FR2723275A1 - Dispositif de generation de frequence(s) - Google Patents

Abstract

Dispositif de génération de fréquence(s) comportant : - un synthétiseur (1) de fréquences, de type numérique, - une unité de commande (4) qui transmet audit synthétiseur (1) des mots de commande binaires qui commandent la fréquence du signal émis par ledit synthétiseur (1), - un oscillateur (5) fournissant au synthétiseur (1) un signal horloge de référence, - un capteur (8) de température qui est couplé thermiquement audit oscillateur (5) et qui permet de tenir compte de la dérive thermique de l'oscillateur (5),caractérisé en ce que le capteur (8) de température est relié à l'unité de commande (4) qui reçoit dudit capteur (8) un signal numérique représentatif de la température mesurée et en ce que ladite unité de commande (4) comporte des moyens de traitement qui corrigent le mot de commande émis par ladite unité en fonction de ce signal.

Description

La présente invention est relative aux dispositifs de génération de fréquence(s).

Le dispositif proposé trouve en particulier avantageusement application dans le domaine de la radiocommunication, où il permet une simplification importante de la fonction de génération de fréquences dans les équipements.

Un très grand nombre d'équipements de radiocommunication doivent utiliser des fréquences ayant des stabilités meilleures que quelques 10-6 dans leur gamme de températures d'emploi. C'est le cas notamment des équipements d'abonnés mobiles, portables ou portatifs, des systèmes de radiotéléphonie numérique des générations présentes et futures.

De plus, la précision des signaux de fréquences ou de temps utilisés dans ces systèmes doit être augmentée simultanément à l'augmentation des fréquences et aussi des débits.

Les dispositifs de génération de fréquences sont classiquement constitués d'un synthétiseur de fréquences associé à un oscillateur de référence, de très hautes performances, compensé en température
Les synthétiseurs de fréquences qui, à partir d'un signal de référence généralement issu d'une source à fréquence très stable, élaborent des signaux de fréquences différentes, sont utilisés depuis longtemps dans un grand nombre de matériels lorsque le nombre (ou la valeur) des fréquences à générer fait qu'il est plus intéressant d'utiliser de tels circuits que d'employer une ou plusieurs sources de fréquences fixes. Parmi les critères de ce choix, figurent aussi les performances de stabilité ou plus généralement de qualité spectrale, le coût et la simplicité d'implémentation, la vitesse de changement de la fréquence du signal, etc.).

La majorité des synthétiseurs actuels comprennent des oscillateurs commandés en tension et des boucles d'asservissement en phase. Ces synthétiseurs sont soit d'une résolution limitée, soit d'une grande complexité. En outre, du fait de la sensibilité de la partie analogique aux perturbations apportées par les moyens de traitement numérique, ces synthétiseurs se prêtent mal à une intégration.

On connaît également des synthétiseurs de fréquences de type numérique direct. Le principe de circuits permettant la synthèse numérique directe (SND) de signaux de fréquences différentes est connu depuis longtemps, mais ce n'est que depuis peu de temps que l'apparition de circuits intégrés réalisant cette fonction, pour des fréquences suffisamment élevées (actuellement plus de 300 MHz pour des circuits silicium, près de 1 GHz pour un circuit utilisant GaAs), permet le décollage de leur utilisation.

Le principe mis en jeu permet d'obtenir une dégradation pratiquement nulle (ou même une amélioration si la fréquence générée est notablement plus basse que la référence) de la stabilité de la référence (bruit de phase), mais la nature échantillonnée du signal généré demande un filtrage du signal obtenu. Les possibilités apportées par ces circuits sont notablement supérieures à celles des autres types de synthétiseurs (commande numérique, résolution en fréquence, vitesse de changement de fréquence, possibilité de modulation numérique de la phase, de l'amplitude, etc.). Ces possibilités sont particulièrement adaptées aux applications existant dans le domaine des radiocommunications numériques. Les résolutions de fréquences (fractions de la fréquence d'horloge) permises par ces circuits sont extrêmement élevées.

