur étant du type comprenant deux circuits bistables (20,22) sensibles respectivement au signal d'entrée t)et au signal de référence R)pour produire une onde rectangulaire avec un rapport cyclique correspondant à une différence en phase et fréquence

entre les signaux d'entrée et de référence(V, R), le rapport cycli-

que étant répétitif dans chaque cycle de cette différence, ainsi qu'un dispositif (36) pour intégrerun signal de sortie des circuits

bistables afin de fournir une oscillation en dents de scie, carac-

térisé par le verrouillage ou accrochage du signal de sortie des circuits bistables (20,22) à un rapport cyclique maximal lorsque la différence en phase et fréquence est supérieure à un cycle de

cette différence.

2. Circuit numérique comparateur de phase/ fréquence pour détecter des différences en phase et fréquence entre un signal d'entrée et un signal de référence, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un dispositif (20,22) pour recevoir le signal d'entrée ?) et le signal de référence "o, un dispositif (20,22,24) pour produire des ondes rectangulaires avec un rapport cyclique correspondant à une différence en phase et fréquence entre les signaux d'entrée et de référence(V, R, le rapport cyclique étant répititif dans chaque cycle de la différence en phase et fréquence, caractériséence qu'il comprend en aitre un dispositif (64,66,68,70) pour verrouiller ou accrocher ledit rapport cyclique à un rapport cyclique maximal lorsque la différence en phase et fréquence est supérieure à un

cycle de cette différence.

3. Circuit selon la revendication 2, comprenant un dispositif (36) pour intégrer les ondes rectangulaires afin d'obtenir une oscillation en dents de scie dont la pente correspond au rapport cyclique des ondes rectangulaires, un signal de sortie (, C du dispositif de verrouillage (64,66,68,70) étant maintenu constant

à la valeur de crête de la dent de scie.

4. Circuit selon la revendication 2 ou 3,

o le signal de référence D est de fréquence et de phase constantes.

5. Circuit selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 4, o le dispositif pour produire les ondes rectangu-

laires est formé de bascules (20,22).

6. Circuit numérique comparateur de phase/ fréquence pour détecter des différences en phase et fréquence entre un signal d'entrée et un signal de référence, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un dispositif (20,22) pour recevoir le signal d'entrée () et le signal de référence il un dispositif (20,22,24) pour produire des ondes rectangulaires avec un rapport cyclique correspondant à une différence en phase et fréquence entre les signaux d'entrée et de référence (, 1, le rapport cyclique étant répétitif dans chaque cycle de la différence en phase et fréquence, caractérisé en ce que les dispositifs pour recevoir les signaux d'entrée et de référence ",) et pour produire des ondes rectangulaires comprennent deux dispositifs bistables (20,22) dont les entrées reçoivent les signaux d'entrée et de référence T, P et qui sont en outre connectés à une source de tension fixe (+1), une porte logique (24), à des entrées de laquelle sont connectées des sorties(Q) des dispositifs bistables, d'autres entrées (R) des dispositifs bistables étant sensibles à un signal de sortie de ladite porte (24), les dispositifs bistables (20,22) produisant une onde rectangulaire avec un rapport cyclique correspondant à une différence en phase et fréquence entre les signaux d'entrée et de référence(, R, le rapport cyclique étant répétitif dans chaque cycle de cette différence, le circuit comprenant en outre un dispositif (36) pour intégrer les signaux de sortie des dispositifs bistables (20, 22) afin de fournir une oscillation en dents de scie, ainsi qu'un dispositif pour verrouiller ou accrocher l'un à l'autre les signaux de sortie des dispositifs bistables lorsque la différence en phase

et fréquence est supérieure à un cycle de cette différence.

7. Application d'un circuit selon l'une quel-

conque des revendications 2 à 6 à une boucle numérique à verrouil-

lage de phase, o le circuit forme un comparateur de phase (12) sensible a un signal d'entrée O)et un signal de référence(R)pour produire un signal d'erreur comme une fonction d'une différence en phase et fréquence entre les signaux d'entrées et de référence (V, R), la boucle comprenant en outre un dispositif (14) pour filtrer le signal d'erreur et un dispositif oscillateur (16) pour produire en réponse au signal d'erreur filtré un signal de sortie appliqué

au comparateur de phase (12).