Brevet FR2743970A1 — publié le 19970725

La présente invention concerne un dispositif de commande d'amplificateur de puissance RF et se rapporte plus particulièrement à un tel dispositif utilisé dans les systèmes de téléphones sans fil. A mesure que le marché des téléphones sans fil progresse, de nouvelles solutions sont rendues nécessaires pour réduire leur coût de production. Le but de la présente invention est la mise en oeuvre d'une solution réalisable sous forme de circuit intégré pour commander l'énergie d'un amplificateur radio fréquence (RF) fonctionnant en mode de salve et par exemple dans le standard GSM. Afin de réduire les composantes spectrales indésirables engendrées au cours de la montée en puissance et de la descente en puissance de la salve RF, la forme et le séquencement du signal de commande de l'enveloppe du signal en salve doivent être commandés de façon précise. La difficulté majeure de ces problèmes est de trouver une solution suffisamment souple pour qu'elle soit adaptée à différents types de circuits sans nécessiter la mise en oeuvre de logiciels trop importants. Le but de l'invention est de créer un moyen pour engendrer un signal de commande d'enveloppe en vue de la commande automatique de l'énergie délivrée par l'amplificateur de puissance RF qui soit d'une grande souplesse en ce qui concerne la forme et le séquencement du signal de commande. Elle a donc pour objet un dispositif de commande d'un amplificateur de puissance radio-fréquence à fonctionnement en mode salve, destiné à un agencement de téléphone sans fil, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contrôle de puissance et un circuit séparé de contrôle de la forme de l'enveloppe du signal en salve destiné à être délivré par l'amplificateur à commander. L'invention proposée permet de commander indépendamment la forme de la rampe de montée de l'énergie, la forme de la rampe de descente, le niveau d'énergie et le séquencement de montée et de descente en puissance. Comparée aux solutions existantes, soit sous forme de circuits discrets nécessitant des mises au point coûteuses soit sous forme de logiciel nécessitant une importante mise en oeuvre de programme, la solution proposée a l'avantage de ne nécessiter, ni la mise au point de circuits discrets, ni l'intervention d'un logiciel. Elle peut être mise en oeuvre dans la plupart des technologies des circuits intégrés et est spécialement adaptée à une technologie CMOS simple. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.1 est un diagramme en fonction du temps de la forme du signal à générer; - la Fig.2 est un diagrammme en fonction du temps représentant les signaux de la séquence de montée et de descente du signal à engendrer; - la Fig.3 est un schéma synoptique du dispositif de commande suivant l'invention; - la Fig.4 est un diagramme similaire au diagramme de la figure 2 pour l'obtention d'un type particulier d'enveloppe du signal en salve; - la Fig.5 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier du dispositif de commande suivant l'invention; - la Fig.6 est un diagramme en fonction du temps des signaux de la séquence de montée et de descente du signal à engendrer y compris la commande du déclenchement du début de chaque séquence; et - la Fig.7 est un diagramme en fonction du temps du signal obtenu à l'aide du dispositif de la Fig.5. Le but du circuit de l'invention est d'engendrer un signal de commande d'un amplificateur de puissance, la forme du signal étant représenté à la figure 1. La figure 1 montre deux formes d'onde (a) et (b) pour deux niveaux de puissance différents. Chaque forme d'onde, par exemple l'onde (a), est composée de trois parties - un front montant (al) appelé rampe montante représentant la séquence de croissance de l'énergie, (zone 1), une seconde partie (a2), qui est plate et qui correspond à la valeur du niveau de puissance désirée de la salve (zone 2) et une troisième partie (a3), appelée rampe descendante qui représente la séquence de décroissance de la puissance. Le séquencement de montée/descente est représenté à la figure 2. Le signal de début de rampe montante U1 qui pourrait être commandé par un séquenceur programmable donne au système l'ordre de commencer la montée. Le signal de durée de rampe montante U2 qui commence avec le signal de début de rampe montante et qui descend lorsque la fonction de rampe montante est achevée indique la durée de la séquence de la rampe montante. Au cours de cette période, le système fournit à l'amplificateur