Pour plus de détails sur la technologie SND, on pourra avantageusement se référer à l'article
IEEE ; Solid State Circuits ; Vol. 24 - nO 3 p. 640-645 - 1989 ainsi qu'aux documentations 1992-1993 des fabricants de
SND : Stanford Telecom - Motorola - Analog Devices.

La référence de fréquence d'un synthétiseur doit le plus souvent posséder une stabilité relative de fréquences un peu supérieure à celle recherchée du fait de la dégradation qui peut être apportée par ces circuits.

Des oscillateurs à cristaux de différents types sont le plus fréquemment utilisés pour cette fonction.

Une classe d'oscillateurs particulièrement stable est celle des oscillateurs à quartz compensés en température (également désignés selon leur abréviation anglo-saxonne, par TCxO). Leurs stabilités s'échelonnent entre celles obtenues à partir d'oscillateurs à quartz simples, dont la stabilité de fréquences en fonction de la température est principalement déterminée par celle de la fréquence de résonance du quartz (typiquement de l'ordre de 10 à 30 ppm dans un intervalle de température de 80 à 1000C centré autour de l'ambiante) et celles des oscillateurs thermostatés qui peuvent conduire à des dérives thermiques extrêmement réduites (typiquement de l'ordre de moins de 1.10-1 OC-1 dans des gammes de températures similaires).

L'intérêt majeur des TCXO résulte du fait qu'ils possèdent un temps de stabilisation (de fréquence) extrêmement réduit (typiquement quelques secondes) et sont, de ce fait, particulièrement bien adaptés à des utilisations nécessitant une fréquence précise pratiquement dès la mise sous tension du matériel. De grandes quantités de tels oscillateurs sont utilisées dans les matériels de radiocommunication et dans les appareils de mesure (générateurs, fréquencemètres, etc.).

La variation relative en fonction de la température des fréquences de résonance des résonateurs à quartz de coupe AT ou SC (actuellement les plus utilisés dans les TCXO) est naturellement faible et est assez bien représentée par une loi cubique.

La compensation de cette dérive thermique est actuellement réalisée au moyen de boucles d'asservissement qui sont de types analogiques ou numériques, qui réalisent une correction sur la valeur d'un élément déterminant la fréquence dans l'oscillateur. Cette correction est élaborée à partir de la mesure d'une grandeur qui varie avec la température (résistance d'une thermistance, fréquence de résonance d'un cristal, etc.). En particulier, pour obtenir une grande précision dans la mesure de la température, on mesure généralement la fréquence de résonance d'un second quartz de coupe cristalline choisi pour présenter un fort coefficient de température.

Les techniques de compensation analogique ne permettent cependant pas des stabilités d'un ordre de grandeur supérieur à 10-6. De meilleures stabilités sont obtenues avec des oscillateurs à quartz compensés numériquement, pour lesquels la correction de l'effet thermique est déterminée soit par un traitement réalisé par un microprocesseur, soit par une lecture de données de correspondance préalablement mémorisées.

La présente invention propose quant à elle un dispositif de génération de fréquences qui, d'une part, est d'une structure simplifiée par rapport à celle des dispositifs de génération de fréquences classiques, et qui, d'autre part, permet d'obtenir une stabilisation des fréquences synthétisées de l'ordre de ou supérieure à celle qui serait obtenue, en associant le même synthétiseur à un oscillateur stabilisé en température (TCXO) ayant les plus grandes performances.

En particulier, avec la structure proposée par l'invention, l'oscillateur de référence du générateur peut être un simple oscillateur à quartz non compensé. Ceci correspond à un gain en matériel important : les oscillateurs stabilisés représentent en effet une fraction non négligeable du coût des générateurs de fréquences de l'art antérieur.

Avec les résonateurs à quartz actuels, le dispositif proposé par l'invention permet d'obtenir, sur des longues durées (c'est-à-dire des durées très supérieures à 1 an), des stabilités de fréquences situées dans une gamme allant de quelques 10-6 à quelques 10-8 voire supérieures en fonction du choix des composants.

