Brevet FR2618037A1 — publié le 19890113

"CIRCUIT FRONTAL ANALOGIQUE POUR COMMUNIQUER EN DUPLEX COMPLET ET APPLICATION A UN DISPOSITIF COMPORTANT UN TEL CIRCUIT". Cette invention concerne un circuit frontal analogique en duplex complet (full duplex) qui s'interface entre un élément de traitement du signal numérique d'un modem et une ligne de signal analogique. L'objet d'un modem est de permettre à un équipement numérique tel qu'un calculateur d'envoyer et recevoir des signaux sur une ligne -analogique telle qu'une ligne téléphonique. Dans un modem full duplex, des bandes séparées de fréquence à l'intérieur d'une bande ou canal disponible ou attribué, c'est-à-dire, une bande haute et une bande basse à l'intérieur du canal attribué, sont affectées pour transmettre et recevoir de sorte que la communication s'effectue simultanément dans deux directions. En outre, il est souhaitable que l'on puisse basculer le modem entre un premier mode dans lequel la bande de fréquence haute est affectée pour la transmission et la bande de fréquence basse est affectée pour la réception, et un second mode dans lequel la bande de fréquence basse est affectée pour la transmission et la bande de fréquence haute est affectée pour la réception. La fignre ' est un schéma or.ntrant un exemple -- d'un circuit fro al. analogique pour un modem full duplex S. La partie déliwitée par la ligne en pointillé correspond au circuit frontal analogique 10. Le circuit frontal analogique 10 est connecté sur un côté à l'élément de traitement du signal numérique du modem 9 3C squi à son tour, est connecté à un ézuipement numérique tel qu'un calculateur 1, et sur l'autre côté à une paire d'amplificateurs de gain 20 et 21, qui sont connectés de nouveau à un transformateur hybride 23. Le transformateur hybride 23 couple les amplificateurs de gain 20 et 21 i 2 2618037 une ligne de signal' analogique tel qu'une ligne téléphonique 2 d'une manière telle à ce que le transfert du signal ne s'effectue pas depuis l'amplificateur de gain 20 à l'amplificateur de gain 21. Le circuit frontal analogique 10 comprend un convertisseur numériqueanalogique (N/A)ll qui reçoit des signaux numériques provenant de l'élément de traitement du signal numérique 9 et les convertit d'un groupe surpérieur en signaux analogiques, un filtre passe bande 12 pour restreindre la sortie du convertisseur N/A 11 à la bande de haute fréquence, et un amplificateur de gain 13, un filtre passe bande 14 d'un groupe inférieur qui élimine les éléments de fréquence qui se trouvent en dehors de la bande de basse fréquence désirée, et un convertisseur analogique-numérique A/N 15 qui convertit des signaux analogiques en signaux numériques, lesquels sont transmis à l'élément de traitement du signal numérique 9. La sortie de l'amplificateur de gain 13 est connectée à l'entrée de l'amplificateur de gain 20. La sortie de l'amplificateur de gain 20 est couplée par l'intermédiaire du transformateur hybride 23 à la ligne téléphonique 2. Le signal analogique reçu à partir de la ligne téléphonique 2, via le transformateur hybride 23 est amplifié par l'amplificateur de gain 21. Le circuit frontal analogique 10 comprend enoutre des commutateurs ô-: 16 à 19 qui sont contrôlés par un signal F provenant d'un contrieu- de commutateurs 7 pour donner soit 1'état illustre, o-.; 'état opposé a celui illustré, par ce moyen on bascule le modem 8 entre le premier mode ci- dessus mentionné et le second mode ci-dessus mentionné; les commutateurs 16 à 19 et le contrôleur de commutateur 7 constituant un premier moyen de reconnexion. De manière plus spécifique, quand les commutateurs 16 à 19 sont dans l'état illustré, un filtre passe bande 12 du groupe supérieur reçoit la sortie du 3 2 2618037 convertisseur N/A 11, et la sortie du filtre passe bande 12 du groupe supérieur est transmise & travers les amplificateurs de gain 13 et 20 aux transformateurs hybrides 23, et le filtre 14 du groupe inférieur reçoit des signaux analogiques provenant du transformateur hybride 23 à travers l'amplificateur de gain 21 et la sortie du filtre passe bande 14 du groupe inférieur est fournie au convertisseur A/N 15. De cette manière, le filtre passe bande 12 du groupe supérieur est utilisé en transmission, et le filtre passe bande 14 du groupe inférieur est utilisé en réception. Quand les commutateurs 16 à 19 sont dans l'état opposé à celui illustré, la sortie du convertisseur N/A 11 est appliqué au filtre passe bande 14 du groupe inférieur, et la sortie du filtres passe bande 14 du groupe inférieur, est transmise à travers les amplificateurs de gain 13 et 20 au transformateur hybride 23. Le filtre passe bande 12 du groupe supérieur reçoit des signaux analogiques