FR2596932A1

FR2596932A1 - Procede de compensation en temperature d'un generateur de frequence et generateur de frequence pour la mise en oeuvre dudit procede

Info

Publication number: FR2596932A1
Application number: FR8604856A
Authority: FR
Inventors: Patrice Canzian
Original assignee: CEPE
Current assignee: CEPE
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1987-10-09

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN GENERATEUR DE FREQUENCE COMPENSE EN TEMPERATURE COMPORTANT UN OSCILLATEUR DE REFERENCE 1 A RESONATEUR PIEZOELECTRIQUE, DES MOYENS DE MESURE 2 DE LA TEMPERATURE DE L'OSCILLATEUR ET UN CIRCUIT DE COMMANDE 3, 4, 5 COUPLE AUX MOYENS DE MESURE POUR GENERER UN SIGNAL DE CORRECTION. LE CIRCUIT DE COMMANDE COMPORTE UNE MEMOIRE 4 DANS LAQUELLE ONT ETE ENREGISTRES DES NOMBRES PREDETERMINES FONCTION DE LA TEMPERATURE, DES MOYENS 3 POUR TRANSFORMER LE SIGNAL ISSU DES MOYENS DE MESURE DE LA TEMPERATURE DE L'OSCILLATEUR DE REFERENCE EN UN SIGNAL D'ADRESSAGE MEMOIRE ET DES MOYENS DE CALCUL 5 DE L'ECART DE FREQUENCE GENERE A PARTIR DU NOMBRE PREDETERMINE ISSU DE LA MEMOIRE, LE GENERATEUR COMPORTANT DE PLUS UN MOYEN 6 POUR SOUSTRAIRE OU AJOUTER L'ECART DE FREQUENCE A LA FREQUENCE DE SORTIE DE L'OSCILLATEUR DE REFERENCE.

Description

PROCEDE DE COMPENSATION EN TEMPERATURE
D'UN GENERATEUR DE FREQUENCE ET GENERATEUR DE FREQUENCE
POUR LA MISE EN OEUVRE DUDIT PROCEDE.

La présente invention concerne un procédé de compensation en
température d'un générateur de fréquence du type comportant un
oscillateur de référence à résonateur piézoélectrique ainsi qu'un
générateur de fréquence mettant en oeuvre ledit procédé de
compensation.

On sait que la fréquence d'oscillation d'un résonateur
piézoélectrique tel qu'un quartz est une fonction dépendant de la
température. En conséquence, la fréquence à laquelle oscille un
oscillateur dont la fréquence d'oscillation provient d'un résonateur
piézoélectrique, dépend de la température du résonateur
piézoélectrique. Aussi, pour obtenir une fréquence d'oscillatlcn
stable sur une gamme de température importante, il est nécessaire
de compenser la dérive de fréquence due à la température qul
dépend des propriétés dudit résonateur piézoélectrique.

I1 existe différents moyens pour compenser en température rzna
générateur de fréquence du type comportant un oscsllateur de
référence à résonateur piézoélectrique tel qu'un quartz.

Ainsi, on a déjà proposé dans la demande de brevet français
nO 83 11257 du 6 juillet 1983 déposée au nom de Thomson-CSF et le
la Compagnie d'Electronique et de Piézo-E-lectricité C.E.P. E. un
générateur de fréquence compensé en température.Ce générateur
comprend un oscillateur pilote à résonateur piézoélectrique pour
fournir un signal de sortie en fréquence stable, un oscillateur
capteur de température constitué par un oscillateur à résonateur
piézoélectrique dont la dérive en température est monotone et très
supérieure à celle de l'oscillateur pilote dans la bande des
températures de fonctionnement de l'oscillateur pilote, un circuit de
commande couplé à l'oscillateur capteur de température et
comportant une mémoire dans laquelle ont été enregistrées des
données permettant de commander des moyens de réglage en fonction du résultat de la mesure de température et un circuit d'adressage de la mémoire transformant le signal issu de l'oscillateur capteur en une adresse de la mémoire.Les moyens de réglage sont constitués soit par un circuit de commutation commandé par le circuit de commande et une batterie de condensateurs reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur pilote et dont les condensateurs sont connectés par le circuit de commutation, soit une diode à capacité variable reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur pilote et un convertisseur numérique analogique pour coupler la mémoire à la diode.

