Brevet FR2902248A1 — publié le 20071214

CIRCUIT D'ANNULATION DE DECALAGE A COURANT CONTINU ET AMPLIFICATEUR A GAIN PROGRAMMABLE UTILISANT CELUI-CI CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un circuit d'annulation de décalage à courant continu et un amplificateur à gain programmable utilisant celui-ci. Plus particulièrement, l'invention concerne un circuit d'annulation de décalage à courant continu comportant une résistance d'annulation de décalage à courant continu connectée entre une borne inverseuse et une borne non inverseuse d'un amplificateur opérationnel, et un amplificateur à gain programmable (AGP) utilisant celui-ci. Description de l'art connexe En général, un amplificateur opérationnel est considéré comme idéal lorsque sa tension d'entrée est de 0 et sa tension de sortie est de 0 . Toutefois, en fait, l'amplificateur opérationnel (OPAmp) a une tension de sortie modérée, à savoir une tension de décalage même à une tension d'entrée de 0 . Ce décalage à courant continu (CC) se produit en raison d'une structure interne de l'amplificateur opérationnel. En conséquence, l'amplificateur opérationnel peut être équipé d'un ajusteur de décalage destiné à ajuster le décalage à courant continu de sorte que la tension de sortie soit de 0 à la tension d'entrée de 0 . Le décalage à courant continu (CC), s'il est présent, peut affecter de manière préjudiciable le traitement d'une source de signal normale. Ainsi, l'existence du décalage à courant continu est le facteur le plus décisif de la performance des dispositifs de télécommunication sans fil. En particulier, un signal analogique fourni en entrée à un convertisseur de courant alternatif (A/N (analogique/numérique)) d'un émetteur-récepteur RF chaotique est hautement prédisposé au décalage à courant continu, qui devrait ainsi être éliminé nécessairement. La figure 1 est un schéma de principe illustrant partiellement un récepteur d'un émetteur-récepteur RF 15 chaotique. Comme le montre la figure 1, un signal fourni en entrée à un convertisseur A/N 104 est délivré à partir d'une antenne à travers un détecteur 101 et un filtre passe-bas (FPB) 102. Le signal délivré à partir de 20 l'antenne et détecté par le détecteur 101 est affecté par un évanouissement multitrajet ou des signaux d'interférence environnants. Ceci amène donc le signal détecté à être non uniforme en taille et à fluctuer de manière instable. Cela influence le convertisseur A/N 25 104 destiné à convertir le signal analogique en une impulsion numérique, rendant le signal difficilement discernable. En conséquence, le signal détecté, avant d'être fourni en entrée au convertisseur A/N, devrait être traité pour avoir une taille constante. Cette 30 fonction est exécutée par un amplificateur à gain programmable 103. La figure 2 est un schéma de principe illustrant un amplificateur à gain programmable (AGP) classique. L'AGP montré sur la figure 2 comprend trois amplificateurs opérationnels 201, 202 et 203. Le premier amplificateur opérationnel 201 comporte une borne inverseuse à laquelle un signal détecté est fourni en entrée par l'intermédiaire de résistances 221 et 222. Une sortie de l'amplificateur opérationnel 201 est renvoyée à la borne inverseuse du premier amplificateur opérationnel 201 par l'intermédiaire de la résistance 223 et du condensateur 231. La borne inverseuse du premier amplificateur opérationnel 201 comporte une résistance d'entrée variée par un interrupteur 211 qui s'éteint/s'allume en réponse à un signal de commande numérique, commandant ainsi le gain du premier amplificateur opérationnel 201. Le deuxième amplificateur opérationnel 202 comporte une borne inverseuse à laquelle la sortie du premier amplificateur opérationnel 201 est fournie en entrée via les résistances 224, 225 et 226. Une sortie du deuxième amplificateur opérationnel 202 est renvoyée à la borne inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel 202 via une résistance 227 et un condensateur 232. La borne inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel 202 comporte une résistance d'entrée variée par des interrupteurs 212 et 213 qui s'allument/s'éteignent en réponse à un signal de commande numérique, commandant ainsi le gain du deuxième amplificateur opérationnel 202. L'interrupteur est mis en oeuvre en réponse à un signal de commande numérique à 3 bits pour commander le gain des premier et deuxième amplificateurs opérationnels 201 et 202. Ceci maintient le gain total du AGP constant. Les condensateurs 231 et 232 peuvent être facultativement adoptés pour servir de filtre passe-bas (FPB) qui ne renvoie qu'un signal de largeur de bande basse fréquence. Le troisième amplificateur opérationnel 203 comporte une borne inverseuse