Brevet FR2768574A1 — publié le 19990319

Domaine de l'invention La présente invention concerne des circuits d'amplification de puissance tels que ceux utilisés dans des dispositifs de communication radio portables. Arriere-clan de l'invention Lors de la conception de nouveaux dispositifs électroniques portables, un but clé consiste à réduire la consommation d'énergie du dispositif. Dans les dispositifs de communication radio portables1 la durée de vie de l'accumulateur du dispositif peut être augmentée et par conséquent le temps de parole ou le temps d'attente peut être augmenté en réduisant la consommation d'énergie. De nombreuses idées orientées vers ce but on été développées. Dans les dispositifs de communication radio cellulaires, un amplificateur de puissance est utilisé pour produire de l'énergie radiofréquence (RF) afin d'émettre des signaux. Par le passé, un tel amplificateur de puissance a toujours été optimisé en terme d'efficacité pour une condition de pleine puissance. Compte tenu de l'augmentation du nombre de stations cellulaires de base et de l'amélioration de la plage d'émission des dispositifs portables, il n'est plus nécessaire de toujours faire fonctionner l'amplificateur de puissance à pleine puissance. Par conséquent, il existe une opportunité de réduire la consommation d'énergie en faisant fonctionner l'amplificateur de puissance à un niveau de puissance réduit lorsque l'on est proche d'une station de base. Cependant, un probléme avec cet agencement est constitué par le fait qu'il est difficile de proposer un amplificateur de puissance qui soit efficace du point de vue de l'énergie sur toute une plage de niveaux de puissance de sortie, en particulier pour un amplificateur de puissance présentant une puissance de sortie commandée en faisant varier un courant de polarisation, dans lequel un comportement non linéaire et non prédictible du signal de sortie nécessite un agencement de commande en boucle fermée. Dans une boucle fermée, la puissance de sortie est détectée et appliquée en retour afin d'assurer la commande de l'amplificateur. Celui-ci est coûteux, instable et difficile à fabriquer et à mettre en oeuvre. Il est également possible de faire varier le niveau du signal d'entrée afin de faire varier la puissance de sortie mais bien que davantage prédictible, cette technique est très inefficace. Dans les systèmes qui utilisent des schémas de modulation complexes mettant en jeu à la fois une modulation en phase et en amplitude, I'efficacité de l'amplificateur de puissance ne peut pas être complètement optimisée du fait qu'il ne peut pas être saturé (il n'est pas possible de distordre le contenu MA (modulation d'amplitude). Un procédé typique utilisé avec une modulation complexe consiste à faire fonctionner l'amplificateur de puissance à un nombre de décibels donné au-dessous de la saturation (ce fonctionnement est appelé sous-utilisation de puissance) et à utiliser des technologies de semiconducteur spécifiques qui permettent une efficacité satisfaisante avec la linéarité requise. Cependant, ces technologies ne peuvent pas être aisément combinées avec d'autres composants du dispositif portable, et sont coûteuses. Certaines techniques ont été développées, telles qu'une élimination et une reconstitution d'enveloppe ou une contre-réaction cartésienne, mais ces techniques ajoutent de la complexité et utilisent des boucles de contreréaction coûteuses qui souffrent des mêmes problèmes que ceux décrits ciavant, c'est-à-dire de leur manque d'efficacité. II existe un besoin pour proposer un dispositif électronique amélioré qui présente une consommation d'énergie réduite par comparaison avec les dispositifs connus. La présente invention vise à proposer un circuit et un procédé d'alimentation qui atténuent les inconvénients mentionnés ci-avant. Résumé de l'invention Selon un premier aspect de la présente invention, on propose un circuit d'amplification de puissance pour amplifier un signal modulé comprenant: un amplificateur de puissance comportant une entrée de signal, une sortie de signal et une entrée d'alimentation ; et un convertisseur continucontinu comportant une entrée de signal couplée pour recevoir le signal modulé, et couplé pour appliquer une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en fonction du signal sur l'entrée de signal du convertisseur continu-continu, dans lequel l'entrée de signal de l'amplificateur de puissance est agencée pour se voir appliquer un signal de telle sorte que la sortie de l'amplificateur de puissance soit saturée. Selon un second aspect de la présente invention, on propose un procédé de fonctionnement d'un amplificateur de puissance comportant une entrée, une sortie et une entrée d'alimentation, le procédé comprenant les étapes de: application d'une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en utilisant un convertisseur continu-continu en fonction