provenant du transformateur hybride 23 à travers l'amplificateur de gain 21, et la sortie du filtre passe bande 12 du groupe supérieur est fournie au convertisseur A/N 15. De cette manière, le filtre passe bande 14 du grope inférieur est utilisé en transmission et le filtre passe bande 12 du groupe supérieur est utilisé en réception. Le circuit frontal analogique 10 comprend en outre des éléments non représentés dans le dessin, tel au'un circuit de contrôle de gain automatique (CGA) corirezr.nt l'amplitude de la sortie du filtre 12 ou 14 étant utilisée en réception, un détecteur de porteuse pour la réception de la sortie du filtre 12 ou 14 étant 3C utilisé pour recevoir et générer un signal porteur quand le niveau de sortie dépasse un certain seuil, et un contrôleur de sortie pour contrôler la sortie du convertisseur A/N 15. Les deux filtres, le filtre passe bande 12 du groupe supérieur et le filtre passe bande 14 du groupe inférieur comprennent un filtre passe bas, un filtre passe haut, et un filtre passe tout, non montré dans la figure 1, connectés en séries. Les fréquences de coupure du filtre passe bas et du filtre passe haut déterminent la bande passante du filtre. La fonction du filtre passe tout est d'égaliser le retard du groupe. Quand un circuit frontal analogique 10 est implanté dans un circuit intégré, des filtres à condensateur commutables sont utilisés pour le filtre passe bas, le filtre passe haut, et le filtre passe tout du filtre passe bande 12 du groupe supérieur et du filtres passe bande 14 du groupe inférieur, du fait que les filtres à condensateur commutable conduisent eux- mêmes à une intégration. Un problème cependant, est qu'un filtre à condensateur commutable génère des harmoniques de second ordre non voulues. Un autre problème est qu'un filtre à condensateur commutable génère une quantité non négligeable de bruits en sortie, même quand il ne reçoit pas de signal en entrée. Ces problèmes tendent à être spécialement graves pour les filtres passe tout. Ceux-ci dégradent le rapport signal sur bruit (S/N) du signal. Un objet de cette invention est de fournir un circuit frontal analogique pour des communications en duplex complet avec des caractéristiques S/N améliorées. 2- Un but de l'invention est notamment remarquable en ce qu'il comprend: un filtre passe bande d'un groupe supérieur comprenant un filtre passe haut, un filtre passe bas et un filtre passe tout; - un filtre passe bande d'un groupe inférieur possédant une bande passante plus petite que le filtre pase bande du groupe supérieur; - des premiers moyens pour reconnecter le filtre passe bande du groupe supérieur et le filtre passe 2618037 bande du groupe inférieur soit en un premier mode dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en transmission et le filtre passe bande du groupe inférieur est utilisé en réception, ou dans un second mode dans lequel le filtre passe bande du groupe inférieur est utilisé en transmission et le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en réception; et - des seconds moyens pour reconnecter le filtre passe haut, le filtre passe bas et le filtre passe tout, dans le filtre passe bande du groupe supérieur soit dans un premier état dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est plus adapté en transmission et dans un second état dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est-plus adapté en réception. Le filtre passe bande du groupe supérieur comprend un filtre passe bas, un filtre passe haut, et un filtre passe tout connectés en séries. L'ordre de la connexion en série des filtres passe bas, passe haut et passe tout peut être changé au moyen de commutateurs entre un premier état dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est plus adapté pour transmettre et un second état dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est plus adapté en réception. En sélectionnant la série optimum de filtres pour un mode de communication particulier, il est possible d'améliorer le rapport S/B sans tenir compte si le filtre passe bande du = groupe supérieur est utilisé en transmission ou en réception, c'est-à-dire, si le modem est utilisé dans le premier mode ou dans le second mode. D'autres caractéristiques et avantages. de l'invention apparaitront à la lecture de la description 3C suivante d'un mode de réalisation préférentielle de l'invention donnée à titre d'exemple illustratif et des dessins annexes dans lesquels: Lafigure 1 est un schéma bloc montrant un exemple d'un circuit frontal analogique pour des communications en en duplex complet. La figure 2 est un schéma bloc montrant un exemple d'un filtre passe bande d'un groupe supérieur S selon l'invention. La figure 3 est un schéma