de puissance une valeur variable d'informations de niveau de puissance en fonction de la forme désirée du front montant. Lorsque le signal U2 de durée de rampe montante descend, la séquence de rampe montante est terminée et la sortie du système délivre à l'amplificateur de puissance une information de niveau d'énergie d'état constant qui correspond au niveau de puissance désiré pour la salve de radio fréquence, jusqu'à ce que le signal de début de rampe descendante devienne actif. Le début du signal D1 de début de rampe descendante indique que le système doit réduire la puissance et la séquence de rampe descendante commence de la même manière que la fonction de rampe montante. Le signal D2 de durée de rampe descendante indique la durée de la séquence de rampe descendante d'une manière semblable à la séquence de rampe montante. La combinaison de toutes ces possibilités procure une grande souplesse, permet de commander dans le temps en niveau tout type d'amplificateur de puissance et permet d'ajuster à chaque instant, la forme de la rampe montante et de la rampe descendante pour différents niveaux. Les formes d'onde et les séquencements décrits ci-dessus sont réalisés dans la présente invention au moyen d'un circuit tel que le circuit de la Fig.3 comprenant - un convertisseur numérique-analogique 1 pour la fonction de rampe montante/rampe descendante appelé convertisseur numérique-analogique de mise en forme, - un convertisseur numérique-analogique 2 pour la fonction de niveau appelé convertisseur numériqueanalogique de niveau, - un filtre utilisé pour lisser la forme pendant les phases de rampe montante et de rampe descendante appelé filtre de mise en forme, connecté entre la sortie du convertisseur de mise en forme 1 et une entrée du convertisseur de niveau 2, - un réseau de mémoire RAM 4 pour la fonction de rampe montange appelée RAM-RM, - un réseau RAM 5 pour la fonction de rampe descendante appelée RAM-RD, - un registre lecture/écriture 6 pour les données de niveau appelé registre de niveau qui contient les données appelées données de niveau, et qui est connecté à l'entrée du convertisseur numérique-analogique de niveau 2, - un registre 7 pour la forme des données appelé registre de forme qui contient les données appelées données de forme, connecté entre les sorties des mémoires RAM 4,5 et l'entrée du convertisseur de mise en forme 1 par l'intermédiaire d'un multiplexeur 8 appelé MUX, - un registre compteur 9 pour la fonction de rampe montante connecté à la mémoire RAM-RM 4, - un registre compteur 10 pour la fonction de rampe descendante connecté à la mémoire RAM-RD 5, Les blocs RAM-RM 4 et RAM-RD 5 contiennent des tables décrivant respectivement les formes des bords montant et descendant, par exemple une partie d'onde sinusoïdale comme représenté à la figure 4. Le nombre de mots de la table contenu dans la RAM-RM 4 et la vitesse à laquelle la table est lue, détermine la durée de la séquence de la rampe montante (al) alors que la longueur des mots détermine la résolution de la courbe. De la même manière, le nombre de mots de la table de RAM-RD 5, et la vitesse à laquelle la table est lue, déterminent la durée de la séquence de la rampe descendante (a3), tandis que la longueur des mots détermine la résolution de la courbe. Cette implémentation permet de charger en une seule fois les deux tables pour engendrer la forme des bords montant et descendant adaptés à un type donné d'amplificateur de puissance à radio-fréquence. Une fois que ces tables sont chargées, il est seulement nécessaire de modifier le contenu du registre de niveau 6 pour régler le niveau de puissance de la salve à la valeur désirée. Cette implémentation réduit la quantité de logiciel à la transmission d'un seul mot pour modifier le niveau de puissance et rendre la résolution des formes des rampes de montée et de descente indépendante de la valeur absolue du niveau de puissance. Le fonctionnement du système qui vient d'être décrit est le suivant. Lorsque le signal U1 de début de rampe montante devient actif, le compteur 9 est déclenché et permet de lire séquentiellement le contenu de la table RAM-RM 4 et les mots sont envoyés au registre de forme 7 par l'intermédiaire du multiplexeur MUX 8. Ces mots sont convertis par le convertisseur 1 en signal analogique qui, après avoir été filtré par le filtre de forme 3 pour réduire les composantes de fréquence engendrées par l'échantillonnage, est utilisé comme tension de référence Vr par le convertisseur