à laquelle la sortie du deuxième amplificateur opérationnel 202 est fournie en entrée via une résistance 228. Une sortie du troisième amplificateur opérationnel 203 est filtrée par le FPB comprenant la résistance 229 et le condensateur 233, puis renvoyée vers la borne non inverseuse. La sortie du troisième amplificateur opérationnel 202 est fournie en entrée à la borne inverseuse du premier amplificateur opérationnel 201 via une résistance 230. Dans le AGP classique, le décalage à CC est annulé comme suit. Parmi les sorties du AGP provenant du deuxième amplificateur opérationnel 203, une composante basse fréquence est renvoyée à une entrée du AGP. Dans ce processus, la sortie du AGP de la composante basse fréquence est filtrée par le filtre passe-bas comprenant la résistance 229 et le condensateur 233, à savoir un circuit à rétroaction du troisième amplificateur opérationnel 203, puis fournie en entrée au premier amplificateur opérationnel 201, empêchant ainsi de fournir en sortie une composante à courant continu. Dans l'AGP classique, un processus de rétroaction est obligatoire pour l'annulation à courant continu, nécessitant ainsi un amplificateur opérationnel et des dispositifs d'accessoire additionnels. Cela consomme considérablement d'énergie, en conséquence, cela n'est pas approprié pour une utilisation dans des dispositifs de télécommunication mobiles fonctionnant sur une alimentation de batterie. De même, le troisième amplificateur opérationnel 203 utilisé dans la rétroaction est un amplificateur opérationnel non idéal qui requiert une annulation de décalage à courant continu. Ainsi, le troisième amplificateur opérationnel 203 agit normalement comme le FPB uniquement lorsqu'une tension continue séparée correspondant au décalage à courant continu est appliquée. De plus, l'AGP classique, lorsqu'il est configuré dans un circuit intégré, requiert une plage de connexion qui occupe un espace relativement grand. En outre, l'amplificateur opérationnel classique devrait être optimisé pour concorder avec un circuit destiné à faire varier une tension à l'extérieur du circuit intégré. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes précédents de l'art antérieur et un aspect de la présente invention consiste donc à proposer un circuit de décalage à courant continu utilisant une résistance de décalage à courant continu et un circuit à amplificateur à gain programmable (AGP) utilisant celui-ci, permettant ainsi d'obtenir un dispositif de télécommunication sans fil consommant peu d'énergie. Selon un aspect de l'invention, le circuit d'annulation de décalage à courant continu comprend un amplificateur opérationnel pourvu d'une borne inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie ; une première résistance connectée à la borne non inverseuse ; une seconde résistance connectée entre la borne inverseuse et la borne de sortie ; et une résistance d'annulation de décalage à courant continu connectée entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'annulation de décalage à courant continu comprend en outre un condensateur connecté en parallèle à la seconde résistance entre la borne inverseuse et la borne de sortie. Selon un autre aspect de l'invention, l'amplificateur à gain programmable comprend des premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu. Chacun des circuits d'annulation de décalage à courant continu comprend un amplificateur opérationnel pourvu d'une borne inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie ; une première résistance connectée à la borne non inverseuse ; une seconde résistance connectée entre la borne inverseuse et la borne de sortie ; et un circuit d'annulation de décalage à courant continu connecté entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse, où les premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu sont connectés l'un à l'autre en série. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu comprennent chacun en outre un condensateur connecté en parallèle à la seconde résistance entre la borne inverseuse et la borne de sortie. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objets, particularités et autres avantages précédents et autres de la présente invention seront plus clairement compris à partir de la description détaillée suivante prise conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est un schéma de principe illustrant partiellement un récepteur d'un émetteur-récepteur RF chaotique selon l'art antérieur ; la figure 2 est un schéma de circuit illustrant un amplificateur à gain programmable selon l'art antérieur ; la figure 3 est un schéma de circuit illustrant un circuit d'annulation de décalage à courant continu 20 selon l'invention ; la figure 4a illustre les caractéristiques de fréquence d'une impédance d'entrée interne au niveau d'une borne non inverseuse d'un amplificateur opérationnel d'un circuit d'annulation de décalage à 25 courant continu selon l'invention ; les figures 4b et 4c illustrent les caractéristiques de fréquence d'une tension de sortie d'un circuit d'annulation de décalage à courant continu selon l'invention ; et 30 la figure 5 est un schéma de circuit illustrant un amplificateur à gain programmable selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE On décrira à présent des exemples de modes de réalisation de la présente invention en détail en référence aux dessins annexés. La présente invention peut toutefois être réalisée sous de nombreuses formes différentes et ne devrait pas être interprétée comme limitée aux modes de réalisation indiqués ici. Au lieu de cela, ces modes de réalisation sont fournis pour que cette révélation soit précise et complète, et traduisent pleinement la portée de l'invention à l'homme du métier. Sur les dessins, les formes et dimensions peuvent être exagérées à des fins de clarté, et on utilise les mêmes signes de référence pour désigner des composants identiques ou similaires sur la totalité. La figure 3 est un schéma de circuit illustrant un circuit d'annulation de décalage à courant continu (CC) 20 selon l'invention. Comme le montre la figure 3, le circuit d'annulation de décalage à courant continu de l'invention comprend un amplificateur opérationnel 301, une première résistance 302, une seconde résistance 303 25 et une résistance d'annulation de décalage à courant continu 304. L'amplificateur opérationnel 301 est pourvu d'une borne inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie. La première résistance 302 est connectée à la borne non inverseuse. 30 La seconde borne 303 est connectée entre la borne inverseuse et la borne de sortie. La résistance d'annulation de décalage à courant continu 304 est connectée entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'annulation de décalage à courant continu peut comprendre en outre un condensateur connecté en parallèle à la seconde résistance 303 entre la borne inverseuse et la borne de sortie. On expliquera le fonctionnement et les effets du circuit d'annulation de décalage à courant continu ci-dessous en référence au circuit d'annulation de décalage à courant continu. Dans un amplificateur opérationnel idéal, le gain est infini, l'impédance d'entrée est infinie et une tension de sortie est de O. Toutefois, dans l'amplificateur opérationnel réel, le gain et l'impédance ont une valeur finie, respectivement. Spécialement, l'amplificateur opérationnel est pourvu d'une borne d'entrée ayant un élément de condensateur Cgs varié par une fréquence. L'élément de condensateur Cgs présent dans la borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel est désigné par le signe de référence 306 sur la figure 3. Ici, l'impédance d'entrée interne Zgs de l'amplificateur opérationnel 301 satisfait l'équation 1 suivante. Zgs = 1 2nfCgs 1 Zgs 2~cfCgs ` 0(f z 'Cc.) 1 Zgs = _ ~(f s fcc) Equation 1 gs 2nfCgs A savoir, l'impédance d'entrée interne Zgs de la borne non inverseuse est variée par la fréquence f. Dans l'équation 1, fco désigne une fréquence de référence pour annuler le décalage à courant continu. Dans un cas où le signal d'entrée a une fréquence f inférieure à la fréquence de référence fco, le décalage à courant continu est annulé. Dans le même temps, dans un cas où le signal d'entrée a une fréquence supérieure au signal de référence foc, le décalage à courant continu n'est pas annulé. La figure 4a est un graphique illustrant l'impédance d'entrée interne d'une borne non inverseuse par rapport à une fréquence d'un circuit de décalage à courant continu selon l'invention. Comme le montre la figure 4a, dans un cas où le signal d'entrée a une fréquence f supérieure à fco (fafoo), l'impédance d'entrée interne Zgs se rapproche de 0, la borne non inverseuse est virtuellement mise à la masse et l'amplificateur opérationnel 301 fonctionne idéalement. D'autre part, dans un cas où le signal d'entrée a une fréquence f inférieure à foo (fsfoo), l'impédance d'entrée interne Zgs augmente infiniment. Spécifiquement, dans un cas où la fréquence est supérieure ou égale à foc, l'amplificateur opérationnel fonctionne idéalement comme on vient de le décrire. De même, l'impédance d'entrée interne Zgs de la borne non inverseuse converge vers zéro. Les bornes inverseuse et non inverseuse sont considérées court-circuitées l'une avec l'autre en raison du principe du court-circuit virtuel de l'amplificateur opérationnel idéal. Par suite, les bornes inverseuse et non inverseuse sont