d'un signal d'entrée du convertisseur continu-continu, et application d'un signal sur l'entrée de l'amplificateur de puissance de telle sorte que la sortie de l'amplificateur de puissance soit saturée. Selon un troisième aspect de la présente invention, on propose un circuit d'amplification de puissance comprenant ' un amplificateur de puissance comportant une entrée de signal, une sortie de signal et une entrée d'alimentation; et un convertisseur continu-continu comportant une entrée de signal, et couplé pour appliquer une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en fonction du signal sur l'entrée de signal du convertisseur continu-continu, dans lequel l'entrée de l'amplificateur de puissance est agencée pour se voir appliquer un signal tel que la sortie de l'amplificateur de puissance présente une relation prédéterminée avec le point de saturation de l'amplificateur de puissance. Selon un quatrième aspect de la présente invention, on propose un procédé de fonctionnement d'un amplificateur de puissance comportant une entrée, une sortie et une entrée d'alimentation, le procédé comprenant les étapes de: application d'une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en utilisant un convertisseur continu-continu en fonction d'un signal d'entrée du convertisseur continu-continu ; et application d'un signal sur l'entrée de l'amplificateur de puissance, de telle sorte que le signal de sortie de l'amplificateur de puissance présente une relation prédéterminée avec le point de saturation de l'amplificateur de puissance. Le signal modulé est de préférence modulé en phase et en amplitude, une information de phase étant utilisée pour dériver le signal sur l'entrée de l'amplificateur de puissance, et une information d'amplitude provenant du signal modulé est utilisée pour dériver le signal sur l'entrée de signal du convertisseur continu-continu. De préférence, la relation prédéterminée est sensiblement un niveau de décibels constant au-dessous de la saturation. L'amplificateur de puissance est de préférence incorporé dans un dispositif de télécommunication portable et le signal de sortie de I'amplificateur de puissance est de préférence déterminé en fonction de la puissance requise pour émettre un signal depuis le dispositif de télécommunication portable vers une station de base. De préférence, la puissance requise pour émettre le signal est déterminée à partir d'un signal envoyé depuis la station de base vers le dispositif électronique portable. De préférence, la puissance requise pour émettre le signal est déterminée à partir d'une mesure des erreurs de transmission associées à des signaux envoyés entre la station de base et le dispositif électronique portable. De cette façon, un circuit et un procédé d'amplification de puissance sont proposés, lesquels fonctionnent avec une efficacité élevée sur une plage de niveaux de puissance etlou de schémas de modulation, de telle sorte que l'énergie dans un dispositif de télécommunication portable puisse être économisée. Brève description des dessins Un mode de réalisation typique de l'invention est maintenant décrit par report aux dessins parmi lesquels: la figure 1 représente un mode de réalisation préféré d'un circuit d'alimentation selon l'invention; les figures 2 et 3 représentent des diagrammes de cadencement de signaux d'entrée et de sortie associés à un premier mode de fonctionnement du circuit de la figure 1; et les figures 4 et 5 représentent des schémas de cadencement de signaux d'entrée et de sortie associés à un second mode de fonctionnement du circuit de la figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation préféré Sur la figure i est représenté un circuit d'amplification de puissance 10 qui convient pour une utilisation dans un dispositif de télécommunication portable tel qu'un téléphone mobile. Le circuit d'amplification de puissance comprend un convertisseur continu-continu 20 et un amplificateur de puissance 30. Le convertisseur continu-continu 20 comprend un modulateur de largeur d'impulsion 22, un commutateur/redresseur 24 et un filtre 26. Le modulateur de largeur d'impulsion 22 est couplé pour recevoir un signal d'entrée de commande continu-continu provenant d'une borne d'entrée de signal 21 et est agencé pour appliquer un signal modulé en largeur d'impulsion sur le commutateur/redresseur 24. Le commutateur/redresseur 24 est également couplé pour recevoir un signal d'entrée d'alimentation continu-continu depuis une borne d'entrée d'alimentation 25, et est en outre couplé pour appliquer un signal commuté sur le filtre 26, lequel à son tour applique un signal commuté filtré 28 sur l'amplificateur de puissance 30. L'amplificateur de puissance 30 comporte une entrée de signal 32 qui sera décrite davantage ci-après, une entrée d'alimentation 28 couplée pour recevoir le signal commuté filtré provenant du filtre 26 du convertisseur continu-continu 