EP2724462A1 - Systeme electronique radio pour amplification de puissance avec protection en taux d'ondes stationnaires et procede de protection associé - Google Patents

Systeme electronique radio pour amplification de puissance avec protection en taux d'ondes stationnaires et procede de protection associé

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Publication number
EP2724462A1
EP2724462A1 EP12728088.1A EP12728088A EP2724462A1 EP 2724462 A1 EP2724462 A1 EP 2724462A1 EP 12728088 A EP12728088 A EP 12728088A EP 2724462 A1 EP2724462 A1 EP 2724462A1
Authority
EP
European Patent Office
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power
max
threshold value
predetermined threshold
detector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12728088.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Bertram
Yannick MENARD
Christophe DESEVEDAVY
Eric Souchard
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2724462A1 publication Critical patent/EP2724462A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/52—Circuit arrangements for protecting such amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
    • H03G3/3042—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers in modulators, frequency-changers, transmitters or power amplifiers
    • H—ELECTRICITY
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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/393—A measuring circuit being coupled to the output of an amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/462—Indexing scheme relating to amplifiers the current being sensed

Definitions

  • the present invention relates to a protection method for a radio power amplifier and an associated radio electronic system.
  • the invention is in the field of radio frequency electronics and radiocommunications.
  • Power amplifiers are conventionally subject to several protections, so as to avoid damage to components, including transistors, in case of operation outside the robustness ranges provided for in the design.
  • a power amplifier is protected in temperature and current.
  • These protections are made using corresponding sensors and act directly on the power supply of the power amplifier to be protected by breaking or by reducing the supply voltage.
  • a high standing wave ratio which occurs when the antenna load is significantly different from the output rating of the power amplifier, can cause damage to the transistor (s). s) of the power amplifier.
  • the size of the couplers is not negligible and makes their integration sometimes difficult in very compact products.
  • HF high frequency
  • VHF very high frequency
  • TOS protection solutions implementing a protection circuit dedicated to each transistor of a power amplifier have been developed.
  • This type of solution by specific circuitry also has drawbacks, on the one hand design cost and manufacturing (and unacceptable for medium runs), and secondly congestion.
  • the subject of the invention is a radio electronic system for power amplification of a radiofrequency signal comprising the following modules:
  • a detector capable of measuring at least one electrical parameter of said amplifier component in use, comprising at least the intensity of the supply electric current of said amplifier component in use,
  • a power attenuator able to adjust the output power of said electronic circuit
  • a programmable circuit capable of receiving and transmitting commands for controlling the modules of said radio electronic system.
  • the radio electronic system for power amplification is characterized in that said programmable circuit further comprises means for obtaining from said detector at least one measurement value relating to the intensity of the electric supply current of said amplifier component in use and means for controlling said power attenuator in the case where at least one measurement value obtained exceeds a corresponding predetermined threshold value.
  • this electronic radio system incorporates an electronic circuit protection while having a minimal footprint insofar as existing modules (or components) are reused, and therefore it is not necessary to develop and add a module. or a specific circuit.
  • the cost of this protection system integrated in the radio electronic system is reduced to the development of a specific programming of an existing programmable circuit.
  • the radio electronic system may also have one or more of the following features:
  • the programmable circuit is capable of periodically processing, according to a chosen period, at least one measurement value of said detector; the programmable circuit is able to iteratively control said power attenuator to attenuate the power of a predetermined value, until at least one measurement value obtained from said detector is lower than said corresponding predetermined threshold value;
  • At least one predetermined threshold value depends on a power mode related to the power of the radiofrequency signal emitted by said radio electronic system
  • the programmable circuit further comprises means for sending a digital alarm signal to a digital control card able to exchange control data with the programmable circuit, in the case where at least one measurement value obtained exceeds said value corresponding predetermined threshold;
  • the electronic circuit is a power amplifier comprising at least one transistor in service.
  • the subject of the invention is an electronic circuit protection method comprising at least one amplifier component in use, implemented in a radio electronic system for power amplification comprising said electronic circuit comprising at least one amplifier component in use. , a detection module able to measure at least one electrical parameter of said amplifier component in use, comprising at least the intensity of the supply electric current of said amplifier component in use, a power attenuation module able to adjust the power of output of said electronic circuit, and a programmable circuit adapted to receive and transmit commands for controlling the modules of said radio electronic system.
  • the method is characterized in that it is implemented by said programmable circuit and in that it comprises the following steps:
  • the electronic circuit protection method may also have one or more of the following features:
  • the step of implementing said power attenuator comprises sending an attenuation command of a predetermined value, and in that said attenuation command is iterated until at least one measurement value obtained from said detector is less than said corresponding predetermined threshold value;
  • said predetermined threshold value is a first predetermined threshold value
  • the method comprises when said value of obtained measurement of said detector is less than said first predetermined threshold value, the following steps:
  • FIG. 1, already described, is a conventional diagram of a power amplifier protection device with coupler
  • FIG. 2 is a representative diagram of a radio electronic system for power amplification according to the invention.
