Brevet FR2555839A1 — publié le 19850531

I Dispositif amplificateur-limiteur à large bande La présente invention se rapporte à un dispositif amplificateur- limiteur. Il est connu d'utiliser de tels dispositifs, par exemple dans les récepteurs à large bande des faisceaux hertziens. Les dispositifs connus comportent un amplificateur à commande automatique de gain suivi d'un limiteur d'amplitude. Pour certaines applications, telles que le pointage de l'antenne d'un récepteur au maximum d'énergie reçue, il est nécessaire d'avoir une sortie annexe qui délivre une tension proportionnelle à la puissance du signal reçu; dans le cas des amplificateurs-limiteurs connus, c'est le signal de commande automatique de gain qui constitue cette tension. Pour les dispositifs amplificateurs-limiteurs il n'existe pas d'am- plificateurs à commande automatique de gain réalisés en circuits intégrés susceptibles d'être utilisés. Il en résulte que les dispositifs amplificateurs- limiteurs ont une consommation d'énergie relativement importante et sont d'un coût élevé. La présente invention a, en particulier, pour but de réduire les inconvénients précités. Ceci est obtenu par l'utilisation de circuits intégrés existants du type récepteurs de ligne, associés à des circuits de compensation de la distorsion amenée par ces circuits intégrés. Selon l'invention, un dispositif amplificateur-limiteur, est carac- térisé en ce qu'il comporte 2 n (n entier au moins égal à 1) circuits intégrés logiques, du type récepteur de ligne de la famille à couplage par les émetteurs (circuits connus dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de E.C.L. ou emitter coupled logic) couplés en série par 2 n + 1 liaisons entre une entrée de signal et une sortie de signal, ces 2 n circuits formant n paires successives, distinctes de circuits; et n circuits de compensation, associés respectivement aux n paires pour compenser la distorsion amenée par les n paires. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéris- tiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure 1, un premier exemple d'un dispositif amplificateur- limiteur selon l'invention, - la figure 2, un second exemple de dispositif amplificateur- limiteur selon l'invention. La figure I représente un dispositif amplificateur-limiteur auquel est adjoint un ensemble de détection permettant de fournir une mesure logarithmique de la puissance de son signal d'entrée. Le dispositif amplificateur-limiteur selon la figure I peut être décrit comme un montage amplificateur-limiteur à quatre amplificateurs, ! à 4, formés de circuits intégrés, couplés en série, avec un filtre passe- bande de sortie, 7, et, associé à ce montage, un ensemble de détection logarithmique; cet ensemble de détection effectue une détection sur les signaux appliqués aux quatre circuits intégrés, et additionne, par un additionneur de sortie, 8-R8, les signaux obtenus par détection. La figure 1 montre une entrée de signal E sur laquelle est appliqué le signal à amplifier; il s'agit d'un signal qui doit être amplifié pour fournir, sur une sortie S, un signal à niveau constant sensiblement égal à 0 dBm, soit! mW, et qui doit être détecté pour fournir sur une sortie annexe, P, une tension proportionnelle à la valeur exprimée en dBm de la puissance du signal sur l'entrée E. L'entrée E est reliée par un condensa- teur de découplage, Co, de lnF à l'entrée avec inversion de l'amplificateur 1 qui, comme les circuits 2 à 4, est un circuit intégré logique du type récepteur de ligne de la famille à couplage par les émetteurs (appelés, dans la littérature anglo-saxonne, emitter coupled logic ou E.C.L.), qui a la double fonction d'amplificateur et de limiteur de tension; il s'agit dans le cas présent de circuits MC 10H1I6. Les entrées avec inversion et directe de l'amplificateur I sont reliées par une résistance RIO de 51 ohms et l'entrée directe est, de plus, reliée à une source de tension VI de - 1,3 volts. Les sorties avec inversion et directe de l'amplificateur 1 sont reliées à une source de tension V2 de 5,2 volts par, respectivement, deux résistances de polarisation R13 et RI, de 390 ohms. Les sorties avec inversion et directe de l'amplificateur 1 sont également reliées par un condensateur de découplage, CIO, CII, suivi