Brevet FR2946488A1 — publié le 20101210

CORRECTION DE DECALAGE DE FREQUENCE Domaine Technique La présente invention se rapporte de manière générale au domaine des circuits intégrés utilisés dans le domaine des radiocommunications. Plus particulièrement, elle se rapporte à l'estimation du décalage en fréquence qui peut apparaître dans les circuits d'un terminal de radiocommunication, entre une fréquence d'horloge de référence réelle et la fréquence d'horloge de référence théorique. L'invention trouve des applications, en particulier, dans les circuits intégrés équipant des appareils de radiotéléphonie mobile. Arrière-plan Technologique L'existence d'une imprécision sur le rapport entre la valeur réelle de la fréquence d'une horloge d'un terminal de radiocommunication et la fréquence porteuse des signaux qu'il reçoit est problématique. En effet, le terminal doit se 15 synchroniser précisément sur la fréquence des ondes électromagnétiques utilisées pour porter des signaux de communication sur le réseau de radiocommunications. Un décalage peut avoir différentes causes. Par exemple la variation en température des circuits, ou le vieillissement des composants (par exemple le 20 quartz des oscillateurs) peuvent provoquer un tel décalage. L'estimation de ce décalage, en vue de sa correction, est souhaitable pour assurer une bonne qualité de communication. Art Antérieur 25 Afin de pallier le décalage de la fréquence concerné, les terminaux de l'art antérieur s'appuient sur le réseau en cause. Celui-ci émet des signaux de contrôle spécifiquement prévus à cet effet, et des algorithmes de correction sont mis en oeuvre dans le terminal en se basant sur ces signaux (algorithmes AFC � Automatic Frequency Control �). 1 Les solutions de l'art antérieur offrent néanmoins de nombreux inconvénients. En premier lieu, pour se synchroniser, le terminal doit déjà disposer du réseau pour recevoir les signaux de contrôle de synchronisation. Or, il arrive que des pertes de réseau surviennent dans l'étape de synchronisation ce qui implique que les signaux doivent être reçus sur une longue durée, ou que plusieurs tentatives soient nécessaires. Il en résulte un temps de synchronisation important, et une consommation d'énergie importante. Ces paramètres sont par ailleurs essentiels dans la qualité de communication d'une part, et la gestion de l'énergie des terminaux d'autre part. En second lieu, la synchronisation est dépendante de la modulation utilisée sur le réseau puisqu'elle dépend de la structure de trame organisant les canaux de signalisation (de contrôle) dans les signaux de synchronisation qui sont reçus. Ainsi, en cas d'évolution du réseau, et de la modulation utilisée, il faut revoir les algorithmes de synchronisation, qui deviennent de plus en plus complexes. Cela induit des coûts supplémentaires de développement des algorithmes et des matériels. Enfin, la qualité de la réception influe fortement sur l'efficacité de la synchronisation. De mauvaises conditions de réception radio induisent donc une perte de précision de la synchronisation. Certains terminaux de l'art antérieur comportent par ailleurs des circuits de compensation de la fréquence en température. En effet, il est connu que les caractéristiques des cristaux utilisés pour générer le signal d'horloge sont très sensibles à la température. Ces circuits de compensation réalisent une mesure de température, puis sur la base d'une connaissance de la caractéristique de déviation en fréquence du cristal en fonction de la température, corrigent la fréquence. 2 Néanmoins, ces circuits représentent un surcoût en termes de matériel, et de développement. En outre, ces circuits occupent une certaine place sur le silicium du circuit de télécommunication complet, ce qui est préjudiciable dans le contexte d'une miniaturisation croissante des circuits. En outre, les cristaux pour lesquels une telle caractéristique de déviation est disponible et fiable ont un coût très élevé qui se répercute sur le coût du terminal. Résumé de l'Invention Le besoin existe d'une solution simple et efficace pour estimer le décalage en fréquence précité afin de pouvoir le corriger. A cet effet, il proposé un circuit radiofréquence comportant: une sortie pour délivrer un signal de sortie radiofréquence ; une unité de contrôle ; une mémoire ; une entée pour recevoir un signal d'entrée à une fréquence de référence déterminée; une boucle à verrouillage de phase comportant : - un générateur de fréquence commandé ayant une entrée couplée à la sortie d'un filtre dont l'entrée est couplée à la sortie d'un comparateur dont une entrée est couplée à l'entrée du circuit et dont une autre entrée est couplée à une voie de retour issue