SYSTEME DE TRAITEMENT DES SIGNAUX REÇUS ET EMIS PAR UN APPAREIL DE RADIOCOMMUNICATION A DEUX MODULES, MODULES ET DISPOSITIF CORRESPONDANTS
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui des radiocommunications, et plus
5 précisément des terminaux de radiocommunication numériques, qu'il s'agisse de radiotéléphones ou de dispositifs ou moyens de tous types capables d'échanger des signaux à l'aide d'un système de radiocommunication, implantés par exemple dans des machines ou des véhicules.
Plus précisément, L'invention concerne la fabrication de ces terminaux, et 10 en particulier leur miniaturisation et l'optimisation de leur montage et de leur design, en fonction des besoins.
2. L'art antérieur
2.1 Dispositifs à base de composants
La plupart des dispositifs de radiocommunication comprennent, de façon
15 classique, un ensemble de composants électroniques implantés sur un circuit imprimé. Ces différents composants ont pour but d'assurer les différentes fonctions nécessaires, depuis la réception d'un signal RF jusqu'à la génération d'un signal audible (dans le cas d'un radio-téléphone), et inversement. Certaines de ces fonctions sont analogiques, el d'autres numériques.
20 La fabrication de ces dispositifs de radiocommunication est un sujet de recherche important. En effet, on vise au moins trois objectifs difficiles à concilier : miniaturiser les dispositifs, augmenter les fonctionnalités et simplifier le montage. On sait notamment que l'implantation des différents composants sur le circuit imprimé est une opération relativement complexe, de nombreux
25 composants devant être mis en place sur une surface de plus en plus restreinte, du fait des exigences de miniaturisation.
La conception de ces systèmes est donc complexe, puisqu'elle nécessite en outre d'associer des composants divers, souvent de sources multiples, qu'il faut faire fonctionner ensemble, en respectant les spécificités de chacun. Par ailleurs,
après le montage de l'ensemble des composants, des phases de calibration et de tests, souvent longues et complexes, sont nécessaires pour garantir le bon fonctionnement du dispositif.
Enfin, malgré la réduction de la taille de certains composants, l'ensemble occupe une certaine surface, qu'il est difficile de réduire.
2.2 Dispositifs à base de module
Le titulaire de la présente demande de brevet a proposé une approche palliant un certain nombre de ces inconvénients, consistant à regrouper dans un module unique, toutes ou au moins la plupart, des fonctions d'un dispositif de radiocommunication numérique.
Un tel module se présente sous la forme d'un boîtier unique et compact, préférentiellement blindé, que les fabricants de dispositifs peuvent implanter directement, sans devoir prendre en compte une multitude de composants.
Ce module (encore appelé parfois « macro-composant ») est en effet formé d'un regroupement de plusieurs composants sur un substrat, de façon à être implanté sous la forme d'un unique élément. Il comprend les composants et les logiciels essentiels nécessaires au fonctionnement d'un terminal de télécommunication utilisant des fréquences radio-électriques. Il n'y a donc plus d'étapes complexes de conception du design, et de validation de celui-ci. Il suffit de réserver la place nécessaire au module.
Un tel module permet donc d'intégrer facilement, rapidement et de façon optimisée l'ensemble des composants dans des terminaux sans-fil (téléphones portables, modems, ou tout autre application exploitant un standard sans fil).
Par ailleurs, celui-ci regroupant toutes les fonctions essentielles et ayant été conçues comme un tout, les problèmes de calibration et de tests ne se posent plus de la même manière, ou sont à tout le moins, grandement simplifiés.
Ainsi, les modules diffusés par le titulaire de la présente demande de brevet sont entièrement testés tant sur le plan matériel (« hardware ») que logiciel (« software ») sur la plupart des réseaux sur lesquels ils pourront être utilisés
ensuite. En outre, le module englobe avantageusement les aspects de propriété industrielle (toutes les fonctions ayant été regroupées, c'est le fabricant du module qui gère les aspects de droits de propriété industrielle correspondants) et d'assistance technique. 2.3 Inconvénients de l'état de l'art
Malgré ces avantages indéniables, cette technique présente certains inconvénients. Tout d'abord, le module présente un certain encombrement, du fait qu'il doit regrouper toutes les fonctions. Il est donc en conséquence parfois difficile de l'implanter dans certains dispositifs de taille réduite et/ou originale. Cet encombrement relativement important, et le poids correspondant, peut également poser des problèmes dans les chaînes de montage automatiques, qui ne sont pas prévues pour de tels modules.