d'une inductance, LI, L2 de 33 nanohenrys, respectivement aux entrées avec inversion et directe de l'amplificateur 2. Les entrées avec inversion et directe de l'amplificateur 2 sont reliées par un condensateur fixe CI de 3,3 picofarads et un condensateur ajustable C2 montés en parallèles et ces deux entrées sont couplées à la source VI1 respectivement par deux résistances R21 et R22 de 560 ohms. La liaison entre les sorties de l'amplificateur 1 et les entrées de l'amplificateur 2, telle qu'elle vient d'être décrite, est une liaison par circuit passe- bas. Ce circuit passe-bas inductance-capacitance, aussi appelé circuit L- C, est constitué par les inductances LI, L2 et les condensateurs C1, C2; il est destiné à réaliser une correction des distorsions linéaire d'amplitude de la paire d'amplificateurs 1-2. En effet ces amplificateurs étant constitués par des récepteurs de ligne de la famille à couplage par les émetteurs, présentent, en linéaire, une fonction de transfert à pôle unique à la pulsation wn, qui dans le cas des circuits considérés correspond à une fréquence Fn de l'ordre de 160 MHz; le circuit L-C formé des éléments L1, L2, CI, C2, introduit une fonction de transfert de la forme 1 + j.w.rn + 1- (j.wn)2 - wn o j est la racine carrée de - 1, w la pulsation et r l'amortissement dO au circuit L-C; cette fonction de transfert compense les distorsions de la paire 1-2 jusqu'à environ w = wn pour r voisin de 0,25. Les sorties avec inversion et directe de l'amplificateur 2 sont reliées à la source V2 respectivement par deux résistances, R23, R24, identiques aux résistances R13 et R14 I; de plus les sorties avec inversion et directe de l'amplificateur 2 sont reliées respectivement aux entrées avec inversion et directe de l'amplificateur 3 par des condensateurs de découplage C20, C21. Deux résistances de polarisation, R31 et R32, de ohms, relient respectivement les entrées avec inversion et directe de l'amplificateur 3 à la source de tension VI. L'amplificateur 3 est relié à l'amplificateur 4 par une liaison identique à celle qui relie les amplificateurs 1 et 2; les amplificateurs 3 et 4 constituent ainsi une seconde paire d'amplificateurs avec leurs condensateurs de découplage, C30, C31, leur circuit L-C de compensa- tion, LI', L2', Cl', C2', et leurs résistances de polarisation, R33, R34, R41, R42, dont les éléments sont identiques respectivement aux éléments CI0, ClI, LI, L2, C1, C2, R13, R14, R21, R22 et dont les tensions de polarisation sont aussi les mêmes que pour les sorties de l'amplificateur 1 et les entrées de l'amplificateur 2. La sortie avec inversion de l'amplificateur 4 est reliée par une résistance de polarisation de 390 ohms, R43, à la source de tension V2 et par un condensateur Cs de 1 nanofarad, suivi d'une résistance d'adaptation d'impédance, Rs, de 39 ohms, à l'entrée d'un filtre, 7, dont la bande est choisie en fonction de l'utilisation qui est faite du dispositif. Le dispositif, tel qu'il vient d'être décrit, présente, entre son entrée E et la résistance Rs, un gain qui peut atteindre 69 décibels avec une bande passante qui va de 10 MHz à 200 MHz. Le signal de la sortie annexe, P, proportionnel à la valeur exprimée en décibels par rapport à un milliwatt (dBm) de la puissance du signal sur l'entrée E, est obtenu par le procédé classique de la détection logarithmique: un détecteur est placé à l'entrée des amplificateurs 1 à 4 et les tensions fournies par les détecteurs sont additionnées pour donner le signal de la sortie P. A cet effet l'amplificateur-limiteur selon la figure 1 comporte: - quatre condensateurs de découplage, Cdl, Cd2, Cd3, Cd4, dont une première armature est reliée respectivement à une des armatures des quatre condensateurs de découplage, CO, Clil, C21, C31, c'est-à-dire en des points de mesure des signaux d'entrée appliqués respectivement aux amplificateurs 1 à 4, - quatre détecteurs à diode en parallèle, identiques, dl-RI, d2-R2, d3-R3, d4-R4, constitués chacun d'une diode du type BAT 19, telle que dl, dont l'anode est reliée à la masse et la cathode à la seconde armature du condensateur de découplage de détection de même indice (Cdl pour la diode dl) et d'une résistance, telle que RI, dont une première extrémité est reliée à la cathode de la diode