  • FIG. 3 is a protection process flowchart for a power amplifier according to the invention.
  • FIG. 4 is a current evolution curve of a transistor in use during the implementation of the method of the invention.
  • the invention will be described in the context of the protection in TOS of a power amplifier comprising a transistor in operation, integrated in a radio card, which receives control data from a digital control card.
  • the power amplifier illustrated in FIG. 2 comprises a radio card 18, having an input for a power RF signal ⁇ ! ⁇ to be amplified, which arrives at the input of a first amplifier 20.
  • the output of this first amplifier is connected to a power attenuator 22, which is for example a digital attenuator ALC (acronym for "automatic level control") which adjusts the output power ⁇ 0 ⁇ of a power amplifier 24
  • the power attenuator 22 is an MMIC (acronym for "Microwave Monolithic Integrated Circuits”) circuit, which has a minimal footprint.
  • the power amplifier 24 is an electronic circuit comprising one or more transistors.
  • the transistors are LDMOS (acronym for "laterally diffused metal oxide semiconductor") which have good robustness at high voltages, which advantageously makes it possible not to require a specific voltage protection circuit.
  • the amplifier 24 comprises a plurality of transistors, only one of which is in use or active for a given period.
  • the system of FIG. 2 comprises a current detector 26, which makes it possible to monitor the supply current of the transistor in operation of the power amplifier 24.
  • the detector 26 is able to measure the instantaneous value of the direct current I_PA by giving a voltage Vout proportional to the measured current.
  • a current detector is present to allow the power supply to be completely cut off if a predetermined value is exceeded.
  • the instantaneous value of the direct current I_PA supplied by the detector 26 is used to control the power attenuator 22, as explained in detail below.
  • the detector 26 includes an analog sensor measuring the supply current followed by an analog-to-digital converter.
  • the detector 26 is able to measure, in addition to the current intensity, other electrical parameters, such as for example the voltage, of the transistor in operation of the power amplifier 24.
  • the other Electrical parameters are used analogously to the current intensity, with corresponding predetermined threshold values, as explained hereinafter.
  • the system of FIG. 2 also comprises a programmable FPGA ("field programmable gate array") circuit 28 which is capable of receiving and transmitting commands in the form of digital data.
  • a programmable FPGA field programmable gate array
  • Such an FPGA component is present on the radio card to receive control data of a digital control card (not shown in the figure) external to the radio card, adjustable for example manually by a user via an appropriate interface with the digital control card.
  • This control data 30, relating for example to the power emitted by the power amplifier or the frequency, are used to control the various components or modules of the radio card.
  • the same FPGA programmable circuit 28 is able to receive digital data 32 from the current detector 26 and to transmit digital commands 34 to the power attenuator 22.
  • the FPGA 28 is advantageously programmed according to a specific algorithm which will be described hereinafter with reference to FIG. 3, making it possible to periodically monitor the current intensity in the operating transistor of the power amplifier 24 and, if a predetermined high threshold value is exceeded, controlling the attenuator 22 via a command 34, iteratively to gradually reduce the power until the consumed current falls below the high threshold value, while waiting for a return to a normal operating mode.
  • the return to the normal operating mode is determined by the fact that the current intensity in the operating transistor goes below a low threshold value lower than the high threshold value.
  • the protection is triggered only if the value measured by the detector 26 exceeds a threshold considered as dangerous, while preserving maximum operability of the power amplifier.
  • the FPGA 28 is also programmed to send an alarm digital signal 36 to an external device, for example to the digital control card, so that corrective measures can be taken, for example a reset of the system or an alert. intended for the user.
  • FIG. 3 represents a flowchart of a protection method for a power amplifier according to the invention, implemented by the programmable circuit 28.
  • the programmable circuit receives during a step 300 information from the digital control card relating to a current operating power mode, MODE i, from among a plurality of possible modes, MODE 0 to MODE N, defined with respect to the power emitted by the power amplifier 24.
  • Each of these modes corresponds to a predefined operating power range, and has specific characteristics.
  • a high threshold value (I PA MAX i) and a low threshold value (I PA MIN i) of current intensity are predefined and stored.
  • these threshold values are stored in a register or in a LUT ("Look-up Table") of the FPGA.
  • the same low threshold value (I PA MIN) of current intensity is common to certain power modes.
  • the step 310 of protection TOS for the current power mode MODE i is implemented.
  • the period X is even shorter, between ⁇ ⁇ ⁇ $ and 3 ⁇ , the protection is thus applied almost continuously.
  • this step is implemented after verification that there is no external command for controlling the frequency attenuator 22 received by the FPGA 28 via the digital control card. So, the commands External commands are applied in priority and step 310 does not interfere with a command command given by the outside and received by the FPGA 28.
  • the TOS protection firstly comprises a step 320 for obtaining an instantaneous measurement value of the current intensity I_PA given by the detector 26.
  • the FPGA 28 reads the output of the analog-to-digital converter of the detector 26 every X units of time.
  • the measured value obtained is compared in step 322 with the high threshold value I PA MAX i previously stored.
