Brevet FR2765418A1 — publié le 19981231

FILTRE POLYPHASE AVEC UNE FONCTION DE TRANSFERT REGLABLE L'invention concerne un filtre polyphasé par lequel on peut obtenir, outre le filtrage de canal spectral, par exemple l'atténuation de canaux voisins, également l'atténuation de la bande latérale image du canal pour des fréquences négatives. Un filtre de ce genre peut être utilisé par exemple dans la voie de réception de téléphones sans fil ou d'émetteurs-récepteurs mobiles. En principe, le filtre peut être utilisé partout o le signal à filtrer est dé- composé en une partie réelle et en une partie imaginaire. Des filtres réels, c'est-à-dire des filtres ayant une entrée et une sortie, ont une réponse impulsionnelle réelle hr(t). La fonction de transfert Hr(jco) est une fonction polynomiale réelle rationnelle en je. On a donc pour la fonction de transfert Hr(j): Hr(jo) = Hr*(- je) Le gain ou l'atténuation du filtre est identique pour des fréquences positives et négatives. La réponse impulsionnelle d'un filtre polyphasé, c'est-à-dire d'un filtre ayant plusieurs entrées et plusieurs sorties, est un signal polyphasé. Pour un filtre diphasé, c'est un signal complexe, h(t) = hr(t) +25 jhi(t). La fonction de transfert H(jo) est: H(jco) = Hr(jo) + jHi(jc) et c'est une fonction polynomiale complexe rationnelle, c'est-à-dire que la réponse impulsionnelle peut être différente pour des fréquences positives et négatives. 2 2765418 Avec un filtre polyphasé, la composante fréquentielle négative ou positive d'un signal complexe est atténuée. Ceci peut se faire au moyen d'un filtre passe-bande qui résulte de la transformation linéaire d'un filtre passe-5 bas. La transformation classique passe-bas ou passe-bande ne change rien aux caractéristiques réelles du filtre passe-bas: jWc( X) Dans ce cas, le filtre passe-bande a la caractéristique de filtre passe-bas pour O = + oc. Apres la transformation linéaire, le filtre passe-bande a la caractéristique de filtre passe-bas pour O = + oc. j) -+ jc - joc Cette transformation ne peut être mise en oeuvre que par un filtre polyphasé parce que la transformation introduit des coefficients complexes dans la fonction de transfert polynomiale rationnelle du filtre. L'équation suivante le montre pour une transformation d'un filtre passe-bas de premier ordre: HTp(iJ E) = tBp - J i =c/o 1+jcûIic> S + (jjó) / oe Pour fabriquer un filtre polyphasé sous forme de circuit intégré, on doit prévoir en raison des tolérances de fabrication une possibilité de réglage du filtre30 polyphasé. La possibilité de réglage du filtre polyphasé est donnée par une courbe de filtre pouvant être décalée. Une forme de réalisation pour le réglage du filtre polyphasé est décrite dans M. Steyaert, J. Crols "Analog Integrated Polyphase Filters", Analog Circuit Design,35 Kluwer Academic Publishers, Pays-Bas, 1995, pages 149 à 166. Le réglage électronique du filtre polyphasé est mis en oeuvre par des bancs de capacités commutables qui demandent beaucoup de place, en raison de leur programmation et de la taille des capacités supplémentaires. La moitié de la surface du chip est occupée par les bancs de capacités commutables. Les5 exigences en matière de bruit sont telles que les capacités doivent être grandes. L'avantage de cette solution avec amplificateurs opérationnels est la grande plage de dynamique et de linéarité. Une deuxième possibilité pour le réglage du filtre polyphasé est décrite dans M. Koyama et al. "A 2,5-Volt Active Low Pass Filter Using All-n-p-n Gilbert Cells with a l-Vp-p Linear Input Range", IEEE Journal of Solid States Circuits, vol. 28, n 12, décembre 1993, pages 1246 à 1253. L'idée consiste à utiliser des résistances variables (conductances). A cet effet, une variation du courant dans un circuit à émetteur commun permet de régler la conductance (courant de sortie/tension d'entrée) du circuit et donc de décaler la fréquence de coupure d'un pâle passe-bas (conductance/capacité de20 charge). L'avantage d'une variante de ce genre est qu'elle est peu encombrante. Mais des problèmes apparaissent pour la plage de