Brevet FR2839165A1 — publié le 20031031

et une ou plusieurs sorties. 1 2839165 Description: Llnvention concerne un appareil comportant un amplificateur de signaux à haute fréquence formé d'un étage de puissance principal muni d'une entrée de signal entrant, d'une sortie pour signal amplifié et d'une commande de gain, formé aussi d'un premier comparateur pour fournir un signal de niveau de distorsion entre le signal entrant et le signal amplifié et d'un organe de différence pour enlever le signal de distorsion au signal amplifié. L'invenhon concerne aussi un procédé pour arnplifier de tels signaux ainsi qu'un tel amplificateur. Llnvendon trouve dimportantes applications notamment en ce qui concerne la radiotéléphonie mobile. Un te! appareil est connu du docoment de brevet EP WO 01/50594. Ce document est relatif à la linéarisabon d'amplificateur élaboré selon la technologie dite LDMOS. On se place à un point de polarisation de l'amplificateur qui minimise la distorsion apportée par ce dernier. La présente invention propose un appareil du genre mentonné dans le préambule applicable à une autre technologie que LDMOS, basée sur une autre approche. Pour cela, un tel appareil est remarquable en ce que l'organe de différence -': - -: - -: coopère avec un étage d'amplification auxiliaire qui est inséré dans une boucle d'annulabon pour fournir un signai d'annulation de distorsion à puissance constante. La description suivante, faite en regard des dessins ci-annexés, le tout donné à btre d'exemples non limitabfs fera bien comprendre comment 11nventon peut être réalisée. Sur les dessins: La figure 1 montre un appareil conforme à 11nventon, La figure 2 montre un premier mode de réalisation de l'invention, La figure 3 montre un deuxième mode de réalisation de l'invention, La figure 4 montre des courbes explicitant les avantages apportés par 11nvention, La figure 5 montre une courbe montrant l'efficacité des mesures préconisées par 11nvention. A la figure 1, l'appareil porte la référence 1. Cet appareil, dans le cadre de l'exemple décrit, est un radiotéléphone mobile pour réseau cellulaire. Il se compose d'un ensemble électronique 5 auquel sont rattachés, d'une part, des dispositifs homme-machine et, d'autre part, une parte radioélectrique. Ces dispositifs homme-machine sont un microphone 10, un écouteur-haut parleur 11, un écran 12 et un clavier 13. La partie radioél ectrique se compose d'un a mplificateu r à ha ute fréquence 20 mu n i d'u ne entrée 19 et d'une sortie 21. Cet amplificateur fournit des ondes par l'intermédiaire d'un découpleur d'ondes (duplexeur) 22 à une antenne 24. Les signaux resus par cette antenne reviennent sur l'ensemble 5 par lintermédiaire de ce découpleur 22. La figure 2 montre, en détail, l'amplificateur 20 conforme à l'invention. Il se compose d'un étage de puissance principal 30 dont l'entrée est reliée à la borne d'entrée 19 par l1ntermédiaire d'un réparUteur de puissance 35. Cet amplificateur 30 est muni d'une entrée de commande de gain 37. Cette commande de gain joue sur la polarisabon des transistors dont est pourvu cet étage. Sa sortie est reliée à un coupleur de puissance 39 qui prélève une partie de cette puissance vers un atténuateur 41. La puissance fournie par cet amplificateur 30 est transmise vers un combineur de puissance 45 par l'intermédiaire d'un organe de retard 47. Un organe de soustraction 49 détermine la distorsion apportée par l'amplificateur 30 en comparant la tension du signal prétevé par le coupleur 39 avec celle du signal appliqué à l'entrée 19. Ceci est possible en ajustant la valeur des niveaux; pour cela on règle, une fois pour toutes, l'atténuation apportée par l'atténuateur 41 et on rajoute un retard apporté par un organe de retard 51 pour corngenser le retard apporté par - -- -:: - --: --- - --- - --- - ------- i'amplificateur 30.Ainsi, en admettant que l'organe de retard-51 et l'atténuateur 41 - - -: n'apportent aucune distorsion, le signal à la sortie de l'organe de soustraction représente uniquement les signaux parasites apportés par la distorsion de cet étage amplificateur 30. Le signal de sortie est amplifié par un étage d'amplification 53 et est enfin appliqué au combineur de puissance 45, via un coupleur 55 pour que la distorsion soit supprimée, dans une large mesure, à la sortie 21. Selon l'invention, la puissance du niveau de distorsion, mesurée en sortie de l'amplificateur 53 est asservie à un niveau constant. Pour cela, une partie de la puissance de cet amplificateur est prélevée par le coupleur 55. On mesure cette puissance prélevée au moyen d'un circuit mesureur de niveau 57. Le signal fourni par ce mesureur 57 est traité par un circuit de traitement 58 ayant principalement