numériqueanalogique de niveau 2. L'entrée numérique du convertisseur analogiquenumérique de niveau 2, est le contenu du registre de niveau 6 correspondant au niveau de puissance à l'état constant désiré (zone 2, figure 1). Ainsi, pour chaque valeur n du registre de forme 7, la valeur de sortie du système est Vs(n)=(Données forme/2"") x (Données niveau/211) dans laquelle - ms correspond à la résolution du convertisseur analogique-numérique de forme 1, - ml correspond à la résolution du convertisseur analogique-numérique de niveau 2, - données de forme est le mot numérique codé avec le bit ms qui est converti par le convertisseur analogique-numérique de forme 1, - données de niveau est le mot numérique codé avec le bit ml qui est converti par le convertisseur analogique-numérique de niveau 2. La séquence de rampe descendante est similaire à celle de la rampe montante, mais, dans ce cas, le signal D1 de début de rampe descendante, déclenche le second compteur 10 et la procédure est identique à la fonction de rampe montante. Le multiplexeur MUX 8 commute les mots provenant de la table RAM-RD 5 vers le registre de forme 7, de sorte que le convertisseur analogique-numérique de forme 1 engendre une courbe correspondant au front descendant désiré. En fonction de la durée désirée des fonctions de rampe montante et de rampe descendante, la profondeur de chaque RAM pourrait être différente ou identique, de sorte qu'une souplesse maximale est conservée pour l'utilisateur. Afin de réduire au minimum le nombre d'éléments permettant de réaliser cette fonction, le schéma repre- senté à la figure 5, réalise la même fonction, mais en choisissant la même dimension pour les tables RAM-RM 4 et RAM-RD 5, un seul compteur-décompteur 12 est nécessaire au lieu de deux. Pour le reste, le circuit de la figure 5 est identique à celui de la figure 3 et ses composants sont désignés par les mêmes numéros de référence que les composants correspondants du circuit de la figure 3. Les formes correspondant aux zones 1 et 2 de la figure 1, sont toujours programmables indépendamment, mais leur durée est identique. Les deux réseaux RAM 4 et 5 sont lus simultanément. Pendant le comptage, les bits correspondant à la table RAM-RM 4 sont transmis au registre de forme 7 par l'intermédiaire du multiplexeur MUX 8, tandis que durant le décomptage, les bits correspondant à la table RAM-RD sont commutés sur le registre de forme 7 par le multiplexeur MUX 8. Avec cette mise en oeuvre, l'algorithme de séquence de puissance est le suivant - on place le mot numérique donnée de niveau du convertisseur analogique-numérique de niveau 2 dans le registre de niveau 6, - on place à l'état haut, le signal début de rampe montante U1, - on commence à compter à l'aide du compteur 9 ou du compteur-décompteur 12, - on lit le premier mot dans la mémoire RAM-RM 4, forme (0), - on convertit à l'aide du convertisseur analogique-numérique de forme 1 ce mot numérique en un signal analogique. A cet instant (0), la sortie analogique est Vs(O)=(Données de forme (0)/2mS)x(Données de niveau/2'1) - on incrémente le compteur 9 ou le compteurdécompteur 12 jusqu'à la dernière adresse, - lorsque la dernière adresse est lue, le compteur 9 ou le compteur-décompteur 12 est arrêtée en gardant cet état. A cet instant, (FIN-RM) qui correspond à la fin de la rampe montante, la tension analogique de sortie VS (FIN-RM) est Vs(fin RM)=(Données de forme (fin RM)/2n)x(Données de niveau/2"1) Si la valeur de donnée de forme (FIN-RM) est égale à 2ms, la tension de sortie devient Vs(fin RM)=(Données de niveau/211) Pour diminuer la puissance, la séquence de rampe descendante doit être déclenchée de la manière suivante. - signal D1 de début de rampe descendante placé à l'état haut, - on commence à décompter (décrémentation du compteur 10 ou du compteur-décompteur 12), - on lit le premier mot dans la RAM-RD 5, - on convertit à l'aide du convertisseur numérique-analogique de forme 1, ce mot numérique en un signal analogique, - on décrémente le compteur 10 ou le compteurdécompteur 12 jusqu'à sa dernière adresse, - lorsque la dernière adresse est lue, le compteur 10 ou le compteur-décompteur 12 est arrêté et il est prêt à faire démarrer une nouvelle séquence. Les paramètres pour la réalisation particulière du dispositif de commande d'un amplificateur de puissance d'un circuit GSM sont les suivants RAM-RM 4 : 64 mots de 5 bits, RAM-RD 5 : 64 mots de 5 bits, Convertisseur numérique-analogique de forme 1 CNA de 5 bits, Convertisseur