d'une sortie de l'oscillateur ; La mémoire stocke une relation entre des valeurs du signal à la sortie du filtre et des valeurs de la fréquence de référence, et l'unité de contrôle est agencée pour déterminer un décalage entre, d'une part une valeur réelle de la fréquence de référence obtenue sur la base d'une mesure du signal de sortie du filtre, et d'autre part une valeur théorique de la fréquence connue de l'unité de contrôle, via la relation stockée dans la mémoire, et pour commander une correction du décalage. La présente invention tire avantage des boucles à verrouillage de phase (� PLL �, de l'anglais � Phase Locked Loop �) implantées dans les terminaux pour réaliser l'estimation du décalage de fréquence et permet d'éliminer les 3 décalages de fréquence. Aucune augmentation substantielle des coûts du matériel n'est impliquée. De même, aucune surface supplémentaire n'est occupée sur les circuits du matériel, et aucune consommation supplémentaire d'énergie n'est impliquée. Cela a aussi pour effet de réduire le temps de synchronisation et de rendre celle-ci plus précise, puisque l'estimation du décalage, et donc sa correction, peuvent être réalisées avant l'accès au réseau. Cela a également pour effet de réduire la consommation en énergie du terminal, d'une part parce que la synchronisation est plus rapide, et d'autre part car la synchronisation n'est plus perturbée par les pertes de réseau. Elle a également pour effet de réduire le coût de développement des terminaux, puisque l'estimation n'est pas dépendante des évolutions du réseau. Ainsi, la présente invention utilise avantageusement une information déjà disponible indirectement dans le terminal mais qui n'a jamais été utilisée aux fins de l'estimation du décalage de fréquence pour la synchronisation. Il est possible de réaliser des calibrations tout au long de la vie du terminal. Ainsi, même si du fait du vieillissement des composants, la caractéristique entre le signal à la sortie du filtre et la fréquence peut évoluer, la simplicité de mesure offerte par l'invention permet de déterminer la caractéristique tout au long de la vie du circuit. Dans certains modes de réalisation, le circuit comporte en outre une mémoire pour stocker une table décrivant la relation de correspondance entre les valeurs du signal à la sortie du filtre et les valeurs de fréquence du signal d'entrée. Le circuit peut en outre comporter un module de mesure pour mesurer les valeurs du signal à la sortie du filtre et dans lequel l'unité de contrôle est configurée pour réaliser une calibration du circuit pour obtenir, en préalable et/ou de façon récurrente, la relation de correspondance entre les valeurs du signal à la sortie du filtre et les valeurs de fréquence du signal d'entrée. Il est également proposé un terminal de télécommunications mobile comportant un circuit tel que présenté ci-dessus, un procédé de contrôle d'un tel circuit, et un programme informatique comportant des instructions pour la 4 mise en oeuvre de ce procédé lorsqu'il est changé et exécuté dans un processeur. Ces objets présentent au moins les mêmes avantages que ceux associés au procédé d'estimation de décalage de fréquence. Brève Description des Dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 10 - la Figure 1 illustre un circuit selon des modes de réalisation de l'invention; - la Figure 2 illustre une caractéristique tension/fréquence entre la tension à la sortie du filtre et la fréquence d'horloge du circuit illustré par la Figure 1; 15 - la Figure 3 illustre les étapes d'un procédé selon des modes de réalisation de l'invention ; et - la Figure 4 illustre un terminal selon des modes de réalisation de l'invention. 20 Description détaillée de modes de réalisation Un circuit selon un mode de réalisation de l'invention est représenté de manière schématique à la Figure 1. Ce circuit comporte un comparateur COMP dont une entrée A est couplée à la sortie d'une horloge CLK du circuit, et dont une autre entrée est alimentée par une voie de retour RET. La sortie du 25 comparateur est couplée à l'entrée d'un filtre passe bas FILTR dont la sortie B est couplée à l'entrée d'un oscillateur commandé OSC, par exemple, un oscillateur commandé en tension. La sortie de l'oscillateur commandé C est couplée à la voie de retour, et à divers dispositifs OUT recevant le signal de sortie radiofréquence en sortie de l'oscillateur commande. La voie de retour 30 peut comporter un diviseur de fréquence, non représenté. Un l'ensemble formé par le comparateur, le filtre, l'oscillateur, et la boucle de retour, associé à l'horloge porte communément le nom de boucle à 5 verrouillage de phase. Une telle boucle est généralement utilisée pour réaliser