une fonction intégrateurcomparateur. Ce circuit 58 comporte un comparateur 59 pour comparer le signal élaboré par le circuit mesureur 57 avec une grandeur de consigne qui est représentée par un générateur de tension 61. Le signal de sortie du comparateur 59 est appliqué à un amplificateur 65 présentant, de prétérence une hystérésis. Le signal de sortie de cet amplificateur, constituant la sortie du circuit 58, est finalement appliqué à l'entrée de commande de gain 37 de 1'amplificateur 30. On a ainsi constitué une boucle d'asservissement de la puissance de l'amplificateur auxiliaire 53 en agissant sur le gain de 1'amplificateur principal 30. A la figure 3 on montre une autre variante de réalisation de 1'amplificateur conformément à 11nvention. Cette variante concerne plus spécialement le circuit intégrateur comparateur 58. Sur cette figure 3, les éléments communs avec ceux des figures précédentes portent les mémes références. Dans cette variante, I'entrée du circuit 58 est constituée par l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique 72, suivi d'un circuit de traitement numérique 74 procurant entre autres, 1'effet d'hystérésis souhaité. Ce circuit de traitement numérique est suivi à son tour par un convertisseur numérique-analogique 76 pour fournir enfin le signai de commande à l'entrée de commande de l'amplificateur 30. La présence de ce circuit de traitement numérique apporte une grande flexibilité, pour l'amplificateur, à s'adapter à différentes configurations. Par exemple la commande de gain de 1'amplificateur 37 qui est en fait une commande de polarisation d'étage de cet amplificateur, peut être ajustée pour éviter des instabilités éventuelles. Il est aussi possible de fournir un signal d'alarme ALRT lorsque le niveau de puissance à la sortie de l'amplificateur 53 est maximale alors qull n'e* plus possible d'agir sur la commande 37 qui est en butée, ces paramètres étant incorporés dans ce circuit 74. Llnvention repose sur les considérations suivantes. Dans le cadre de l'application envisagée, c'est-à-dire celle concernant les transmissions radioélectriques réFondant aux exigences UMT - Classe 3: puissance allant de - 4dBm à +21 dBm soit une dynamique de 65 dB. Si i'on ne prend pas les mesures de l'invention, on a alors des difficultés à travailler à bas niveau avec un bon rendement de puissance. En agissant sur la polarisation de l'amplificateur 30 pour réduire sa consommation-à partir d'une estimabon a priori, celui-ci risquerait de trop rester hors service ou d'être polarisé à un niveau insuffisant. L'amplificateur auxiliaire 53 atteindrait rapidement, par suite de ses petites dimensions, la saturation et il serait alors insuffisant pour apporter toute l'amplification eVou pour réaliser la compensation de distorsion quand il y a un besoin immédiat de puissance plus importante. Par la mesure apportée par 11nvention, ies amplificateurs 30 et 53 travaillent à une puissance non nulle mais suffisamment basse pour apporter une économie d'énergie substantielle. . La figure 4 montre des courbes destinées à illustrer l'intérêt de l1nvention. Les courbes montrent que grâce aux mesures de l1nvention, on obtient des performances suffisantes pour satisfaire les exigences de la norme UMTS-FDD. Les courbes C1, C2 et C3, en traits pleins montrent les caractéristiques de l'amplificateur 20 réalisé conformément à l1nvention, en fonction de la puissance de sortie Pout. Ces courbes donnent la valeur du paramètre ACPR pour les courbes C1 et C2 et la valeur EVM pour la courbe C3. Le paramètre ACPR est relabf au bon " Addacent Power Ratio >> tandis que le paramètre EVM est reiabf au vecteur d'erreur. On trouvera dans la norme mentionnée la signification des paramètres EVM et ACPR. La courbe C1, relative aux canaux adjacents cro^'t à partir de la puissance de 0 dBm, lorsque l'amplificateur auxiliaire commence à annuler la di*orsion, puis ce paramètre reste constant dans la gamme +12 dBm / +26 dBm ce qui correspond à l'effet apporté par la boucle de commande pour maintenir constante la puissance de sorbe de l'amplificateur 53. Puis on assiste à une montée de cette courbe C1 (-33dB) due à la limitation de ia polarisation et donc, de la puissance disponible de l'amplificateur 30. Il n'est alors plus possible à l'amplificateur auxiliaire 53 de compenser les distorsions. Ceci peut être comparé à la courbe D1, relative à un amplificateur de l'art antérieur. Cette courbe reste à un niveau bas jusqu'à la valeur Pout = +20 dBm, puis cro^'t rapidement lorsque l'amplificateur devient non linéaire sans aucune compensation de distorsion. Finalement, le niveau (-33 dB ACPR) est comparable avec celui de la courbe C1 pour une puissance de sortie +26/+26,5 