On notera en outre que le dispositif proposé présente toutes les qualités associées aux circuits synthétiseurs numériques (précision de fréquences, par de dégradation du bruit de phase, possibilité de saut de fréquence, possibilités de modulations diverses, etc.).

Plus précisément, l'invention propose un dispositif de génération de fréquence(s) comportant - un synthétiseur de fréquences, de type numérique, - une unité de commande qui transmet audit synthétiseur
des mots de commande binaires qui commandent la
fréquence du signal émis par ledit synthétiseur, - un oscillateur fournissant au synthétiseur un signal
horloge de référence, - un capteur de température qui est couplé thermiquement
audit oscillateur et qui permet de tenir compte de la
dérive thermique de l'oscillateur, caractérisé en ce que le capteur de température est relié à l'unité de commande qui reçoit dudit capteur un signal numérique représentatif de la température mesurée et en ce que ladite unité de commande comporte des moyens de traitement qui corrigent le mot de commande émis par ladite unité en fonction de ce signal.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard de la figure unique annexée, qui est une représentation schématique d'un générateur de fréquences conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention.

Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un synthétiseur 1 de type SND, ainsi qu'en sortie de ce synthétiseur 1, un convertisseur 2 numérique-analogique et un filtre 3. Ce filtre 3 permet d'assurer les qualités spectrales voulues pour le signal de sortie S.

Le synthétiseur 1 est commandé par un circuit 4 apte à effectuer des calculs numériques. Ce circuit 4 peut être un microcalculateur spécifique ou encore, avantageusement, un processeur assurant également d'autres fonctions : par exemple, le circuit 4 peut être constitué par le microcalculateur assurant la gestion des divers circuits d'un radio-téléphone portatif ou bien par un processeur de traitement de signal utilisé dans le même matériel. On notera que ce dernier type de processeur est, de par son architecture et ses fonctions habituelles, particulièrement adapté pour une utilisation dans un dispositif conforme à l'invention et notamment pour l'élaboration des signaux commandant la modulation des fréquences générées à transmettre au synthétiseur 1.

Le dispositif comporte également une source 5 fournissant au synthétiseur 4 une fréquence horloge F1.

Cette source 5 comprend un circuit oscillateur 6 et un cristal résonateur 7 de performances adaptées à la stabilité de fréquences finales désirée après correction de l'effet de température. La fréquence de sortie de la source 5 peut être utilisée comme fréquence Frl horloge du synthétiseur 1, soit directement, soit après mise en forme, multiplication ou division.

I1 est nécessaire que cette source 5 de référence présente des qualités spectrales (bruit de phase) en rapport avec celles demandées au circuit complet. I1 est en outre intéressant que le résonateur 7 utilisé présente une bonne stabilité thermique (simplification des circuits et réduction du volume des calculs).

A cet effet, de façon connue en soi par l'Homme du
Métier, le résonateur 7 peut être un quartz de coupe AT,
BT, FC, IT, SC. I1 est également possible d'utiliser d'autres coupes cristallines du quartz conduisant à des variations thermiques faibles ou bien encore d'utiliser un autre cristal que le quartz. Certaines orientations cristallines des monocristaux de tantalate de lithium, et de quelques autres matériaux piézo-électriques sont susceptibles de conduire à des résonateurs possédant des propriétés adaptées à cette application.

Le dispositif comporte également un capteur 8 permettant de mesurer la température avec la précision voulue pour effectuer les corrections des effets thermiques sur la fréquence de l'oscillateur à cristal 5.

La précision nécessaire pour ce capteur 8 est principalement déterminée par la valeur maximale de la pente de la courbe de variation de la fréquence de l'oscillateur principal 5 en fonction de la température dans l'intervalle de température dans lequel on désire effectuer la compensation.

Il est avantageux que ce capteur 8 donne directement une information numérique facilement utilisable par le processeur de commande 4 du synthétiseur 1.