un asservissement en fréquence dans divers circuits électronique. Ainsi, classiquement, l'entrée de la boucle est constituée par l'entrée du comparateur qui n'est pas couplée à la boucle de retour, et la sortie de la boucle est constituée par la sortie de l'oscillateur commandé. Dans la suite, on présente une nouvelle manière d'utiliser cette boucle en utilisant non pas la sortie de la boucle, mais le signal à la sortie du filtre pour réaliser une estimation de décalage de fréquence, puis sa correction. L'horloge est par exemple une horloge à quartz. De telles horloges sont utilisées pour fournir un signal dont la fréquence sert de fréquence de référence à différents circuits. Bien entendu, il est possible de disposer un autre élément à la place de l'horloge. Le circuit proposé permet de mesurer des décalages de fréquence de signaux issus d'autres dispositifs. La Figure 2 illustre une courbe représentant la distribution de différentes valeurs du signal à la sortie B du filtre, en fonction de différentes fréquences du signal à l'entrée A du comparateur. Dans le présent exemple, la courbe est linéaire. Ainsi, on constate qu'il existe un coefficient multiplicateur entre la valeur du signal à la sortie B du filtre et la valeur de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur. Une courbe comme présentée ci-avant est appelée une caractéristique du circuit. Pour disposer de la caractéristique, on réalise en préalable une série de mesures du signal à la sortie du filtre pour différentes valeurs de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur. Par exemple, on mesure la tension à la sortie B du filtre. On peut éventuellement extrapoler d'autres valeurs afin d'obtenir une caractéristique continue. Ainsi, dans l'exemple de la Figure 2, on déduit de quatre points une droite représentant une relation linéaire entre les valeurs du signal à la sortie B du filtre et les valeurs de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur. L'établissement de la caractéristique peut être réalisé lors de la phase de conception et/ou à divers moments de la vie du circuit. En effet, la relation qui existe entre la valeur du signal à la sortie B du filtre et la valeur de la 6 fréquence du signal à l'entrée A du comparateur peut évoluer au cours du temps. Par exemple, si l'on considère qu'il existe toujours une relation linéaire entre la valeur du signal à la sortie B du filtre et la valeur de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur, la valeur du coefficient de proportionnalité peut varier au cours du temps. Ainsi, si l'on accède à la valeur de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur par application d'un coefficient multiplicateur correspondant à l'inverse du coefficient de proportionnalité à une valeur de mesure de la valeur à la sortie du filtre, et que ce coefficient multiplicateur à évolué entre le moment où la caractéristique a été établie et le moment où la mesure est réalisée, la valeur de la fréquence obtenue ne sera pas exacte. L'établissement de la caractéristique peut être effectué lors de l'assemblage du circuit, ou en fonctionnement. Dans la suite, on se place dans le cadre d'un établissement de la caractéristique en fonctionnement. En effet, on peut envisager d'établir régulièrement au cours de la vie du circuit la caractéristique pour tenir compte de divers facteurs pouvant la modifier. Par exemple, l'établissement de la caractéristique est réalisé à intervalles de temps réguliers pour tenir compte du vieillissement des composants. En fonctionnement, pour estimer un décalage de fréquence d'un signal à l'entrée A du comparateur, comme représenté schématiquement à la Figure 1, le circuit comporte un module de mesure MESUR pour mesurer la valeur du signal à la sortie B du filtre. Par exemple, le module de mesure comporte, un convertisseur analogique numérique couplé à un registre (non représentés). L'entrée du convertisseur précité est, dans cet exemple, couplée à la sortie B du filtre et convertit les valeurs du signal à la sortie du filtre en valeurs numériques. La sortie du convertisseur est couplée quant à elle à un registre qui stocke les valeurs fournies par le convertisseur. Ainsi, on dispose d'un registre comportant des valeurs de la tension en entrée de l'oscillateur. 