Brevet FR2746983A1 — publié le 19971003

La présente invention concerne un circuit amplificateur pour émetteur, qui convient pour être employé, par exemple, dans un téléphone portable dans le mode CDMA (Accès Multiple par Code de Répartition). Dans un téléphone portable du mode CDMA, des circuits amplificateurs à gain variable (qu'on désigne ci-après par "circuits amplificateurs variables") capables de faire varier un gain de 80 dB ou plus sont normalement prévus aux circuits amplificateurs à haute fréquence d'un ensemble émetteur et d'un ensemble récepteur, respectivement, dans le but de maintenir les communications pendant son mouvement. La figure 3 représente un étage à haute fréquence d'un téléphone portable dans les modes généraux CDMA et FM (modulation de fréquence). On donnera tout d'abord une description de la configuration d'un système de transmission. Un signal de transmission à fréquence intermédiaire modulé par un modem 101 est modulé en QPSK (modulation par déplacement de phase en quadrature) par un circuit de modulation QPSK, 102. Ensuite, le signal modulé est amplifié par un circuit amplificateur variable du côté transmission 103, qui est mélangé dans un signal oscillant local produit par un oscillateur local 121 par un mélangeur 104, o le signal mélangé est converti en signal de transmission à haute fréquence. Le signal de transmission à haute fréquence est transmis par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande 105, d'un amplificateur de puissance 106, d'un duplexeur 107 et d'une antenne 108. On procèdera maintenant à une description de la configuration d'un système de réception. Un signal de réception à haute fréquence reçu par l'antenne 108 est appliqué à un mélangeur 111 par l'intermédiaire du duplexeur 107, d'un amplificateur à faible bruit 109 et d'un filtre passe-bande 110, o le signal est mélangé dans un signal oscillant local produit par l'oscillateur local 121 de manière à être converti en signal de réception à fréquence intermédiaire IF. Le signal de 2 2746983 réception IF est appliqué à un filtre passe-bande CDMA 112 et à un filtre passe-bande FM 113, o un signal d'entrée choisi en fonction d'un mode établi et amplifié par un circuit amplificateur variable du côté réception 114. Ensuite, le signal amplifié est démodulé par un circuit de démodulation QPSK 115, ce qui est suivi par l'application au modem 101. L'intensité du signal reçu, qui a été détecté par un circuit 116 indicateur d'intensité de signal de réception (RSSI), prévu à l'intérieur du modem 101, est comparée à une donnée de référence d'intensité (DRI) par un comparateur 117. La différence d'intensité entre elles est appliquée à un circuit 118 de correction de tension CAG (contrôle automatique de gain) du côté réception et à un circuit 119 de correction de sortie de transmission. Le circuit 118 sort une sortie CAG de façon que la différence produite à partir du comparateur 117 devienne "0", c'est-à-dire que la sortie du circuit 116 indicateur d'intensité de signal de réception coïncide avec la donnée de référence d'intensité, d'o le contrôle du gain du circuit amplificateur variable 114 du côté réception. La différence produite par le comparateur 117 et la donnée de correction de la sortie de transmission déterminée selon les conditions des circuits entre un téléphone portable et une station de base sont appliquées au circuit 119 de correction de sortie de transmission du côté transmission. Un circuit de correction de tension CAG du côté transmission sort une tension CAG de sorte qu'un signal modulé est inversement proportionnel à la valeur du signal reçu, et selon la donnée de correction de sortie de transmission, d'o le contrôle du gain du circuit amplificateur variable 103 du côté transmission. Dans ce cas, il faut une linéarité excellente entre la tension CAG et le gain dans une gamme dynamique de 80 dB ou plus de manière à permettre le fonctionnement des circuits amplificateurs 3 2746983 variables 1Q3 et 114 des côtés transmission et réception en étant verrouillés l'un à l'autre. S'agissant de ce type de circuit amplificateur pour l'émetteur, on a proposé dans le passé un procédé de construction d'un circuit amplificateur FI et d'un circuit d'amplificateur HF avec des circuits amplificateurs variables et de