Les moyens de réglage actuellement utilisés permettent de modifier la fréquence de sortie de l'oscillateur pilote. L'un des inconvénients de ce générateur de fréquence compensé en température est que les composants utilisés dans les moyens de réglage sont des composants discrets difficilement intégrables. il en résulte que le circuit du générateur de fréquence est un circuit de dimensions relativement importantes, consommant de l'énergie et demandant un certain nombre de réglages.

La présente invention a donc pour but de proposer un nouveau procédé de compensation en température d'un générateur de fréquence du type comportant un oscillateur de référencera résonateur piézoélectrique, utilisant une nouvelle technique qui permet de réaliser un générateur de fréquence entièrement intégrable.

Le générateur de fréquence ainsi obtenu ne comporte que des circuits numériques. I1 est donc facilement intégrable sous forme d'une seule puce. On obtient donc un circuit de faibles dimensions consommant peu d'énergie et ne nécessitant pour ainsi dire aucun réglage.

La présente invention a donc pour objet un procédé de compensation en température d'un générateur de fréquence fo du type comportant un oscillateur de référence à résonateur piézoélectrique délivrant une fréquence fo + t 5, des moyens de mesure de la température de l'oscillateur de référence et un circuit de commande couplé aux moyens de mesure générant un signal de correction fonction de la température, caractérisé en ce que lton détermine, à l'aide des moyens de mesure et du circuit de commande, l'écart de fréquence Ventre la fréquence de sortie du générateur et la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence dû à la température et l'on ajoute ou soustrait ledit écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence pour obtenir en sortie une fréquence stable en fonction de la température.

Selon un mode de réalisation préférentiel, L'écart de fréquence
est obtenu en divisant la fréquence de sortie du générateur par un nombre prédéterminé fonction de la température, ce nombre étant sélectionné par le signal issu des moyens de mesure de la température. Ainsi, avec le procédé de la présente invention, au lieu de compenser directement la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence en lui ajoutant des capacités de valeur variable ou a tension d'une diode varicap, on calcule indépendamment la valeur de la correction et l'on ajoute ou l'on soustrait cette valeur à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence.

La présente invention a aussi pour objet un générateur de fréquence mettant en oeuvre le procédé de compensation en température décrit ci-dessus. Ce générateur du type cornportant un oscillateur de référence à résonateur piézoélectrique, des moyens de mesure de la température de l'oscillateur et un circuit de commande couplé aux moyens de mesure pour générer un signal de correction est caractérisé en ce que le circuit de commande comporte une mémoire dans laquelle ont été enregistrés des nombres prédéterminés fonction de la température, des moyens pour transformer le signal issu des moyens de mesure de la température de l'oscillateur de référence en un signal d'adressage mémoire et des moyens de calcul de l'écart de fréquence programmable par le nombre prédéterminé issu de la mémoire, le générateur comportant de plus un moyen pour soustraire ou ajouter l'écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence.

Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens de calcul sont constitués par un diviseur programmable dont le numérateur est constitué par la fréquence de sortie du générateur et le dénominateur par un nombre prédéterminé issu de la mémoire. Ce diviseur programmable est par exemple constitué par un compteur programmable.

D'autre part, le moyen pour ajouter l'écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence peut être constitué par un Ou exclusif ou un mélangeur, ou le moyen pour soustraire l'écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence peut être constitué par une bascule D ou un mélangeur.

En ce qui concerne les autres dispositifs utilisés dans le générateur de fréquence compensé en température, ils peuvent être identiques aux dispositifs similaires décrits dans la demande de brevet français nO 83 11257.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description d'un mode de réalisation préférentiel faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:
- la figure I représente un générateur de fréquence conforme à la présente invention,
- la figure 2 représente deux courbes donnant la variation de fréquences en fonction de la température pour les oscillateurs de référence et capteur représentés à la figure 1, les courbes étant dessinées avec des échelles différentes en ordonnée,
- la figure 3 est une vue détaillée de la logique d'adressage représentée à la figure 1,
- la figure 4 est une vue détaillée du diviseur programmable représenté sur la figure 1.

