Brevet FR2695272A1 — publié le 19940304

"Circuit mélangeur pour des signaux de radio ou de télévision" La présente invention concerne un circuit mélangeur pour des signaux de radio ou de télévision, muni d'une première et d'une seconde paire différentielle comportant chacune un premier transistor et un second transistor dont les émetteurs sont reliés l'un à l'autre, le collecteur du premier transistor de la première paire et celui du premier transistor de la seconde paire étant reliés ensemble à une borne d'alimentation éventuellement via une résistance, le collecteur du second transistor de la première paire et celui du second transistor de la seconde paire étant reliés ensemble à la dite borne d'alimentation éventuellement via une résistance, au moins une borne d'une source d'un premier signal à mélanger étant reliée à une des paires de bases reliées ensemble, et chacune des paires différentielles étant munie d'une connexion dite "queue" reliant ses émetteurs à une seconde borne d'alimentation et dans laquelle sont insérés, dans l'ordre à partir des émetteurs vers la seconde borne d'alimentation, l'espace collecteur- émetteur d'au moins un transistor dit "de queue" dont la base, en ce qui concerne l'une des queues, est reliée à une tension de référence, et une résistance d'équilibrage. Les circuits intégrés devenant de plus en plus complexes, le nombre de broches de leurs boîtiers a tendance à s'accroître de façon excessive. L'un des buts de tout développement de circuit intégré est donc que ce circuit ait le moins d'entrées/sorties possible, pour diminuer le nombre de broches Les mélangeurs à attaque complètement symétrique ont en général des performances supérieures à celles des montages à attaque asymétrique du point de vue du gain, du bruit, de l'économie de courant, de la linéarité, et de la possibilité de fonctionner sous une faible tension d'alimentation, ou au moins de certains de ces paramètres Par contre les mélangeurs à attaque asymétrique présentent une ou même deux broches de moins. Un mélangeur asymétrique est connu des documents JP-60-194 810 ou US-4, 216,431 Dans les mélangeurs de ces deux documents l'attaque est asymétrique aussi bien pour la source du premier signal à mélanger que pour la source du second signal à mélanger Ils comportent deux paires différentielles avec dans chacune de leurs queues l'espace collecteur- émetteur d'un transistor de queue dont la base, en ce qui concerne l'une des queues, est reliée à une borne d'une tension de référence, et en ce qui concerne l'autre queue, est reliée à une source asymétrique du second signal à mélanger. Toutefois l'invention s'intéresse à des mélangeurs à entrée sur les émetteurs, dits "à entrée basse impédance" Dans ce cas la solution décrite dans les documents cités, à savoir relier l'entrée d'un des transistors de queue à une tension de référence, n'est pas satisfaisante parce qu'elle fait perdre la moitié du gain en puissance L'invention se propose de fournir des mélangeurs à entrée basse impédance à attaque asymétrique dont les performances, en ce qui concerne le gain, le bruit, l'économie de courant, ou la possibilité de fonctionner sous une faible tension d'alimentation, soient aussi bonnes que celle de mélangeurs symétriques à entrée basse impédance. Ce but est atteint du fait que l'espace collecteur-émetteur d'un transistor dont la base est reliée à une tension de référence et qui est muni d'une résistance en série dans sa connexion de collecteur est inséré entre les émetteurs d'une des paires différentielles et le transistor de queue correspondant, dont la base est reliée à une tension de référence, son collecteur est relié par une capacité à la base du transistor de queue de l'autre queue, et son émetteur est relié à une source asymétrique d'un second signal à mélanger. Le mélangeur ainsi construit a plus de gain en puissance qu'un mélangeur symétrique à attaque par les émetteurs, et il est aussi bon du point de vue du bruit, de l'économie de courant, et de la linéarité En outre il peut fonctionner sous cinq volts seulement. Dans une variante de l'invention, l'espace collecteur-émetteur d'un transistor