commande des circuits amplificateurs variables individuels avec des tensions CAG différentes, d'o la réalisation d'une gamme dynamique de 80 dB ou plus, comme cela est décrit dans la demande de brevet japonais mise la disposition du public N Hei 6-508012 (1994), par exemple. La figure 4 représente un circuit de ce type. Des signaux I et Q utilisés comme signaux de transmission sont modulés par un circuit 1 de modulation QPSK, dans lequel le signal est converti en signal IF (fréquence intermédiaire). Le signal IF est appliqué aux circuits amplificateurs variables 2 et 3 de l'étage IF, prévus en deux étages, o il est amplifié sur la base d'une tension CAG, VCAG1, utilisée en commun par les étages IF. Le signal IF est mélangé avec un signal oscillant local produit à partir d'un oscillateur local 9 par un mélangeur 5, o il est converti en signal HF (haute fréquence). Le signal HF est fourni à un circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF, o il est amplifié sur la base d'une tension CAG, VCAG2, utilisée pour l'étage HF. En outre, le signal HF est sorti vers une antenne par l'intermédiaire d'un amplificateur 6, d'un filtre passe- bande 7 et d'un amplificateur de puissance 8. Cependant, le procédé de commande des circuits amplificateurs variables 2 et 3 de l'étage IF et du circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF par les tensions VCAG1 et VCAG2, différentes l'une de l'autre, selon la manière décrite ci-dessus soulève le problème que le circuit de commande présente une configuration complexe. Le téléphone portable dans le mode CDMA dans lequel le degré d'amplification du 4 2746983 circuit émetteur a besoin d'être commandé selon le niveau (RSSI) du signal reçu comme cela est représenté en figure 3, rencontre des difficultés pour obtenir les tensions VCAG1 et VCAG2 qui sont différentes l'une de l'autre en matière de caractéristique par rapport à un circuit récepteur. Compte-tenu des problèmes exposés ci-dessus, un objet de la présente invention est de fournir un circuit amplificateur convenant à un émetteur, qui est capable de réaliser une vaste gamme dynamique dans une configuration simple. Dans le but d'atteindre l'objet ci-dessus, la présente invention réside en ce qu'un circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire est configuré dans un mode à courant d'attaque variable, un circuit amplificateur variable à haute fréquence est configuré dans un mode à courant d'attaque constant, et une tension CAG est convertie en courant variant exponentiellement, d'o il résulte que le degré d'amplification de chaque circuit amplificateur variable est commandé sur la base du courant commun. Selon la présente invention, étant donné que le circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire du mode variable à courant d'attaque et le circuit amplificateur variable à haute fréquence du mode à courant d'attaque constant sont commandés par le gain linéaire à la même tension CAG, une vaste gamme dynamique peut être obtenue dans une structure simple. Un mode de réalisation de la présente invention comprend un circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire du mode à courant d'attaque variable afin d'amplifier un signal de fréquence intermédiaire, un circuit de conversion de fréquence afin de convertir le signal à fréquence intermédiaire amplifié par le circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire en signal variable à haute fréquence, un circuit amplificateur variable à haute fréquence dans le mode à courant d'attaque constant afin 2746983 d'amplifier le signal à haute fréquence converti par le circuit de conversion de fréquence, et un circuit de commande de degré d'amplification afin de convertir un signal CAG variant linéairement en courant variant exponentiellement et fournir le courant au circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire et au circuit amplificateur variable à haute fréquence, d'o le contrôle de leurs degrés d'amplification. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un mode de réalisation d'un circuit amplificateur convenant à un émetteur, selon la présente invention; La figure 2 est un schéma de circuits représentant en détail le circuit amplificateur de la figure 1; La figure 3 est un schéma sous forme de blocs d'un téléphone portable du mode CDMA auquel s'applique le circuit amplificateur de la figure 1; et La figure 4 est un schéma sous forme de blocs d'un circuit amplificateur classique pour émetteur. On décrira maintenant, en liaison avec les dessins annexés, un mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un mode de réalisation du circuit amplificateur pour un émetteur, selon la présente invention. La figure 2 est un schéma de circuits représentant en détail le circuit amplificateur de la figure 1. En figure 1, des signaux I et Q utilisés comme signaux de transmission sont modulés par un circuit de modulation QPSK 1 dans lequel le signal est converti en signal IF. Le signal IF est appliqué à des circuits amplificateurs variables 2 et 3 de l'étage IF, fournis en deux étages, o il est amplifié sur la base 6 2746983 d'une tension CAG, VCAG, utilisée en commun par les étages IF et HF. Le signal IF est mélangé dans une fréquence oscillante locale produite à partir d'un oscillateur local 9 par un mélangeur 5, o il est converti en signal de transmission HF. Le signal de transmission HF est appliqué à un circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF, dans lequel il est amplifié sur la base de la tension CAG, VCAG, utilisée en commun par les étages IF et HF. En outre, le signal de transmission HF est sorti vers une antenne par l'intermédiaire d'un amplificateur 6, d'un filtre passe- bande 7 et d'un amplificateur de puissance 8. En figure 2, une tension d'alimentation Vcc est appliquée à l'une des extrémités respectives de résistances R3 et R4 du circuit amplificateur variable 2 de l'étage IF, à l'une des extrémités respectives de résistances R5 et R6 du circuit amplificateur variable 3 de l'étage IF de la même configuration, aux émetteurs individuels de transistors PNP, Q13 et Q12, du circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF, à l'une des extrémités respectives de résistances Rl et R2, et aux collecteurs individuels de transistors NPN, Q2 et Q3. En outre, la tension CAG, VCAG, est appliquée aux bases individuels de transistors NPN, Q15, Q16 et Q14 des circuits amplificateurs variables 2 à 4. Dans le circuit amplificateur variable 2 de l'étage IF correspondant au premier étage, les bornes pour la sortie des signaux modulés par le circuit 1 de modulation QPSK sont connectées électriquement à leurs bases correspondantes de transistors NPN, Q7 et Q8, et mises à la masse par l'intermédiaire de résistances R8 et R7 et d'une alimentation de polarisation ou-source. Les autres extrémités des résistances R3 et R4 sont connectées électriquement aux collecteurs correspondants des transistors Q7 et Q8 et sont connectées électriquement au circuit amplificateur variable 3 de l'étage IF qui correspond à l'étage suivant via des condensateurs de couplage Cl et C2. Les émetteurs des 7 2746983 transistors Q7 et Q8 sont connectés électriquement en commun au collecteur (courant I2) du transistor Q15. L'émetteur du transistor Q15 est mis électriquement à la masse. D'une façon similaire, même dans le cas o le circuit amplificateur variable 3 de' l'étage IF correspondant à l'étage suivant, des condensateurs de couplage C3 et C4 sont connectés électriquement à leurs bases correspondantes de transistors NPN, Q9 et Q10, et sont respectivement mis à la masse par l'intermédiaire de résistances RlO et R9 et d'une source de polarisation. Les autres extrémités des résistances R5 et R6 sont connectées électriquement à leurs collecteurs correspondants des transistors NPN, Q9 et Q10, et sont respectivement connectées électriquement au mélangeur 5 de l'étage suivant par l'intermédiaire des condensateurs de couplage C3 et C4. Les émetteurs des transistors Q9 et Q10 sont respectivement connectés électriquement en commun au collecteur du transistor Q16. L'émetteur du transistor Q16 est mis à la masse. Dans le circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF, les bases des transistors Q13 et Q12 sont connectées électriquement en commun à leurs collecteurs correspondants des transistors Q13 et Q14. L'émetteur du transistor Q14 est mis à la masse. En outre, le collecteur du transistor Q12 est connecté électriquement au collecteur et à la base d'un transistor NPN, Qll, et aux bases des transistors NPN, Ql et Q4. En outre, l'émetteur