Brevet FR2909784A1 — publié le 20080613

La présente invention concerne un dispositif de régulation de la puissance de sortie d'un amplificateur de puissance radiofréquences, par mesure non invasive de la consommation basses fréquences. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la régulation de 15 puissance émise en sortie de systèmes de communication sans fils tels des téléphones portables, en norme GSM, GPRS, CDMA, UMTS ou tout autre système de transmission portable. Cette régulation permet d'émettre un signal dont la puissance est exactement celle requise par les conditions spécifiques de transmission. 20 D'une manière générale, on sait qu'il a déjà été proposé des dispositifs permettant de limiter au strict nécessaire la puissance d'émission du système de transmission. La réglementation en vigueur impose un tel contrôle pour assurer un fonctionnement optimal du système de transmissions et une 25 influence minimale sur son environnement. A l'heure actuelle, il existe trois méthodes principales pour le contrôle de la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance : 1 2909784 2 1. Mesure de la puissance par coupleur magnétique sur la ligne de sortie, et boucle de contre-réaction sur l'alimentation (méthode dite "en boucle fermée"). 2. Calibration de la puissance de sortie et établissement d'une table de 5 calibration introduite dans une mémoire (méthode dite "en boucle ouverte"). 3. Contrôle du courant consommé par l'amplificateur de puissance grâce à une résistance série de faible valeur sur le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance et utilisation d'une table de calibration (méthode dite "contrôle de courant"). La méthode en boucle fermée est simple mais a le défaut de nécessiter des composants supplémentaires : coupleur magnétique RF et circuit de redressement. Elle est donc relativement coûteuse. La méthode en boucle ouverte ne nécessite aucun composant supplémentaire, mais elle est fondée sur un très bon contrôle de la reproductibilité de l'amplificateur de puissance : En cas de dérive de ses caractéristiques, le contrôle devient défectueux. La méthode à contrôle de courant, facile à implémenter, se répand beaucoup dans les systèmes de contrôle des amplificateurs de puissance. Son défaut est la consommation supplémentaire d'une part non négligeable de la puissance électrique par la résistance série (de l'ordre de 20 %). 25 Il s'avère que toutes ces méthodes sont soit imprécises et instables dans le temps, soit invasives. L'imprécision rend aléatoire l'efficacité du dispositif ; la mesure invasive est consommatrice d'énergie et perturbatrice. 30 L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. 20 2909784 3 A cet effet, elle propose un dispositif de régulation de la puissance de sortie d'un circuit d'amplification de puissance radiofréquences comportant un amplificateur de puissance qui reçoit sur ses entrées un signal radio à amplifier 5 ainsi qu'un signal de consigne de puissance, cet amplificateur étant alimenté par un circuit d'alimentation en énergie électrique. Selon l'invention, ce dispositif de régulation comprend un circuit de consigne comportant un dispositif de mesure sans contact d'un paramètre représentatif 10 du courant d'alimentation de l'amplificateur, ce circuit de consigne étant isolé galvaniquement vis-à-vis du circuit d'alimentation, un circuit d'amplification qui fournit un signal de puissance mesuré et un circuit de traitement apte à engendrer le signal de consigne de puissance à partir du signal de puissance mesuré. 15 Grâce à ces dispositions, il est possible d'effectuer une calibration de la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance. Avantageusement, le dispositif de mesure sans contact pourra comprendre un 20 dispositif de détection magnétique tel qu'une boucle magnétique, un capteur à effet Hall, une magnétorésistance, un composant "Flux Gate" ..). Un avantage important de la solution selon l'invention consiste en ce qu'elle évite la perte significative de puissance d'alimentation induite par la résistance 25 en série utilisée dans la méthode à contrôle de courant. Cela améliore nettement le rendement de l'ensemble amplificateur de puissance/mesure de puissance. La mesure est effectuée en préservant un isolement galvanique entre le circuit 30 de mesure et le circuit d'alimentation : ils ne sont pas directement reliés. 2909784 4 L'isolement galvanique vis-à-vis de la source d'énergie fait disparaître le risque de détérioration du circuit d'amplification de la mesure par décharge électrostatique (la source d'énergie est accessible depuis l'extérieur du système, d'où le risque de propagation de décharge électrostatique). L'isolement galvanique vis-àvis de la source d'énergie élimine le mode commun en entrée du circuit d'amplification, ce qui simplifie l'amplification. Un mode d'exécution d'un dispositif selon l'invention sera décrit ci-après, à 10 titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel : La figure unique est un schéma de principe d'un dispositif de régulation de la puissance délivrée par un amplificateur de puissance radiofréquences utilisant un circuit de mesure par effet Hall de la 15 consommation basses fréquences de l'amplificateur. Dans cet exemple, l'amplificateur de puissance 1, de type classique, débite dans une antenne 2 et est destiné à émettre un signal radioélectrique dont la puissance est exactement celle requise par les conditions spécifiques de transmission. Cet amplificateur 1 reçoit sur l'une de ses entrées 3 un signal radio et sur une autre entrée 4 un signal de consigne de puissance délivré par un circuit de traitement 5, par exemple un processeur. Il est alimenté par une source d'énergie électrique 6. Conformément à l'invention, le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance 1 est mesuré par un capteur à effet Hall 7 alimenté par un circuit de 30 polarisation à faible puissance 8 indépendant du circuit d'alimentation de l'amplificateur 1. Ce capteur à effet Hall 7 comprend, de façon classique, une 5 2909784 5 plaque semi-conductrice à quatre contacts dont deux contacts opposés 9, 10 sont connectés au circuit de polarisation 8 de manière à engendrer entre ces deux contacts un courant électrique. 