20 et une sortie de signal 35. Dans l'art antérieur, L'entrée de signal et/ou un courant de polarisation de l'amplificateur de puissance 30 est modifié afin de produire une variation au niveau de la sortie 35 de l'amplificateur de puissance 30. L'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance 30 produit un courant sensiblement constant sur toute la plage de fonctionnement. Cependant, dans le circuit d'alimentation 10, L'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance 30 se voit appliquer le signal commuté filtré 28, lequel signal varie en fonction du signal d'entrée de commande continu-continu du convertisseur continu-continu 20. La saturation de puissance de sortie de l'amplificateur de puissance 30 est déterminée seulement par sa tension d'alimentation. La fonction de transfert de l'amplificateur de puissance 30 (amplitude de sortie saturée VRF Sat en fonction de la tension d'alimentation d'entrée VDC) est linéaire et est prédictible conformément à l'équation qui suit: VRF Sat = k*VDC Equation 1 Par conséquent, lorsque la ligne de charge de sortie RL est constante, ce qui est le cas usuel pour les amplificateurs de puissance RF, la saturation de puissance de sortie est donnée par: PRF Sat = k'*(VDC2/(2*RL)) Equation 2 Le signal de sortie filtré 28 du convertisseur continu-continu 20 est déterminé seulement par le signal modulé en largeur d'impulsion reçu au niveau de l'entrée de signal 21. Lorsque ce convertisseur est connecté à une charge résistive constante (et qu'un amplificateur de puissance en saturation représente une telle charge), la fonction de transfert du convertisseur continucontinu 20 (sortie continue VDCt en fonction de la tension d'entrée de commande VCTL) est également linéaire et prédictible, et est donnée par: VDCt = k"*VCTL Equation 3 A partir des équations 2 et 3, il peut être démontré que la fonction de transfert du circuit d'amplification de puissance 10 (amplitude de sortie saturée en fonction de la tension de commande) est linéaire et prédictible: VRFSat=k*VCTL Equation 4 Par conséquent, la saturation de puissance de sortie est donnée par: PRF Sat = k'*VDC2 Equation 5 De cette façon, la capacité de puissance ou de tension saturée du circuit d'amplification de puissance 10 peut être obtenue dans un mode "boucle ouverte" sans la nécessité d'un agencement de contre-réaction qui inclurait la détection et la mesure du signal de sortie de l'amplificateur de puissance 30. En outre, lorsque la condition de saturation est satisfaite, I'efficacité de l'amplificateur de puissance saturé 30, soit nPA, est le maximum possible, et est maintenue pratiquement constante sur toute une plage importante du signal d'entrée d'alimentation (par exemple 50 à 60% pour plus d'une décade). Par conséquent, l'efficacité totale est donnée par: nT = npA*nDC Equation 6 où nDC est l'efficacité du convertisseur continu-continu 20. A condition que nDC soit maintenu optimum sur la même plage que l'amplificateur de puissance 30 (par exemple 80 à 90 %), I'efficacité du système nT est maintenue à un niveau très élevé sur une large plage dynamique. Ceci constitue également une façon très efficace et prédictible de commander l'amplitude du signal de sortie lorsque la modulation d'amplitude est souhaitée dans le signal de sortie (le signal d'entrée de l'amplificateur de puissance peut être modulé en phase ou en fréquence). Ceci simplifie les exigences de contre-réaction requises dans des techniques d'élimination et de reconstitution d'enveloppe et dans le même temps, assure une efficacité supérieure. Le circuit d'amplification de puissance 10 peut fonctionner selon l'une de deux façons, en fonction du signal appliqué sur l'entrée de signal de l'amplificateur de puissance 30. Selon un premier agencement, un signal présentant une amplitude sensiblement constante est appliqué sur l'entrée de signal de l'amplificateur de puissance 30 de telle sorte que la sortie de l'amplificateur de puissance 30 soit toujours saturée. Ceci peut être obtenu de façon simple en choisissant un niveau d'entrée de signal élevé de manière appropriée. Le signal appliqué sur l'entrée de signal de l'amplificateur de puissance 30 peut être modulé en phase ou en fréquence. Sur la figure 2 est représenté un diagramme temporel du premier agencement mentionné ci-avant, lorsqu'un signal en rafales 50 est présent au niveau de l'entrée de commande du convertisseur continu-continu 20. Un signal en rafales est typique pour les systèmes de télécommunication à accès multiple à répartition dans le temps (AMRT) avec modulation d'amplitude constante (modulation en phase ou en fréquence seulement) tels que les systèmes GSM900, DCS1800, DCS1900 et le système européen de télécommunications cellulaires numériques DECT (Digital European Cellular Telecommunication). Le signal en rafales 50 dicte l'enveloppe 75 du signal de sortie 70 en vertu de l'équation 