A cet effet, ce capteur 8 peut être constitué, ainsi qu'illustré sur la figure 1, d'un autre circuit oscillateur 9 relié à un cristal 10 dont la fréquence varie d'une façon connue avec la température avec une pente différente de celle du cristal 7 de l'oscillateur de référence 8. Il existe une grande variété d'orientations cristallines du quartz ou d'autres matériaux piézo électriques pouvant convenir pour réaliser un tel résonateur 10.

Le signal de fréquence Fr2 en sortie du circuit oscillateur 9 est reçu par un fréquencemètre 11, qui le convertit en un signal numérique qui est transmis au processeur 4.

Dans les cas où une très grande stabilité de la fréquence synthétisée est requise, un parfait couplage thermique est nécessaire entre les résonateurs 7 et 10.

Dans ce but, il est avantageux de disposer ces derniers dans un même boîtier 12 contenant un gaz bon conducteur thermique (hélium ou hydrogène) ou bien encore d'utiliser, selon une disposition connue en soi de l'Homme du Métier, deux modes d'un même cristal pour réaliser ces deux résonateurs 7 et 10.

Des données permettant de connaître directement ou indirectement les quantités dont doivent être corrigées toutes les fréquences susceptibles d'être générées par le synthétiseur 1, pour tenir compte des variations thermiques de la fréquence de la source horloge, sont mémorisées dans des mémoires mortes 13 du microprocesseur 4.

Ces données peuvent par exemple consister en une loi donnant de façon précise la variation de la fréquence
Frl en fonction de la température ou d'une grandeur variant elle-même avec la température (par exemple la fréquence en sortie du capteur de température 8), ainsi qu'en une loi donnant la variation de la grandeur issue du capteur 8 en fonction de la température.

De façon plus avantageuse, ces données peuvent également consister en une loi donnant directement à partir de la grandeur sensible à la température mesurée par le capteur 8, la valeur de la correction qui doit être appliquée à la grandeur déterminant la fréquence de sortie du synthétiseur (généralement un nombre entier) pour corriger cette fréquence des variations thermiques de la fréquence Frl de l'horloge 5. Cette loi peut être déterminée par étalonnage.

En variante encore, la correction peut être fonction d'une combinaison des fréquences Frl et Fr2, la correction étant réalisée soit indirectement, après conversion des variations de cette combinaison en variations de températures, soit en corrigeant directement la grandeur de détermination de fréquences appliquées en entrée du synthétiseur 1. Ceci peut permettre de travailler sur un signal plus facilement mesurable ou présentant des variations thermiques plus importantes.

Dans tous les cas, la ou les lois de variations utilisées doivent être connues avec une précision compatible avec la précision de stabilisation recherchée.

Il est avantageux qu'elles soient représentées (à laide des techniques d'approximation numérique) par des fonctions facilement calculables numériquement (polynômes, fractions rationnelles, etc.).

Les lois de correction sont avantageusement des lois algébriques (polynomes, fractions rationnelles, etc.) dont les coefficients sont stockés dans les mémoires 13.

A titre d'exemple, il est possible de représenter les fréquences Frl et Fr2 comme des fonctions polynomiales de la température. Les coefficients sont déterminés, avec la précision voulue, à partir de mesures faites dans toute la gamme de températures, à l'aide d'une technique numérique usuelle (lissages par la méthode des moindres carrés des données expérimentales).

Une forme de relation avantageuse est

est le coefficient de température d'ordre i de la fréquence de résonance à la température de référence T,. Une relation de ce type met en évidence les coefficients de températures des différents ordres des fréquences de résonance.

La fréquence de sortie Fs du synthétiseur 1 circuit est par exemple donnée par la relation suivante
Fr1N Fs=
2R où : N est le contenu (entier) du registre d'incrément de
phase du synthétiseur 1 (O < N < R-1), fourni par le
processeur 4,
R est la longueur de ce registre (typiquement
R = 24, 32, 48, 64).

On peut supposer, pour plus de simplicité, que la fréquence d'horloge Frl a été réglée à sa valeur exacte à la température de référence T,, telle que la fréquence exacte désirée corresponde au mot N par la relation suivante
Fr1(T0)N Fs= 2R
La détermination de la correction sur mot N de commande du synthétiseur 1 peut être effectuée de la façon suivante.