dont la base est reliée à une borne d'une tension de référence et qui est muni d'une résistance en série dans sa connexion de collecteur est inséré entre l'émetteur d'un transistor de queue dont la base est reliée à une tension de référence et la résistance d'équilibrage correspondante, son collecteur est relié par une capacité à la base du transistor de queue de l'autre queue, et son émetteur est relié à une source asymétrique d'un second signal à mélanger. Ce montage est moins performant en bruit que le premier, mais par contre il atténue le transfert résiduel parasite de signal vers l'entrée. Selon une autre variante de l'invention, l'espace collecteur- émetteur d'au moins un transistor supplémentaire dont la base est reliée à une borne d'une tension de référence est inséré dans au moins une des queues entre les émetteurs réunis de la paire différentielle et les autres éléments de la queue. Avec ce montage, le transfert résiduel parasite de signal vers l'entrée est également diminué, au prix d'une complication légère, mais par contre une plus grande tension d'alimentation est nécessaire. Ces aspects de l'invention ainsi que d'autres aspects plus détaillés apparaîtront plus clairement grâce aux modes de réalisation non limitatifs décrits ci-après. La figure 1 est un schéma d'un circuit mélangeur selon l'invention. La figure 2 est un schéma d'une variante de circuit mélangeur selon l'invention. La figure 3 est un schéma d'une autre variante de circuit mélangeur selon l'invention. Le circuit mélangeur dont le schéma est représenté sur la figure 1 a une structure globalement symétrique, avec une attaque symétrique en ce qui concerne une des sources de signal de modulation em, mais avec une attaque asymétrique en ce qui concerne l'autre source e Il est muni d'une première paire différentielle comportant un premier transistor Tp, et un second transistor Tpdont les émetteurs sont reliés l'un à l'autre, et d'une seconde paire différentielle comportant un premier transistor Tp Pl et un second transistor Tpp 2 dont les émetteurs sont aussi reliés l'un à l'autre Le collecteur du premier transistor Tp 1 de la première paire et celui du premier transistor Tpp, de la seconde paire sont reliés ensemble et à une borne d'alimentation Va, via une résistance RL Le collecteur du second transistor Tp 2 de la première paire et celui du second transistor Tpp 2 de la seconde paire sont reliés ensemble à la dite borne d'alimentation Va, via une autre résistance RL Une borne d'une source d'un premier signal à mélanger em est reliée aux bases des transistors Tpi et Tpp 2, et l'autre borne de la source de signal em est reliée aux bases des transistors Tp 2 et Tppl, l'attaque étant ici symétrique Pour cette partie du montage, une attaque symétrique a été choisie parce que le signal qui y est amené vient d'un oscillateur local qui est implanté sur la même pastille que le mélangeur, et par conséquent ne requiert pas de broches d'entrée ad-hoc Bien entendu des moyens connus (non représentés) sont prévus pour polariser correctement les bases des quatre transistors des paires différentielles en courant continu. Chacune des paires différentielles est munie d'une connexion dite "queue" reliant ses émetteurs à une seconde borne d'alimentation, ici constituée par la masse Dans la queue de la paire différentielle de droite sur la figure sont insérés, dans l'ordre en allant des émetteurs vers la masse, l'espace collecteur- émetteur d'un transistor Tl dit "de queue" et une résistance d'équilibrage Rg La base du transistot Tl est reliée à une borne d'une tension de référence VR El, via une résistance R. De façon symétrique, l'espace collecteur-émetteur d'un transistor T 2 dit "de queue" et une résistance d'équilibrage Rg sont insérés dans la queue de la paire différentielle de gauche sur la figure La base du transistor T 2 est reliée à la même borne de tension de référence VR Ei que la base de l'autre transistor de queue Tl, également via une résistance R, et elle est découplée à la masse par une capacité C. Le signal de sortie du mélangeur est prélevé aux bornes de l'une des résistances RL Eventuellement l'autre