Par ailleurs, sa fabrication est relativement complexe, puisque l'on doit y intégrer toutes les fonctions, et suppose par exemple un blindage complet, du fait notamment de la présence de traitement de signaux RF.
Enfin, la structure consistant à regrouper l'ensemble des fonctions n'est pas toujours adaptée aux exigences de certains fabricants de dispositifs de radiocommunication, qui peuvent souhaiter utiliser, pour certaines d'entre elles, des fonctions qu'ils ont eux-mêmes développées, ou qui son fournies par un tiers. 3. Objectif de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de l'art.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique permettant d'optimiser la fabrication de dispositifs de radiocommunication, et notamment de miniaturiser encore ceux-ci, ou d'adapter de nouvelles formes, tout en conservant les avantages apportés par les modules proposés par le titulaire de la présente demande de brevet, et en évitant les inconvénients des systèmes classiques mettant en œuvre de multiples composants.
Ainsi, un objectif de l'invention est de fournir une telle technique, permettant aux fabricants de dispositifs de radiocommunication, de concevoir aisément de tels dispositifs, qui soient en outre aisés à monter, à calibrer et/ou à tester. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique offrant une bonne qualité de traitement des signaux, et notamment une bonne résistance aux bruits et interférences dus aux signaux RF.
L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique, permettant un montage rapide et peu coûteux des dispositifs de radiocommunication.
Encore un autre objectif de l'invention est de simplifier la mise au point et l'évolution des moyens mis en œuvre, ainsi que la gestion des stocks.
4. Caractéristiques principales de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite sont atteints selon l'invention à l'aide d'un système de traitement des signaux reçus et émis par un appareil de radiocommunication, dont les moyens de traitement des signaux sont répartis dans deux modules distincts regroupant chacun, dans un boîtier conçu pour être monté sur un circuit imprimé, au moins deux composants sur un substrat et échangeant des signaux intermédiaires sur une interface prévue à cet effet.
Ainsi, il est possible d'optimiser la répartition des modules dans un dispositif, et donc de développer de nouveaux produits et de nouvelles formes.
En outre, chaque module peut être de taille réduite (et donc plus facilement manipulables par des machines), et réalisé selon les technologies les plus adaptées.
La mise au point de chacun des modules est également simplifiée, et plus rapide. En outre, il est plus facile de faire évoluer l'un ou l'autre des modules.
Cela permet encore de gérer plus facilement les variantes, et donc les stocks. Par exemple, pour un seul module bande de base, on peut prévoir plusieurs modules RF, correspondant à des bandes de fréquence différentes.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits signaux intermédiaires sont des signaux numériques.
Cela permet de lutter efficacement contre les interférences, et donc de conserver les avantages d'un module unique. Il est également possible, de cette façon, d'éloigner les deux modules l'un de l'autre si nécessaire.
Dans certains cas particuliers, il est possible cependant que certains signaux intermédiaires soient conservés en analogique.
Selon un mode de mise en œuvre préférentiel, un premier module assurent des traitements en radio-fréquences, et un second module des traitements en bande de base.
Cette décomposition permet d'optimiser efficacement chacun des modules. De façon préférentielle, chacun desdits modules comprend une mémoire.
On prévoit ainsi avantageusement une mémoire dans le module RF (qui est essentiellement analogique), de façon qu'il possède notamment ses paramètres de calibration.
Par ailleurs, de façon préférentielle, les informations de contrôle de puissance et/ou de référence de fréquence sont générés et utilisés dans ledit premier module.
On limite ainsi le nombre de signaux sur l'interface, et on rend plus autonome ce module.