7 Le module de mesure est agencé entre l'entrée la sortie B du filtre et un processeur FROC chargé de comparer la valeur mesurée à la sortie B du filtre telle que stockée dans le registre précité avec une valeur issue de la caractéristique. La caractéristique est stockée dans une mémoire TAB sous la forme d'une table de correspondance entre des valeurs mesurées du signal à la sortie B du filtre lors de l'établissement de la caractéristique et des valeurs de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur lors de ce même établissement de la caractéristique. Dans une variante, la mémoire TAB stocke la caractéristique sous la forme d'un modèle mathématique de la caractéristique. Ce modèle peut être représenté par un ensemble de paramètres. Dans l'exemple de la caractéristique linéaire évoqué plus haut, il s'agit par exemple de stocker un coefficient multiplicateur et une instruction de multiplication de la valeur mesurée du signal à la sortie du filtre par ce coefficient. Cette variante est avantageuse lorsque la valeur mesurée ne se retrouve pas dans la table, car le modèle permet de retrouver n'importe quelle valeur de la fréquence du signal à l'entrée du comparateur à partir de n'importe quelle mesure de la valeur du signal à la sorite du filtre. Lorsque la valeur mesurée ne se retrouve pas dans la table, le processeur peut par exemple procéder à une extrapolation entre deux valeurs contenues dans la table les plus proches de la valeur mesurée. Dans autre mode opératoire, il est possible de forcer le processeur à choisir une valeur de la table la plus proche de la valeur mesurée. La valeur de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur obtenue par l'intermédiaire de la caractéristique constitue une estimation de cette fréquence. Cette estimation est transmise à une unité de correction CORR pour corriger le décalage dans le circuit. Par exemple, l'unité de correction compare l'estimation de la fréquence avec une valeur théorique de la fréquence du signal à la sortie de l'horloge. Cette valeur théorique est par exemple la fréquence du signal porteur d'un 8 réseau de télécommunications, lorsque le circuit est utilisé pour une synchronisation sur ce réseau. Puis, si la différence est supérieure à un certain seuil, l'unité de correction agit directement sur le dispositif fournissant le signal à l'entrée A du comparateur (l'horloge par exemple) pour augmenter ou diminuer la fréquence de ce signal jusqu'à ce que les mesures de la valeur du signal à la sortie du filtre amènent à des valeurs du signal à l'entrée A du comparateur identiques à la valeur théorique. Dans un autre mode opératoire, un additionneur de fréquence est disposé entre le dispositif fournissant le signal à l'entrée A du comparateur (l'horloge par exemple) et les circuits qui utilisent le signal qui en est issu. Cet additionneur de fréquence injecte un signal qui corrige la différence constatée entre la valeur de la fréquence du signal à la sortie de l'horloge obtenue via la caractéristique et la valeur théorique. En référence à la figure 3, on présente les étapes d'un procédé d'estimation et de correction de décalage de fréquence selon des modes de réalisation. Dans une première étape S31, on établit la caractéristique qui va servir à la détermination de la valeur de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur. Cette caractéristique est stockée dans la table TAB. On peut se référer aux explications données ci-avant concernant l'établissement d'une telle caractéristique. Ensuite, on réalise lors de l'étape S32, une mesure de la valeur du signal à la sortie du filtre. Cette mesure est réalisée par le module de mesure MESUR. Cette valeur mesurée permet ensuite de calculer la valeur courante de la fréquence du signal à l'entrée A du comparateur lors de l'étape S33. Cette valeur courante de la fréquence est ensuite comparée à une valeur théorique de la fréquence lors de l'étape T34. Si la valeur courante est considérée comme assez proche de la valeur théorique, par exemple si la valeur courante ne s'éloigne de la valeur théorique que d'un écart prévisible dû aux imprécisions de mesure, on retourne à l'étape de mesure de la valeur du signal à la sortie du filtre S32. Ce retour à l'étape 9 S32 se fait via une étape T36 permettant de retourner à la première étape d'établissement de la caractéristique. En effet, comme évoqué ci-avant, il peut être utile d'effectuer cet établissement plusieurs fois au cours de la vie du circuit. Ainsi, l'étape T36 peut consister à vérifier si un ensemble de conditions sont réunies pour établir une nouvelle caractéristique. Par exemple, vérifier si un certain intervalle de temps ne s'est pas écoulé depuis le dernier établissement de la caractéristique. Si par contre, l'écart entre la valeur courante de la fréquence du signal à la sortie de l'horloge et la valeur théorique est considéré comme trop importante, on passe à l'étape S35 de correction de la fréquence, mise en oeuvre par le module de correction CORR comme évoqué ci-avant. Une fois la correction effectuée, on retourne à l'étape de mesure S32. Une fois encore, ce