dynamique, pour la dépen- dance du gain de petits signaux vis-a-vis de la conductance et du bruit des structures de conductances25 linéaires complexes. L'invention vise un filtre polyphasé, ayant une fonction de transfert réglable, qui a d'une part une grande plage de dynamique et de linéarité et qui a d'autre part est peu encombrant.30 Le problème est résolu par un filtre polyphasé, ayant une fonction de transfert réglable, dans lequel il est prévu un filtre polyphasé, dans lequel il est prévu un premier jeu d'amplificateurs réglables qui sont branchés en amont des entrées du filtre polyphasé et dans35 lequel il est prévu un deuxième jeu d'amplificateurs 4 2765418 réglables qui sont montés dans les voies de couplage du filtre polyphasé. L'atténuation reste ainsi constante dans la bande passante du filtre polyphasé lors d'une variation du gain des amplificateurs directs lorsque le gain des amplificateurs directs côté entrée correspond à 1 + V, V étant le gain des amplificateurs directs côté sortie. L'invention comporte en plus d'un filtre polyphasé habituel des premiers amplificateurs à gain réglable qui sont branchés en amont des entrées du filtre polyphasé. En outre, il est prévu des deuxièmes amplificateurs à gain réglable qui sont montés dans les voies de couplage du filtre polyphasé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, qui montrent: Figure 1 une forme de réalisation selon l'invention du filtre polyphasé, Figure 2 différentes fonctions de transfert du filtre lors d'une variation du gain. Le filtre polyphasé selon l'invention comporte selon la figure 1 quatre bornes d'entrée Il, I2, I3, I4 qui forment les voies I et Q pour un signal d'entrée25 complexe. Les bornes d'entrée Il et I2 sont reliées à un premier amplificateur direct VVAl côté entrée, tandis que les bornes d'entrée I3 et I4 sont reliées à un deuxième amplificateur direct WVA2 côté entrée (ce qui correspond à un premier jeu d'amplificateurs). Les deux amplificateurs directs WVVAl et VVA2 côté entrée sont eux- mêmes reliés, à chaque fois par l'intermédiaire de deux résistances R14, R15 et R19, R20, à un premier amplificateur opérationnel OP1 et à un deuxième amplificateur opérationnel OP2. Les composantes réelle et35 imaginaire du signal de sortie complexe peuvent être prélevées aux bornes de sortie 01, 02 du filtre polyphasé, qui sont reliées aux sorties du premier amplificateur opérationnel OP1, et aux bornes de sortie 03 et 04 du filtre polyphasé, qui sont reliées aux sorties du deuxième amplificateur opérationnel OP2. Les sorties des deux amplificateurs opérationnels OP1 et OP2 sont reliées en rétroaction, par l'intermédiaire de circuits RC branchés en parallèle C05, R13 et C06, R16 et C07, R18 et C08, R21, aux entrées des deux amplificateurs10 opérationnels OP1 et OP2. De plus, les sorties des deux amplificateurs opérationnels OP1 et OP2 sont reliées aux entrées de deux amplificateurs directs VVB1, VVWB2 côté sortie (ce qui correspond au deuxième jeu d'amplificateurs). La première sortie du premier15 amplificateur direct WVVB1 côté sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R23 à l'entrée inversée du deuxième amplificateur opérationnel OP2. La deuxième sortie du premier amplificateur direct VVB1 côté sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R24 à20 l'entrée non inversée du deuxième amplificateur opérationnel OP2. De même, la première sortie du deuxième amplificateur direct WVVB2 côté sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R17 à l'entrée inversée du premier amplificateur opérationnel OP1 et la deuxième25 sortie du deuxième amplificateur direct VVWB2 côté sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R22 à l'entrée non inversée du premier amplificateur opérationnel OP1. Le deuxième jeu d'amplificateurs VVWB1 et WVVB2 à gain réglable est donc monté dans les voies de couplage du filtre polyphasé tandis que le premier jeu d'amplificateurs VVWA1 et WVVA2 à gain réglable est branché du côté amont des entrées du filtre polyphasé. Les amplificateurs directs VWA1, WVVA2, VVB1 et WVVB2 côté entrée et côté