Brevet FR2799325A1 — publié le 20010406

CANAL DE TPISMI.SSION AUDIO A HFLAUT RENDEMENT La présente invention concerne le domaine des chaînes de réception audio en particulier dans les systèmes portables de faible consommation. Différents systèmes existent pour transformer un signal numérique en signal analogique de puissance qui permet d'émettre des sons par le biais d'un haut-parleur. Le brevet FR2765419 décrit un dispositif de génération de signaux analogiques à partir de convertisseurs analogique-numérique. Il décrit l'utilisation d'un modulateur Sigma-Delta dans la transmission du signal numérique, ainsi que la génération des signaux analogiques, sans permettre toutefois de contrôler le volume de sortie de manière simple. - Le convertisseur de signal numérique en signal analogique comporte en général un contrôle du volume. On dispose ensuite un filtre passe-bas permettant d'éliminer les composantes liées à l'échantillonnage, ainsi qu'un amplificateur de puissance. L'amplificateur de puissance consomme beaucoup de puissance et abaisse l'efficacité du circuit général. Ce système n'est pas satisfaisant car, même s'ils permet un réglage du volume, il nécessite un grand nombre de composants analogiques tel qu'un convertisseur digital vers analogique lbit, des filtres actifs, un amplificateur de puissance. Ces composants sont intégrés sur une puce dédiée. Afin de générer le son transmis par le canal audionumérique, il est connu d'utiliser un modulateur Sigma- Delta suivi d'un dispositif permettant de convertir le signal numérique en signal analogique et des dispositifs permettant de filtrer le bruit créé lors de la transmission, ainsi qu'un dispositif de génération du son. Le modulateur Sigma-Delta est généralement suivi d'une sortie de classe D. Cette deuxième solution, bien qu'essentiellement numérique ne permet pas de contrôler le volume de sortie sans abaisser le rapport signal sur bruit du fait de l'ajout de composants supplémentaires. Elle présente l'avantage de ne nécessiter qu'un filtre passif discret (à base de composants RLC) en plus de la partie numérique mais ne permet pas le réglage du volume. Le modulateur Sigma-Delta est utilisé pour passer d'un mot de N bits à un mot de M bits, M étant inférieur à N, en éliminant l'erreur de troncature dans la bande de signaux utiles, qui est la bande dans laquelle la sinusoïde ou un autre signal est synthétisé. Les composantes spectrales liées à cette troncature sont ensuite rejetées hors de cette bande. Dans l'application selon l'invention, longueur des mots de sortie est de 1 bit. De plus, à la sortie du modulateur, le débit de sortie est plus rapide que celui d'entrée et peut être réglé pour obtenir un facteur entier de multiplication. L'invention cherche à améliorer l'efficacité du canal de réception audio de la seconde solution tout en utilisant un minimum de composants linéaires, dissipateurs de puissance. Ce canal doit convertir les données d'entrée numériques en un signal analogique pour permettre un contrôle du volume par l'utilisateur, sans perte dans le rapport signal-bruit, et piloter un haut-parleur à faible impédance. L'invention concerne un système de réception audio comprenant un modulateur pour moduler un premier signal audionumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit second signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée, un haut-parleur recevant ledit signal ainsi qu'un dispositif de sortie pour alimenter le haut-parleur selon la valeur dudit second signal. Elle se caractérise en ce qu'on ajoute un pilote pour gérer uniquement l'alimentation du haut-parleur à partir d'une partie de ladite période prédéterminée, la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré. Avantageusemenc, le dispositif comporte un filtre passif sur le hauu-parleur. L'invention concerne également un procédé de réception audio comprenant une étape de modulation d'un premier signal audienumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéeerminée et une étape de réception dudit signal dans un haut-parleur alimenté en fonction de valeur dudit signal. Le premier signal audionumérique est avantageusement modulé dans un premier modulateur du type Sigma-Delta et comporte une pluralité de mots de longueur de 1 bit.