Brevet FR2863138A1 — publié le 20050603

Dispositif de polarisation d'un microphone à partir d'une basse tension et terminal de radiocommunication correspondant. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des terminaux de radiocommunication possédant une sortie audio. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de polarisation d'un microphone intégré à ou à connecter à de tels terminaux. 2. Solutions et inconvénients de l'art antérieur L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux microphones équipant les kits mains libres des terminaux de radiocommunication actuels (radiotéléphones, PDAs, ordinateurs portables,...). Par souci de simplification de la description, on se limitera, dans toute la suite de ce document, à décrire le cas particulier des microphones équipant des kits mains libres stéréo. L'Homme du Métier étendra sans difficulté cet enseignement à tout type de microphone destiné à coopérer avec un terminal de radiocommunication. Généralement, un kit mains libres stéréo possède deux haut-parleurs, un microphone et quatre broches. Deux d'entre elles sont dédiées aux hautparleurs, une au microphone et la dernière à une référence de potentiel. Une solution généralement utilisée pour connecter les haut-parleurs d'un tel kit mains libres au codeur/décodeur (couramment appelé CODEC, dénomination qui sera utilisée dans toute la suite de ce document) d'un terminal de radiocommunication est illustrée par la figure 1. Dans le cas particulier de cette figure, deux condensateurs 10, dont la valeur est généralement de 15011F, connectent les deux broches 111 et 112 des deux haut-parleurs 121 et 122 d'un casque à deux sorties 151 et 152 du CODEC 15 du radiotéléphone ou PDA. La fonction de ces condensateurs est de supprimer l'offset sensiblement égal à 1,5V présent aux deux sorties 151 et 152 du CODEC. La troisième broche 113 du kit, fournissant à ce dernier la référence de potentiel, est connectée à une masse 153 (potentiel nul) du CODEC 15. La quatrième broche 114 est reliée à une entrée microphone 154 du CODEC 15 fournissant une tension suffisamment élevée pour polariser le microphone 13. Pour polariser un microphone classique, une telle tension est généralement de l'ordre de 3V. Cette solution de l'art antérieur présente l'inconvénient de nécessiter deux condensateurs qui sont coûteux et encombrants dans le terminal de radiocommunication. Pour remédier à ce problème, les fabricants de dispositifs de radiocommunication ont envisagé une solution illustrée par la figure 2. Dans cette solution, l'utilisation d'un potentiel de puissance 253, noté VREF, disponible dans le CODEC 25 remplace celle de la masse comme référence de potentiel pour le kit mains libres 26. On appelle généralement cette référence, non nulle, une masse virtuelle. Cette référence 253 permet d'éliminer la tension de décalage continue disponible aux deux sorties du CODEC et ainsi de s'affranchir des deux condensateurs coûteux et encombrants. Cependant, dans le cas illustré par la figure 2, le potentiel disponible à l'entrée microphone 254 étant sensiblement égal à 3V, le potentiel de référence 253 étant environ égal à 1,5V, la tension de polarisation du microphone 23 résultante est sensiblement égale à 1,5V, elle est donc divisée par deux par rapport au cas de la figure 1. On a donc une basse tension de polarisation conduisant à une sous-alimentation du microphone qui ne lui permet pas de fonctionner correctement. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique de polarisation d'un microphone intégré ou susceptible d'être connecté à un terminal 30 de radiocommunication à partir d'une basse tension. Par basse tension , on entend ici, et dans tout le document, une tension trop faible pour permettre une polarisation et un fonctionnement optimums d'un tel microphone. L'invention a encore pour objectif de fournir une telle technique qui soit particulièrement adaptée au cas d'un microphone intégré à un kit mains libres. Plus généralement, un objectif de l'invention est de proposer une telle technique qui soit bien adaptée à tous les éléments et composants standards des terminaux de radiocommunication actuels. Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle technique qui soit simple et peu coûteuse à mettre en oeuvre. L'invention a encore pour objectif de fournir une telle technique qui ne conduise pas à une augmentation de l'encombrement du terminal. 4. Caractéristiques essentielles de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif de polarisation d'un microphone coopérant avec un terminal de radiocommunication et comprenant au moins une alimentation de basse tension. Selon l'invention, une telle polarisation est réalisée à partir de l'alimentation de basse tension au moyen d'au moins une source de courant. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de la polarisation d'un microphone intégré ou susceptible d'être connecté à un terminal de radiocommunication. En effet, l'invention permet, à partir d'une alimentation fournissant une tension insuffisante (que l'on appelle basse tension), de réaliser une polarisation correcte et efficace du microphone, et ce, sans condensateurs coûteux et encombrants. Le dispositif de l'invention, ne nécessitant qu'une source de courant, est simple, peu coûteux et conduit à un faible encombrement. Selon un mode de réalisation préférentiel, la source de courant comprend un double transistor utilisé comme miroir de courant. Avantageusement, le dispositif comprend un interrupteur coopérant avec le double transistor et permettant, dans un état ouvert, de couper le courant circulant dans le double transistor. Ainsi, lorsque le kit mains libres n'est pas connecté, il n'y a pas de consommation électrique due à la source de courant. Ceci permet par exemple d'augmenter l'autonomie de la batterie du terminal de radiocommunication. Selon une première variante de l'invention, la source de courant comprend un transistor FET (en anglais Field Effect Transistor , en français transistor à effet de champ ). Selon une deuxième variante de l'invention, la source de courant comprend un transistor MOSFET (en anglais Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor , en français transistor à effet de champ métal oxyde semiconducteur ) et un amplificateur. Ainsi, selon ces deux variantes, il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre un interrupteur pour couper le courant lorsque le microphone n'est pas connecté. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de filtrage permettant de réduire le bruit de l'alimentation de basse tension. Ce filtrage peut être réalisé au moyen d'une résistance de 470Q et d'un condensateur de 101,tF. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de réduction des distorsions affectant la polarisation. Ces moyens peuvent être constitués d'une résistance de 18kQ. Selon un mode de réalisation préférentielle, l'alimentation est une alimentation différentielle définie par rapport à un potentiel de référence. Ainsi, la tension disponible pour polariser le microphone est d'autant plus basse que le potentiel de référence est important. Avantageusement, le microphone est compris dans un kit mains libres pour terminal de radiocommunication. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, le kit mains libres comprend au moins trois broches et au moins un haut-parleur: -au moins une des broches est dédiée au haut-parleur, -une des broches est dédiée au potentiel de référence, -une des broches est dédiée au microphone, Le kit mains libres peut ainsi être un kit mono avec un haut-parleur et trois broches, ou un kit stéréo avec deux haut-parleurs et quatre broches, dont deux sont dédiées aux haut-parleurs. Le potentiel de référence sert alors de point milieu aux deux haut-parleurs. Avantageusement, le kit mains libres est relié au terminal de radiocommunication par un connecteur jack ou un connecteur USB (en anglais, Universal Serial Bus et en français, bus série universel ) . L'invention concerne également les terminaux de radiocommunication 10 comprenant un dispositif de polarisation d'un microphone tel que décrit précédemment. Avantageusement, le terminal de radiocommunication comprend un codeur/décodeur appelé CODEC et au moins une entrée différentielle (formée de deux PINs ou broches) permettant de relier le microphone au CODEC. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1, déjà commentée en relation avec l'art antérieur, présente un synoptique d'un kit mains libres connecté au CODEC d'un terminal de radiocommunication au moyen de deux condensateurs; la figure 2, également commentée en relation avec l'art antérieur, présente une variante de la figure 1, selon laquelle le terminal fournit un potentiel de référence VREF au microphone; - la figure 3 illustre le schéma classique de polarisation d'un microphone d'un kit mains libres, intégré dans le terminal de radiocommunication dans le cas de la figure 1; - la figure 4 illustre le schéma classique de polarisation du microphone de la figure 3 dans le cas de la figure 2; - la figure 5 illustre le principe général de l'invention, sous la forme du schéma de montage d'un dispositif de polarisation à base d'une source de courant d'un microphone d'un kit mains libres; la figure 6 présente le schéma de la figure 5 dans le cas où la source de courant est réalisée à partir d'un double transistor; - les figures 7A et 7B illustrent deux variantes de réalisation de la source de courant, l'une à partir d'un transistor FET et l'autre à partir d'un transistor MOSFET et d'un amplificateur. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention Le principe général de l'invention repose sur l'utilisation d'une source de courant pour polariser un microphone dans un terminal de radiocommunication dans lequel seule une alimentation de basse tension est disponible. On rappelle tout d'abord, en relation avec les figures 3 et 4, le principe de polarisation d'un microphone de kit mains libres, selon les deux techniques présentées précédemment en relation avec l'art antérieur. La figure 3 présente le schéma d'un dispositif de polarisation 37 d'un microphone 33 d'un kit mains libres 36, intégré dans un terminal de radiocommunication 35, dans le cas où les haut-parleurs du kit 36 sont connectés au CODEC de ce terminal au moyen de condensateurs (non représentés sur la figure 3). Par souci de clarté, on a choisi de ne pas représenter, ni dans cette figure, ni dans les figures suivantes, les haut-parleurs du kit mains libres. Une première broche 313 du kit 36 est connectée à la masse 371 du dispositif de polarisation 37. Une deuxième broche 314 du kit 36 est connectée à une première broche 3731 d'une résistance 373 du dispositif 37 valant, dans ce mode de réalisation, 2,2k52. La deuxième broche 3732 de la résistance 373 est connectée à une première broche 3722 d'un condensateur 372 dont la capacité vaut, dans ce mode de réalisation, 10 F. Le condensateur 372 est connecté par son autre broche 3721 à la masse 371. La deuxième broche 3732 de la résistance 373 est aussi connectée à une première broche 3741 d'une résistance 374 valant dans ce mode de réalisation 470Q. La deuxième broche 3742 de la résistance 374 est connectée à une alimentation 375 fournissant une tension de 3V. On peut noter que l'association série de la résistance 374 et du condensateur 372 forme un filtre de type RC permettant de filtrer le bruit de l'alimentation 375. Ce filtre est, bien entendu, facultatif dans le cas d'une alimentation 375 parfaite. La figure 4 présente le principe de polarisation d'un microphone similaire à celui de la figure 3, dans le cas où l'on n'utilise pas deux condensateurs mais un potentiel de puissance de référence VREF. Plus précisément, le schéma de la figure 4 est celui d'un dispositif de polarisation 47, d'un microphone 33 d'un kit mains libres 36, intégré dansun terminal de radiocommunication 35, directement adapté du mode de réalisation précédent au cas où le terminal fourni un potentiel de référence VREF 471 valant 1,5V. La résistance 373 de la figure 3 est ici remplacée par une résistance 473 valant maintenant 1kQ pour adapter le dispositif de polarisation 47 au nouveau potentiel de référence 471. Cette nouvelle valeur de résistance est choisie de façon à obtenir une même valeur du courant que dans la figure 3. On se rend aisément compte, grâce aux schémas des figures 3 et 4, que la tension disponible entre les deux broches du microphone est réduite de sensiblement 3V à sensiblement 1,5V si l'on passe du cas de la figure 3 à celui de la figure 4. Cette tension est donc environ divisée par 2 dans la variante des figures 2 et 4, de sorte qu'on ne dispose que d'une basse tension pour polariser le microphone 33. Cette réduction de tension a pour conséquence une perte, en termes de puissance fournie au microphone, de l'ordre de 6dB. La solution proposée par l'invention, pour résoudre ce problème, est illustrée par la figure 5 et consiste en l'utilisation d'une source de courant 576 pour polariser le microphone, et ainsi pallier la faible tension disponible. Cette figure 5 présente donc le schéma d'un dispositif 57 de polarisation d'un microphone 53 d'un kit mains libres 56, intégré dans un terminal de radiocommunication 55 (ou susceptible de lui être connecté) dans le cas où le terminal fournit un potentiel de référence 571 valant environ 1,5V. L'avantage essentiel de l'utilisation de la source de courant 576 est que l'impédance vue par le microphone 53 est, dans ce cas, très importante (théoriquement infinie) contrairement au cas de la figure 4.Ceci est lié à l'existence d'un pont diviseur entre l'impédance du microphone 33 et l'impédance de la charge, la charge étant constituée par la résistance 473 (voir la figure 4) ou par l'impédance de la source de courant 576 (voir la figure 5) en théorie infinie. L'enseignement de la figure 5 s'étend bien sûr à toutes autres valeurs de potentiels, dès lors que ces potentiels sont tels que, compte tenu de la tension d'alimentation disponible, ils ne permettent pas une polarisation adéquate du microphone. La première broche 513 du kit 56 est connectée au potentiel de référence 571 du dispositif de polarisation 57. La deuxième broche 514 du kit 56 est connectée à une première broche 5731 d'une résistance 573 du dispositif 57 valant dans