résistance RL peut être omise, si une sortie symétrique n'est pas désirée. L'espace collecteur-émetteur d'un transistor T 3 est inséré entre les émetteurs de la paire différentielle de gauche sur la figure et le transistor de queue T 2 correspondant La base du transistor T 3 est reliée à une borne d'une seconde tension de référence VRE 2 toujours via une résistance R et avec une capacité de découplage C vers la masse Ce transistor est muni d'une résistance R en série dans sa connexion de collecteur, lequel collecteur est relié par une capacité CL à la base du transistor de queue Tl de l'autre queue, et l'émetteur du transistor T 3 est relié via une capacité de liaison C à une source asymétrique délivrant un second signal e à mélanger au premier. Ce montage présente un gain en puissance supérieur à celui obtenu avec un montage à attaque symétrique sur les émetteurs des transistors Tl et T 2 (nécessitant deux bornes d'entrée), ses performances au point de vue du bruit, de la linéarité et de la consommation en courant sont équivalentes, et il fonctionne très bien sous seulement cinq volts. Néanmoins un signal résiduel ayant deux fois la fréquence du signal e est présent sur les émetteurs des paires différentielles Un tel signal est toujours présent dans un tel montage et il n'est pas dû à la présence du transistor T 3, mais ici l'inconvénient est que cette composante à deux fois la fréquence de em est retransmise via la résistance R et la capacité CL, ce qui donne en fin de compte en sortie des composantes à la fréquence du signal em et à trois fois cette fréquence Néanmoins par exemple dans une application possible du mélangeur pour obtenir une fréquence intermédiaire à partir d'un oscillateur local (représenté par em) et d'un signal reçu (représenté par e.), la fréquence de l' oscillateur local étant supérieure à celle du signal reçu, la fréquence intermédiaire est beaucoup plus faible que la fréquence de la source em et à fortiori que trois fois cette fréquence la présence de ces composantes n'est donc pas gênante. Si toutefois dans une autre application, ces composantes étaient gênantes, on pourrait utiliser la variante du mélangeur qui est représentée sur la figure 2 Les éléments sont à peu près les mêmes que dans le mélangeur de la figure 1, mais le transistor T 3 avec sa résistance de collecteur R sont placés entre l'émetteur du transistor T 2 et sa résistance Rg d'équiibrage Dans ce cas la base du transistor T 3 est reliée à la tension de référence VREE et celle du transistor T 2 est reliée à une tension de référence VRE 3 Plus élevée Cette variante est moins bonne en ce qui concerne le bruit, mais par contre elle procure une isolation très bonne du signal à deux fois la fréquence du signal e au niveau des émetteurs de la paire différentielle de gauche vis-àvis de la résistance R,,, c'est-à-dire en fin de compte une bonne réjection des fréquences parasites en sortie. La variante du mélangeur qui est représentée sur la figure 3, est intéressante lorsqu'on dispose d'une tension d'alimentation relativement élevée, supérieure à cinq volts Partant du schéma de la figure 1, un transistor T 4 a été ajouté-en série dans la queue, à gauche sur la figure, entre les émetteurs des transistors Tp 1, Tp 2 et la résistance de collecteur du transistor T 3, pour réduire un décalage dû à l'effet dit "Early" La base de ce transistor T 4 est reliée à une troisième source de tension de référence VRE 3 Symétriquement, un transistor T 5 optionnel a été ajouté ici dans la queue, à droite sur la figure, entre les émetteurs des transistors TPP 1, Tpp 2 et le collecteur du transistor Tl La base du transistor T 5 est reliée à la troisième source de tension de référence VRE 3 toujours via une résistance R et avec une capacité de découplage C vers la masse On pourrait aussi utiliser à la place des transistors T 4 ou T 5 à chaque fois un montage cascode de deux transistors Il faut noter aussi que l'utilisation d'un transistor T 5 (mais pas du transistor 4) dans le montage de la figure 1, en position symétrique du transistor T 3, permet d'équilibrer les polarisations et de diminuer l'incidence de l'effet "Early". REVENDICATIONS 1 Circuit mélangeur pour des signaux de radio ou de télévision, muni d'une première et d'une seconde paire différentielle comportant chacune un premier transistor (TP, ou Topé) et un second transistor (Tp 2 ou Tpp 2) dont les émetteurs sont reliés l'un à l'autre, le collecteur du premier transistor (Tpl) de la première paire et celui du premier transistor (Tppl) de la seconde paire étant reliés ensemble à une borne d'alimentation (Va) éventuellement via une résistance (RL) le collecteur du second transistor (Tp 2) de la première paire et celui du second transistor (Tpp 2) de la seconde paire étant reliés ensemble à la dite borne d'alimentation (Va) éventuellement via une résistance, au moins une borne d'une source (em) d'un premier signal à mélanger étant reliée à une des paires de bases reliées ensemble, et chacune des paires différentielles étant munie d'une connexion dite "queue" reliant ses émetteurs à une seconde borne d'alimentation (la masse) et dans laquelle sont insérés, dans l'ordre à partir des émetteurs vers la seconde borne d'alimentation, l'espace collecteur-émetteur d'au moins un transistor dit "de queue" (Tl ou T 2) dont la base, en ce qui concerne l'une des queues (T 2), est reliée à une tension de référence (VRE 1), et une résistance d'équilibrage (Rg), caractérisé en ce que l'espace collecteur-émetteur d'un transistor (T 3) dont la base est reliée à une tension de référence (VRE 2) et qui est muni d'une résistance (RC) en série dans sa connexion de collecteur est inséré entre les émetteurs d'une des paires différentielles et le transistor de queue correspondant (T 2), dont la base est reliée à une tension de référence (VRE 1), son collecteur est relié par une capacité (CL) à la base du transistor de queue (Tl) de l'autre queue, et son émetteur est relié à une source asymétrique (e) d'un second signal à mélanger. 2 Circuit mélangeur pour des signaux de radio ou de télévision, muni d'une première et d'une seconde paire différentielle comportant chacune un premier transistor (TP, ou Topo) et un second transistor (Tp 2 ou Tpp 2) dont les émetteurs sont reliés l'un à l'autre, le collecteur du premier transistor (TPU 1 de la première paire et celui du premier transistor (Tppl) de la seconde paire étant reliés ensemble à une borne d'alimentation (Va) éventuellement via une résistance (RL), le collecteur du second transistor (Tp 2) de la première paire et celui du second transistor (Tpp 2) de la seconde paire étant reliés ensemble à la dite borne d'alimentation (Va) éventuellement via une résistance, au moins une borne d'une source (em) d'un premier signal à mélanger étant reliée à une des paires de bases reliées ensemble, et chacune des paires différentielles étant munie d'une connexion dite "queue" reliant ses émetteurs à une seconde borne d'alimentation (la masse) et dans laquelle sont insérés, dans l'ordre à partir des émetteurs vers la seconde borne d'alimentation, l'espace collecteur-émetteur d'au moins un transistor dit "de queue" (Tl ou T 2) dont la base, en ce qui concerne l'une des queues (T 2), est reliée à une tension de référence (VRE 3), et une résistance d'équilibrage (Rg)t caractérisé en ce que l'espace collecteur-émetteur d'un transistor (T 3) dont la base est reliée à une borne d'une tension de référence (VREI) et qui est muni d'une résistance (Rj) en série dans sa connexion de collecteur est inséré entre l'émetteur d'un transistor de queue (T 2) dont la base est reliée à une tension de référence (VRE 3) et la résistance d'équilibrage (Rg) correspondante, son collecteur est relié par une capacité (CL) à la base du transistor de queue de l'autre queue, et son émetteur est relié à une source asymétrique (e) d'un second signal à mélanger. 3 Circuit mélangeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'espace collecteur-émetteur d'au moins un transistor supplémentaire (T 4 ou T 5) dont la base est reliée à une borne d'une tension de référence (VRE 3) est inséré dans au moins une des queues entre les émetteurs réunis de la paire différentielle (Tp 1, Tp 2 ou Tp P 1,T Pp 2 ) et les autres éléments de la queue (R,,T 3,T 2 ou Tl).