Selon une caractéristique avantageuse, au moins certains desdits signaux intermédiaires d'au moins un desdits modules sont distribués sur au moins deux sorties dudit module, de façon à optimiser la flexibilité de placement desdits modules. Ainsi, notamment, lorsque l'un desdits modules porte une antenne ou une sortie d'antenne, lesdits signaux intermédiaires peuvent être disponibles à droite et à gauche du premier module, l'antenne ou la sortie d'antenne restant dans la même direction.
Selon un mode de fabrication avantageux, au moins un desdits modules est réalisé sur un support en céramique.
Préférentiellement, un desdits modules réalisé en céramique intègre des filtres à ondes acoustiques de surface (SAW).
Avantageusement, au moins un desdits modules réalisé en céramique intègre des moyens de dissipation thermique d'un amplificateur de puissance. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, au moins un desdits modules comprend des moyens d'identification d'un numéro de lot auquel il appartient.
Notamment, lesdits moyens d'identification peuvent utiliser des courts- circuits et/ou des circuits ouverts sur certaines connexions dudit module. On peut également prévoir qu'au moins un desdits modules comprend au moins un composant passif appartenant au groupe comprenant les capacités, les inductances et les résistances, dont la ou les valeurs forment moyens d'identification.
Lesdits modules peuvent également avantageusement comprendre des moyens de vérification qu'ils sont appariés. Cela permet d'empêcher le montage de deux modules non prévus pour fonctionner ensemble.
Ainsi, de façon avantageuse, un premier desdits module comprend un code et en ce qu'un second desdits modules comprend une clé permettant de décoder ledit code. La clé peut alors être transmise au module muni du code, qui se bloque si la clé n'est pas correcte. Plus généralement, les modules peuvent échanger des données codées (cryptées), liant le fonctionnement de l'un au fonctionnement de l'utre.
Selon encore un autre aspect avantageux de l'invention, au moins un desdits modules portent un blindage.
De façon préférentielle, ledit blindage porte une antenne ou des moyens pour recevoir une antenne.
Ladite antenne peut notamment comprendre au moins une fente formant structure rayonnante. L'invention concerne également chaque module formant un tel système, et
notamment des modules comprenant des moyens de traitement en radio- fréquences et des modules comprenant des moyens de traitement en bande de base.
Préférentiellement, un tel module met en œuvre une interface numérique d'échange de signaux intermédiaires avec un autre module.
L'invention concerne encore les appareils de radiocommunication mettant en œuvre des moyens de traitement des signaux sont répartis dans deux modules distincts échangeant des signaux intermédiaires sur une interface prévue à cet effet. Comme déjà mentionné, il peut s'agir de dispositifs de tous types embarqués dans une machine (pour des systèmes dits « M2M » (« machine to machine » en anglais) ou un véhicule, ou d'un radio-téléphone.
Dans ce dernier cas, il peut par exemple s'agir d'un téléphone comprenant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre, chacune desdits parties recevantt l'un desdits modules.
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 de l'invention, donnés à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 présente des dispositifs pouvant mettre en œuvre le système de l'invention, à savoir un radio-téléphone présentant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre ;
- la figure 2 est un synoptique général du système de l'invention ; - les figures 3 et 4 présentent, sous la forme d'un synoptique simplifié, le principe de chacun des modules de la figure 2 ;
- la figure 5 est un schéma illustrant un module selon l'invention, avec connexion dupliquée.
6. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention 6.1 Rappel du principe de l'invention
L'invention concerne donc une nouvelle approche de la fabrication des dispositifs de radio-communication, se basant sur et améliorant la technique connue du module. Selon l'invention, on prévoit deux modules, entre lesquels sont réparties les fonctions habituellement prévues dans un module unique. On peut ainsi optimiser l'implantation des modules, en fonction des besoins.
Il convient de rappeler que cette approche n'est pas évidente, et va à l'encontre des a priori de l'homme du métier, qui considère que le module unique est la solution la plus efficace.
Par ailleurs, comme cela est précisé par la suite, cette technique ne peut pas être mise en œuvre efficacement sans adaptation non évidente, telle que la mise en œuvre d'une interface numérique, alors que les composants RF et les composants bande de base sont classiquement interconnectés en analogique.