- L'alimenuation est commandée en fonction d'une partie de ladite période prédéterminée. la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré. Dans une variante, la longueur de ladite partie commande un court-circuit de l'alimentation. Le signal de sortie du modulateur Sigma-Delta est un flux de 1 bit, avec une frécuence supérieure à la fréquence de Nyquist. Le bruit de quantification à cette sortie se situe principalement dans les hautes fréquences. On pilote directement les transistors de commutation de la sortie de classe D avec cet échantillonnage. Le filtre passe-bas dans la sortie de classe D est constitué par un filtre RLC du second ordre dans lequel la résistance forme le haut-parleur. L'information numérique transmise dans le signal permet de contrôler le volume en modifiant la longueur de chaque donnée de sortie (1"0" ou "1") du flux donné par le modulateur Sigma-Delta. Le signal de sortie du modulateur Sigma-Delta est à la fréquence Fe. Le pilote de l'étape suivante a une fréquence de N*Fe, cu N est un rtombre entier, ce qui permet de diviser la période Te, associée à la fréquence Fe (Te=l/Fe). Pendant une pDériode Te, on utilise deux subdivisions. La première subdivision correspond au temps pendant lequel la charge est connectée a l'alimentation S ou -S. selon la valeur du signal de sortie du modulateur Sigma- Delta (Sdout). La seconde correspond au temps pendant lequel la charge est court-circuité à la masse. La valeur du rapport de la durée de deux subdivisions est utilisée pour régler le volume. Pour éviter une consommation excessive de puissance, ou la destruction des transistors MOS, une période de non chevauchement (TN) garantit que le NMOS et le PMOS du même côté ne sont pas conducteur au même moment. Chaque période du signal de sortie du modulateur Sigma-Delta est divisée en deux subdivisions: la première correspond au temps pendant lequel le haut-parleur est alimenté, et la seconde correspond au temps pendant lequel il est passif. La valeur du rapport entre ces deux subdivisions est utilisée pour régler le volume. Tous les terminaux mobiles comportant des moyens de réception audionumérique peuvent utiliser le dispositif selon l'invention. L'invention permet d'éviter l'ajout d'un dispositif linéaire comme un amplificateur opérationnel ou des capacités groupées. De plus, le processus numérique est simplifié, ce qui permet de diminuer le coût de la fonction. La précision du contrôle du volume repose sur la précision de l'horloge principale. La figure 1 représente un schéma général du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une sortie classique de classe D. La figure 3 représente un exemple de codage du signal et les signaux aux bornes des différentes entrées. Le dispositif 2 selon l'invention est dispose après le modulateur SigmaDelta 1 comme on peut le voir dans la figure 1. Le signal esu alors modulé dans le dispositif 2 à une fréquence Fc multiple de celle de sortie Fe du modulateur Sigma-Delta 1. Dans cet exemple, m=6 et Fe=2MhZ, de telle manière que Fc=12MhZ. La modulation est effectuée grâce à une seconde horloge 3. Cette seconde horloge peut être couplée à l'horloge du modulateur Sigma-Delta 4. Ce dispositif intègre ainsi les données liées au volume dans les subdivisions du signal, en définissant les intervalles de temps qui contiennent le signal utile. La figure 2 représente un pont de sortie de classe D. Les différentes bornes du dipôle (CMDP, CMDPZ, CMDM, CMDMZ) permettent de contrôler le signal de sortie, en fonction du signal émis par le dispositif 2. Ce pont comporte, de manière classique, un pont RLC 5. Ce pont RLC permet de réaliser un filtre passe-bas améliorant la qualité du signal sonore émis par la résistance 10 qui joue le râle de haut-parleur. Le dispositif selon l'invention est destiné à un réglage statique du volume: il est bien connu qu'un utilisateur règle le volume de son appareil une à deux fois lors de l'utilisation. l'invention utilise également le fait qu'à haute fréquence, l'utilisateur n'entend pas les interruptions temporaires d'émission sonore. La figure 3 permet de comprendre comment le volume est modulé dans le signal transmis. Dans ce cas, le signal utile est transmis dans les trois premières périodes Tc (correspondant à la fréquence de sortie Fc) du train d'ondes. On note cette valeur Tt. Les valeurs numériques choisies dans cet exemple permettent de disposer de six périodes Tc dans une