Brevet FR3016707A1 — publié le 20150724

B13010 - 13-T0-0520 1 ETALONNAGE D'UN CIRCUIT DE COMMANDE D'UN CONDENSATEUR BST Domaine La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, la commande de condensateurs dont la valeur est réglable par application d'une tension de polarisation. La présente description s'applique plus particulièrement à la commande de condensateurs de type BST (Baryum - Strontium - Titane). Exposé de l'art antérieur Les condensateurs BST ont été développés essentiel-10 lement pour des applications radiofréquences, en particulier pour la téléphonie mobile. Disposer d'un condensateur dont la capacité est ajustable de façon analogique améliore de façon significative les performances en permettant d'adapter le dispositif comportant un tel condensateur à l'environnement 15 extérieur. Un condensateur BST se présente sous la forme d'un circuit intégré (on désigne également ce type de condensateur par condensateur intégré ajustable). La capacité d'un condensateur BST se règle par la valeur d'un potentiel continu 20 de polarisation qui lui est appliqué, généralement dans une plage allant de quelques volts à quelques dizaines de volts, typiquement entre 2 et 20 volts. B13010 - 13-T0-0520 2 La tension de polarisation d'un condensateur BST est généralement fournie par un circuit de commande dédié, réalisant une conversion numérique-analogique haute tension, c'est-à-dire convertissant un mot numérique de configuration (généralement un octet) en une tension analogique continue à appliquer au condensateur pour fixer sa capacité. La commande d'un condensateur BST souffre aujourd'hui d'imprécision en raison, entre autres, de tolérances de fabrication et de variations liées à la température. Résumé Un mode de réalisation de la présente description vise à proposer un étalonnage d'un circuit de commande pour condensateur ajustable qui pallie tout ou partie des inconvénients des circuits de commande usuels. Un autre mode de réalisation vise à compenser d'éventuelles tolérances de fabrication et variations liées à la température de fonctionnement. Un autre mode de réalisation vise une solution compatible avec les condensateurs BST usuels et ne requérant pas 20 de modification des consignes numériques fournies par l'application. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un circuit de commande d'un condensateur de capacité réglable par polarisation, comportant : 25 au moins une borne de réception d'une consigne numérique fonction de la valeur souhaitée pour la capacité ; un circuit de détermination d'une dérive de la capacité par rapport à une valeur nominale ; et un circuit d'application d'une correction à ladite 30 consigne numérique, fonction de la dérive déterminée. Selon un mode de réalisation, le circuit comporte : un convertisseur numérique-analogique recevant ladite consigne corrigée ; et un amplificateur de génération d'un signal de 35 polarisation dudit condensateur. B13010 - 13-T0-0520 3 Selon un mode de réalisation, un commutateur relie une borne de sortie destinée à fournir ledit signal de polarisation, soit audit circuit de détermination, soit à la sortie dudit amplificateur. Selon un mode de réalisation, ledit circuit de détermination détermine une durée nécessaire au condensateur pour atteindre un seuil de charge. Selon un mode de réalisation, ledit circuit de détermination provoque une charge progressive dudit conden10 sateur. Selon un mode de réalisation, le circuit de commande comporte une borne de raccordement d'un condensateur de référence. Selon un mode de réalisation, la correction est un 15 pourcentage appliqué à la consigne numérique. Un mode de réalisation prévoit également un système comportant : au moins un condensateur de capacité réglable ; et au moins un circuit de commande. 