FR2637137A1 - Filtre transversal a ondes de surface - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les filtres transversaux comportant un dispositif à ondes à surface 101 muni de prises T1 , TN et des amplificateurs A1 , AN reliés à ces transducteurs. Elle consiste à alimenter ces amplificateurs par le signal d'entrée du filtre et à relier les sorties de ces amplificateurs aux transducteurs. Le signal de sortie du filtre est pris sur un transducteur unique TO qui rassemble les ondes de surface provenant des transducteurs. Elle permet d'améliorer les caractéristiques des filtres transversaux à ondes de surface.

Description

FILTRE TRANSVERSAL A ONDES DE SURFACE
La présente invention se rapporte aux filtres transversaux â ondes de surface qui sont réalisés à l'aide d'une technologie hybride dans laquelle on associe une ligne à retard à ondes de surface comportant des prises à des circuits amplificateurs reliés à ces prises.

Il est connu de réaliser de tels filtres selon un schéma illustré sur la figure 1. Dans une telle réalisation un substrat piézoélectrique 101 supporte à une extrémité un transducteur d'entrée Tg qui, excité par un signal E, émet vers l'autre extrémité du substrat un train d'ondes acoustiques qui correspondent à ce signal. Un ensemble de transducteurs élémentaires T1 à TN, régulièrement répartis sur la surface de ce substrat le long du trajet de l'onde acoustique, génère un ensemble de signaux électriques en réponse à l'excitation provoquée par tonde acoustique.Ces signaux électriques sont identiques entre eux, à un retard près dû à la position du transducteur sur la surface du substrat et à la durée du trajet des ondes acoustiques sur celui-ci, et compte tenu d'une légère atténuation que l'on peut compenser avec les amplificateurs décrits ci-dessous.

Les signaux provenant des connections de sortie de ces transducteurs, couramment appelés prises, sont appliqués à un ensemble d'amplificateurs A1 à AN, qui sont de préférence regroupés à l'intérieur d'un circuit intégré à plus ou moins grande intégration 102. Les gains, tant en amplitude qu en phase, de ces amplificateurs sont réglables, et l'ensemble des signaux S1 à SN en sortie des amplificateurs est regroupé dans un sommateur, non représenté sur la figure mais qui fait partie de préférence du circuit 102, qui délivre le signal de sortie du filtre.

Si r(t) est la réponse à une impulsion de Dfrac appliquée au transducteur d'entrée, la réponse impulsionnelle de ce filtre est donnée par, g1 à gN étant les gains des amplificateurs:

Un tel filtre permet par exemple d'obtenir un filtre adapté au signal d'entrée E(t) en programmant une réponse impulsionnelle telle que R(t) = E(-t). Dans ces conditions le rapport puissance de signal/puissance de bruit en sortie du filtre est maximal.

Les gains g n des amplificateurs A sont contrôlés par les signaux issus d'un registre tampon 103. Chaque cellule de ce registre est chargée en parallèle à partir des cellules d'un registre à décalage 104. Une fois le chargement réalisé le registre tampon est isolé du registre à décalage, ce qui permet d'utiliser le filtre dans la configuration qui vient de lui être fixée et de remplir le registre à décalage d'entrée par un nouveau jeu de valeurs des gains adapté à une autre utilisation.

Le remplissage de ce registre 102 est effectué en série à l'aide d'un signal appliqué sur une entrée de commande C. Dans le cas particulier où le signal de commande représente un code de phase, seuls les signes des gains des amplificateurs sont programmables (+ 1) et le registre 103 et le registre 104 comprennent alors 1 bit par amplificateur.

Un filtre de ce type présente deux inconvénients principaux:
- La dynamique utilisable (rapport puissance du
signal/puissance de bruit) est limitée, d'une part
parce que toute la puissance du signal est appliquée
sur le seul transducteur entrée, lequel ne peut
supporter plus d'une certaine puissance, et d'autre
part parce que la puissance de bruit correspondant à
chaque prise est multipliée par le nombre de prises.