montrant un exemple d'un filtre passe haut. La figure 4 est un schéma montrant un exemple d'un filtre.passe bas. La figure 5 est un schéma montrant un exemple d'un filtre passe tout. La figure 6 est un schéma montrant un exemple de commutateurs. La figure 7 est un schéma montrant un exemple d'un filtre passe bande d'un groupe inférieur. La figure 8 est un graphique montrant les caractéristiques du niveau de bruit en sortie du filtre passe bande du groupe supérieur pour différentes séries de connexion des filtres passe haut, passe bas et passe tout. La structure générale d'un circuit frontal analogique d'une réalisation de l'invention est identique avec ce qui est montré dans la figure 1. La différence réside dans la structure interne du filtre passe bande du groupe supérieur, montré dans la figure 2. Comme _- on le montre dans la figure 2, le filtre passe bande 12C du groupe supérieur comprend un filtre passe haut 123, ur. filtre passe tout 124, et un filtre passe bas 125, et des commutateurs 126 à 128 constituant les seconds moyens de reconnexion. Un exemple du filtre passe haut 123 est montre dans la figure 3. Comme ceci est montre, il comprend des filtres à condensateur commutables en cascade et élimine les éléments de fréquence basse non désirés du signal analogique d'entrée de celui-ci, c'est-à-dire, s:ct provenant du terminal d'entrée 121 ou du filtre passe bas 125. Un exemple du filtre passe bas 125 est montré dans la figure 4. Comme cela est indiqué, il comprend des filtres à condensateur commutables en cascade et élimine les éléments de fréquence haute non désirés du signal provenant du filtre passe tout 124. Un exemple du filtre passe tout 124 est montré dans la figure 5. Comme cela est indiqué, il comprend des amplificateurs opérationnels, des condensateurs et des commutateurs MOS contrôlés par des signaux d'horloge eA et eB. Chaque fonction sert à égaliser tous les retards des signaux à travers le groupe supérieur de filtre passe bande. Dans chaque filtre passe haut 123, filtre passe bas 125 et filtre passe tout 124, les commutateurs SA auxquels le signal d'horloge eA est fourni, sont fermés quand eA est en position haute, et des commutateurs SB auxquels un signal d'horloge eB est fourni, sont fermés quand eB est en position haute. Les signaux d'horloge eA et eB sont substantiellement en phase opposée, mais il y a un mince décalage de sorte que les commutateurs SA et les commutateurs SB ne sont pas ouverts simultanément. Chacun des commutateurs 126 à 128 peut comprendre un circuit comme montré dans la figure 6. Comme cela est indiqué, il comprend deux bandes Xl et X2, 2- Iune borne de sortie Y, deux portes de transmission TG! et TG2, chacune comprenant un transistor PMOS Tp et un transistor TMOS Tn connectés ern parallèle l'ur avec l'autre, une borne de contrôle U recevant un si-_a' de contrôle F, et un inverseur NON. Les électrodes de la porte du transistor NMOS TnI et du transistor PlF.S TP2 sont connectés directement à la borne de corn-- iLe U tandis que les électrodes de la porte du transistor NMOS Tn2 et du transistor PMOS Tpl sont connectés au -travers d'un inverseur NON de la borne de contr-1le C. Quand les commutateurs 126 à 128 sont dans l'état illustré, le signal analogique appliqué & la bande d'entrée 121 passe à travers le filtre passe tout 124, filtre passe bas 125, et filtre passe haut 123, dans l'ordre cité, jusqu'à la borne de sortie 122. Quand les commutateurs 126 à 128 se trouvent dans l'état opposé à celui illustré, le signal analogique appliqué à la borne d'entrée 121 passe à travers le filtre passe haut 123, filtre passe tout 124 et filtre passe bas 125, dans l'ordre cité, jusqu'à la borne de sortie 122. Le filtre passe bande 140 du groupe inférieur peut être identique au filtre passe bande 14 du groupe inférieur de la figure 1. Un exemple de filtre passe bande 140 du groupe inférieur est montré dans la figure 7. Comme cela est indiqué, il comprend un filtre passe haut 143, un filtre passe tout 144 et un filtre passe bas 145. La structure générale du filtre passe haut 143, filtre passe tout 144 et filtre passe bas 145 peut être la même que celle du filtre passe haut 123, filtre passe tout 124 et filtre passe bas 125 du filtre passe bande 120 du groupe supérieur. Le filtre passe haut 143 et le filtre passe bas 145 diffèrent du filtre passe haut 123 et du filtre passe bas 125 par la capacité des condensateurs et par conséquent, les fréquences de coupures. Un signal analogique appliqué à une borne y- d'entrée 141 passe à travers le filtre passe haut 143, filtre passe tout 144 et filtre passe bas 145, dans l'ordre cité, jusqu'à une borne de sortie 142. Cet ordre de passage est inchangé sans tenir