20 Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 25 la figure 1 est une représentation schématique d'une architecture électronique utilisant un condensateur BST ; la figure 2 est un schéma-bloc fonctionnel d'un mode de réalisation d'un circuit de commande d'un condensateur BST ; la figure 3 est un graphe illustrant le fonctionnement 30 d'un mode de réalisation du circuit de commande de la figure 2 ; la figure 4 est un schéma-blocs d'un mode de réalisation d'un circuit d'étalonnage d'un condensateur BST ; et la figure 5 est un graphe illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 4. B13010 - 13-T0-0520 4 Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation qui vont être décrits ont été représentés et seront détaillés. En particulier, la réalisation d'un condensateur BST ainsi que des autres parties du circuit de commande n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les réalisations usuelles de condensateurs réglables par application d'une tension de polarisation (par exemple des condensateurs BST) et du reste du circuit de commande. De plus, les différentes applications possibles d'un condensateur BST n'ont pas non plus été détaillées, les modes de réalisation décrits étant, là encore, compatibles avec les applications usuelles. Dans la description qui suit, les expressions approximativement, environ, et de l'ordre de signifient à 10% près. La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de circuit électronique intégré 1, formant un condensateur BST, ou plus généralement un condensateur de capacité réglable par polarisation, dans un environnement applicatif. Le condensateur 1 comporte généralement au moins trois bornes 12, 14 et 16. En pratique, pour des questions de réalisation industrielle, le boîtier du circuit intégré peut comporter d'autres bornes 18 non destinées à être connectées. Les bornes 14 et 16 définissent des bornes correspondant aux électrodes du condensateur C destinées à être connectées à l'application radiofréquence. En outre, l'une des bornes 14 et 16 est connectée à masse. Selon l'application, cette connexion est soit directe, soit (cas d'un condensateur utilisé en série dans la chaîne radiofréquence) par l'intermédiaire d'un élément inductif. La borne 12 définit une borne d'application d'un potentiel de polarisation Vbias fixant la valeur de la capacité du condensateur C. D'un point de vue électrique, ce potentiel de B13010 - 13-T0-0520 polarisation est appliqué par l'intermédiaire d'une résistance R. La tension de polarisation Vbias est fournie par un circuit 2 de commande constitué d'un convertisseur numérique-5 analogique haute tension contenant une table de correspondance entre un mot numérique de consigne fourni par un processeur 3 (CU) de l'application et un potentiel correspondant à appliquer à la borne 12 pour atteindre la valeur souhaitée pour la capacité. Le circuit 2 reçoit un signal numérique basse tension (de l'ordre de quelques volts, voire moins) du processeur 3 et le convertit en un signal analogique Vbias haute tension (par rapport à la basse tension de la partie numérique) pouvant atteindre quelques dizaines de volts. Le circuit 2 est schématisé en figure 1 par un convertisseur numérique-analogique 22 (DAC) recevant la consigne numérique du processeur, suivi d'un amplificateur 24 (OA) fournissant la tension Vbias à la borne 12 du condensateur 1. Un exemple de circuit de commande 2 est connu sous la dénomination commerciale "PTIC Controller", par exemple sous la 20 référence STHVDAC-253M. Dans l'exemple de la figure 1, on considère que la borne 14 du condensateur 1 constitue une borne RFin d'entrée d'un signal radiofréquence tandis que la borne 16 constitue une borne de sortie RFout de ce signal. Toutefois, un condensateur 1 25 est symétrique et la connexion de ses bornes dépend de l'application. On suppose que le condensateur 1 participe à l'accord d'une antenne 9, destinée à recevoir des signaux radiofréquences d'un circuit 5 non détaillé. De multiples applications exploitent des condensateurs 30 réglables par polarisation continue, parmi lesquels, à titre d'exemple, des réseaux d'adaptation d'antennes ajustables dans des systèmes de téléphonie mobile multibandes, des filtres radiofréquences accordables, des antennes cellulaires réglables, des circuits d'ajustement de bandes de fréquences, des circuits B13010 - 13-T0-0520 6 de correction du rapport d'onde Standing Wave Ratio), etc. Un problème qui stationnaire (VSWR-Voltage se pose avec l'utilisation de condensateurs BST vient des tolérances de fabrication des condensateurs et des circuits de commande, ainsi que des variations de capacité liées à la température