Brevet FR2767989A1 — publié le 19990305

CONVERTISSEUR ABAISSEUR DE FREQUENCE DIRECT DE FREQUENCE RADIOELECTRIQUE EN FI NULLE La présente invention se rattache au domaine des communications à fréquence radioélectrique et concerne plus particulièrement un convertisseur en FI nulle qui est insensible aux fuites oscillateur local (LO)-RF et au défaut d'appariement des composants. Dans un récepteur RF, tel qu'un récepteur radio pour communications cellulaires, la fréquence RF reçue doit être convertie par abaissement de fréquence en une fréquence intermédiaire en la mélangeant avec une fréquence d'oscillateur local. Dans les convertisseurs directs en FI nulle classiques, des problèmes apparaissent de manière classique du fait des fuites RF-LO, LO-RF, et LO- antenne, des erreurs dues au décalage résultant défaut d'appariement des composants utilisés dans une conversion RF directe, et des erreurs dues au décalage variables résultant du processus d'abaissement de fréquence direct lui-même. Dans l'art antérieur, on s'est efforcé de résoudre ces problèmes en plaçant un blindage métallique sur le récepteur à conversion directe pour l'isoler de l'antenne. Ceci réduit la quantité de fuites de l'oscillateur local vers l'antenne. Les fuites RF-LO et LO-RF ont été supprimées en développant des circuits mélangeurs qui isolent la portion RF de la portion LO. Les erreurs dues au décalage ont été réduites en utilisant des composants appariés et en les 2- plaçant très près les uns des autres sur un circuit intégré. On utilise également des techniques de suppression du courant continu adaptatives très complexes et l'on utilise une fréquence FI basse au lieu de la vraie fréquence FI nulle. Selon une première caractéristique de la présente invention, il est prévu un dispositif de conversion directe d'un signal RF ayant une porteuse modulée par un signal de données. Le dispositif comprend des moyens d'entrée pour recevoir le signal RF; un oscillateur pour générer un signal d'oscillateur local; des moyens pour fournir un signal à modulation de phase; un modulateur de phase pour recevoir le signal d'oscillateur local et le signal à modulation de phase et pour générer à partir de ceux-ci des premier et deuxième signaux de basculement ayant entre eux une différence de phase de 90 degrés; un premier mélangeur pour recevoir le signal RF et les premier et deuxième signaux de basculement et pour générer à partir de ceux-ci un premier signal en bande de base; un deuxième mélangeur pour recevoir le signal RF et les premier et deuxième signaux de basculement et pour générer à partir de ceux-ci un deuxième signal en bande de base; un soustracteur pour recevoir et soustraire les premier et deuxième signaux en bande de base afin de générer un troisième signal; et un troisième mélangeur pour recevoir le troisième signal et le signal à modulation de phase et pour générer à partir de ceux-ci le signal de données. Selon une deuxième caractéristique de la présente invention, il est prévu un procédé pour -3- convertir directement un signal RF contenant une porteuse modulée par un signal de données, comprenant a): la fourniture du signal RF aux premier et deuxième mélangeurs; b) la production et la fourniture à un modulateur de phase d'un signal d'oscillateur local; c) la fourniture au modulateur de phase d'un signal à modulation de phase; d) la production dans le modulateur de phase de premier et deuxième signaux ayant entre eux une différence de phase de 90 ; e) la fourniture des premier et deuxième signaux de basculement aux premier et deuxième mélangeurs et la production, d'après le signal RF et les signaux de basculement, de première et deuxième bandes de base; f) la soustraction des première et deuxième bandes de base pour générer un troisième signal; g) la fourniture des première et deuxième bandes de base et du signal à modulation de phase à un troisième mélangeur; et h) la production dans le troisième mélangeur du signal de données. L'invention va maintenant être décrite de manière plus détaillée uniquement à titre d'exemple en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de changement de fréquence en FI nulle; La figure 2 est un graphique montrant un exemple d'un signal à modulation de phase; et Les figures 3a à 3d sont des tracés de domaines de fréquences à différents points du dispositif. - 4 - L'invention augmente efficacement l'isolation entre les fuites RFLO, LO-RF, et LO-antenne; o LO représente l'oscillateur local dans un récepteur RF à conversion directe. Dans le dispositif fonctionnant conformément à l'invention, un signal RF est converti en un signal en bande de base en phase I (signal 1) et déphasé Q (signal 2). Les signaux en bande de base I (signal 1) et Q (signal 2) sont convertis en signaux en bande de base Q (signal 1) et I (signal 2), respectivement après un temps prédéterminé. Le basculement de I en