5 présentée ci-avant. Le signal d'entrée 60 de l'amplificateur de puissance est constant en amplitude, et maintient le signal de sortie en saturation et peut être modulé en phase ou en fréquence. Comme représenté, le circuit d'amplification de puissance 10 réalise à la fois une mise en forme de rafale et un réglage de puissance de sortie nominale tout en maintenant son efficacité, indépendamment de la puissance de sortie. La mise en forme de rafale consiste à contrôler le front montant et le front descendant d'une rafale de signal afin de garantir simultanément une vitesse donnée ou une puissance donnée en fonction d'un masque temporel et d'un masque spectral donné qui assure des interférences spectrales dues à un canal voisin faibles. La puissance de sortie nominale est fixée en fonction de la distance entre le dispositif portable dans lequel le circuit d'amplification de puissance 10 est utilisé, et une station de base avec laquelle il est en train de communiquer, de manière à empêcher l'émission d'une puissance excessive lorsque le dispositif est proche de la station de base. Le bénéfice de cette commande de puissance adaptative consiste à réduire le niveau d'interférence et à abaisser la consommation d'énergie globale du dispositif portable. Sur la figure 3 est représenté un diagramme temporel du même agencement, avec un signal modulé en amplitude 150. Dans ce cas, le signal d'entrée de commande continu-continu modulé en amplitude définit l'enveloppe 175 du signal de tension de sortie 170 de l'amplificateur de puissance 30. Le signal d'entrée 160 de l'amplificateur de puissance est sensiblement d'une amplitude constante, et maintient le signal de sortie en saturation, et peut être modulé en phase ou en fréquence. Un signal modulé en amplitude est typique pour des systèmes de télécommunication à accès multiple à répartition dans le temps (AMRT) ou à accès multiple par différence de code (AMDC) avec une modulation par déplacement de phase en quadrature (MDPQ) tels que le système de télécommunication cellulaire numérique du Pacifique PDC (Pacific Digital Cellular) et le système de télécommunication cellulaire numérique d'Amérique du Nord NADC (North American Digital Cellular). L'efficacité totale reste à un très bon niveau indépendamment de la modulation d'amplitude. Selon un second agencement du circuit d'amplification de puissance 10, la sortie de l'amplificateur de puissance 30 est en sous-utilisation de puissance par rapport à (est à un niveau de décibels prédéterminé inférieur à) la saturation de la sortie, tel que 3 dB au-dessous du point de saturation. Ceci est réalisé du fait que dans certains cas, le fait de disposer d'une sortie d'amplificateur de puissance saturée peut engendrer une interférence et une distorsion de canal. Par conséquent, afin de maintenir une efficacité tout en obtenant une linéarité donnée (ctest-à-dire tout en limitant les interférences de canaux adjacents et/ou la distorsion de canal engendrées par les non linéarités de l'amplificateur de puissance 10), une sous-utilisation de puissance est employée au lieu d'une saturation. Sur la figure 4 est représenté un exemple de sous-utilisation de puissance. L'enveloppe du signal de sortie 270 est agencée de manière à être à un certain niveau de décibels au-dessous du point de saturation 275 (sous-utilisation de puissance de 3 dB). Le point de saturation 275 est déterminé par le signal d'entrée de commande continu-continu 250 et la valeur de sous-utilisation de puissance est déterminée par l'intermédiaire d'une variation prédéterminée de l'enveloppe de l'entrée d'amplificateur de puissance 260. De cette façon, une bonne efficacité peut être obtenue avec une bonne linéarité. Le signal d'entrée d'amplificateur de puissance 260 peut être modulé en phase ou en fréquence. La sous-utilisation de puissance du circuit d'amplification de puissance 10 peut être modifiée dynamiquement à l'aide d'un signal prédéterminé (ou d'un signal calculé basé sur des propriétés d'amplitude et/ou de phase du signal modulé) de telle sorte que l'enveloppe du signal RF puisse être suivie par la saturation de l'amplificateur de puissance. Sur la figure 5 est représenté encore un autre exemple de sousutilisation de puissance, avec un signal d'entrée RF présentant une enveloppe non constante (par exemple à modulation par déplacement de phase en quadrature (MDPQ)). Dans cet exemple, le signal en rafales 350 définit l'enveloppe 375 de la saturation de l'amplificateur de puissance 30. Le signal d'entrée sur l'amplificateur de puissance 30 est modulé en phase et en amplitude, d'où la production d'un signal complexe 360. De cette façon, la sortie de l'amplificateur de puissance 30 est en sous-utilisation de puissance d'une valeur non constante, tandis que l'on obtient encore la puissance de sortie moyenne requise. Cet agencement réalise un réglage de niveau de puissance