sortie sont des amplificateurs sans 6 2765418 rétroaction et à gain réglable. Le gain peut par exemple être réglé en prévoyant un étage à amplificateur différentiel dont la fonction de gain est réglée par l'intermédiaire du courant.5 Avec les deux amplificateurs opérationnels OPl et OP2, les condensateurs C5, C6, C7 et C8 forment des intégrateurs. A l'entrée de l'amplificateur opérationnel OP1, on a la tension UDiffopi qui est calculée comme somme de ten- sions pondérées à partir de la tension d'entrée OP1 (pouvant être prélevée entre les bornes Il et I2), de la tension de sortie OP1 (pouvant être prélevée entre les bornes O1 et 02) et de la tension de sortie OP2 (pouvant être prélevée entre les bornes 03 et 04). Les tensions sont pondérées à chaque fois suivant la valeur des résistances. A l'entrée de l'amplificateur opérationnel OP2, on a la tension UDiffOP2 qui est calculée comme somme des tensions pondérées à partir de la tension d'entrée OP220 (pouvant être prélevée entre les bornes I3 et I4), de la tension de sortie OP2 et de la tension de sortie OP1. Ces tensions sont aussi pondérées à chaque fois suivant la valeur des résistances. Le filtre polyphasé selon la figure 1 est un filtre diphasé et représente une forme de réalisation de l'invention. Il est aussi possible de concevoir un filtre à n pôles. Le filtre à n pôles est basé sur la forme de réalisation de la figure 1. Le filtre à n pôles comporte30 au total 2n amplificateurs opérationnels, 2n amplificateurs directs côté entrée et 2n amplificateurs directs côté sortie avec des branchements appropriés de résistances et de condensateurs. Les sorties du premier pôle du filtre à n pôles sont appliquées aux entrées du35 deuxième pôle du filtre à n pôles et ainsi de suite. Les 7 2765418 différents pôles du filtre à n pôles sont reliés en une chaîne. La figure 2 montre en exemple différentes fonctions de transfert lors de la variation du gain. On a enregistré en abscisse la fréquence f en Hertz qui s'étend de - 3 MHz à + 3 MHz. On a enregistré en ordonnée l'atténuation du filtre polyphasé selon l'invention en dB qui s'étend de - 80 dB à + 10 dB. Au total, on a représenté dans le diagramme dix fonctions de transfert10 de filtre. Dans le cas représenté ici, celles-ci se coupent à - 650 kHz environ et ont à cette fréquence une atténuation de - 40 dB environ. Comme on le voit, l'atténuation du filtre polyphasé n'est pas symétrique par rapport à l'axe du 0 Hz. La fonction de transfert du filtre polyphasé peut être réglée de manière à pouvoir compenser des tolérances lors de la fabrication du filtre polyphasé. La fonction de transfert du filtre polyphasé peut être réglée dans une grande plage en faisant varier le gain.20 L'atténuation dans la bande passante du filtre polyphasé reste constante lors d'une variation du gain des amplificateurs directs VVA1, WVVA2, WVVB1 et WVVB2 lorsque le gain des amplificateurs directs WVVA1 et VVA2 côté entrée correspond à 1 + V, V étant le gain des25 amplificateurs directs VVB1 et WVVB2 côté sortie. V peut aussi être compris comme le couplage des voies des parties réelle et imaginaire du filtre polyphasé. L'invention offre une possibilité simple et peu encombrante pour influencer la fonction de transfert du filtre. Le filtre polyphasé selon l'invention réunit les avantages de la grande plage de dynamique et de linéarité de la solution avec amplificateurs opérationnels à l'avantage du petit encombrement de la solution avec conductances. x8 2765418 REVENDICATIONS 1. Filtre polyphasé, ayant une fonction de transfert réglable, dans lequel il est prévu un filtre polyphasé, dans lequel il est prévu un premier jeu d'amplificateurs réglables (WVA1, WVVA2) qui sont branchés en amont des entrées du filtre polyphasé et dans lequel il est prévu un deuxième jeu d'amplificateurs réglables (WVB1, WVVB2) qui sont montés dans les voies de couplage du filtre polyphasé. 2. Filtre polyphasé selon la revendication 1, dans lequel le gain des premiers amplificateurs (WVVA1, WVVA2) correspond à 1 + V et V est le gain des deuxièmes amplificateurs (WVVB1, VVB2).