période Te. Le haut-parleur, au lieu d'être sollicité une fois dans le temps Te, est sollicité Tt/Tc fois dans le temps Tt. Le réglage du volume consiste à définir ce nombre Tc/Tc. L'oreille humaine ne permet pas de remarquer le changement de fréquence du haut-parleur. Les mots de 1 bits à la fréquence Fe sont représentés dans la ligne 6. Les lignes 7 et 8 représentent respectivement les périodes Tc et Te. L'ensemble des lignes 9a, 9b, 9c, 9d représentent respectivement le signal aux bornes CMDP, CMDPZ, CMDM, CMDMZ du pont de sortie. Dans cette exemple, le signal utile est transmis dans les trois premières périodes T: Tt/Tc=3. L'information concernant le volume est alors le rapport Tt/Te. Les trois périodes suivant Tt sont inutilisées, en particulier en l'absence de filtre passif aux bornes dans une première variante. Pour supprimer le bruit, un filtre passif est ajouté. Dans le cas d'une utilisation sans filtre passif, il est avantageux mais non obligatoire d'effectuer un court-circuit pendant les périodes résiduelles afin d'éliminer les charges résiduelles. Dans le cas o l'on utilise un filtre passif, un court-circuit permet d'éviter que des charges demeurent et dégradent ledit filtre. L'usage du filtre passif sans court-circuit oblige à employer des moyens supplémentaires qui nuisent à l'efficacité et à la simplicité du dispositif, afin d'éliminer les charges résiduelles. Tout élément permettant de découper la période du signal en sous-périodes peut remplacer l'horloge. En particulier, si un découpage en périodes régulières est plus avantageux, tout autre découpage peut être utilisé, ce qui compliquera la lecture de l'information concernant le volume. Pour un réglage de volume de donné, tout type de répartition du signal est possible dans la période principale Te. L'information la plus importante consiste en le nombre global de souspériodes utilisées: Tt/Tc. Il n'est pas obligatoire que ces périodes soient toutes consécutives. ? Dans ce cas,, la partie de la période prédéterminée permetzant de régler le volume comporte des sous-périodes non consécutives. La longueur totale Tt contient toujours l'information. Il est nrcessaire que cette répartition soit reproductible. Une variante consiste à modifier la répartirion des signaux utiles en fonction du volume. Cette variante permet d'optimiser l'utilisation des différents composants. REVENDICA-IC-S 1 - Systeme de récepuion audio comprenant: - Un modulateur 3 pour moduler un premier signal audionumérique avec unr. premier taux en un second signal audionumérique avec un second tau: supérieur au premier, ledit second signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée; - Un haut-parleur 10 recevarnt ledit signal; Un dispositif de sortie 11 pour alimenter le haut-parleur selon la valeur dudit second signal; caractérisé en ce que le dispositif de sortie 2 comprend un pilote pour gérer uniquement l'alimentation du haut-parleur à partir d'une partie de ladite période prédéterminée, la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré. 2 - Système de réception audio selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un filtre passif sur le haut-parleur. 3 - Système de réception audio selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la partie de la période prédéterminée permettant de régler le volume comporte des sous-parties non toutes consécutives. 4 - Système de réception audio selon la revendication 3 caractérisé en ce que la répartition des sous-parties non toutes consécutives est fonction du volume désire. - Procédé de réception audio comprenant: - une étape de modulation 3 d'un premier signal audionumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée; - une étape de réception dudit signal dans un haut-parleur alimenté 10 en fonction de valeur dudit signal; caractérise en ce que l'alimentation est commandée en fonction d'une partie de ladite période prédéterminée. la longueur de ladite partle étant déterminée en fonction du volume désiré. 6 - Pr cédé de réception audio selon la revendication 5 caractérisé en ce que la longueur de ladite partie commande un court-circuit de l'alimentation. 7 - Procédé de réception audio selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que le premier signal audionumérique est modulé dans un modulateur 1 et comporte une pluralité de mots de longueur de 1 bit.