numérique-analogique de niveau 2 : CNA de 8 bits, Filtre de forme 3 : filtre passe-bas de premier ordre, Fréquence d'échantillonnage 4 MHz. Une programmation dans le temps du signal de début de rampe montante U1, permet une plus grande souplesse pour la solution proposée : L'étalonnage d'un retard est maintenant possible. La durée t-M du signal U3 de commande de temps de montée représenté à la figure 6, illustre le commentaire qui précède. En appliquant la même solution au signal de début de rampe descendante D1, on obtient la souplesse totale de la solution proposée. La programmation dans le temps peut être réalisée par un processeur DSP ou par un séquenceur dédié. La figure 6 montre la séquence utilisant les paramètres ci-dessus agencée de la manière décrite en référence à la figure 5, permettant une commande pour le début de la rampe montante (al) et le début de la rampe descendante (a3). La figure 7 montre le signal de sortie (a) filtré et (a') non filtré provenant de l'agencement décrit en référence à la figure 5. La structure proposée permet de mettre en oeuvre une fonction de commande de puissance automatique dans un circuit intégré CMOS. Il donne assez de souplesse et de précision des formes engendrées, ainsi qu'un séquencement propre à être utilisé avec une grande variété d'amplificateurs de puissance RF et une architecture de système sans utiliser aucun réglage extérieur de circuit, tous les paramètres étant programmables par logiciel. Un autre avantage est que la plupart des paramètres doivent être réglés seulement pour un type déterminé de circuit, le seul paramètre à modifier au cours du fonctionnement normal, étant le contenu du registre de niveau de puissance 6 . Ceci diminue le nombre de transferts d'informations et par conséquent la consommation d'énergie. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'un amplificateur de puissance radio-fréquence à fonctionnement en mode salve, destiné à un agencement de téléphone sans fil, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (2,6) de contrôle de puissance et un circuit séparé (1,3,4,5,7,8,9,10), de contrôle de la forme de l'enveloppe du signal en salve destiné à être délivré par l'amplificateur à commander. 2. Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de contrôle de puissance comporte un convertisseur numérique-analogique de niveau (2) aux entrées duquel est connecté un registre (6) de lecture/écriture des données de niveau contenant lesdites données de niveau du signal à engendrer. 3. Dispositif de commande suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de contrôle de la forme de l'enveloppe (a), (b) du signal en salve à engendrer comporte un convertisseur numériqueanalogique de mise en forme (1) d'établissement de la forme de la rampe montante (al), (bl) et de la rampe descendante (a3),(b3) de ladite enveloppe, ledit convertisseur numérique-analogique de mise en forme étant relié d'une part à une mémoire RAM-RM (4) contenant une table décrivant les formes de fronts montants (ai), (bol) de l'enveloppe (a),(b) à produire et à une mémoire RAM-RD (5) contenant une table décrivant les formes de fronts descendants (a3), (b3) de ladite enveloppe et d'autre part au convertisseur numérique-analogique de niveau (2). 4. Dispositif de commande suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur numériqueanalogique de mise en forme (1) est relié aux mémoires RAM-RM(4) et RAM-RD (5), par l'intermédiaire d'un multiplexeur (8) et d'un registre de forme (7). 5. Dispositif de commande suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un compteur (9,10;12) de commande de la rampe montante (al), (bl) de la rampe descendante (a3), (b3) connecté aux mémoires RAM-RM et RAM-RD (4 et 5). 6. Dispositif de commande suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un compteur (9) de commande de la rampe montante (al), (bl) connecté à la mémoire RAM-RM (4) et un compteur (10) de commande de la rampe descendante (a3), (b3) connecté à la mémoire RAM-RD (5). 7. Dispositif de commande suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un compteurdécompteur (12) de commande de la mémoire RAM-RM (4) et de la mémoire RAM-RD (5). 8. Dispositif de commande suivant l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le convertisseur numérique-analogique de mise en forme (1) est relié au convertisseur numérique-analogique de niveau (2) au moyen d'un filtre (3) de lissage de la forme pendant les phases de rampe montante et de rampe descendante.