dBm. Les courbes C2 et D2 relatives respectivement à la mise en application de -: l'inVéntion et à sa hon-mise en appliQtion concernent ies canax alternés (N-2) et (N±2). - - -- Lesrésultatssont alors comparablés et ne sont pas jugés citiquablès. - -:;- - - -: - -- Les courbes C3 et D3 ayant trait à l'erreur de vecteur EVM montrent un com portem ent simi la ire a ux co urbes C2 et D2. La norme UMTS indique 1 7% EVM pour l'émetteur, tenant compte des phénomènes de gigue de l'horloge, de la non-linéorité des différents converdsseurs numériques- analogiques que comporte l'appareil. Ceci impose que l'amplmcateur doit apporter une contribution inférieure à quelques pour cents à cette distorsion. Si on simpose 3% les deux solutions sont identiques. La figure 5 montre l'effficacité EFF de l'amplificateur réalisé conformément à linvention, courbe E1. La courbe F1 représente un amplificateur pour lequel aucune desdites mesures n'a été appliquce. Il est à noter qu'un tel amplificateur 20 (Figure i) est particulièrement apte à être intégré et peut se présenter sous la forme d'un circuit intégré. , REVENDICATIONS. 1- Appareil comportant un amplificateur de signaux à haute fréquence formé d'un étage de puissance principal muni d'une entrée de signal entrant, d'une sortie pour signal amplifié et d'une commande de gain, formé aussi d'un premier comparateur pour fournir un signal de niveau de distorsion entre le signal entrant et le signal amplifié et d'un organe de différence pour enlever le signal de distorsion au signal amplifié, caractérisé en ce que l'organe de difflrence coopère avec un étage d'amplification auxiliaire qui est inséré dans une boucle d'annulation pour fournir un signal d'annulation de distorsion à puissance constante. 2- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle est formée par un circuit de mesure de la puissance de sortie dudit étage d'amplification auxiiiaire, par un circuit de comparaison de cette puissance par rapport à une valeur de consigne et par un circuit de traitement pour agir sur ladite commande de gain. 3- Appareil selon la revendiQtion 1 ou 2, caractérisé en ce que la boucle comporte des moyens pour fournir un signal d'alarme, lorsque au moins une des valeurs de la puissance de sorbe dudit étage auxiliaire et de i'amplitude du signal de commande de l'étage principal sont en butée. : - - 4- Appareil selon-la-revendcation 1 ou 2 ou 3, caracténsé en ce que la = - - puissance de sortie dudit amplificateur est uniquement fournie parl'étage auxiliaire. 5- Procédé pour amplifier un signal à radiofréquence mis en _uvre dans un appareil selon l'une des revendications à 3, caractérisé en ce qull comporte les étapes suivantes: - amplification du signal à amplifier par un étage de puissance principal, - comparaison pour déterminer la distorsion de cet étage principal, de son signal d'entrée et de son signal de sortie, amplification de ce signal de comparaison au moyen d'un étage d'amplifiQtion auxiliaire, - soustraction du signal de sortie de l'étage d'amplification auxiliaire au signal de sortie de l'étage de puissance principal, - mise en _uvre d'une boucle d'asservissement pour garder constante la puissance de sortie de l'étage d'amplification auxiliaire. 6- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire: - amplification du signal d'entrée de l'amplificateur effectuée pratiquement par l'étage d'amplification auxiliaire. 7- Amplificateur de signaux convenant à un appareil selon l'une des revendications 1 à 3, formé d'un étage de puissance principal muni d'une entrée de signal entrant, d'une sortie pour signal amplifié et d'une commande de gain, formé aussi d'un premier comparateur pour fournir un signal de niveau de distorsion entre le signal entrant et le signal amplifié et d'un organe de différence pour enlever le signal de distorsion au signal amplifié, caractérisé en ce que l'organe de différence coopère avec un étage d'amplification auxiliaire qui e* inséré dans une boucle d'annulation pour fournir un signal d'annulation de distorsion à puissance constante. 8- Amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la boucle est formée par un circuit de mesure de la puissance de sortie dudit étage d'amplification auxiliaire, par un circuit de comparaison de cette puissance par rapport à une valeur de consigne et par un circuit de traitement pour agir sur ladite commande de gain. 9- Amplificateur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la puissance de sortie dudit amplificateur est uniquement fournie par l'étage auxiliaire. ' ' ': - '. ':. -. '... - _ '. _.. _. ' f. -: 10- Amplificateur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qutil se présente sous forme de circuit intégré.