Q, et de Q en I continue dans le temps tant que le signal RF est converti en signaux 1 et 2. Le basculement de I en Q puis de Q en I, et ainsi de suite, est appelé signal de basculement. Puis le signal 1 et le signal 2 sont soustraits et le signal résultant est appelé signal 3. Après cela, le signal 3 est multiplié par le signal de basculement. Ensuite, la sortie résultant de ladite multiplication traverse un filtre afin de supprimer les effets attribués aux fuites LO-RF/RF-LO et au défaut d'appariement des composants. La topologie du processus d'abaissement de fréquence direct RF est insensible aux fuites LO-RF, RF-LO et au défaut d'appariement des composants. Dans le dispositif montré sur la figure 1, le signal RF reçu 10 est divisé en deux branches. La première branche est dotée d'un mélangeur M1 et la deuxième branche est dotée d'un mélangeur M2. Chaque mélangeur Ml et M2 est doté de deux entrées, la première recevant le signal de -5- l'oscillateur local modulé en phase 13, 14 et l'autre recevant le signal porteur d'information RF 11, 12. Le signal d'oscillateur local modulé en phase 13 dans la branche du haut diffère de celui de la branche du bas d'un déphasage de 90 degrés. Le bloc formant modulateur de phase de l'oscillateur local 15 commute l'entrée de l'oscillateur local 13, 14 de chaque mélangeur de manière alternée entre la phase d'avance ou la phase de retard du signal d'oscillateur local 17 en fonction du signal (à modulation de phase) 16. Le signal à modulation de phase 16 est de manière idéale égal à +V ou -V, o V est un nombre arbitraire. Les deux signaux à la sortie des mélangeurs M1 et M2 sont tous les deux amplifiés par des amplificateurs G1 et G2(les deux amplificateurs n'ont pas besoin d'être identiques). Puis les signaux de sortie des deux branches sont soustraits au moyen d'un soustracteur Ai. Ensuite, la sortie du soustracteur A1 forme l'entrée d'un troisième mélangeur, M3. Le troisième mélangeur M3 a également en entrée le signal à modulation de phase 16. La sortie du troisième mélangeur traverse ensuite un filtre 18. Un exemple du signal à modulation de phase est montré sur la figure 2. Le signal à modulation de phase peut être soit périodique, soit non périodique, soit aléatoire, soit pseudoaléatoire. Le signal d'oscillateur local est un signal périodique, par exemple une onde carrée ou une onde sinusoïdale. Le signal RF contient une onde porteuse modulée soit par une information numérique et/ou analogique, c'est-à- dire vidéo, soit par la voix. 6- Le fonctionnement de base de la structure peut être illustré en utilisant les tracés des domaines de fréquences montrés sur les figures 3a à 3d. Le signal d'entrée', qui est un signal RF quelconque, dans la structure peut prendre la forme montrée sur la figure 3a. Dans cet exemple, le signal présentant un intérêt n'est qu'une fraction du signal d'entrée total et est placé au centre du signal total. Après l'étage de soustraction, le spectre ressemblera au spectre montré sur la figure 3b. Le signal total est étalé sur le spectre de fréquences. Pour cet exemple, il est supposé que le signal de basculement est une onde carrée avec un rapport cyclique de 50%. Les termes des fuites parasites en courant continu sont proches des erreurs dues au décalage. Après le troisième mélangeur, le spectre fait des convolutions avec l'onde carrée et par conséquent le spectre total fait des déconvolutions en bande de base comme montré sur la figure 3c. Puis le filtre passe bas supprime le signal non désiré, c'est-à-dire les erreurs dues au décalage et la portion du signal total qui n'est pas nécessaire. Ceci est montré sur la figure 3d. La présente invention offre, par rapport aux topologies de conversion directe existantes, les avantages suivants: La structure est insensible aux fuites RF vers LO et LO vers RF. Des filtres de grande qualité ne sont pas nécessaires. La structure peut être complètement intégrée sur un circuit intégré. Les termes de composante continue sont annulés de façon inhérente par le fonctionnement de la structure. Il est prévu que l'invention de la présente demande soit applicable au récepteur à fréquence -7- radioélectrique destiné à des applications cellulaires. Il est également prévu qu'elle puisse être utilisée comme récepteur à fréquence radioélectrique pour des dispositifs de communications personnels sans fil et pour les systèmes GPS. Elle peut également trouver une application comme récepteur à fréquence radioélectrique pour une application à sauts de fréquence quelconque et pour une application satellite quelconque qu'elle soit sur terre ou dans le satellite lui-même. Il est également prévu que l'invention puisse être utilisée dans un analyseur de spectre à balayage en plus de toutes combinaisons ou intégration des applications mentionnées ci-dessus. En résumé, l'invention peut être utilisée dans toute nouvelle