de fonctionnement. Tous ces facteurs cumulés peuvent conduire à des variations de plus de 20% de la valeur de la capacité par rapport à la valeur souhaitée. On pourrait penser mesurer le signal radiofréquence en sortie du condensateur BST (entre le condensateur 1 et l'antenne 9 dans l'exemple de la figure 1) et fournir cette mesure au processeur 3 afin qu'il asservisse le mot numérique qu'il fournit. Une telle boucle d'asservissement devrait fournir un résultat acceptable. Toutefois, cette solution requiert d'insérer un élément de mesure radiofréquence dans la chaîne de transmission et risque d'engendrer d'autres perturbations. De plus, cela conduirait à une solution particulièrement onéreuse. En outre, cela requiert d'intervenir sur l'application elle- même, c'est-à-dire sur la chaîne de transmission, en aval du condensateur 1, et en amont sur le processeur 3. On préfère donc proposer une solution qui ne requiert pas de mesure dans la chaîne de transmission et qui ne nécessite pas de modification au niveau de l'application, en particulier 25 au niveau du processeur 3. La figure 2 représente, de façon très schématique et fonctionnelle, un mode de réalisation d'un circuit 2 de commande d'un condensateur BST 1. Pour simplifier, on suppose le cas d'un circuit 2 ne commandant qu'un condensateur BST, mais le circuit 30 2 peut comporter plusieurs sorties afin de commander indépendamment plusieurs condensateurs BST. Seule la partie polarisation du condensateur 1 a été représentée, le reste (la partie radiofréquence) n'étant pas modifiée par la mise en oeuvre de la solution décrite. B13010 - 13-T0-0520 7 Le circuit 2 reçoit, du processeur 3, un signal numérique de consigne (sous forme série ou parallèle) sur une ou plusieurs bornes d'entrées 21. Le circuit 2 fournit, sur une borne 23, le signal Vbias de polarisation du condensateur 1. En figure 2, le condensateur 1 est symbolisé sous la forme de son schéma électrique équivalent, à savoir un circuit RC série entre la borne 12 d'application de la tension Vbias et la masse M. Le circuit 2 comporte deux modes de fonctionnement. Dans un premier mode, ou phase d'étalonnage, on évalue la valeur 10 du condensateur ou, plus précisément, la dérive de cette valeur par rapport à sa valeur nominale. On en déduit alors un décalage (en pourcentage) à appliquer aux différentes polarisations du condensateur. Dans un second mode, ou phase opérationnelle, le circuit 2 applique, à la consigne numérique reçue du processeur 15 3, le décalage (offset) déduit de la phase d'étalonnage, afin de générer une tension Vbias qui permette de se rapprocher de la valeur de capacité souhaitée. On tire ici profit du fait, qu'en cas de dérive par rapport à une valeur nominale, cette dérive est majoritairement 20 une dérive relative et non une dérive absolue. Ainsi, la détermination d'un pourcentage par rapport à une valeur nominale ou connue suffit. La figure 3 est un graphe illustrant l'évolution de la valeur de la capacité CpTic en fonction de la tension de 25 polarisation Vbias. La courbe en trait plein illustre l'allure nominale de la capacité CpTIC- La courbe en pointillés illustre un exemple d'allure courante de cette même capacité. Selon un mode de réalisation, le processeur 3 fournit un mot numérique TG représentant une valeur V1 de la tension de 30 polarisation Vbias pour laquelle la capacité CpTic attendue (sur la courbe nominale) a une valeur Cl. En appliquant un pourcentage de décalage à cette valeur (le pourcentage déterminé dans la phase d'étalonnage), cela conduit à une valeur V2 pour laquelle cette valeur Cl est atteinte par la courbe en 35 pointillés. B13010 - 13-T0-0520 8 Selon un autre mode de réalisation, le mot numérique TG fournit par le processeur 3 représente la valeur Cl souhaitée pour la capacité CpTIC- Le circuit 2 lit la valeur TG, en déduit la valeur V1, puis applique la correction pour fournir la valeur V2 de la tension de polarisation Vbias pour laquelle la capacité CPTIC attendue (sur la courbe nominale) a une valeur Cl. En appliquant un pourcentage de décalage à cette valeur, cela conduit à une valeur V2 pour laquelle cette valeur Cl est atteinte par la courbe en pointillés. Selon le mode de réalisation représenté