  • Step 324 is followed by a return to step 320.
  • a digital alarm signal 36 is sent back by the FPGA 28 to the digital control card at step 326.
  • This step is followed by an attenuation command of a value of Yi dB (decibels) sent to the power attenuator 22 in step 328.
  • the alarm-up step 326 is applied after or simultaneously with the attenuation control step 328.
  • step 330 it is checked again in step 330 if the value I PA, read again from the detector 26, exceeds the high threshold value I PA MAX i. In case of overshoot (yes response to test 330), the attenuation control step 328 is iterated.
  • the power reduction is carried out in a gradual manner, allowing the power amplifier 24 to always provide power without sudden decrease, thus promoting the maximum operability of the electronic radio system for power amplification with TOS protection according to the invention.
  • the attenuation value Y is modified upwards or downwards in a range of 10% to 50% at each iteration, so as to apply a nonlinear power attenuation law.
  • step 332 consists in periodically obtaining all the X units of time the instantaneous measurement of the current intensity I_PA, checking that it remains below the high threshold value I PA MAX i, and waiting for a decrease successive instantaneous measurement values of the current intensity l_PA obtained from the detector 26.
  • the step 332 is followed by a step 334 in which it is checked whether the instantaneous measurement value of the current intensity I PA, obtained again from the detector 26, is lower than a low threshold value I PA MIN i.
  • a nominal programming command is sent to power attenuator 22 in step 324, already described.
  • a delay of a predetermined duration for example equal to a duration of between 2X and 5X time units, is applied, and it is then verified (step 334) that the instantaneous measurement value the current is always below the low threshold value, so as to ensure that it is a return to a normal operating condition, so that the cause of the critical operation has been removed by a corrective action.
  • the step 334 is followed by the step 330 previously described.
  • FIG. 4 schematically represents a current evolution curve of a transistor in use during the implementation of the method of the invention.
  • the current I_PA is constant and equal to an initial value I PA NOM very slightly less than I PA MIN in this example.
  • the nominal current intensity in normal operating mode is very close to the low threshold value I PA MIN.
  • an operating anomaly typically a sharp increase in the TOS, due for example to sudden disconnection of the antenna, increases the supply current of the transistor in service during the period 410.
  • the intensity current I_PA exceeds the high threshold value I PA MAX.
  • This overshoot is noted at time t1, which is an instant of tripping of the monitoring of the power supply current by the FPGA.
  • the iterative monitoring and attenuation algorithm for the power described with reference to FIG. 3 is applied, in particular steps 322 to 328.
  • the current intensity I_PA is stabilized below the high threshold value I PA MAX.
  • the stabilization period 440 is followed by a decay period of the intensity of the current I_PA during the period 450, starting from the instant t3 which corresponds to a corrective action, for example the re-connection of the antenna by an user.
  • the current intensity l_PA goes below the low threshold value l_PA_MIN.
  • the current intensity stabilizes at a low value, as a result of the combined effect of the corrective action and the previously applied power attenuation.
  • the duration dt6 is typically greater than the period of application of the TOS protection. In one embodiment, the duration dt6 is of the order of 100 ⁇ to 10 ms.
  • the step 334 of checking the value of the intensity of current with respect to the low threshold value I PA MIN of the algorithm described with reference to FIG. 3 is applied during this period 460.
  • the nominal programming control step 324 of the attenuator 22 is sent, which allows the rise in the intensity of the current from time t5, for a period 470, to then reach the rated speed 480 at the same current intensity value as during the initial period 400.

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Abstract

L'invention concerne un système électronique radio pour amplification de puissance d'un signal radiofréquence comprenant les modules suivants : -un circuit électronique (24) comprenant au moins un composant amplificateur en service, -un détecteur (26) apte à mesurer au moins un paramètre électrique dudit composant amplificateur en service, comprenant au moins l'intensité du courant électrique d'alimentation dudit composant amplificateur en service, -un atténuateur de puissance (22) apte à régler la puissance de sortie dudit circuit électronique (24), et -un circuit programmable (28) apte à recevoir et transmettre des commandes pour piloter les modules dudit système électronique radio. Le circuit programmable (28) du système électronique radio de l'invention comporte en outre des moyens pour obtenir au moins une valeur de mesure relative à l'intensité du courant électrique d'alimentation dudit composant amplificateur en service dudit détecteur et des moyens pour commander ledit atténuateur de puissance dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse une valeur de seuil prédéterminée correspondante. L'invention concerne également un procédé de protection de circuit électronique associé.

Description

Système électronique radio pour amplification de puissance avec protection en taux d'ondes stationnaires et procédé de protection associé
La présente invention concerne un procédé de protection pour amplificateur de puissance radio et un système électronique radio associé.
L'invention se situe dans le domaine de l'électronique radiofréquence et des radiocommunications.
Il est bien connu dans ce domaine d'utiliser des amplificateurs de puissance dans divers circuits ou cartes radio afin d'amplifier les signaux radiofréquence (RF), qui sont initialement des signaux de faibles amplitude et puissance, avant de les transmettre vers une antenne radio.