- Les impédances d'entrée des amplificateurs sont
typiquement de l'ordre de 1 à 10 kohms, ce qui d'une
part correspond à une résistance de bruit
relativement importante et d'autre part perturbe la
propagation des ondes acoustiques et augmente le taux
de diaphonie. Il n'est guère possible d'abaisser ces
impédances nettement en-dessous de ces valeurs parce
qu'alors on diminue le signal utile et on dégrade la
dynamique.

Pour pallier ces inconvénients l'invention propose un filtre transversal comportant un dispositif à ondes de surface semblable à celui de l'art antérieur, mais dans lequel le signal d'entrée est appliqué sur les prises de ce dispositif à l'aide d'amplificateurs à gain variable et le signal de sortie est pris sur le transducteur utilisé précédemment comme émetteur.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite en regard des figures annexées qui représentent
- la figure 1 le schéma d'un filtre selon l'art antérieur
- la figure 2 : le schéma d'un filtre selon l'invention;
- la figure 3 : le schéma donnant l'impédance équivalente d'une prise d'entrée du schéma de la figure 2.

Dans le filtre selon l'invention représenté sur la figure 2, le signal d'entrée E est appliqué sur les entrées d'un ensemble d'amplificateurs A1 à AN dont le gain est programmé par l'intermédiaire de deux registres 203 et 204 comme dans la figure 1. Ces amplificateurs et ces registres sont de préférence réalisés sur un seul circuit intégré 202. Un dispositif à ondes de surface 201 qui est physiquement tout à fait semblable au dispositif 101 de la figure 1 comporte un ensemble de prises T1 à TN régulièrement espacées sur la surface du substrat de ce dispositif, et un transducteur To placé à l'une des extrémités de ce substrat.

Les sorties des amplificateurs A1 à A n sont appliquées aux transducteurs T1 à T N et ceux-ci émettent sur la surface du substrat des ondes acoustiques qui se propagent dans un sens vers l'extrémité libre du substrat, où elles sont absorbées par des moyens adéquats connus, et dans l'autre sens vers le transducteur Tg qui les reçoit avec des retards proportionnels à l'éloignement de ce transducteur de sortie des transducteurs d'entrée T1 à TN.

On constate donc que le système fonctionne de manière inverse de celui de la figure 1 mais que le résultat final quant à la réponse impulsionnelle de l'ensemble est le même.

Un premier avantage de ce dispositif consiste dans la suppression de l'amplificateur-sommateur qui était nécessaire dans l'art antérieur pour réunir les sorties des circuits amplificateurs. Selon l'invention la fonction de cet amplificateur-sommateur est effectuée par le transducteur récepteur
T0, qui effectue lui-même la sommation des différentes ondes acoustiques. Tout au plus on utilise un amplificateur simple 205 qui permet de remonter le niveau du signal en sortie de Tg sans nécessiter un jeu de connections d'entrées qui est toujours difficile à réaliser et présente une source d'effets parasites.

Un autre avantage consiste en une meilleure immunité vis-à-vis de la diaphonie, parce que l'impédance électrique ramenée sur chaque prise par l'amplificateur correspondant est plus faible que dans l'art antérieur. En se reportant à la figure 3 on peut écrire, puisque d est très inférieur à
Yp : Yd x 1d IN+1. La diminution du courant 1d
Yp de diaphonie passe par une augmentation de
Yp=Yprise+Yampli, qui correspond à une diminution de Zampli.

D'autre part les amplificateurs sont reliés aux transducteurs par leur sortie qui peut être, comme c'est l'habitude sur les amplificateurs, à basse impédance. De ce fait les transducteurs provoquent moins de perturbations dans la propagation des ondes acoustiques, parce que le coefficient de réflexion sur ces transducteurs est moins élevé que dans le cas où ils sont reliés à un circuit à haute impédance.