identiques en tension et la borne non inverseuse a une tension de O. Ici, le signal d'entrée a une tension de Vin, la borne inverseuse de l'amplificateur opérationnel a une tension de V, la première résistance a une résistance de R1r et la seconde résistance a une résistance de R2. En conséquence, V_ devient 0 et le courant I circulant dans la première résistance, une tension de sortie Vaut d'un amplificateur opérationnel 301 et le gain G peuvent être déduits de l'équation 2 suivante. I=VnùV Vn R, R1 -R Vu=V -IRZ e R2 V _ n G= VOUI =_ R 2 Vin R, Equation 2 La figure 4b est un graphique illustrant la sortie 20 d'un circuit d'annulation de décalage à courant continu de l'invention dans un cas où un amplificateur opérationnel a une fréquence supérieure à fcc. Dans un cas où l'amplificateur opérationnel a une fréquence inférieure à fcc, l'amplificateur 25 opérationnel ne fonctionne pas idéalement. Dans ce cas, le courant I circulant dans la première résistance, une tension de sortie Vaut de l'amplificateur opérationnel 301 et le gain G peuvent être obtenus selon l'équation 3 suivante. r=V.nùV- =R1 in + 1+ R1 V G=Vous R2 Vin Ri Equation 3 La figure 4c est un graphique illustrant une sortie d'un circuit d'annulation de décalage à courant continu selon l'invention dans un cas où l'amplificateur opérationnel a une fréquence inférieure à fcc. Dans l'équation 3, le gain est fixé à une valeur R2 R1 obtenue en sommant le gain opérationnel idéal et le gain d'un amplificateur (1+ R2 V R1 Vn d'un amplificateur opérationnel non idéal. A savoir, une fréquence inférieure à diminue le gain de 1 +? R V _, R1 J' foc qui est une composante de décalage à courant continu à annuler. Le circuit configuré comme on vient de le décrire sur la figure 3 peut annuler la composante à courant continu. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit d'annulation de décalage à courant continu peut comprendre en outre un condensateur 305 connecté en parallèle à la seconde résistance 303 entre la borne inverseuse et la borne de sortie. Un circuit parallèle RC comportant le condensateur 305 et la seconde résistance 303 agit comme un filtre passe-bas (FPB) pour renvoyer un signal d'entrée d'uniquement une largeur de bande basse fréquence à la borne inverseuse. A savoir, le circuit parallèle RC ne sélectionne qu'une largeur de bande fréquence pour annuler le décalage à courant continu de l'amplificateur opérationnel à renvoyer, atteignant ainsi des effets plus précis d'annulation de décalage à courant continu. Comme décrit ci-dessus, la résistance d'annulation à courant continu est connectée entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse pour configurer simplement et concevoir facilement le circuit d'annulation de décalage à courant continu. Ceci réduit le nombre de dispositifs constituant le circuit d'annulation de décalage à courant continu, économisant ainsi les coûts et consommant moins d'énergie. La figure 5 est un schéma de circuit illustrant un amplificateur à gain programmable selon l'invention. En se référant à la figure 5, l'amplificateur à gain programmable (AGP) comprend un premier circuit d'annulation de décalage à courant continu 510 et un second circuit d'annulation de décalage à courant continu 520. Le premier circuit d'annulation de décalage à courant continu 510 comprend un amplificateur opérationnel 511 pourvu d'une borne inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie, de premières résistances 512 et 516 connectées à la borne non inverseuse, d'une seconde résistance 513 connectée entre la borne inverseuse et la borne de sortie et d'une résistance d'annulation de décalage à courant continu 514 connectée entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse. De même, le second circuit d'annulation de décalage à courant continu 520 comprend un amplificateur opérationnel 521 pourvu d'une borne inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie, de premières résistances 522, 526 et 528 connectées à la borne inverseuse, d'une seconde résistance 523 connectée entre la borne inverseuse et la borne de sortie et une résistance d'annulation de décalage à courant continu 524 connectée entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse. Ici, les premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu 510 et 520 sont connectés l'un à l'autre en série. De même, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier circuit d'annulation de décalage à courant continu 510 peut comprendre en outre un condensateur 515 connecté en parallèle à la seconde résistance 513 entre la borne inverseuse et la borne de sortie. De même, le second circuit d'annulation de décalage à courant continu 520 peut comprendre en outre un condensateur 