Dans une première étape, la température est extraite à partir de la fréquence mesurée par le capteur 8 par la résolution de l'équation polynomiale

où : To est la température de référence (classiquement
250C).

Dans une deuxième étape, l'erreur due aux effets thermiques sur la fréquence d'horloge Frl (par rapport à sa valeur à la température de référence) est alors calculée par la relation

Dans une troisième étape, le processeur 4 corrige le mot de commande N et envoie au synthétiseur 1 un nouveau mot de commande N' tel que

On va maintenant décrire de façon détaillée un exemple particulier de réalisation d'un générateur stabilisé présentant une stabilité de 1.10-7 dans la gamme -200C + 800C.

Le circuit utilisé pour réaliser le synthétiseur 1 est un circuit du commerce possédant un registre d'incrément de phase de 32 bits. La fréquence de sortie Fs de ce circuit est alors donnée par la relation suivante
F,lS
F1= 232 où : N est l'entier contenu dans le registre d'incrément
de phase du synthétiseur 1 (0 < N < 232),
Frl est la fréquence d'horloge.

Le circuit 4 de commande est un micro-ordinateur gérant également la mesure de la température et effectuant le calcul des corrections (calcul en virgule flottante, mots de 6 octets).

Le cristal 7 de l'oscillateur de référence 5 est un quartz de coupe AT fonctionnant en mode partiel 5 à 50
MHz.

Le signal de sortie de l'oscillateur 5, amplifié et mis en forme, sert de signal d'horloge au synthétiseur 1. La fréquence horloge du processeur 4 est obtenue par division de la fréquence d'horloge 50 MHz.

Le cristal 10 du capteur de température 8 est un quartz de coupe Y de fréquence fondamentale proche de 10 MHz à l'ambiante. Le fréquencemètre 11 qui mesure la fréquence de ce quartz 10 est un compteur intégré 11 (longueur 32 bits) interfacé avec le microprocesseur 4 et ayant une résolution d'environ 1 Hz (correspondant à une résolution en température proche de 1.10-30C). Le temps de comptage est de l'ordre de 1 seconde ; il est déterminé par un signal obtenu également par division de la fréquence de l'oscillateur de référence 5.

Les deux quartz 7 et 10 sont encapsulés dans le même boîtier métallique 12 rempli d'hélium (pression 1 atmosphère) scellé par fermeture à froid. L'inertie thermique de l'ensemble a été augmentée en disposant une feuille de cuivre et un isolant thermique autour du boîtier 12 (dont le rôle est également d'uniformiser la distribution des températures à l'intérieur du boîtier lors des variations rapides, auquel peut être soumis par exemple un radiotéléphone de voiture).

La pente maximale de la courbe Fr(T) du résonateur principal 7 se situe (pour l'orientation cristalline nominale) à l'extrémité haute de la gamme de températures et sa valeur est sensiblement de 25 Hz/OC, soit 0.5.10-6 en valeur relative, de sorte qu'une précision de mesure de la température d'environ 0,2]C serait suffisante pour l'obtention de la stabilité désirée.

Pour tenir compte des imprécisions d'étalonnage et de calcul, et surtout pour permettre d'admettre une large dispersion de comportements thermiques pour les oscillateurs 5 - ces dispersions résultant principalement des variations des orientations cristallines, mais également des dispersions d'autres paramètres des résonateurs 7 (surcharges et dimensions d'électrodes notamment) et des circuits 6 oscillateurs, auxquels ces résonateurs 7 (comportements thermiques de la capacité de charge et des éléments actifs) - une précision de mesure de la température très supérieure à la valeur typique indiquée ci-dessus a été choisie (1/1000C). Ce point est très important car il permet d'éviter d'avoir à effectuer un tri très rigoureux des résonateurs, ce qui abaisse notablement le coût du générateur de fréquences proposé par l'invention par rapport aux générateurs de fréquences de l'art antérieur qui utilisaient des oscillateurs compensés en température.