Les amplificateurs de puissance font classiquement l'objet de plusieurs protections, de manière à éviter l'endommagement des composants, notamment des transistors, en cas de fonctionnement en dehors des plages de robustesse prévues à la conception. Ainsi, de manière classique, un amplificateur de puissance est protégé en température et en courant. Ces protections sont réalisées à l'aide de capteurs correspondants et agissent directement sur l'alimentation de l'amplificateur de puissance à protéger, par coupure ou par diminution de la tension d'alimentation.
De plus, un fort taux d'ondes stationnaires (TOS), qui se présente lorsque la charge de l'antenne est fortement différente de la charge nominale de sortie de l'amplificateur de puissance, peut causer des endommagements au(x) transistor(s) de l'amplificateur de puissance.
Ce problème connu est classiquement résolu par l'utilisation d'un coupleur directionnel 12 permettant de mesurer l'amplitude de la tension directe ou incidente P, et l'amplitude de la tension réfléchie PR vers l'amplificateur, comme illustré sur la figure 1. Les sorties du coupleur 12 sont transmises à un circuit de traitement 14 qui applique une valeur d'atténuation VATT à la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 10.
Cependant, l'encombrement des coupleurs n'est pas négligeable et rend leur intégration parfois difficile dans des produits très compacts. En particulier, dans le domaine des bandes haute fréquence (connue sous l'acronyme HF) et très haute fréquence (connue sous l'acronyme VHF), la réalisation de coupleurs de puissance nécessite l'utilisation de transformateurs bobinés sur noyaux de ferrites, dont la fabrication est coûteuse.
Par ailleurs, notamment dans le domaine de la téléphonie mobile, des solutions de protection TOS mettant en œuvre un circuit de protection dédié à chaque transistor d'un amplificateur de puissance ont été développées. Ce type de solution par circuiterie spécifique présente également des inconvénients, d'une part de coût de conception et de fabrication élevés (et inacceptables pour des moyennes séries), et d'autre part d'encombrement.
Il est souhaitable de remédier à au moins un des inconvénients de l'état de la technique, en proposant une protection pour circuit électronique, notamment pour amplificateur de puissance, qui soit peu encombrante et moins coûteuse que les solutions connues.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention a pour objet un système électronique radio pour amplification de puissance d'un signal radiofréquence comprenant les modules suivants :
- un circuit électronique comprenant au moins un composant amplificateur en service,
- un détecteur apte à mesurer au moins un paramètre électrique dudit composant amplificateur en service, comprenant au moins l'intensité du courant électrique d'alimentation dudit composant amplificateur en service,
- un atténuateur de puissance apte à régler la puissance de sortie dudit circuit électronique, et
- un circuit programmable apte à recevoir et transmettre des commandes pour piloter les modules dudit système électronique radio.
Le système électronique radio pour amplification de puissance est caractérisé en ce que ledit circuit programmable comporte en outre des moyens pour obtenir dudit détecteur au moins une valeur de mesure relative à l'intensité du courant électrique d'alimentation dudit composant amplificateur en service et des moyens pour commander ledit atténuateur de puissance dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse une valeur de seuil prédéterminée correspondante.
Avantageusement, ce système électronique radio intègre une protection de circuit électronique tout en présentant un encombrement minimal dans la mesure où des modules (ou composants) déjà existants sont réutilisés, et par conséquent il n'est pas nécessaire de développer et d'ajouter un module ou un circuit spécifique. Le coût de ce système de protection intégré dans le système électronique radio est réduit au développement d'une programmation spécifique d'un circuit programmable également existant.
Le système électronique radio peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
- le circuit programmable est apte à traiter périodiquement, selon une période choisie, au moins une valeur de mesure dudit détecteur ; - le circuit programmable est apte à commander itérativement ledit atténuateur de puissance pour atténuer la puissance d'une valeur prédéterminée, jusqu'à ce qu'au moins une valeur de mesure obtenue dudit détecteur soit inférieure à ladite valeur de seuil prédéterminée correspondante ;
- au moins une valeur de seuil prédéterminée dépend d'un mode de puissance en lien avec la puissance du signal radiofréquence émis par ledit système électronique radio,
- le circuit programmable comporte en outre des moyens d'envoyer un signal numérique d'alarme vers une carte numérique de commande apte à échanger des données de commande avec le circuit programmable, dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse ladite valeur de seuil prédéterminée correspondante ;
-le circuit électronique est un amplificateur de puissance comprenant au moins un transistor en service.