Sur les figures, les mêmes éléments portent les mêmes références.

Le générateur de fréquence conforme à la présente invention représenté sur la figure 1 comporte un oscillateur de référence 1 à résonateur piézoélectrique présentant une bonne stabilité en fréquence. Cet oscillateur de référence I est formé, par exemple, d'un circuit oscillateur associé à un quartz de coupe AT donnant une fréquence de référence fo - égale, par exemple, à 4,999 MHz de manière à obtenir en sortie une fréquence fg de 5 MHz comme cela sera expliqué de manière plus détaillée ci-après.

Pour stabiliser en température la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence 1, on utilise de manière connue un oscillateur capteur thermique 2 constitué par un oscillateur à résonateur piézoélectrique dont le résonateur piézoélectrique est couplé thermiquement, comme symbolisé par la liaison TH, au résonateur piézoélectrique de l'oscillateur de référence.

L'oscillateur 2 n'est pas compensé en température et est choisi de façon à présenter une dérive en température très supérieure à celle de l'oscillateur pilote. En fait, le type de résonateur de l'oscillateur capteur 2 est choisi pour avoir une dérive de fréquence linéaire en température de telle sorte qu'à une fréquence fl donnée ne corresponde qu'une seule valeur de terr.pérature. A titre d'exemple l'oscillateur capteur 2 est formé d'un circuit oscillateur associé à résonateur de coupe Y pour donner une fréquence fl de 5 MHz.

Comme représenté sur la figure 2, la dérive de l'oscillateur 1 est de + 1.10-5 entre - 40 et + 35 C et suit la courbe A tandis que la dérive de l'oscillateur capteur 2 est de + 8.10-5 par degré Celsl, soit 1.10-2 de - 40 à + 85 C et est représentée par la courbe B,
Dans le mode de réalisation représenté, la dérive de l'oscillateur capteur 2 est 500 fois plus grande que celle de l'oscillateur de référence I.

Ainsi, I'oscillateur capteur est en général choisi de telle sorte que, dans la bande des températures de foslc-tionnernentr la dérive Da l'oscillateur de référence non compensé en température scit ~-sib1e devant celle de l'oscillateur capteur.

Comme représenté sur la figure 1, la fréquence de sortie 1 de l'oscillateur capteur 2 est envoyée sur une logique d'adressage 3 qui reçoit aussi la fréquence de sortie fo du générateur de fréquence.

Cette logique d'adressage peut être identique à la logique d'adressage décrite dans la demande de brevet français n 83 11257 car cette logique est facilement intégrable sous forme d'une seule puce. Comme représenté sur la figure 3, cette logique d'adressage 3 comporte un mélangeur 30 qui reçoit la fréquence fl issue de l'oscillateur capteur 2 et la fréquence fg issue du générateur de fréquence et ce mélangeur de fréquence fournit sur sa sortie un signal de fréquence f2 = fo - fî
Un fréquencemètre numérique 31 mesure la fréquence du signal f2. Pour cela, il reçoit sur son entrée de mesure le signal du mélangeur 30 et comme signal donnant une fréquence de référence le signal f3 issu d'un diviseur de fréquence 32 de rapport n = 5.106 dont le signal d'entrée est le signal fg délivré par le générateur de fréquence. Le signal de fréquence f3 est donc formé d'impulsions de 0,2 microseconde dont la fréquence de répétition est de 1 Hz.

La logique d'adressage 3 pourrait être réalisée uniquement à l'aide du fréquencemètre 31. Toutefois, le mélangeur 30 permet d'employer comme fréquencemètre 31 un circuit pour la mesure d'une fréquence de l'ordre de 50 KHz qui consomme donc nettement moins qu'un fréquencemètre travaillant à une fréquence de l'ordre de 5 MHz. D'autre part, le mélangeur délivre au fréquencemètre un signal dont la variation relative est nettement supérieure à celle du signal de l'oscillateur capteur 2.