Par ailleurs la dynamique utilisable augmente plus avec le nombre de transducteurs que dans l'art antérieur. En
PS effet cette dynamique est donnée par 10 log (PB) où Ps est la puissance de signal recueillie et P3 la puissance de bruit parasite. Dans les deux cas PS varie comme le carré du nombre N de transducteurs, mais dans l'invention est constant puisqu'il n'y a que le bruit d'un seul récepteur alors que dans l'art antérieur P3 varie comme N puisque l'on cumule le bruit de N récepteur.

La puissance d'entrée appliquée sur le transducteurémetteur unique de l'art antérieur et celle appliquée sur les transducteurs dans l'invention sont déterminées pour correspondre à la puissance maximum compatible avec une bonne linéarité. c'est-à-dire pour obtenir une distorsion négligeable du signal maximum de sortie, lequel correspond au pic de corrélation lorsque les deux codes coincident quand le filtre est adapté. Bien entendu la puissance d'entrée appliquée au transducteur unique de l'art antérieur est plus importante que la puissance appliquée à chacune des N prises de l'invention et dans ces conditions lorsque ce nombre N est faible, la dynamique est plus faible dans l'invention que dans l'art antérieur.Par contre, puisque 18 croissance en fonction de N de la dynamique est supérieure dans l'invention, il arrive un moment où cette dynamique dépasse celle de l'art antérieur. On a déterminé que ce dépassement se produit lorsque N atteint une valeur sensiblement égale à 100. Cette valeur étant couramment dépassée pour les filtres les plus usuels, on voit que l'invention est intéressante au point de vue de la dynamique dans la plupart des cas.

Enfin on gagne sur la reproductibilité des gains des amplificateurs. En effet dans l'art antérieur les amplificateurs programmables travaillent sur des signaux faibles obtenus en sortie des prises, ce qui nécessite une amplification importante afin de limiter l'effet des sources de bruit situées en aval dans la chaîne de traitement. Dans l'invention les amplificateurs travaillent sur des signaux . forts et sont essentiellement utilisés pour obtenir les coefficients nécessaires en fonction de la programmation du filtre. Si le signal d'entrée est suffisamment fort, ce gain peut même éventuellement, pour des poids faibles, être inférieur à I'unité. Comme on le sait la stabilité et la précision du gain d'un amplificateur est beaucoup plus facile à obtenir pour un gain faible que pour un gain important et on obtient donc une meilleure reproductibilité.

Bien que l'invention ait été décrite par référence à une ligne à retard à ondes acoustiques, on peut utiliser tout dispositif fonctionnant avec des ondes autres qu'une onde acoustique de surface, par exemple des ondes magnéto-électriques.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Filtre transversal comprenant un dispositif à ondes de surface (101) formant une ligne à retard munie d'un ensemble de transducteurs (T1 - TN) et un ensemble d'amplificateurs (A1 - AN) connectés à ces transducteurs, le gain de ces amplificateurs déterminant les caractéristiques du filtre, caractérisé en ce que les sorties des amplificateurs (A1 - AN) sont rellées aux transducteurs pour alimenter ceux-ci par les signaux d'entrées et que le dispositif à ondes de surface (101) comprend un transducteur de sortie (Tg) destine à recevoir les ondes de surface émises par les transducteurs alimentés par les amplificateurs.

2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gain des amplificateurs (A1 - AN) est réglable, de manière à pouvoir modifier les caractéristiques du filtre.

3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (103, 104) pour commander la phase et/ou l'amplitude des gains des amplificateurs (A1 - AN) selon la caractéristique désirée pour le filtre.

4. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les entrées des amplificateurs (A1 - AN) sont réunies ensemble pour recevoir un seul signal d'entrée du filtre.

5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un seul transducteur de sortie (To)

6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les amplificateurs (A1 - AN) sont réunis sur un circuit intégré (102).

7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les amplificateurs (A1 - AN) et les moyens de programmation (103, 104) du gain de ceux-ci sont réunis sur un circuit intégré (102).

8. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la ligne à retard (101) est une ligne à retard à ondes de surface.