L'augmentation de la constante de temps thermique de l'ensemble constitué par le boîtier 12 et les résonateurs 7 et 10, permet de réduire la vitesse de variation de la température desdits résonateurs et d'augmenter, pour une vitesse maximale de variation de la température extérieure et pour des performances données, le temps entre deux corrections. La limitation de la vitesse de variation de la température des cristaux permet également de s'affranchir de l'effet thermique dynamique qui pourrait obliger 1) à utiliser des orientations cristallines présentant des coefficients de température "dynamiques" plus réduits, mais qui sont plus coûteuses à obtenir, ou 2) à effectuer une correction numérique de ces effets (utilisation d'un modèle théorique). L'emploi de ces coupes ou d'une correction numérique (qui oblige à mesurer la vitesse de variation de la température), n'est justifié que lorsque les performances extrêmes sont recherchées.

Dans cet exemple de réalisation, une mesure de la fréquence du quartz 10 capteur de température est effectuée toutes les 15 secondes.

Le microcalculateur 4 détermine très simplement si la variation de fréquences observée depuis la mesure précédente est telle qu'une correction doit être effectuée. Dans ce cas, le calcul de la correction est fait.

Pour déterminer la correction à appliquer au mot de commande du synthétiseur 1, il aurait été possible d'utiliser l'algorithme qui a déjà été décrit. Cependant, compte tenu de la grande différence de comportements thermiques entre les cristaux 7 et 10 et de la quasilinéarité de la relation fréquence-température pour le quartz 10 capteur de température choisi, il a été jugé avantageux pour réduire le volume des calculs à effectuer et surtout pour diminuer de beaucoup le coût de fabrication des quartz et de l'opération d'étalonnage de procéder selon la méthode qui va maintenant être décrite.

Le synthétiseur 1 et les quartz 7 et 10 sont assemblés sans que les variations thermiques des fréquences de résonances desdits quartz aient été mesurées individuellement. Leurs circuits d'oscillation 6 et 9 ont subi un contrôle de fin de fabrication (mesure à la température ambiante) ; ils ont également subi un prévieillissement accéléré par stockage à haute température.

Les quartz 7 et 10 n'ont pas subi d'ajustage précis en fréquence, des précisions de fréquences de l'ordre de 1.10-2 étant largement suffisantes pour le quartz AT de l'oscillateur de référence et pour le quartz de coupe Y utilisé comme capteur de température.

Après un premier test de fonctionnement, les générateurs ainsi réalisés sont placés dans une étuve dont la température peut être variée par paliers et mesurée.

Pour un nombre important de températures situées dans la gamme de fonctionnement prévue et de quelques-unes situées à l'extérieur de cette gamme, le processeur 4, d'une part, commande la lecture de la fréquence du cristal thermomètre 10 et, d'autre part, fait varier la fréquence du synthétiseur 1 jusqu'à ce que celle-ci, mesurée par un appareil externe (fréquencemètre ou comparateur de phase) soit égale à un pas élémentaire de fréquence près à une valeur précise donnée Fso (par exemple 10 MHz qui est une des valeurs classiques des fréquences données par des sources de fréquence étalon). La valeur exacte correspondante du mot de commande de la fréquence du synthétiseur 1 et la fréquence de l'oscillateur mesurant la température sont envoyées à un calculateur externe (non représenté) et stockées. Bien que cela ne soit pas strictement nécessaire à l'étalonnage, la température de l'étuve et la fréquence de l'oscillateur 5 horloge du synthétiseur 1 sont mesurées à chaque palier de température et stockées pour effectuer des vérifications et pour détecter des éventuelles anomalies du comportement thermique des quartz.