du transistor NPN, Qll, est connecté électriquement entre des résistances Rll et R12 connectées en série. Les autres extrémités des résistances R1 et R2 sont connectées électriquement à leurs collecteurs correspondants (courant Il) des transistors Q1 et Q4 et à l'amplificateur 6 de l'étage suivant. Les bases des transistors Q2 et Q3 sont mises à la masse en commun par l'intermédiaire d'une tension de polarisation El. Les émetteurs des transistors Q1 et Q2 sont connectés 8 2746983 respectivement électriquement en commun à une extrémité de la résistance Rll et au collecteur (courant IO) d'un transistor NPN, Q5. D'une façon similaire, les émetteurs des transistors Q3 et Q4 sont respectivement connectés électriquement en commun à une extrémité de la résistance R12 et au collecteur (courant IO) d'un transistor NPN, Q6. Les bases des transistors Q5 et Q6 sont alimentées avec des signaux HF provenant du mélangeur 5, alors que leurs émetteurs sont mis en commun à la masse par l'intermédiaire d'une source de courant constant CSl. Les circuits amplificateurs variables 2 et 3 de l'étage IF sont respectivement du type à courant opérationnel variable et leurs transistors (Q7, Q8) et (Q9, Q10) sont respectivement du type à gain variable. Leurs courants I2 sont commandés par les transistors Q15 et Q16, respectivement. Par contraste avec les circuits amplificateurs 2 et 3, le circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF est du type à courant opérationnel constant. Cependant, la tension VCAG variant linéairement est convertie en un courant variant exponentiellement par le transistor Q14. Les transistors à gain variable Ql à Q4 et les transistors amplificateurs Q5 et Q6 constituent un amplificateur différentiel. En outre, le transistor Qll et les transistors Ql et Q4 constituent tous deux des circuits à courant en rapport géométrique. D'une façon similaire, les transistors Q13 et Q12 constituent aussi un circuit à courant en rapport géométrique. La taille de cellule du transistor Qll est établie à environ 1/50 de celle de chacun des transistors Ql et Q4 de sorte que le courant circulant dans le transistor Qll n'exerce aucune influence sur l'amplification d'un signal de haute fréquence provenant des transistors Ql à Q4. En outre, la taille de cellule de chacun des transistors Q15 et Q16 est établie à 100 fois celle du transistor Q14 de sorte que les courants 9 2746983 circulant dans les transistors Q7, Q8, Q9, QlO, Q1 et Q4 deviennent égaux les uns aux autres. Etant donné que les transistors Q1 et Q4 et le transistor Qll constituent les circuits à courant en rapport géométrique dans le circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF dans une telle Construction, les courants IO produits par les transistors Q1 et Q4 circulent proportionnellement au courant traversant le transistor Qll. Etant donné que les courants circulant dans les transistors Qll, Q12, Q13 et Q14 sont identiques, les courants circulant dans les transistors Ql et Q4 sont proportionnels au courant circulant dans le transistor Q14. En outre, le courant circulant dans le transistor Q14 varie exponentiellement par rapport à la tension VCAG variant linéairement. Le gain PG [dB] du circuit amplificateur variable dans le mode à courant opérationnel constant 4 de l'étage HF est donné par l'expression suivante: PG - PGO + 20log (Il/IO0)... (1) dans laquelle PGO indique le gain au moment o I1 est IO. En outre, la relation entre I1 et IO (Il/IO0) est donnée par l'expression suivante: Il/IO - [1 + exp{- VCAG * q/(kT)}]... (2) dans laquelle q: charge unitaire d'un électron k: constante de Boltzmann, et T: température absolue. Ainsi, étant donné que les courants IO des transistors Q1 et Q4 sont commandés exponentiellement, le gain PG [dB] du circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF est commandé linéairement avec la tension VCAG variant linéairement. Le gain PG [dB] de chacun des circuits amplificateurs variables 2 et 3 de l'étage IF du mode à courant opérationnel variable est exprimé comme suit: PG - 20log (I2)... (3) En outre, le courant I2 est donné par l'expression suivante: 12 - exp{VCAG * q/(kT)}]... (4) 2746983 Ainsi, étant donné que les courants I2 des collecteurs des transistors Q15 et Q16 varient exponentiellement par rapport