Comme représenté sur la figure 1, les m sorties de la logique d'adressage 3 sont connectées aux m entrées d'adressage d'une mémoire programmable 4 qui peut être par exemple une mémoire de type EPROM. Dans le mode de réalisation représenté, la mémoire a été choisie pour délivrer des mots de 8 bits sur ses n = 8 sorties.

Comme représenté sur la figure 1, les n = 8 sorties de la mémoire programmable 4 sont connectées, conformément à la présente invention, à un diviseur programmable 5 auquel elles fournissent un mot de 8 bits utilisé comme dénominateur. Ce mot de 8 bits est fonction de la température détectée par l'oscillateur capteur conformément à la présente invention et a été enregistré au préalable en simulant les variations de fréquence dues à la température, comme cela sera expliqué ci-après. Par ailleurs, le numérateur du diviseur programmable 5 est constitué par la fréquence de sortie fo du générateur de fréquence. On obtient donc en sortie un signal représentant l'écart de fréquence entre la fréquence de sortie du générateur et la fréquence de l'oscillateur de référence 1, cet écart de fréquence étant dû à la température.Le signal ainsi que le signal fo - issu de l'oscillateur de référence
I sont appliqués sur un dispositif 6 qui permet de les additionner. A titre d'exemple, ce dispositif est constitué par un Ou exclusif.

Selon un autre mode de réalisation de la présente invention,
I'oscillateur de référence 1 pourrait délivrer en sortie une fréquence de référence égale à fg + 6 ; dans ce cas, le dispositif 6 permettrait de soustraire l'écart de fréquence au signal de sortie fo + et ce dispositif 6 pourrait être constitué, par exemple, par une bascule
D.

On décrira maintenant avec référence à la figure 4, un mode de réalisation du diviseur programmable 5. Ainsi, le diviseur programmable 5 peut être constitué d'un registre 50 dans lequel a été enregistré un mot fixe de p bits auquel on ajoute dans un additionneur binaire 51 le contenu de la mémoire 4. Les sorties de l'additionneur binaire 51 sont envoyées sur un compteur programmable 52 qui reçoit comme signal de référence la fréquence fo et qui délivre en sortie le signal î d'écart de fréquence.

Pour mieux comprendre la présente invention, on donnera ci après un exemple de réalisation d'un générateur de fréquence 5 MHz compensé en température par addition d'une fréquence.

Exemple de réalisation.

Oscillateur de référence : la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence a été choisie de manière à avoir un écart par rapport à la fréquence de sortie du générateur toujours du meme signe.

Ainsi, 1r = fo - = 5 MHz - 1 KHz.

Soit Afr = t ( 40 + 85) = 100 Hz la variation de fréquence due à la température, on obtient donc: frmax = 5 MHz - I KHz = 4,999 MHz frmin = 5 MHz - 1100 Hz = 4,9989 MHz
Ce qui donne donc un écart de fréquence fonction de la température: min = 1000 Hz max = 1100 Hz.

Pour obtenir t à partir de la fréquence de sortie du générateur compensé en température, à savoir fo = 5 MHz par division de fréquence, on a:
5MHz #=
N
Ce qui donne donc:
5 MHz 5 MHz
N min =
6 max 1100 Hz = environ 4545
5 MHz 5 MHz
N max = = = 5000
min 1000 Hz
On a donc une variation E N = 455.

Si on utilise une mémoire EPROM 4 de 8 bits, on peut obtenir des variations de h N comprises entre 0 < a N < 510 par pas de deux.

Dans ce cas, un pas au niveau de ia mémoire, à savoir le changement du bit de poids faible des données enregistrées dans la mémoire, représente une variation a N = 2 c'est-à-dire une variation de l'écart de fréquence At peu différent de 0,4 Hz.

En conséquence, il sera possible d'obtenir une fréquence de sortie du générateur de fréquence fo à ± 0,4 Hz.