en figure 2, on utilise également un condensateur de référence Cref. Par condensateur de référence, on entend un condensateur précis, c'est-à-dire dont les dispersions technologiques sont relativement faibles (typiquement de l'ordre du pour cent) par rapport au condensateur 1. Ce condensateur de référence n'est pas indispensable. Son besoin dépend de la méthode utilisée pour évaluer la valeur courante de la capacité CpTic et de la précision de circuits internes au circuit de commande 2, comme on le verra par la suite en relation avec la figure 4. En présence d'un condensateur Cref connecté à une borne 25 du circuit 2, un commutateur 34 est intercalé entre la deuxième sortie du commutateur 32 et un circuit 4. Dans une première position, le commutateur 34 relie le commutateur 32 au circuit 4. Dans une seconde position, le commutateur 34 relie le circuit 4 à la borne 25 (donc au condensateur Cref). Fonctionnellement, le circuit 4 réalise : une mesure (bloc 42, Capa Meter) d'une valeur courante de la capacité (CpTIC ou Cref) du condensateur auquel il est connecté ; - une comparaison (bloc 44, CpTic COMP) de la valeur courante mesurée de la capacité CPTIC du condensateur 1 par rapport à une valeur nominale attendue (le cas échéant déduite de la mesure de la valeur Cref) ; B13010 - 13-T0-0520 9 - une interprétation (bloc 46, Interpret) des mesures pour déterminer un décalage (pourcentage) à appliquer à la valeur de consigne TG reçue du processeur 3 ; et - une génération (bloc 48, Offset Gen) d'un signal 5 numérique CORR de correction du mot numérique TG fourni par le processeur 3. La taille du mot numérique CORR, par exemple un octet, est de préférence la même que celle du mot TG fourni par le processeur 3. Le mot CORR est additionné (additionneur numérique 10 50) au signal TG pour fournir la consigne corrigée au convertisseur numérique-analogique 22. En pratique, le circuit 2 lit la valeur TG pour calculer le mot numérique représentant le décalage absolu en fonction du pourcentage déterminé dans la phase d'étalonnage. En variante, l'additionneur réalise cette 15 fonction et le signal CORR représente le pourcentage. La figure 4 est un schéma-bloc représentant, de façon très schématique un exemple partiel de réalisation d'un circuit 4 pour déterminer, dans une phase d'étalonnage, le pourcentage de correction à appliquer ensuite à la consigne fournie par le 20 processeur 3. En pratique, le circuit 4 comporte plusieurs circuits analogiques et numériques afin de réaliser les différentes fonctions de mesure et d'interprétation. En figure 4, on se préoccupe principalement de la fonction de mesure de la valeur courante de la capacité CpTIC- 25 La figure 5 est un graphe illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 4. Ce graphe est un chronogramme représentant un exemple d'évolution des tensions mesurées aux bornes des capacités Cref et CpTic pour déduire le pourcentage de dérive. 30 Pour évaluer la valeur courante de la capacité CpTic, les commutateurs 32 et 34, commandés par une unité de traitement 26 du circuit 4, relient la borne 23 à une première entrée, par exemple non-inversée (+) d'un comparateur 61 dont une seconde entrée reçoit une tension de référence Vref, définissant un 35 seuil comme on le verra par la suite. La sortie du comparateur B13010 - 13-T0-0520 10 est reliée en entrée D d'une bascule D 62 dont la sortie Q fournit un signal à destination d'un compteur 63 (COUNT). La bascule est synchronisée par un signal fourni par un élément de temporisation 64 générant, à partir d'un oscillateur 65 (OSC), 5 des impulsions d'une durée déterminée. L'oscillateur 65 fournit par ailleurs un signal d'horloge au compteur 63. L'élément 64 commande un interrupteur 67 de liaison d'une source de courant commandable 68 à l'entrée non inversée du comparateur 61, donc (avec les positions des commutateurs 32 et 34), à la borne 23. 10 La source de courant 68 est, par exemple, un convertisseur numérique-analogique (IDAC) basé sur des sources de courant commutables, permettant d'appliquer un courant Iref au condensateur Cref et un courant valant Iref(CpTIC/Cref) au condensateur 1. 