de même indice (dl pour la résistance RI), - un circuit sommateur obtenu par branchement des secondes extrémités des résistances de détection, RI à R4, sur l'entrée "-" d'un amplificateur différentiel 8 dont l'entrée '"+" est reliée à la masse et dont la sortie, qui constitue la sortie annexe P, est couplée par une résistance R8 de 1 mégohm à son entrée "-". Un autre exemple de réalisation d'un dispositif amplificateur- limiteur selon l'invention est donné par la figure 2; cet autre dispositif amplificateur-limiteur comporte six amplificateurs, I à 6, semblables aux amplificateurs I à 4 de la figure 1, montés en série entre une entrée E et une sortie S, et constituant trois paires successives 1-2, 3-4, 5-6 d'amplifi- cateurs avec, associé à chaque paire, un circuit de compensation des distorsions amenées par la paire considérée. Ces trois circuits de compen- sation sont des circuits de contre-réaction qui agissent entre la sortie directe du second amplificateur d'une paire et l'entrée avec inversion du premier amplificateur de la même paire. Chacun des trois circuits de contre-réaction est constitué par une résistance de 2,4 kilo-ohms, Rcl, Rc2, Rc3, branchée entre les deux accès, indiqués ci-avant, entre lesquels agit le circuit et par un condensateur de I nanofarad, Ccl, Cc2, Cc3, suivi d'un potentiomètre de 100 ohms, Pcl, Pc2, Pc3, ces deux éléments étant branchés entre l'entrée avec inversion du premier amplificateur de la paire considérée et la masse. Les liaisons entre l'entrée E et la sortie S du dispositif amplificateurlimiteur selon la figure 2, consistent en: - une liaison par un condensateur, Co, entre l'entrée E et l'entrée directe de l'amplificateur 1, une liaison par un condensateur, Cs, suivi d'une résistance d'adap- tation d'impédance, Rs, et d'un filtre, 7, semblables aux éléments correspondants de la figure 1, entre la sortie directe de l'amplifi- cateur 6 et la sortie S, - une liaison par deux conducteurs entre les sorties avec inversion et directe du premier amplificateur d'une paire et respectivement les entrées avec inversion et directe du second amplificateur de la paire considérée - et une liaison par un seul conducteur entre deux paires successives, cette liaison étant réalisée entre la sortie directe du second amplificateur, 2, 4, d'une paire et l'entrée directe du premier amplificateur, 3, 5, de la paire suivante. Sur la figure 2 sont également représentées les résistances de polarisation des entrées et des sorties directes des amplificateurs I à 6 ainsi que, dans chaque paire, les résistances de polarisation de la sortie avec inversion du premier amplificateur de la paire considérée et de l'entrée avec inversion du second amplificateur de la même paire. Il s'agit des résistances suivantes: RI5S branchée entre l'entrée directe de l'ampli- ficateur 1 et une source de tension VI de - 1,3 volts, R16 et R17 entre respectivement les sorties avec inversion et directe de l'amplificateur 1 et une source de tension V2 de - 5,2 volts, R25 entre la sortie directe de l'amplificateur 2 et la source V2, R36 et R37 entre respectivement les sorties avec inversion et directe de l'amplificateur 3 et la source V2, R45 entre la sortie directe de l'amplificateur 4 et la source V2, R56 et R57 entre respectivement les sorties avec inversion et directe de l'amplifica- teur 5 et la source V2, et R65 entre la sortie directe de l'amplificateur 6 et la source V2. Le circuit, tel qu'il vient d'être décrit à l'aide de la figure 2,- fournit, sur sa sortie S, un signal à niveau constant égal à I mw. Il présente un gain de 80 dB et une bande passante de 300 MHz. Il est à remarquer que le gain moyen par amplificateur est plus faible que dans le cas de la réalisation selon la figure I1: 80 dB pour six amplificateurs au lieu de 69 dB pour quatre amplificateurs; par contre, dans ce dispositif amplificateur-limiteur à compensation par contre-réaction, la qualité de la transmission est améliorée par rapport à ce qui est obtenu avec le dispositif selon la figure 1. Sur la figure 2 n'a pas été représenté l'ensemble de détection logarithmique qui permet de fournir une tension proportionnelle à la puissance en décibels par rapport à un milliwatt, du signal appliqué sur l'entrée E. Ceci a permis de rendre le