A partir des valeurs obtenues, une loi de variation du mot de commande (pour la fréquence Fso) en fonction de la fréquence sensible à la température Fr2(T) est obtenue sous la forme d'un polynôme de degré 9 par lissage au sens des moindres carrés (une trentaine de couples de données sont utilisées)

Les coefficients de ce polynôme (ainsi que T,, Frl(TO) et Fr2(TO)) sont inscrits dans une mémoire non volatile (EEPROM) associée au processeur 4. Le processeur 4 dispose d'un programme effectuant la commande et l'acquisition des données du compteur 11 mesurant la fréquence Fr2(T) (1 mesure toutes les 15 secondes), si la comparaison avec les mesures précédentes indique qu'une correction est à effectuer, il procède au calcul de la valeur du polynôme donnant N(FsO,Fr2(T)). Ce calcul est fait selon le schéma de Horner de façon à n'avoir qu'un petit nombre d'additions et de multiplications à effectuer.

Le microcalculateur 4 détermine ensuite le mot de commande à envoyer au registre d'incrément de phase du synthétiseur 1 pour obtenir la fréquence de sortie désirée
Fs (corrigée des effets des variations thermiques de l'oscillateur horloge de référence) par la relation
N' = partie entière {N*Fs/Fso}
Par ailleurs, ce microcalculateur 4 peut également transmettre (à un rythme beaucoup plus rapide) aux registres spécialisés du synthétiseur 1 des informations commandant la modulation en phase (ou en amplitude) de la fréquence stabilisée, de façon à obtenir une modulation numérique permettant la transmission d'informations vocales ou de données.

Cet exemple met en évidence plusieurs avantages de la disposition de circuit proposée, et en particulier
- la tolérance à un calage en fréquence approximatif des résonateurs base de temps et (plus encore) thermomètre (suppression d'opérations coûteuses en temps et matériaux
- La tolérance à des dispersions de comportement thermique des résonateurs.

Le premier avantage s'obtint pratiquement sans coût supplémentaire ; le second avantage nécessite un surdimensionnement de certains éléments (surtout du compteur mesurant Fr2 et, dans une faible mesure, de la longueur de registres du synthétiseur 1) et peut conduire également à un légère augmentation des temps de calcul.

Cependant, ce surdimensionnement est généralement préexistant dans les circuits intégrés correspondants, pour des raisons relatives à leurs architectures et à celle des interfaces [registres et compteurs de longueur multiple de 8 bits]. Les temps de calcul restent toujours extrêmement modestes (au total quelques dizaines d'opérations en virgule flottante toutes les 15 secondes).

De façon particulièrement avantageuse, le générateur de fréquences qui vient d'être décrit peut s'utiliser avec une seule fréquence de sortie, en tant qu'oscillateur compensé en température. Le traitement de correction mis en oeuvre par le microprocesseur 4 en est d'autant simplifié. L'intérêt de cette mise en oeuvre est de permettre d'utiliser le même circuit de correction et les mêmes résonateurs pour des fréquences d'utilisation très différentes (standardisation, coût).

Avantageusement également, on peut utiliser le dispositif conforme à l'invention comme oscillateur compensé en température asservi à un signal externe. Cette variante d'utilisation, comme la précédente, nécessite très peu de modifications par rapport au générateur précédemment décrit. I1 s'agit essentiellement d'une utilisation restreinte des possibilités d'excursion de fréquences et de l'ajout au niveau du microprocesseur 4 d'une fonction, augmentant ou diminuant la fréquence pas élémentaire par pas élémentaire à la réception d'un signal extérieur, provenant par exemple d'un comparateur de phase, de façon à asservir la fréquence sur une référence extérieure. Il est intéressant que la correction d'asservissement soit mémorisée pour permettre de n'effectuer des corrections que de temps à autre, ce que permet la stabilité de fréquence intrinsèque du circuit, si la référence extérieure est elle-même stable.

Dans une autre variante, encore, on met en oeuvre une correction des dérives temporelles.

La comparaison à une référence externe précédemment décrite permet d'effectuer des corrections de la dérive temporelle de la fréquence de l'oscillateur horloge et de toutes les fréquences synthétisées (correction à un correction de la dérive pour n'importe laquelle des fréquences générables). Cependant, il peut être intéressant (absence de disponibilité d'une référence extérieure pendant l'utilisation du circuit) de chercher à effectuer une correction de la dérive temporelle de ltoscillateur horloge.