ce mode de réalisation 18kQ. La deuxième broche 5732 de la résistance 573 est connectée au potentiel de référence 571. La première broche 5731 de la résistance 573 est aussi connectée à une première broche 5761 d'une source de courant 576, fournissant un courant de 150 A. La deuxième broche 5762 de la source de courant 576 est connectée à une première broche 5722 d'un condensateur 572 de 10 F, connecté par son autre broche 5721 au potentiel de référence 571. La deuxième broche 5762 de la source de courant 576 est aussi connectée à une première broche 5741 d'une résistance 574 de 4705. La deuxième broche 5742 de la résistance 574 est connectée à une alimentation 575 fournissant une tension de 3V. La deuxième broche 514 du kit 56 est aussi connectée à une première broche d'un condensateur 581 de 100nF, lui même connecté par une autre broche à une entré microphone 582, appelée MIC_P, du CODEC du terminal de radiocommunication (radiotéléphone, PDA, ordinateur portable,...) 55. La première broche 513 du kit 56 est aussi connectée à une première broche d'un condensateur 583 de 100nF, lui même connecté par une autre broche à une entré microphone 584, appelée MIC_N, du CODEC du terminal 55. Les deux entrées microphone sont reliées à un amplificateur différentiel (non représenté) intégré dans le CODEC du terminal 55 permettant de compenser les bruits d'alimentation (par soustraction des signaux MIC_N et MIC_P). La résistance 573 de 18kQ permet avantageusement de réduire les distorsions dues à la décharge du condensateur 581. Les valeurs des composants, et notamment de la source de courant 576 et de la résistance 573, sont choisies de manière à obtenir, dans ce cas d'utilisation d'un potentiel de référence 571 de 1,5V, des performances équivalentes à celles obtenues dans le cas de l'utilisation de deux condensateurs (voir figures 1 et 3) pour polariser les hauts parleurs (non représentés) du kit 56. La figure 6 illustre un exemple de réalisation de la source de courant 576 du dispositif de la figure 5. Dans cette figure 6, la source de courant 676 du dispositif de polarisation 67 comprend un double transistor 6761, monté en miroir de courant et associé en série à une résistance 6762. La résistance 673 ne fait pas partie, à proprement parler, de la source de courant et permet comme dans le montage de la figure 5 de réduire les distorsions dues à la décharge du condensateur 581 de l'entrée MIP_P 582. Un tel double transistor peut être un double transistor apparié du commerce à très bas coût, par exemple, le composant BC857BS (Philips Semiconductor - marque déposée), utilisé comme miroir de courant. Ainsi, ce mode de réalisation de la polarisation d'un kit mains libres, et notamment de son microphone, permet d'obtenir des encombrement et coût très réduits par rapport à la solution de l'art antérieur à base de deux condensateurs de 150 F et d'un potentiel de référence nul (voir figure 1). Le double transistor 6761 possède deux branches principales 6763 et 6764. Une variante avantageuse de l'invention, non représentée sur la figure 6, peut consister à placer un interrupteur en amont de la source de courant 676. En effet, les inventeurs de la présente demande de brevet ont constaté que, dans le cas où le kit mains libres n'est pas connecté au terminal, un courant circule quand même dans la branche 6763 du montage miroir de courant (branche de droite), ce qui engendre une consommation électrique néfaste (en effet, une telle consommation électrique peut réduire l'autonomie de la batterie du terminal de radiocommunication). Un interrupteur, placé en amont de la source de courant 676, permet notamment, de couper ce courant dans le cas où le kit mains libres n'est pas connecté au terminal. Bien entendu, la source de courant peut être réalisée différemment. La figure 7A présente une première variante de réalisation dans laquelle la source de courant est réalisée de façon classique, à l'aide d'un transistor FET 71. La figure 7B présente une deuxième variante dans laquelle la source de courant est réalisée à l'aide d'un transistor MOSNET 72 et d'un amplificateur 73. Dans ces deux exemples, la source de courant peut être insérée dans le montage de la figure 5 entre la broche référencée 5741 de la résistance de filtrage 574 et la broche référencée 5731 de la résistance de réduction des distorsions 573. Un inconvénient de ces solutions est que l'on a une chute de tension au niveau des transistors qui réduit de ce fait la tension disponible sur le microphone. En outre, la variante de la figure 7B est plus coûteuse que le mode de réalisation de la figure 6, à base d'un miroir de courant. Ces deux variantes présentent cependant l'avantage, par rapport au miroir de courant 676 de la figure 6, de ne pas donner lieu à une