compte du fait lae le filtre passe bande 140 du groupe inférieur est utilisé en transmission ou en réception. Quand le circuit frontal arnalog-ae 1C est utilisé dans le second mode dans lequel le filtre passe bande 140 du groupe inférieur est utilisé er transmission et le filtre passe bande 12C du groupe speDrieur est utilisé en réception, les commutateurs 126 & 128, de méme que les commutateurs 16 & 19 sont dans l'état opposé à celui illustré. Dans cet état, le bruit généré par le filtre passe tout 144 dans le filtre passe bande 140 du groupe inférieur est réduit par le filtre passe bas 145 à la bande passante du groupe inférieur. Si la sortie du filtre passe bande 140 du groupe inférieur empiète le filtre passe bande du groupe supérieur 120, elle est atténuée par le filtre passe haut 123 dans le filtre passe bande du groupe supérieur 120 avant qu'elle atteigne le filtre passe tout 124, ainsi elle ne dégrade pas le rapport S/B du signal reçu en forçant le filtre passe tout 124 à générer des harmoniques de second ordre dans la bande de réception du groupe supérieur. Si les éléments du filtre passe bande 120 du groupe supérieur étant utilisés en réception étaient connectés dans la série filtre passe tout 124 --> filtre passe bas 125 -->filtre passe haut 123, alors le filtre passe haut 124 dans le filtre passe bande 120 du groupe supérieur génerait des harmoniques de second ordre qui pourraient tomber dans la bande passante de l'filtre passe haut 123. Ces.harmoniques se révéleraient en sortie du filtre passe bande 120 du groupe supérieur, o elles dégraderaient le rapport signal sur bruit (S/B) du signal reçu. ô Quand le circuit frontal analogique 10 de la réalisation ci-dessus est utilisé dans le premier mode dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en transmission et le filte passe bande du groupe inférieur est utilisé er réception, les commutateurs 126 à 128 aussi bien que les commutateurs 16 à 19 se trouvent dans l'état illustre. Avec la série de filtres fiitre passe tout 124 --> filtre passe bas 125 -> filtre passe haut 123, le bruit, dans la bande de fréquenre btzse qu est généré par le filtre passe bande 120 du groupe supérieur est plus faible que si la série de filtres est filtre passe haut 123 --> filtre passe tout 124 --> filtre passe bas 125. Ceci est d au fait que le bruit généré par le filtre passe tout 124 est réduit par le filtre passe haut 123 & une bande passante du groupe supérieur. Les deux bruits et harmoniques de second ordre, additionnels générés par le filtre passe tout 144 dans le filtre passe bande 140 du groupe inférieur s'étendent au- dessus de la fréquence de coupure du filtre passe bas 145 et sont par conséquent, atténués par le filtre passe bas 145. Ainsi, même si le bruit empiète sur la partie reçue, le niveau de bruit est faible et le bruit ne peut pas dégrader la caractéristique S/B du signal reçu. Le niveau de bruit généré par le filtre passe bande 120 du groupe supérieur avec différentes séries de connexion est montré dans la figure 8. L'axe horizontal de la figure 8 indique une fréquence en kHz; l'axe vertical indique le niveau de bruit en sortie en dB quand il n'y a pas de signal transmis. Les caractéristiques de niveau de bruit montrées sont mesurées à la sortie de l'amplificateur de gain 13, qui a un gain d'approximativement 14 dB. La ligne pleine 200 dans la figure 8 montre la caractéristique de bruit quand la série de filtres du filtre passe bande 120 du groupe supérieur étant utilisée en transmission était filtre 2passe tout 124 --> filtre passe bas 125 --> filtre passe haut 123. La ligne en trait interrompu 201 montre la caractéristique de bruit quand la série de filtres était filtre passe haut 123 --> filtre passe tout 124 --> filtre passe bas 125. Dans la bande passante 202 du filtre passe bande du groupe inférieur étant utilisé en réception, le niveau de bruit de la ligne pleine 200 est à peu près de 10 dB inférieure du niveau de bruit de la ligne en trait interrompu 201. En conséquence, quand la bande du groupe supérieur esz _tilisée ern transmission, la série de- filtres du filtre passe bande du groupe supérieur devrait être filtre passe tout --> filtre passe bas --> filtre passe haut. Donc, le niveau de bruit qui peut empiéter le filtre passe bande du groupe inférieur étant utilisé en réception est faible. Ainsi, en combinant la fréquence de filtre selon le mode de communication, cette invention peut fournir à la fois la série de filtres optimum indifféremment de la façon dont sont utilisées la bande du groupe supérieur et la bande du groupe inférieur. Cette invention n'est pas limitée à la réalisation précédente, en particulier, il est possible que les endroits d'insertion