retour peut se faire via l'étape T36 déjà évoquée. Un programme informatique pour la mise en oeuvre du procédé peut être réalisé selon un algorithme déduit de l'organigramme général de la Figure 3, et de la description ci-dessus. Ce programme informatique est destiné à être mis en oeuvre par un terminal comportant un circuit tel que décrit ci-avant. Un terminal TERM selon un mode de réalisation de l'invention est représenté schématiquement à la Figure 4. Ce terminal comporte un module d'estimation et de correction de décalage de fréquence ESTIM_CORR incluant un circuit selon la Figure 1. Le terminal comporte en outre un module de synchronisation SYNC pour synchroniser le terminal sur un réseau de radiocommunications en démodulant des signaux portés par une fréquence porteuse, et un module de communication COM pour émettre et recevoir des données via ce réseau. Les modules sont agencés de sorte à permettre au terminal de corriger un décalage de fréquence comme décrit plus haut afin de s'approcher au mieux de la fréquence porteuse et se synchroniser sur la fréquence porteuse du réseau. Ces divers éléments sont contrôlés par une unité de contrôle CTRL, comportant un processeur, qui exécute un programme informatique stocké dans une mémoire MEM du terminal pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 10 Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant. Elle s'étend à d'autres variantes. 11 REVENDICATIONS1. Circuit radiofréquence comportant: une sortie (C) pour délivrer un signal de sortie radiofréquence ; une unité de contrôle (P ROC) ; une mémoire (TAB) ; une entée (A) pour recevoir un signal d'entrée à une fréquence de référence déterminée; une boucle à verrouillage de phase comportant : - un générateur de fréquence commandé (OSC) ayant une entrée couplée à la sortie (B) d'un filtre dont l'entrée est couplée à la sortie d'un comparateur dont une entrée est couplée à l'entrée (A) du circuit et dont une autre entrée est couplée à une voie de retour issue d'une sortie de l'oscillateur ; dans lequel la mémoire stocke une relation entre des valeurs du signal à la sortie du filtre et des valeurs de la fréquence de référence, et dans lequel l'unité de contrôle est agencée pour déterminer un décalage entre, d'une part une valeur réelle de la fréquence de référence obtenue sur la base d'une mesure du signal de sortie du filtre, et d'autre part une valeur théorique de ladite fréquence connue de l'unité de contrôle, via la relation stockée dans la mémoire, et pour commander une correction dudit décalage. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel la mémoire stocke une table de correspondance entre les valeurs du signal à la sortie du filtre et des valeurs de fréquence du signal d'entrée. 3. Circuit selon la revendication 1, dans lequel la mémoire stocke un modèle mathématique de la relation entre des valeurs du signal à la sortie du filtre et des valeurs de la fréquence de référence. 4. Circuit selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un module de mesure pour mesurer les valeurs du signal à la sortie du filtre et dans lequel l'unité de contrôle est configurée pour réaliser une calibration du circuit pour obtenir, en préalable et/ou de façon récurrente, la relation entre des 12valeurs du signal à la sortie du filtre et des valeurs de la fréquence de référence. 5. Terminal de télécommunications mobile (TERM) comportant un circuit selon la revendication 1. 6. Procédé de contrôle d'un circuit selon l'une des revendications 1 à 4, comportant les étapes : - mesurer (S32) une valeur du signal à la sortie du filtre ; - calculer (S33) une valeur réelle de la fréquence de référence ; - comparer (T34) la valeur calculée à une valeur théorique de la fréquence ; - estimer un décalage entre la valeur réelle de la fréquence de référence et la valeur théorique de ladite fréquence ; et - corriger le décalage. 11. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte en outre établir (S31) une relation entre différentes valeurs de signal de sortie du filtre et différentes valeurs de fréquence de référence ; et en ce que l'estimation est réalisée au moyen de cette relation. 12. Procédé d'établissement d'une communication à partir d'un terminal de télécommunication mobile selon la revendication 5, sur un réseau de télécommunication, caractérisé en ce que le procédé comporte la mise en oeuvre des étapes du procédé selon l'une des revendications 3 à 5, et une étape de synchronisation du terminal avec le réseau. 13. Programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 6 à 8 lorsque le programme est exécuté par un processeur d'une unité de contrôle (CTRL) d'un circuit selon l'une des revendications 1 à 4. 13