525 connecté en parallèle à la seconde résistance 523 entre la borne inverseuse et la borne de sortie. On expliquera le fonctionnement et les effets de l'amplificateur à gain programmable de l'invention en référence aux dessins. Comme le montre la figure 5, dans l'amplificateur à gain programmable de l'invention, les deux circuits d'annulation de décalage à courant continu 510 et 520 sont connectés l'un à l'autre en série. Le premier circuit d'annulation de décalage à courant continu 510 annule le décalage à courant continu principalement puis le second circuit d'annulation de décalage 520 annule le décalage à courant continu de manière secondaire pour assurer une annulation de décalage à courant continu plus efficace. En se référant à la figure 5, les premières résistances 512 et 516 du premier circuit d'annulation de décalage à courant continu 510 ont chacune une résistance variée par un interrupteur 517 qui s'allume/s'éteint en réponse à un signal de commande numérique. De même, les premières résistances 522, 526 et 528 du second circuit d'annulation de décalage à courant continu 520 ont chacune une valeur de résistance variée par les interrupteurs 527 et 529 qui s'allument/s'éteignent en réponse à un signal de commande numérique. L'amplificateur à gain programmable selon un autre mode de réalisation supplémentaire de l'invention commande son gain en utilisant un signal de commande numérique à 3 bits. Le signal de commande allume/éteint les interrupteurs 517, 527 et 529 pour faire varier une résistance de la première résistance des premier et second circuits d'annulation de décalage 510 et 520. Ceci mène donc à un gain total constant du AGP. Le nombre de signaux de commande numériques du AGP n'est qu'illustratif, mais ne limite pas l'invention. Le nombre de signaux de commande numériques peut varier le nombre d'interrupteurs et de résistances qui lui sont connectés. Comme décrit ci-dessus, le AGP configuré avec les deux amplificateurs opérationnels 511 et 521 est resté plus rentable que celui classique employant trois amplificateurs opérationnels. Cela permet également de concevoir facilement l'AGP. De plus, un plus petit nombre de dispositifs globaux dissipe moins d'énergie, prolongeant ainsi le temps de fonctionnement d'un dispositif de télécommunication sans fil mobile fonctionnant sur une alimentation de batterie. Comme indiqué ci-dessus, selon des exemples de modes de réalisation de l'invention, une résistance d'annulation de décalage à courant continu est connectée entre une borne inverseuse et une borne non inverseuse d'un amplificateur opérationnel pour configurer simplement un circuit d'annulation de décalage à courant continu. Cela mène également à une configuration simple et à une conception facilitée d'un amplificateur à gain programmable (AGP). De plus, un plus petit nombre d'amplificateurs opérationnels pour l'AGP diminue le nombre global des dispositifs, économisant ainsi les coûts et consommant moins d'énergie. En conséquence, cela étend le temps de fonctionnement d'un dispositif de télécommunication mobile portable adoptant l'AGP. REVENDICATIONS 1. Circuit d'annulation de décalage à courant continu comprenant : un amplificateur opérationnel pourvu d'une borne 5 inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie ; une première résistance connectée à la borne non inverseuse ; une seconde résistance connectée entre la borne 10 inverseuse et la borne de sortie ; et une résistance d'annulation de décalage à courant continu connectée entre la borne inverseuse et la borne non inverseuse. 2. Circuit d'annulation de décalage à courant 15 continu selon la revendication 1, comprenant en outre un condensateur connecté en parallèle à la seconde résistance entre la borne inverseuse et la borne de sortie. 3. Amplificateur à gain programmable comprenant : 20 des premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu dont chacun comprend : un amplificateur opérationnel pourvu d'une borne inverseuse, d'une borne non inverseuse et d'une borne de sortie ; une première résistance connectée à la 25 borne non inverseuse ; une seconde résistance connectée entre la borne inverseuse et la borne de sortie ; et un circuit d'annulation de décalage à courant continu connecté entre la borne inverseuse et la borne 30 non inverseuse, 18 dans lequel les premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu sont connectés l'un à l'autre en série. 4. Amplificateur à gain programmable selon la revendication 3, dans lequel les premier et second circuits d'annulation de décalage à courant continu comprennent chacun en outre un condensateur connecté en parallèle à la seconde résistance entre la borne inverseuse et la borne de sortie.10