avec une capacité de saturation adaptée en association avec une sous-utilisation de puissance minimum garantie. Dans ce cas, l'enveloppe de signal n'est pas suivie mais la capacité de saturation suit le réglage de puissance moyenne, ce qui maintient l'efficacité. II est à apprécier que d'autres modes de réalisation que celui décrit ciavant sont possibles. REVENDICATIONS 1. Circuit d'amplification de puissance (10) pour amplifier un signal modulé, comprenant un amplificateur de puissance (30) comportant une entrée de signal (32), une sortie de signal (35) et une entrée d'alimentation (28), caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur continu-continu (20) comportant une entrée de signal (21) couplée pour recevoir le signal modulé, et couplé pour appliquer une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en fonction du signal modulé reçu, L'entrée de signal de l'amplificateur de puissance étant agencée pour se voir appliquer un signal de saturation de telle sorte que la sortie de l'amplificateur de puissance soit saturée. 2. Circuit d'amplification de puissance (10) pour amplifier un signal modulé, comprenant un amplificateur de puissance (30) comportant une entrée de signal (32), une sortie de signal (35) et une entrée d'alimentation (28), caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur continu-continu (20) comportant une entrée de signal (21) couplée pour recevoir le signal modulé, et couplé pour appliquer une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en fonction du signal modulé reçu, L'entrée de l'amplificateur de puissance étant agencée pour se voir appliquer un signal tel que le signal de sortie de l'amplificateur de puissance présente une relation prédéterminée avec le point de saturation de l'amplificateur de puissance. 3. Circuit d'amplification de puissance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal modulé est modulé en phase et en amplitude, une information de phase étant utilisée pour dériver le signal sur l'entrée de l'amplificateur de puissance (30), et une information d'amplitude provenant du signal modulé étant utilisée pour dériver le signal sur l'entrée de signal (21) du convertisseur continu-continu (20). 4. Circuit d'amplification de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que la relation prédéterminée est sensiblement un niveau de décibels constant au-dessous de la saturation. 5. Circuit d'amplification de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance (30) est incorporé dans un dispositif de télécommunication portable, et en ce que le signal de sortie de l'amplificateur de puissance est déterminé en fonction de la puissance requise pour transmettre un signal depuis le dispositif de télécommunication portable vers une station de base. 6. Procédé d'amplification d'un signal modulé dans un amplificateur de puissance (30) comportant une entrée (32), une sortie (35) et une entrée d'alimentation (28), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: application d'une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en utilisant un convertisseur continu-continu (20) en fonction du signal modulé; et application d'un signal de saturation sur l'entrée de l'amplificateur de puissance de telle sorte que la sortie de l'amplificateur de puissance soit saturée. 7. Procédé d'amplification d'un signal modulé dans un amplificateur de puissance (30) comportant une entrée (32), une sortie (35) et une entrée d'alimentation (28), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: application d'une puissance sur l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance en utilisant un convertisseur continu-continu (20) en fonction du signal modulé ; et application d'un signal sur l'entrée de l'amplificateur de puissance, de telle sorte que le signal de sortie de l'amplificateur de puissance présente une relation prédéterminée avec le point de saturation de l'amplificateur de puissance. 8. Procédé d'amplification selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le signal modulé est modulé en phase et en amplitude, une information de phase étant utilisée pour dériver le signal sur l'entrée de l'amplificateur de puissance (30), et une information d'amplitude provenant du signal modulé étant utilisée pour dériver le signal sur l'entrée de signal (21) du convertisseur continu-continu (20). 9. Procédé d'amplification selon la revendication 7, caractérisé en ce que la relation prédéterminée est sensiblement un niveau de décibels constant au-dessous de la saturation. 10. Procédé d'amplification selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance (30) est incorporé dans un dispositif de télécommunication portable, et en ce que le signal de sortie de l'amplificateur de puissance est déterminé en fonction de la puissance requise pour transmettre un signal depuis le dispositif de télécommunication portable vers une station de base.