dessin plus clair sans nuire à la compréhension de certains détails de l'invention; en effet l'ensemble de détection logarithmique en question est semblable à celui de la figure 2 à cela près qu'il comporte non pas quatre mais trois détecteurs à diode, dont les signaux de sortie sont additionnés grâce à un additionneur semblable à l'additionneur 8-R8 de la figure I1; néanmoins, sur la figure 2 à partir de l'entrée E et des sorties directes des amplificateurs 2 et 4, ont été indiqués les conducteurs allant vers les condensateurs de découplage, Cel à Ce3, non représentés, placés, comme sur la figure 1, à l'entrée de chacun des détecteurs à diode. Il est à remarquer que l'ensemble de détection du dispositif selon la figure 2 ne comporte pas d'entrées de détection reliées aux liaisons entre, respectivement, les sorties des amplificateurs 1, 3, 5 et les entrées des amplificateurs 2, 4, 6; c'est que, dans ces trois liaisons, la tension n'est pas, du fait de la contre-réaction, représentative du signal transmis de l'entrée E vers la sortie S. L'invention ne se limite pas aux deux exemples décrits. C'est ainsi que le dispositif amplificateur-limiteur peut comporter une seule paire d'amplificateurs avec son circuit de compensation associé ou bien plus de trois paires avec chacune leur circuit de compensation; de même d'autres circuits de compensation associés à une paire d'amplificateurs peuvent être utilisés et, éventuellement, lorsque le nombre de paires est au moins égal à deux, le circuit de compensation peut être différent d'une paire à l'autre. REVENDICATIONS 1. Dispositif amplificateur-limiteur, caractérisé en ce qu'il com- porte 2 n (n entier au moins égal à 1) circuits intégrés logiques (1-4; 16), du type récepteur de ligne de la famille à couplage par les émetteurs (circuits connus dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de E.C.L. ou emitter coupled logic) couplés en série par 2n+l liaisons entre une entrée de signal (E) et une sortie de signal (S), ces 2n circuits formant n paires (1-2, 3-4; 1-2, 3-4, 5-6) successives, distinctes de circuits; et n circuits de compensation (LI-L2-CI-C2, LI'-L2',CI'-C2'; Rcl-Ccl-Pcl, Rc3-Cc3, Pc3; Rc5-Cc5-Pc5), associés respectivement aux n paires pour compenser la distorsion amenée par les n paires. 2. Dispositif amplificateur-limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les n circuits de compensation sont des circuits passe-bas inductance-capacitance (L 1-L2-CI-C2, L 1'-L2'-CI'-C2'), respec- tivement branchés dans les n liaisons entre les circuits intégrés d'une même paire (1-2, 3-4). 3. Dispositif amplificateur-limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les n circuits de compensation sont des circuits de contre-réaction (Rcl-CcI-Pcl, Rc3-Cc3-Pc3, Rc5-Cc5-Pc5) et en ce que, pour chaque paire, le circuit de contre-réaction associé couple la liaison suivant immédiatement la paire considérée à une entrée de contre- réaction de celui des deux circuits intégrés de la paire considérée qui est en amont de l'autre circuit intégré de cette même paire (1-2, 3-4, 5-6). 4. Dispositif amplificateur-limiteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de détection logarithmique pour fournir une tension proportionnelle à la valeur logari- thmique de la puissance du signal à amplifier par le dispositif amplificateur-limiteur, cet ensemble comportant: 2n détecteurs (dl-RI, d2R2, d3-R3, d4-R4) respectivement couplés à l'entrée de signal et aux 2n-1 liaisons entre les 2n circuits intégrés pour réaliser une détection sur les signaux appliqués à ces 2n circuits intégrés; et un circuit sommateur (8-R8) pour réaliser une sommation des signaux fournis par les 2n détecteurs. 5. Dispositif amplificateur-limiteur selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de détection logarithmique pour fournir une tension proportionnelle à la valeur logari- thmique de la puissance du signal à amplifier par le dispositif amplificateur-limiteur, cet ensemble comportant: n détecteurs respecti- vement couplés à l'entrée de signal et aux n-I liaisons entre les n paires de circuits intégrés pour réaliser une détection sur les signaux appliqués à ces n paires; et un circuit sommateur pour réaliser une sommation des signaux fournis par les n détecteurs.