application qui demande un abaissement de fréquence d'un signal RF quelconque en bande de base. Comme décrit, le signal d'oscillateur local modulé est généré en prenant un signal d'oscillateur local non modulé et en commutant sa phase de 90 degrés à 0 degré conformément à un signal à modulation de phase. Le signal RF est d'abord mélangé au signal d'oscillateur local modulé puis les termes à fréquence de repliement non désirés sont supprimés par un nouveau mélange avec le signal à modulation de phase. Ce faisant, on supprime les effets de fuites préalablement décrits. Le mélange ne requière pas nécessairement une multiplication analogique. Le troisième mélangeur peut, en général, être remplacé par un composant ou des composants qui effectuent la convolution de la sortie du signal de soustraction avec le signal à modulation de phase. Par exemple, ce composant peut être remplacé par des - 8 - éléments numériques. Les mélangeurs et les éléments de gain dans les branches du haut et du bas du circuit montré sur la figure 1 peuvent être dans un ordre quelconque, c'est-à-dire que l'étage de gain peut être le premier et l'étage mélangeur le deuxième. En outre, les éléments de gain dans les branches d'extrémité et plus basses peuvent être incorporées aux mélangeurs respectifs qui les précèdent. Bien qu'une forme de réalisation de la présente invention ait été décrite et illustrée, il apparaîtra de manière évidente à l'homme de l'art que des variantes peuvent être introduites. Il va de soi que de telles variantes seront comprises dans la portée de l'invention telle que définie par les revendications annexées. - 9 - REVENDICATIONS 1. Dispositif de conversion directe d'un signal RF ayant une porteuse modulée par un signal de données, ledit dispositif comprenant: des moyens d'entrée pour recevoir ledit signal RF; un oscillateur pour générer un signal d'oscillateur local; des moyens pour fournir un signal à modulation de phase; un modulateur de phase pour recevoir ledit signal d'oscillateur local et ledit signal à modulation de phase et pour générer, à partir de ceux-ci, des premier et deuxième signaux de basculement ayant entre eux une différence de phase de 90 degrés; un premier mélangeur pour recevoir ledit signal RF et lesdits premier et deuxième signaux de basculement et générant à partir de ceux-ci un premier signal en bande de base; un deuxième mélangeur pour recevoir le signal RF et lesdits premier et deuxième signaux de basculement et générant à partir de ceux-ci un deuxième signal en bande de base; un soustracteur pour recevoir et soustraire lesdits premier et deuxième signaux en bande de base afin de générer un troisième signal; et un troisième mélangeur pour recevoir ledit troisième signal et ledit signal de modulation de phase et pour générer, à partir de ceux-ci, ledit signal de données. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en outre par un filtre passe bas après ledit troisième mélangeur afin de supprimer tous les signaux non désirés. - 10 - 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit signal de données contient une information numérique. 4. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit signal de données contient une information analogique. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit oscillateur local génère un signal ayant la même fréquence que ladite porteuse. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit signal modulant est périodique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit signal modulant est non périodique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit signal modulant est aléatoire. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le signal modulant est pseudoaléatoire. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur entre chacun desdits premier et deuxième mélangeurs et ledit soustracteur. 11. Procédé pour convertir directement un signal RF contenant une porteuse modulée par un - 11 - signal de données comprenant: a) la fourniture dudit signal RF aux premier et deuxième mélangeurs; b) la production et la fourniture à un modulateur de phase d'un signal d'oscillateur local; c) la fourniture audit modulateur de phase d'un signal à modulation de phase; d) la production dans ledit modulateur de phase de premier et deuxième signaux de basculement ayant entre eux une différence de phase de 90 degrés; e) la fourniture des premier et deuxième signaux de basculement auxdits premier et deuxième mélangeurs et la production, d'après ledit signal RF et lesdits signaux de basculement, de première et deuxième bandes de base; f) la soustraction desdites première et deuxième bandes de base pour générer un troisième signal; g) la fourniture desdites première et deuxième bandes de base et dudit signal à modulation de phase à un troisième mélangeur; et h) la production dans ledit troisième mélangeur dudit signal de données.