Selon un second aspect l'invention a pour objet un procédé de protection de circuit électronique comprenant au moins un composant amplificateur en service, mis en œuvre dans un système électronique radio pour amplification de puissance comprenant ledit circuit électronique comprenant au moins un composant amplificateur en service, un module de détection apte à mesurer au moins un paramètre électrique dudit composant amplificateur en service, comprenant au moins l'intensité du courant électrique d'alimentation dudit composant amplificateur en service, un module d'atténuation de puissance apte à régler la puissance de sortie dudit circuit électronique, et un circuit programmable apte à recevoir et transmettre des commandes pour piloter les modules dudit système électronique radio. Le procédé est caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre par ledit circuit programmable et en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
-obtention d'au moins une valeur de mesure dudit détecteur relative à l'intensité du courant électrique d'alimentation dudit composant amplificateur en service et
-mise en œuvre dudit atténuateur de puissance dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse une valeur de seuil prédéterminée correspondante.
Le procédé de protection de circuit électronique peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
- l'étape de mise en œuvre dudit atténuateur de puissance comprend un envoi d'une commande d'atténuation d'une valeur prédéterminée, et en ce que ladite commande d'atténuation est itérée jusqu'à ce que au moins une valeur de mesure obtenue dudit détecteur soit inférieure à ladite valeur de seuil prédéterminée correspondante ;
- pour un paramètre électrique donné, ladite valeur de seuil prédéterminée est une première valeur de seuil prédéterminée, et le procédé comprend lorsque ladite valeur de mesure obtenue dudit détecteur est inférieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée, les étapes suivantes :
- obtention d'une valeur de mesure dudit détecteur et vérification de ce que ladite valeur de mesure obtenue est inférieure à une seconde valeur de seuil prédéterminée inférieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée,
et, en cas de vérification positive,
- envoi d'une commande de programmation nominale audit atténuateur de puissance.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 , déjà décrite, est un schéma classique d'un dispositif de protection d'amplificateur de puissance avec coupleur ;
- la figure 2 est un schéma représentatif d'un système électronique radio pour amplification de puissance selon l'invention ;
- la figure 3 est un organigramme de procédé de protection pour amplificateur de puissance selon l'invention, et
- la figure 4 est une courbe d'évolution de courant d'un transistor en service lors de la mise en œuvre du procédé de l'invention.
L'invention sera décrite dans le contexte de la protection en TOS d'un amplificateur de puissance comprenant un transistor en service, intégré dans une carte radio, qui reçoit des données de commande d'une carte numérique de commande.
L'amplificateur de puissance illustré à la figure 2 comprend une carte radio 18, ayant une entrée pour un signal RF de puissance Ρ!Ν à amplifier, qui arrive en entrée d'un premier amplificateur 20.
La sortie de ce premier amplificateur est branchée à un atténuateur de puissance 22, qui est par exemple un atténuateur numérique ALC (acronyme de « automatic level control ») qui permet de régler la puissance de sortie Ρ0υτ d'un amplificateur de puissance 24. Dans un mode de réalisation, l'atténuateur de puissance 22 est un circuit MMIC (acronyme de « Microwave Monolithic Integrated Circuits »), qui a un encombrement minimal.
L'amplificateur de puissance 24 est un circuit électronique comprenant un ou plusieurs transistors. De préférence, les transistors sont des LDMOS (acronyme de « laterally diffused métal oxide semiconductor ») qui ont une bonne robustesse à de hautes tensions, ce qui permet avantageusement de ne pas nécessiter un circuit spécifique de protection en tension. Dans un mode de réalisation particulier, l'amplificateur 24 comprend une pluralité de transistors, dont un seul est en service ou actif pendant une période donnée.
Il est à noter que le schéma de la figure 2 est simplifié. En particulier, plusieurs amplificateurs en cascade peuvent être prévus entre l'atténuateur 22 et l'amplificateur de puissance 24.
Le système de la figure 2 comprend un détecteur de courant 26, permettant la surveillance du courant d'alimentation du transistor en service de l'amplificateur de puissance 24. Le détecteur 26 est apte à mesurer la valeur instantanée du courant continu l_PA en donnant une tension Vout proportionnelle au courant mesuré. Dans une carte radio classique, un tel détecteur de courant est présent pour permettre la coupure complète de l'alimentation en cas de dépassement d'une valeur prédéterminée. Dans la carte radio selon l'invention, la valeur instantanée du courant continu l_PA fournie par le détecteur 26 est utilisée pour piloter l'atténuateur de puissance 22, comme expliqué en détail ci-après.
Dans un mode de réalisation, le détecteur 26 comprend un capteur analogique mesurant le courant d'alimentation suivi par un convertisseur analogique-numérique.
Dans un mode de réalisation alternatif, le détecteur 26 est apte à mesurer, en plus de l'intensité de courant, d'autres paramètres électriques, comme par exemple la tension, du transistor en service de l'amplificateur de puissance 24. Les autres paramètres électriques sont utilisés de manière analogue à l'intensité de courant, avec des valeurs de seuil prédéterminées correspondantes, comme expliqué ci-après.
Le système de la figure 2 comprend également un circuit programmable FPGA (pour « field programmable gâte array ») 28 qui est apte à recevoir et transmettre des commandes sous forme de données numériques. Un tel composant FPGA est présent sur la carte radio pour recevoir des données de commande 30 d'une carte numérique de commande (non représentée sur la figure) externe à la carte radio, réglables par exemple manuellement par un utilisateur via une interface appropriée avec la carte numérique de commande. Ces données de commande 30, relatives par exemple à la puissance émise par l'amplificateur de puissance ou à la fréquence, sont utilisées pour piloter les différents composants ou modules de la carte radio.