et les configurations de connexion des commutateurs 16, 17, 18, 19, 126, 127, et 128 soient différents que ce que l'on montre, et il est possible de fournir une pluralité de filtres passe bande d'un groupe supérieur et une pluralité de filtres passe bande 14 d'un groupe inférieur pour une communication bidirectionnelle utilisant plus de deux canaux de fréquence. REVENDICATIONS 1) Circuit frontal analogique (10) pour des communications en duplex complet caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre passe bande (12) d'un groupe supérieur comprenant un filtre passe haut, un filtre passe bas et un filtre passe tout; un filtre passe bande (14) d'un groupe inférieur possédant une bande passante plus petite que le filtre passe bande (12) du groupe supérieur; des premiers moyens (7, 16, 17, 18, 19) pour reconnecter le filtre passe bande du groupe supérieur et le filtre passe bande du groupe inférieur soit en un premier mode dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en transmission et le filtre passe bande du groupe inférieur est utilisé en réception, ou dans un second mode dans lequel le filtre passe bande du groupe inférieur est utilisé en transmission et le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en réception; et des seconds moyens (126, 127, 128) pour reconnecter le filtre passe haut, le filtre passe bas et le filtre passe tout, dans le filtre passe bande du groupe supérieur soit dans un premier état dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est plus adapté en transmission et dans un second état dans lequel le filtre passe bande du groupe supérieur est plus adapté en réception. 2) Circait selon la revendicaticn 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens pour reconnecter le fi-.re passe haut, le filtre passe bas et le filtre passe tout connectent le filtre passe haut, le filtre passe bas et le filtre passe tout de sorte que le signal en entrée du filtre passe bande du groupe supérieur traverse le filtre passe tout, le filtre passe bas et le filtre pisse haut, dans l'ordre cité, quand le filtre passe- bande du groupe supérieur est utilisé en transmission, et connecte le filtre passe haut, le filtre passe bas et le filtre passe tout, de sorte que le signal en entrée du filtre passe bande du groupe supérieur traverse le filtre passe haut avant le filtre passe tout, quand le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en réception. 3) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens pour reconnecter le filtre passe haut, le filtre passe bas et: le filtre passe tout, connectent le filtre passe haut, le l0 filtre passe bas et le filtre passe tout, de sorte que le signal en entrée du filtre passe bande du groupe supérieur traverse le filtre passe haut, le filtre passe tout et le filtre passe bas, dans l'ordre cité, quand le filtre passe bande du groupe supérieur est utilisé en réception. 4) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre passe bande (14) du groupe inférieur comprend un filtre passe bas, un filtre passe haut et un filtre passe tout. 5) Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal en entrée du filtre passe bande du groupe inférieur traverse le filtre passe haut, le filtre passe tout et le filtre passe bas dans l'ordre cité. 2- 6) Circuit selon la revendication 4, caractérisé e- ce que lesdits filtres passe bas, passe haut et passe tout sont des filtres a condensateur commutable. 7] Circuit selon la revendication 1, caractérisé er. ce que lesdits filtres passe bas, passe haut et passe tout sont des filtres à condensateur commutable. 8; Dispositif pour interfacer un processeur de traitexernt _ signal numÉrique (9) et une ligne de signal analogique (2), caractérisé en ce qu'il comporte pour l'application d'un circuit frontal analogique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7: - un convertisseur numérique analogique N/A (11) convertissant un signal numérique à partir du processeur de traitement du signal numérique en un signal analogique; ledit circuit frontal analogique (10) recevant le signal analogique à partir du convertisseur N/A (11) et produisant un signal de transmission vers un transformateur hybride (23) qui est connecté à la ligne de signal analogique pour transmettre et recevoir le signal analogique vers et en provenance de la ligne de signal analogique; ledit cicuit frontal analogique recevant aussi un signal de réception à partir du transformateur hybride et produit un signal analogique; et - un convertisseur numérique analogique A/N (15) convertissant un signal analogique provenant du circuit frontal analogique en un signal numérique et transmettant celui-ci au processeur de traitement du signal numérique.