I1 a en effet été constaté qu'après une phase initiale courte, la dérive dans le temps d'un oscillateur placé dans des conditions d'utilisations données, varie en suivant d'assez près une loi représentable par une fonction du temps (souvent logarithmique). Une loi de correction peut donc être déterminée expérimentalement à partir d'une observation de la dérive pendant une certaine durée. La correction est ensuite réalisée à partir d'une mesure du temps de fonctionnement. Le générateur conforme à l'invention se prête à une mise en oeuvre simple de ce principe : un moyen de mesure du temps écoulé est par exemple un comptage des périodes de la fréquence horloge du synthétiseur. La loi de dérive temporelle peut être mise à jour de façon périodique en mettant en oeuvre une comparaison avec une fréquence externe.

Dans une autre variante de mise en oeuvre encore, on utilise le générateur conforme à l'invention avec une correction des effets thermiques dynamiques rapides, cette correction étant réalisée par l'introduction dans les lois polynomiales, de coefficients de correction supplémentaires.

Outre la radiocommunication, l'invention pourra également trouver avantageusement application pour réaliser des matériels de réseaux de communication et notamment pour la synchronisation des flux de données entrant dans les réseaux.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de génération de fréquence(s) comportant - un synthétiseur (1) de fréquences, de type numérique, - une unité de commande (4) qui transmet audit

synthétiseur (1) des mots de commande binaires qui

commandent la fréquence du signal émis par ledit

synthétiseur (1), - un oscillateur (5) fournissant au synthétiseur (1) un

signal horloge de référence, - un capteur (8) de température qui est couplé

thermiquement audit oscillateur (5) et qui permet de

tenir compte de la dérive thermique de l'oscillateur

(5), caractérisé en ce que le capteur (8) de température est relié à l'unité de commande (4) qui reçoit dudit capteur (8) un signal numérique représentatif de la température mesurée et en ce que ladite unité de commande (4) comporte des moyens de traitement qui corrigent le mot de commande émis par ladite unité en fonction de ce signal.

2. Dispositif de génération de fréquence(s) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (8) de température est un oscillateur dont la fréquence varie de façon importante avec la température, le signal en sortie de cet oscillateur étant transmis à un fréquencemètre (11) relié à l'unité de commande (4), ce fréquencemètre (11) convertissant le signal reçu en un signal numérique.

3. Dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oscillateur (5) de référence et l'oscillateur formant capteur (8) de température sont du type à cristal, le cristal (7) de l'oscillateur (5) de référence et le cristal (10) de l'oscillateur formant capteur (8) de température étant disposés dans un même boîtier (12) fermé, ledit boîtier (12) contenant un gaz de couplage thermique.

4. Dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une loi de variation de la fréquence de l'oscillateur (5) de référence en fonction de la température ou d'une grandeur variant avec la température est mémorisée dans l'unité de commande (4) et en ce que les moyens de traitement calculent dans un premier temps, à partir de cette loi et en fonction du signal reçu du capteur (8) de température, la dérive de fréquence de l'oscillateur (5) de référence, puis, dans un deuxième temps, déterminent un mot de commande corrigé en fonction de cette dérive calculée.

5. Dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mot de commande corrigé N' par lequel les moyens de traitement remplacent le mot de commande N à une température de référence To correpondant à une fréquence

Frl(T0), pour une dérive calculée de AFrl, est

N Nt Fos(To)

AF" +F,,(T,) où R est la longueur du registre d'incrément de phase du synthétiseur (1).

6. Dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une loi donnant, en fonction du signal fourni par le capteur (8) de température, la correction à appliquer au mot de commande, est mémorisée dans l'unité de commande (4).

7. Dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les lois de variations de fréquences mémorisées dans l'unité de commande (4) sont des lois polynomiales ou fractions rationnelles dont les coefficients ont été déterminés par étalonnage.

8. Dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (8) est d'une précision de mesure supérieure à 1/1000C.

9. Oscillateur compensé en température, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes, utilisé pour une seule fréquence de sortie.

10. Utilisation d'un dispositif de génération de fréquence(s) selon l'une des revendications précédentes dans un équipement de radiocommunication.