De plus, le même circuit programmable FPGA 28 est apte à recevoir des données numériques 32 du détecteur de courant 26 et à transmettre des commandes numériques 34 à l'atténuateur de puissance 22.
Le FPGA 28 est avantageusement programmé selon un algorithme spécifique qui sera décrit ci-après en référence à la figure 3, permettant de surveiller périodiquement l'intensité de courant dans le transistor en service de l'amplificateur de puissance 24 et, en cas de dépassement d'une valeur de seuil haute prédéterminée, de piloter l'atténuateur 22 via une commande 34, de manière itérative pour diminuer graduellement la puissance jusqu'à ce que le courant consommé repasse en dessous de la valeur de seuil haute, en attendant un retour à un mode de fonctionnement normal. Le retour au mode de fonctionnement normal est déterminé par le fait que l'intensité de courant dans le transistor en service passe en dessous d'une valeur de seuil basse inférieure à la valeur de seuil haute.
Ainsi, avantageusement, la protection n'est déclenchée que si la valeur mesurée par le détecteur 26 dépasse un seuil considéré comme dangereux, tout en préservant un maximum d'opérabilité de l'amplificateur de puissance.
Le FPGA 28 est également programmé pour envoyer un signal numérique d'alarme 36 vers un dispositif externe, par exemple vers la carte numérique de commande, de manière à ce que des mesures correctives puissent être prises, par exemple un réarmement du système ou une alerte destinée à l'utilisateur.
La figure 3 représente un organigramme d'un procédé de protection pour amplificateur de puissance selon l'invention, mis en œuvre par le circuit programmable 28.
Le circuit programmable reçoit lors d'une étape 300 une information de la carte numérique de commande relative à un mode de puissance de fonctionnement courant, MODE i, parmi une pluralité de modes possibles, MODE 0 à MODE N, défini par rapport à la puissance émise par l'amplificateur de puissance 24.
Chacun de ces modes correspond à une plage de puissance de fonctionnement prédéfinie, et a des caractéristiques spécifiques. Pour chaque mode, une valeur de seuil haute (I PA MAX i) et une valeur de seuil basse (I PA MIN i) d'intensité de courant sont prédéfinies et mémorisées. Par exemple, ces valeurs seuil sont mémorisées dans un registre ou dans une LUT (« Look-up Table ») du FPGA.
Dans un mode de réalisation, une même valeur de seuil basse (I PA MIN) d'intensité de courant est prise commune à certains modes de puissance.
Ensuite, toutes les X unités de temps, la valeur X étant fixée par exemple entre 10 microsecondes (με) et 10 millisecondes (ms) suivant la réactivité du système requise, l'étape 310 de protection TOS pour le mode de puissance courant MODE i est mise en œuvre. En variante, la période X est encore plus courte, entre ~\ μ$ et 3με, la protection étant ainsi appliquée quasiment en continu.
Dans un mode de réalisation, cette étape est mise en œuvre après vérification du fait qu'il n'y a pas de commande externe de pilotage de l'atténuateur de fréquence 22 reçue par le FPGA 28 via la carte numérique de commande. Ainsi, les commandes externes sont appliquées en priorité et l'étape 310 n'interfère pas avec un ordre de commande donné par l'extérieur et reçu par le FPGA 28.
La protection TOS comprend tout d'abord une étape 320 d'obtention d'une valeur de mesure instantanée de l'intensité de courant l_PA donnée par le détecteur 26. En pratique, le FPGA 28 lit la sortie du convertisseur analogique-numérique du détecteur 26 toutes les X unités de temps.
Ensuite, la valeur de mesure obtenue est comparée à l'étape 322 à la valeur de seuil haute I PA MAX i préalablement stockée.
Si la valeur mesurée l_PA est inférieure à la valeur de seuil haute I PA MAX i (réponse négative au test de l'étape 322), cela signifie que le transistor en service de l'amplificateur de puissance n'est pas en fonctionnement critique, et une commande de programmation nominale de l'atténuateur est envoyée à l'atténuateur de puissance 22 à l'étape 324.
L'étape 324 est suivie par un retour vers l'étape 320.
En cas de dépassement de la valeur de seuil haute I PA MAX i (réponse positive au test de l'étape 322), un signal numérique d'alarme 36 est remonté par le FPGA 28 vers la carte numérique de commande à l'étape 326.
Cette étape est suivie par une commande d'atténuation d'une valeur de Yi dB (décibels) envoyée à l'atténuateur de puissance 22 à l'étape 328.
En variante, l'étape de remontée d'alarme 326 est appliquée après ou simultanément avec l'étape de commande d'atténuation 328.