à la tension VCAG variant linéairement, le gain PG [dB] de chacun des circuits 2 et 3 est commandé d'une façon similaire linéairement par rapport à la tension VCAG variant linéairement. Etant donné que le circuit amplificateur variable 4 du mode à courant constant est constitué des circuits à courant en rapport géométrique, le circuit amplificateur variable du mode à courant constant et le circuit amplificateur variable du mode à courant variable peuvent être commandés par la tension VCAG commune. En outre, étant donné que les circuits amplificateurs 2 et 3 sont respectivement configurés dans le mode à courant variable, la consommation d'énergie peut être réduite. Lorsqu'ils sont appliqués au téléphone portable du mode CDMA, la durée de vie de la batterie peut être élevée. Etant donné que le circuit amplificateur variable du type à courant opérationnel constant qui constitue le circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF est du type à base commune dans la configuration de base et que le circuit commun de base est excellent en matière de réponse de fréquence, il a une caractéristique satisfaisante de la commande du gain même dans le cas d'une bande UHF. Comme la même pente du gain que l'ensemble récepteur ayant les circuits amplificateurs variables seulement dans les étages IF peut être obtenu même si le circuit amplificateur variable 4 est prévu dans l'étage HF, les circuits amplificateurs peuvent être appliqués même au téléphone portable du mode CDMA qui doit commander le degré d'amplification du circuit émetteur en fonction de l'intensité (RSSI) du signal reçu comme cela est représenté en figure 3. En outre, le modulateur QPSK 1, les circuits amplificateurs variables 2 et 3 de l'étage IF, le mélangeur 5 et le circuit amplificateur variable 4 de l'étage HF peuvent être constitués d'un circuit intégré. Selon la présente invention, comme on l'a décrit ci-dessus, un circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire est configuré dans un mode à courant d'attaque variable, un circuit amplificateur variable à haute fréquence est configuré dans un mode à courant d'attaque constant, et une tension CAG variant linéairement est convertie en un courant variant exponentiellement, d'o il résulte que le degré d'amplification de chaque circuit amplificateur variable est commandé sur la base du courant commun. Par conséquent, le circuit amplificateur variable à fréquence intermédiaire du mode à courant d'attaque variable et le circuit amplificateur variable à haute fréquence du mode à courant d'attaque constant sont commandés sur la base du gain linéaire de la même tension CAG. Par conséquent, une vaste gamme dynamique peut être réalisée avec une structure simple. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 12 2746983 REVENDICATIONS 1 - Circuit amplificateur convenant pour être employé dans un émetteur, caractérisé en ce qu'il comprend: - un circuit amplificateur à gain variable à fréquence intermédiaire dans un mode à courant d'attaque variable pour amplifier un signal à fréquence intermédiaire; - un circuit de conversion de fréquence pour convertir le signal à fréquence intermédiaire amplifié par le circuit amplificateur à gain variable à fréquence intermédiaire en signal à haute fréquence; - un circuit amplificateur à gain variable à haute fréquence dans le mode à courant d'attaque constant afin d'amplifier le signal à haute fréquence; et - un circuit de commande de degré d'amplification pour convertir une tension CAG en un courant de commande et fournir le courant de commande comme courant d'attaque pour chaque circuit amplificateur à gain variable, d'o il résulte la commande du degré d'amplification de chaque circuit amplificateur à gain variable. 2 - Circuit amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit amplificateur à gain variable à haute fréquence comporte au moins une paire de transistors dont les émetteurs sont connectés électriquement à une source commune de courant constant et reçoivent un signal à haute fréquence par l'intermédiaire de leurs émetteurs, le premier transistor ayant une base alimentée avec une tension CAG, l'autre transistor ayant une base reliée électriquement à la masse, et l'un ou l'autre des transistors ayant un collecteur pour la sortie d'un signal.