15 Le fonctionnement du circuit d'étalonnage 4 (ou de détermination du pourcentage de correction à appliquer à la consigne fournie par le processeur 3) est le suivant. Ce fonctionnement est illustré par la figure 5. On provoque une charge progressive du condensateur 1 à 20 l'aide de la source de courant 68 (interrupteur 67 fermé) pendant des impulsions dont la durée est fixée par le circuit 64. A l'issue de chaque impulsion, l'interrupteur 67 est ouvert et on compare la tension Vcapa à la tension Vref. La prise en compte du résultat de la comparaison par la bascule 62 est 25 déclenchée par la fin de l'impulsion fournie par le circuit 64. Tant que la valeur courante Vcapa est inférieure à la valeur Vref, le compteur 63 est incrémenté à chaque impulsion. Dès que la tension Vcapa atteint la valeur Vref, on arrête le comptage et le résultat (nombre de périodes qui ont été nécessaires à 30 charger le condensateur 1) est fourni à l'unité de traitement 2 6 . Comme l'illustre la figure 5, à chaque fin d'impulsion, la valeur Vcapa redescend jusqu'à une courbe en pointillés. Cette courbe VCpTic représente en fait la valeur 35 courante de la valeur CpTic. Cette valeur n'est cependant pas B13010 - 13-T0-0520 11 mesurable directement à cause de la résistance R de polarisation. L'écart entre le niveau de la tension Vcapa pendant les impulsions et hors des impulsions correspond à la chute de tension dans la résistance R. Une fois la mesure effectuée, celle-ci est interprétée par comparaison à une valeur de référence, c'est-à-dire à une valeur fonction de la valeur nominale de la capacité CpTIC- Cette valeur peut correspondre à un nombre de périodes. On évalue ainsi la dérive du condensateur (en 10 pourcentage) pour appliquer le signal de correction. Dans le cas où on utilise un condensateur de référence Cref, une mesure similaire est effectuée. Le commutateur 34 relie alors le comparateur 61 et l'interrupteur 67 à la borne 25. On voit en figure 5 que la tension VCref ne chute pas entre 15 les impulsions. Cela vient du fait que l'on mesure directement la tension aux bornes du condensateur Cref. La fréquence des phases d'étalonnage dépend de l'application et du temps disponible pour les effectuer. Par exemple, on effectue un étalonnage au début et à la fin de 20 chaque communication téléphonique, et de façon périodique lorsque le téléphone est en veille pour tenir compte des variations lentes de température. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à 25 l'homme de l'art. En particulier, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. REVENDICATIONS1. Circuit (2) de commande d'un condensateur (1) de capacité (CpTIC) réglable par polarisation (Vbias), comportant : au moins une borne (21) de réception d'une consigne numérique (TG) fonction de la valeur souhaitée pour la capacité ; un circuit (4) de détermination d'une dérive de la capacité par rapport à une valeur nominale ; et un circuit (50) d'application d'une correction (CORR) à ladite consigne numérique, fonction de la dérive déterminée. 2. Circuit selon la revendication 1, comportant : un convertisseur numérique-analogique (22) recevant ladite consigne corrigée ; et un amplificateur (24) de génération d'un signal de polarisation dudit condensateur (1). 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel un commutateur (32) relie une borne de sortie (23), destinée à fournir ledit signal de polarisation, soit audit circuit de détermination (4), soit à la sortie dudit amplificateur (24). 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 20 à 3, dans lequel ledit circuit de détermination (4) détermine une durée nécessaire au condensateur (1) pour atteindre un seuil de charge. 5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel ledit circuit de détermination (4) provoque une charge progressive 25 dudit condensateur (1). 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant une borne (25) de raccordement d'un condensateur de référence (Cref). 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 6, dans lequel la correction (CORR) est un pourcentage appliqué à la consigne numérique. 8. Système comportant : au moins un condensateur (1) de capacité (CpTIC) réglable ; etB13010 - 13-T0-0520 13 au moins un circuit de commande (2) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.