Dans le mode de réalisation préféré, la valeur d'atténuation ou pas d'atténuation Yi est une valeur prédéterminée fixe de Y dB d'atténuation pour tous les modes de puissance de fonctionnement. Par exemple, il a été constaté expérimentalement qu'un pas d'atténuation Y=3 dB est adéquat.
Ensuite il est à nouveau vérifié à l'étape 330 si la valeur I PA, lue à nouveau à partir du détecteur 26, dépasse la valeur de seuil haute I PA MAX i. En cas de dépassement (réponse oui au test 330), l'étape 328 de commande d'atténuation est itérée.
Avantageusement, grâce à l'itération de l'atténuation de puissance par pas de
YdB, la diminution de puissance est effectuée de manière graduelle, permettant à l'amplificateur de puissance 24 de fournir toujours de la puissance sans diminution brutale, favorisant ainsi au maximum l'opérabilité du système électronique radio pour amplification de puissance avec protection en TOS selon l'invention. En variante, la valeur d'atténuation Y est modifiée à la hausse ou à la baisse dans une plage de 10% à 50% à chaque itération, de manière à appliquer une loi d'atténuation de puissance non linéaire.
En cas de réponse négative au test 330, donc si la valeur mesurée de l'intensité passe en dessous de la valeur de seuil haute I PA MAX i, une étape d'attente de retour à un état normal 332 est appliquée. En pratique, l'étape 332 consiste à obtenir périodiquement toutes les X unités de temps la mesure instantanée de l'intensité de courant l_PA, vérifier qu'elle reste en dessous de la valeur de seuil haute I PA MAX i, et attendre une baisse successive des valeurs de mesure instantanée de l'intensité de courant l_PA obtenues du détecteur 26.
L'étape 332 est suivie par une étape 334 dans laquelle il est vérifié si la valeur de mesure instantanée de l'intensité de courant I PA, obtenue à nouveau à partir du détecteur 26, est inférieure à une valeur de seuil basse I PA MIN i.
En cas de réponse positive au test 334, une commande de programmation nominale est envoyée à l'atténuateur de puissance 22 à l'étape 324, déjà décrite.
Selon une variante non représentée sur la figure, une temporisation d'une durée prédéterminée, par exemple égale à une durée comprise entre 2X et 5X unités de temps, est appliquée, et il est vérifié ensuite (étape 334) que la valeur de mesure instantanée de l'intensité de courant est toujours en dessous de la valeur de seuil basse, de manière à s'assurer qu'il s'agit d'un retour à une situation de fonctionnement normal, donc que la cause du fonctionnement critique a été supprimée par une mesure corrective.
En cas de réponse négative au test 334, donc si la valeur mesurée de l'intensité de courant l_PA est supérieure à la valeur de seuil basse I PA MIN i, l'étape 334 est suivie par l'étape 330 précédemment décrite.
La figure 4 représente schématiquement une courbe d'évolution de courant d'un transistor en service lors de la mise en œuvre du procédé de l'invention.
Sur la figure 4, l'évolution de l'intensité du courant mesurée l_PA en Ampères (A) est montrée en fonction du temps, pour un mode de puissance donné.
En traits pointillés sont tracés deux droites correspondant respectivement à la valeur de seuil haute I PA MAX égale à 1 ,2 A et à la valeur de seuil basse I PA MIN égale à 0,9 A.
Pendant une première période 400, le courant l_PA est constant et égal à une valeur initiale I PA NOM très légèrement inférieure à I PA MIN dans cet exemple. D'une manière générale, l'intensité de courant nominale en mode de fonctionnement normal est très proche de la valeur de seuil basse I PA MIN. Ensuite, une anomalie de fonctionnement, typiquement une forte augmentation du TOS, due par exemple au débranchement soudain de l'antenne, fait augmenter le courant d'alimentation du transistor en service pendant la période 410. A l'instant tO, l'intensité de courant l_PA dépasse la valeur de seuil haute I PA MAX.
Ce dépassement est constaté à l'instant t1 , qui est un instant de déclenchement de la surveillance du courant d'alimentation par le FPGA.
Pendant les périodes 420 et 430, l'algorithme de surveillance et d'atténuation itérative de la puissance décrit en référence à la figure 3 est appliqué, notamment les étapes 322 à 328.
A l'instant t2, l'intensité de courant l_PA passe en dessous de la valeur de seuil haute l_PA_MAX.
Pendant la période 440, l'intensité de courant l_PA est stabilisée en dessous de la valeur de seuil haute I PA MAX.
La période de stabilisation 440 est suivie d'une période de décroissance de l'intensité du courant l_PA pendant la période 450, à partir de l'instant t3 qui correspond à une action corrective, par exemple le re-branchement de l'antenne par un utilisateur. A l'instant t4, l'intensité de courant l_PA passe en dessous de la valeur de seuil basse l_PA_MIN.
Ensuite, pendant une courte période 460, l'intensité de courant se stabilise à une valeur basse, suite à l'effet combiné de l'action corrective et de l'atténuation de puissance précédemment appliquée.