6.2 Rappel sur la notion de module de l'invention
A cet égard, on rappelle à nouveau qu'un module diffère d'un composant classique en ce qu'il regroupe, sur un même substrat et dans un même boîtier plusieurs composants montés, adaptés et testés de façon à former un tout aisément implantable.
La présence de deux modules selon l'invention permet de conserver, et même d'optimiser, ces avantages, tout en offrant de nouvelles possibilités d'implantation et de montage. On obtient en effet des modules de taille réduite, qui peuvent manipulés par des automates et permettent la réalisation de produits nouveaux, ou avec de nouveaux designs.
6.3 Exemple de mise en œuyre de l'invention : le radiotéléphone "Clam shell" (en forme de coquillage bivalve) La figure 1 montre ainsi un exemple de téléphone pour lequel l'invention est avantageuse. Il s'agit d'un radio-téléphone miniaturisé et en deux parties 11 et 12 mobiles l'une par rapport à l'autre, de façon à venir l'une sur l'autre en position fermée et à former un angle de l'ordre de 120° à 160° (par exemple), comme illustré par la figure 1 (ce type de téléphone est dit en anglais « clam
shell »). La partie 11 comprend notamment, pour les éléments visibles, le clavier 111. La partie 12 porte l'écran 121.
Selon les techniques connues, la partie 11 contient la batterie et le module (ou les composants majeurs) sur un circuit imprimé. Pour cette raison, la partie 11 est généralement relativement encombrante et épaisse.
Selon l'invention en revanche, il est possible de répartir les modules dans chacune des parties 11 et 12, et donc, notamment, de réduire l'encombrement de la partie 11. On obtient ainsi un radio-téléphone beaucoup moins encombrant que ceux connus, tout en conservant toutes les qualités souhaitées. Bien sûr de nombreux autres montages et implantations sont possibles, à l'aide des deux modules de l'invention.
6.4 Séparation et interfaçage des deux modules
La figure 2 présente un schéma de principe de l'invention, sur lequel on distingue les deux modules, entre lesquels les différentes fonctions ont été réparties.
Les deux modules sont appelés module bande de base 21 et module RF (radio-fréquence) 22. On notera cependant que la répartition des différentes fonctions est sensiblement différentes de celle que l'on trouve dans un module unique, de façon à optimiser chacun des modules. II est également possible d'optimiser la fabrication de chaque module, et par exemple en ne blindant que le module RF 22 ou en utilisant des technologies de substrat différentes, et les mieux adaptées à chaque module.
En outre, la présence des deux modules permet d'éloigner la partie radio de la partie de la bande de base, et de lutter contre les interférences générées notamment par le module RF et les autres éléments actifs de l'application.
La séparation des deux modules 21 et 22 permet en outre une flexibilité dans l'organisation des autres éléments de l'application. Par exemple la distance entre l'antenne et le module RF 22 peut être raccourcie, ce qui permet d'obtenir
un meilleur rendement total, et donc un prolongement de la durée de la vie de la batterie.
Ces deux modules 21 et 22 sont interconnectés à l'aide d'une interface numérique 23, qui permet également de lutter contre les interférences, et qui comprend au moins les signaux intermédiaires logiques suivants :
- lien série ou parallèle de données de programmation ;
- lien série ou parallèle de données utiles dans le cas d'un traitement de données en émission ou en réception ; un ensemble de signaux de commandes logiques ; - une horloge logique de référence.
6.5 Le module bande de base
Le module bande de base 21 est présenté, sous la forme d'un synoptique simplifié, en figure 3.
Il comprend notamment les composants suivants, connectés entre eux et rassemblés sur un substrat unique qui sert notamment de support mécanique :
- un microprocesseur, ou processeur de traitement de signal (DSP) 31, assurant les différentes opérations de traitement des signaux numériques ; un micro-contrôleur 36 ; - une mémoire 32 ;
- des moyens 33 de régulation de la puissance ;
- des filtres audio 34 ;
- des éléments 35 d'interface vers des périphériques.
Le module bande de base 21 assure ainsi notamment les traitements numériques, et doit donc comprendre des fonctions logicielles de calcul et des zones mémoire. Ce module est donc essentiellement numérique.