5 La tension électrique VH qui s'établit entre les deux autres contacts notamment sous l'effet du champ magnétique B engendré par le courant d'alimentation I de l'amplificateur 1 est appliquée à un circuit d'amplification 11. Cette tension VH s'exprime simplement par la relation : VH = Voff + KH Ibias B (1) Voff est la tension d'offset du capteur 7, KH est une constante dépendant du type de capteur, Ibias le courant d'alimentation du capteur 7. Le champ magnétique B est lui-même généré par le courant d'alimentation I de l'amplificateur de puissance 1 selon la relation bien connue : B = o1 21tr I étant le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance, r la distance entre le fil d'alimentation et le point considéré (loi de Biot et Savart). La tension VH est donc reliée au courant d'alimentation de l'amplificateur de 25 puissance 1 par la relation : VH = Voff + KH Ibias o1 2nr La tension VH, amplifié dans le circuit d'amplification 11, est transmise au 30 circuit de traitement 5. Ce circuit de traitement 5 comprend des moyens 12 de 10 15 20 (2) (3) 2909784 -6 mesure de cette tension et des moyens 13 permettant d'engendrer un signal de consigne de puissance approprié pour effectuer une calibration entre le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance et sa puissance de sortie. Une telle calibration s'effectue d'une façon similaire à celle qui est effectuée dans la 5 méthode à contrôle de courant précédemment évoquée. Avantageusement, le circuit du capteur à effet Hall 7 pourra être alimenté de façon discontinue, étant entendu que pour produire un signal directement proportionnel au courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance, le 10 capteur à effet Hall devra être alimenté en courant constant pendant la période de mesure. Cette solution permet de réduire encore plus la consommation d'énergie électrique sans affecter l'isolation galvanique vis-à-vis du circuit 15 d'amplification de puissance. Par ailleurs, le capteur à effet Hall 7 pourra être intégré dans la puce (en silicium ou arséniure de gallium par exemple) de l'un des composants de l'ensemble d'émission (par exemple le contrôleur de puissance ou 20 l'amplificateur de puissance). Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit. 25 Ainsi, notamment : • La mesure du courant pourra être effectuée sur le circuit d'alimentation d'un composant intégrant entre autres fonctions l'amplificateur de puissance 1. • Le dispositif de mesure de courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance 1 pourra comprendre tout type de capteur magnétique autre qu'un 2909784 7 capteur à effet Hall, délivrant une quantité électrique proportionnelle au champ magnétique généré par le courant d'alimentation I. Ainsi, on pourra par exemple utiliser un capteur à magnétorésistance géante pour effectuer la mesure du courant d'alimentation. Revendications 1. Dispositif de régulation de la puissance de sortie d'un amplificateur de puissance radiofréquences (1) d'un circuit d'émission par mesure non invasive de la consommation basses fréquences, ledit amplificateur de puissance (1) recevant sur ses entrées (3, 4) un signal radio à amplifier ainsi qu'un signal de consigne de puissance, et étant alimenté par un circuit d'alimentation en énergie électrique (6), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de consigne comportant un dispositif de mesure sans contact (7) d'un paramètre représentatif du courant d'alimentation (I) de l'amplificateur (1), ce circuit de consigne étant isolé galvaniquement vis-à-vis du circuit d'alimentation (6), un circuit d'amplification (11) qui fournit un signal de puissance mesuré et un circuit de traitement (5) apte à engendrer le signal de consigne de puissance à partir du signal de puissance mesuré. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit dispositif de mesure (7) comprend un dispositif de détection magnétique délivrant une quantité électrique proportionnelle au champ magnétique généré par le courant d'alimentation (I) de l'amplificateur de puissance (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection magnétique comprend un 25 capteur à effet Hall. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection magnétique comprend une boucle magnétique. 8 30 2909784 -9 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection magnétique comprend une magnétorésistance. 5 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection magnétique comprend un composant "Flux Gate". 7. Dispositif selon la revendication 2, 10 caractérisé en ce que le dispositif de détection magnétique comprend un capteur à magnétorésistance géante. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit dispositif de mesure (7) est alimenté de façon 15 discontinue. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure réalisée par le dispositif de mesure (7) est effectuée sur le circuit d'alimentation d'un composant intégrant entre autres 20 fonctions l'amplificateur de puissance. 10. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur à effet Hall est intégré dans la puce de l'un des composants du circuit d'émission. 11. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension engendrée par le capteur à effet Hall est amplifiée dans le circuit d'amplification (11) et est transmise à un circuit de traitement (5) comportant des moyens (12) de mesure de cette tension et des moyens (13) permettant d'engendrer un signal de consigne de puissance 2909784 -10-approprié pour effectuer une calibration entre le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance (1) et sa puissance de sortie.