En réalisant le diviseur programmable 5 selon le mode de réalisation de la figure 4, on rentrera dans le registre 50 une valeur fixe égale à 4500 et la mémoire de 8 bits variera entre 0 et 510 par pas de deux. On aura donc un compteur programmable de rang N avec N min = 4500 + 0 = 4500
N max = 4500 + 510 = 5010.

N évolue donc de N min à N max par pas de deux et couvre bien la gamme demandée plus haut.

La programmation de la mémoire EPROM 4 est réalisée de manière connue en plaçant les oscillateurs à l'intérieur d'une chambre thermostatée, en augmentant la température de cette chambre en continu à une vitesse prédéterminée et en utilisant un fréquencemètre mesurant l'oscillateur de référence Fr et un calculateur qui simule le fonctionnement de la mémoire. Ainsi sont déterminés les mots numériques qui doivent être entrés, à savoir les différentes valeurs de N qui doivent être entrées dans la mémoire
EPROM 4.

I1 est évident pour l'homme de l'art que le mode de réalisation décrit ci-dessus a été donné uniquement à titre d'exemple et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de compensation en température d'un générateur de fréquence fo du type comportant un oscillateur de référence à résonateur piézoélectrique délivrant une fréquence fg -+ , des moyens de mesure de la température de l'oscillateur de référence et un circuit de commande couplé aux moyens de mesure générant un signal de correction fonction de la température, caractérisé en ce que l'on détermine, à l'aide des moyens de mesure et du circuit de commande, L'écart de fréquence t entre la fréquence de sortie du générateur et la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence dû à la température et que l'on ajoute ou soustrait ledit écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence pour obtenir en sortie une fréquence stable en fonction de la température.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart de fréquence e est obtenu en divisant la fréquence de sortie du générateur par un nombre prédéterminé fonction de la température, ce nombre étant sélectionné par le signal issu des moyens de mesure de la température.

3. Un générateur de fréquence pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, comportant un oscillateur de référence (1) à résonateur piézoélectrique, des moyens de mesure (2) de la température de l'oscillateur et un circuit de commande (3, 4, 5) couplé aux moyens de mesure pour générer un signal de correction, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte une mémoire (4) dans laquelle ont été enregistrés des nombres prédéterminés fonction de la température, des moyens (3) pour transformer le signal issu des moyens de mesure de la température de l'oscillateur de référence en un signal d'adressage mémoire et des moyens de calcul (5) de l'écart de fréquence généré à partir du nombre prédéterminé issu de la mémoire, le générateur comportant de plus un moyen (6) pour soustraire ou ajouter l'écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence.

4. Un générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de calcul (5) sont constitués par un diviseur programmable dont le numérateur est donné par la fréquence de sortie du générateur et le dénominateur par un nombre prédéterminé issu de la mémoire.

5. Un générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diviseur programmable est constitué par un compteur programmable (52).

6. Un générateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le moyen pour ajouter l'écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence est constitué par un Ou exclusif ou un mélangeur.

7. Un générateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le moyen pour soustraire l'écart de fréquence à la fréquence de sortie de l'oscillateur de référence est constitué par une bascule D ou un mélangeur.

8. Un générateur selon l'une quelconque des rezendications 3 à 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la température de l'oscillateur de référence sont constitués par url oscillateur (2) à résonateur piézoélectrique dont la dérive en température est monotone et supérieure à celle de l'oscillateur de référence dans la bande des températures de fonctionnement dudit oscillateur.

9. Un générateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les rnoyens pour transformer le signal issu des moyens de mesure de température en un signal d'adressage mémoire sont constitués par un fréquencemètre (31) dont la fréquence de référence est fournie par la fréquence de sortie fo du générateur et dont l'entrée de mesure est couplée à la sortie des moyens (2) de mesure de température.

10. Un générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour transformer le signal issu des moyens de mesure de température en un signal d'adressage mémoire comportent de plus un mélangeur (30) ayant deux entrées respectivement courléts à la sortie dudit générateur et aux moyens (2) de mesure dit e la température et une sortie couplée au fréquencemètre (31).