Ainsi, l'intensité de courant est inférieure à la valeur de seuil basse I PA MIN pendant une durée dt6=t5-t4 ms. La durée dt6 est typiquement supérieure à la période d'application de la protection TOS. Dans un mode de réalisation, la durée dt6 est de l'ordre de 100 με à 10ms.
L'étape 334 de vérification de la valeur de l'intensité de courant par rapport à la valeur de seuil basse I PA MIN de l'algorithme décrit en référence à la figure 3 est appliquée pendant cette période 460.
Ensuite, l'étape 324 de commande de programmation nominale de l'atténuateur 22 est envoyée, ce qui permet la remontée de l'intensité du courant à partir de l'instant t5, pendant une période 470, pour atteindre ensuite le régime nominal 480, à la même valeur d'intensité de courant que pendant la période initiale 400.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Système électronique radio pour amplification de puissance d'un signal radiofréquence comprenant les modules suivants :
- un circuit électronique (24) comprenant au moins un composant amplificateur en service,
- un détecteur (26) apte à mesurer au moins un paramètre électrique (l_PA) dudit composant amplificateur en service, comprenant au moins l'intensité du courant électrique d'alimentation (l_PA) dudit composant amplificateur en service,
- un atténuateur de puissance (22) apte à régler la puissance de sortie dudit circuit électronique (24), et
- un circuit programmable (28) apte à recevoir et transmettre des commandes pour piloter les modules (24, 26, 22) dudit système électronique radio,
caractérisé en ce que ledit circuit programmable (28) comporte en outre des moyens pour obtenir dudit détecteur (26) au moins une valeur de mesure relative à l'intensité du courant électrique d'alimentation (l_PA) dudit composant amplificateur en service et
des moyens pour commander ledit atténuateur de puissance (22) dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse une valeur de seuil prédéterminée (I PA MAX ; I PA MAX i) correspondante, lesdits moyens étant aptes à commander itérativement ledit atténuateur de puissance (22) pour atténuer la puissance d'une valeur prédéterminée (Yi), jusqu'à ce qu'au moins une valeur de mesure obtenue dudit détecteur soit inférieure à ladite valeur de seuil prédéterminée (I PA MAX ; I PA MAX i) correspondante.
2. - Système selon la revendication 1 , dans lequel le circuit programmable (28) est apte à traiter périodiquement, selon une période choisie, au moins une valeur de mesure dudit détecteur.
3. - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une valeur de seuil prédéterminée dépend d'un mode de puissance (MODE i) en lien avec la puissance du signal radiofréquence émis par ledit système électronique radio.
4. - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit programmable (28) comporte en outre des moyens d'envoyer un signal numérique d'alarme (36) vers une carte numérique de commande apte à échanger des données de commande (30) avec le circuit programmable, dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse ladite valeur de seuil prédéterminée (I PA MAX ; I PA MAX i) correspondante.
5. - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit circuit électronique est un amplificateur de puissance (24) comprenant au moins un transistor en service.
6. - Procédé de protection de circuit électronique comprenant au moins un composant amplificateur en service, mis en œuvre dans un système électronique radio pour amplification de puissance comprenant ledit circuit électronique comprenant au moins un composant amplificateur en service, un module de détection apte à mesurer au moins un paramètre électrique (l_PA) dudit composant amplificateur en service, comprenant au moins l'intensité du courant électrique d'alimentation (l_PA) dudit composant amplificateur en service, un module d'atténuation de puissance apte à régler la puissance de sortie dudit circuit électronique, et un circuit programmable apte à recevoir et transmettre des commandes pour piloter les modules dudit système électronique radio,
caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre par ledit circuit programmable et en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
-obtention (320) d'au moins une valeur de mesure dudit détecteur relative à l'intensité du courant électrique d'alimentation (l_PA) dudit composant amplificateur en service et
-mise en œuvre (328) dudit atténuateur de puissance dans le cas où au moins une valeur de mesure obtenue dépasse une valeur de seuil prédéterminée (I PA MAX ; I PA MAX i) correspondante comprenant un envoi (328) d'une commande d'atténuation (34) d'une valeur prédéterminée, ladite commande d'atténuation étant itérée (330) jusqu'à ce que au moins une valeur de mesure obtenue dudit détecteur soit inférieure à ladite valeur de seuil prédéterminée (I PA MAX ; I PA MAX i) correspondante.
7. - Procédé de protection d'un circuit électronique selon la revendication 6, dans lequel, pour un paramètre électrique donné, ladite valeur de seuil prédéterminée (I PA MAX ; I PA MAX i) est une première valeur de seuil prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend lorsque ladite valeur de mesure obtenue dudit détecteur est inférieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée, les étapes suivantes :
- obtention (332) d'une valeur de mesure dudit détecteur et vérification (334) de ce que ladite valeur de mesure obtenue est inférieure à une seconde valeur de seuil prédéterminée (I PA MIN ; I PA MIN i) inférieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée (l_PA_MAX ; l_PA_MAX_i),
et, en cas de vérification positive,
- envoi d'une commande de programmation nominale (324) audit atténuateur de puissance.
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