consommation de courant néfaste lorsque le kit mains libres n'est pas connecté au terminal. D'autres modes de réalisation peuvent mettre en oeuvre des composants de valeurs différentes par exemple dans le cas de tensions de référence, de terminaux ou de microphone différents de ceux choisis dans le cadre du mode de réalisation 25 décrit précédemment. Le kit mains libres stéréo décrit dans l'invention peut être équipé d'un connecteur jack. Cependant, l'invention s'applique tout aussi bien à un kit mains libres équipé d'un connecteur USB (en anglais, Universal Serial Bus et en français, bus série universel) notamment limité à quatre points et même à tout autre kit mains libres éventuellement non stéréo. Un avantage de l'utilisation d'une source de courant 576 dans le circuit de polarisation 57 d'un microphone 53 selon l'invention (figure 5 et 6) est, sous réserve de choisir un couple (résistance 573, source de courant 576) adéquat, de fournir un gain important au microphone. Ce gain peut être supérieur à celui fourni au microphone 33 dans le cas du circuit de polarisation 37 classique de la figure 3 et ainsi, permettre de rendre le microphone 53 moins sensible aux bruits dus aux démodulations TDMA (pour Time Division Multiple Access en anglais, et accès multiple à répartition dans le temps en français). Ces bruits sont souvent néfastes pour l'utilisateur de radiotéléphone, 10 notamment lorsque ces bruits génèrent des interférences désagréables dans le ou les haut-parleurs du kit mains libres. Avantageusement, le circuit de polarisation 57 des figures 5 et 6 peut être intégré dans un CODEC ASIC (pour Application-Specific Integrated Circuit en anglais, et circuit intégré à applications spécifiques en français), mais peut aussi être intégré dans tout autre type de CODEC ou même de terminal de radiocommunication. REVENDICATIONS 1. Dispositif de polarisation d'un microphone coopérant avec un terminal de radiocommunication, comprenant au moins une alimentation de basse tension, caractérisé en ce que ladite polarisation est réalisée à partir de ladite alimentation de basse tension au moyen d'au moins une source de courant. 2. Dispositif de polarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de courant comprend un double transistor utilisé comme miroir de courant. 3. Dispositif de polarisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un interrupteur coopérant avec ledit double transistor et permettant, dans un état ouvert, de couper le courant circulant dans ledit double transistor. 4. Dispositif de polarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de courant comprend un transistor FET (en anglais Field Effect 15 Transistor , en français transistor à effet de champ ) . 5. Dispositif de polarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de courant comprend un transistor MOSFET (en anglais Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor , en français transistor à effet de champ métal oxyde semiconducteur ) et un amplificateur. 6. Dispositif de polarisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de filtrage permettant de réduire le bruit de ladite alimentation de basse tension. 7. Dispositif de polarisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de réduction des 25 distorsions affectant ladite polarisation. 8. Dispositif de polarisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite alimentation est une alimentation différentielle définie par rapport à un potentiel de référence. 9. Dispositif de polarisation selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit microphone est compris dans un kit mains libres pour terminal de radiocommunication. 10. Dispositif de polarisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit kit mains libres comprend au moins trois broches et au moins un haut-parleur: -au moins une desdites broches est dédiée audit au moins un haut-parleur, -une desdites broches est dédiée audit potentiel de référence et -une desdites broches est dédiée audit microphone, 11. Dispositif de polarisation selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ledit kit mains libres est relié audit terminal de radiocommunication par un connecteur jack ou un connecteur USB (en anglais, Universal Serial Bus et en français, bus série universel) . 12. Terminal de radiocommunication comprenant un dispositif de polarisation d'un microphone comprenant au moins une alimentation de basse tension, caractérisé en ce que ladite polarisation est réalisée à partir de ladite alimentation au moyen d'au moins une source de courant. 13. Terminal de radiocommunication selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit terminal comprend un codeur/décodeur appelé CODEC et au moins une entrée différentielle permettant de relier ledit microphone audit CODEC.