6.6 Le module RF
Le module RF 22 est quant à lui illustré, également sous la forme d'un schéma synoptique simplifié. Ce module comprend notamment les composants
suivants, connectés entre eux et rassemblés sur un substrat unique qui sert notamment de support mécanique :
- un bloc « transceiver » 41, regroupant des amplificateurs faible bruit, un mélangeur, un amplificateur basses fréquences, un modulateur, un démodulateur, un synthétiseur de fréquence, un oscillateur) ;
- un amplificateur contrôlé en puissance 42 ; un commutateur (« switch ») d'antenne 43 ;
- des filtres passe-bande en RF, pouvant être agiles en fréquence, et par exemple du type à ondes acoustiques de surface
(« SAW ») 44 ;
- un régulateur 45 ;
- un circuit horloge de référence 47.
Ce module RF est essentiellement analogique. Cependant, selon l'invention, il comprend avantageusement des éléments numériques, d'une part pour gérer l'interface numérique et d'autre part pour gérer en interne les paramètres de calibration. Il comprend donc une mémoire 46.
Par ailleurs, le module RF comprend préférentiellement des moyens de contrôle de puissance et de référence de fréquence, ou d'autres éléments de calibrage (qui sont généralement dans la partie numérique bande de base d'un module unique). La commande de ces paramètres se fait par exemple par l'intermédiaire d'une programmation de registres pré-définis.
Cela permet de simplifier la mise en œuvre de ce module RF, et de réduire le nombre de signaux intermédiaires d'interface. 6.7 La fabrication d'un module (support céramique)
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, permettant d'obtenir des modules de taille (et notamment d'épaisseur) réduite, les modules sont réalisés sur un substrat en céramique.
Le module RF 22 intègre les filtres SAW. Des moyens spécifiques sont prévus pour la dissipation thermique de l'amplificateur de puissance.
6.8 Duplication des connexions
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on prévoit, au moins pour le module RF 22, un système multi-entrée/ multi-sortie illustré par la figure 5.
Les mêmes signaux 51 et 52 qui s'interfacent avec le module bande de base sont dupliqués à la droite et à la gauche du module RF. Il est ainsi possible de choisir, en laissant l'antenne 53 vers le haut du module, de placer le module de bande de base 21 à droite ou à gauche du module RF 22.
6.9 Blindage et antennes
Selon un autre aspect de l'invention, le blindage du module RF 22 peut recevoir une, ou servir d'antenne (notamment dans le cas d'un double face). On peut ainsi y graver une fente, ou un autre motif adapté, de façon à en faire une structure rayonnante.
Le blindage peut également permettre d'y fixer un élément métallique solidaire, servant d'antenne. Le blindage permet de protéger les fonctions radio du module du rayonnement de l'antenne et sert de support physique à l'élément rayonnant, et participe lui-même au rayonnement. Une autre possibilité est d'étendre le substrat (par exemple céramique) du module RF pour y intégrer l'antenne, comme illustré sur la figure 5. Dans ce cas, le blindage commençant sous l'antenne participe au rayonnement radio.
On notera que ces aspects peuvent également être mis en œuvre dans le cas d'un module unique. 6.10 Identification du numéro de lot
Les modules, et par exemple le module RF 22, peut permettre une authentification du numéro de lot par un codage par utilisation de courts-circuits ou de circuits ouverts sur certaines connexions.
On utilise la céramique pour y graver une fonction électrique (inductance, capacité et/ou résistance) qui permet de coder un numéro de lot. L'identité du module ou le numéro de lot est obtenu par mesure sur des entrées/sorties du module des valeurs de composants intégrés dans le substrat. On notera que ces aspects peuvent également être mis en œuvre dans le cas d'un module unique.
6.11. Exemple d'application
L'invention s'applique notamment à des modules selon la norme GSM.
Dans ce cas, les modules sont garantis au niveau de la norme GSM (FTA). Les modules sont testés et calibrés indépendamment. La compatibilité avec la norme est donc garantie sur chaque module et dans leur regroupement dans l'application indépendamment les uns les autres, grâce à l'utilisation de l'interface numérique.