FR2797361A1 - Circuit d'amplification de puissance avec ajustement d'alimentation pour controler la puissance de la voie alternee et adjacente - Google Patents

Circuit d'amplification de puissance avec ajustement d'alimentation pour controler la puissance de la voie alternee et adjacente Download PDF

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Abstract

Un circuit d'amplification de puissance (300) avec ajustement d'alimentation pour le contrôle de la puissance de la voie adjacente et de la voie alternée. Un amplificateur de puissance (172) amplifie un signal d'entrée pour produire un signal amplifié. Un détecteur de crête-moyenne (180) détecte des niveaux de crête du signal amplifié et un niveau de moyenne du signal amplifié et produit une indication des niveaux de crête et du niveau de moyenne. Un contrôleur (181) ajuste une tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance (172) apte à répondre à l'indication de commande de diminution de la tension d'alimentation lorsqu'une différence entre les niveaux de crête et le niveau de moyenne augmente au-dessus d'un niveau prédéterminé et de commande d'augmentation de la tension d'alimentation lorsque la différence diminue en dessous du niveau prédéterminé.

Description

CIRCUIT D'AMPLIFICATION DE PUISSANCE AVEC AJUSTEMENT
D'ALIMENTATION POUR CONTROLER LA PUISSANCE DE LA VOIE
ALTERNEE ET ADJACENTE
REFERENCE CROISEE A LA DEMANDE ASSOCIEE
La présente demande concerne des demandes de brevets américaines simultanément pendantes, N . de série (N . de dossier CS10069), déposée ci-inclus par Alberth et coll. et intitulée "LOAD ENVELOPE
FOLLOWING AMPLIFIER SYSTEM" (SYSTEME AMPLIFICATEUR DE
SUIVI D'ENVELOPPE DE CHARGE), N . de série (N .
de dossier CS10022), déposée ci-inclus par Klomsdorf et coll. et intitulée "MEMORY-BASED AMPLIFIER LOAD ADJUST
SYSTEM" (SYSTEME D'AJUSTEMENT DE CHARGE D'AMPLIFICATEUR
A MEMOIRE), et N . de série (N . de dossier CS90026), déposée ci-inclus par Alberth et coll. et intitulée " LOAD ENVELOPE ELIMINATION AND RESTORATION
AMPLIFIER SYSTEM" (SYSTEME AMPLIFICATEUR DE SUPPRESSION
ET DE RETABLISSEMENT D'ENVELOPPE DE CHARGE).
La présente demande concerne également une demande de brevet américaine simultanément pendante, N . de série (N . de dossier CS90025), déposée ciinclus par Klomsdorf et coll. et intitulée "POWER
AMPLIFYING CIRCUIT WITH LOAD ADJUST FOR CONTROL OF
ADJACENT AND ALTERNATE CHANNEL POWER" (CIRCUIT
D'AMPLIFICATION DE PUISSANCE AVEC AJUSTEMENT DE CHARGE
POUR CONTROLER LA PUISSANCE DE LA VOIE ALTERNEE ET
ADJACENTE), incorporée ici par référence.
Domaine de l'invention La présente invention concerne généralement des amplificateurs de puissance. Plus spécialement, la présente invention concerne un circuit d'amplification de puissance pour contrôler la puissance de la voie
alternée et adjacente.
Arriere-plan de l'invention
L'amplificateur de puissance est une technologie-
clé dans la conception des radiotéléphones portables.
Dans les téléphones cellulaires, l'amplificateur de puissance a un impact important sur le temps de conversation disponible. La raison en est que l'amplificateur de puissance consomme une quantité importante de puissance par rapport aux autres circuits à l'intérieur du téléphone cellulaire. Un paramètre qui définit la consommation de puissance d'un amplificateur de puissance est l'efficacité de l'amplificateur de puissance. On connaît généralement des amplificateurs de puissance dont les tensions d'alimentation CC varient en continu pour s'adapter aux exigences de niveaux du signal pour améliorer l'efficacité dans une gamme prédéterminée de niveaux du signal d'entrée. Un tel exemple est divulgué dans le brevet américain No. 4.442.407 intitulé "TWO LOOP AUTOMATIC LEVEL CONTROL
FOR POWER AMPLIFIER" (CONTROLE DE NIVEAU AUTOMATIQUE A
DEUX BOUCLES POUR AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE), délivré à Thomas R; Apel, le 11 juin 1982. Dans le brevet 407, l'amplificateur de puissance est utilisé avec une efficacité améliorée par modulation de la tension d'alimentation CC de l'amplificateur HF en réponse à une comparaison entre un signal, correspondant à la somme pondérée de l'intensité du courant de charge et de la tension d'alimentation de l'amplificateur de
puissance, et l'amplitude du signal de modulation.
Le système divulgué dans le brevet 407 ne fait cependant rien pour aborder un autre paramètre de performance important des amplificateurs de puissance utilisé pour la puissance de voie alternée et adjacente
transmise à des systèmes de téléphones cellulaires.
Dans les systèmes de téléphones cellulaires, la puissance rayonnée de la voie adjacente peut causer une interférence dans d'autres voies cellulaires, causant ainsi une dégradation dans les performances générales du système. Les paramètres de puissance de voie alternée et adjacente sont encore plus critiques dans les systèmes cellulaires employant des combinaisons de modulation linéaire, tels que l'Accès Multiple par
Répartition dans le Temps (AMRT) Norme Provisoire (NP)-
136 et l'Accès Multiple par Répartition en Code (AMRC) NP-95. En optimisant l'efficacité de l'amplificateur de puissance sans tenir compte des performances de puissance de la voie alternée et adjacente, l'amplificateur de puissance peut ne pas respecter les spécifications de puissance de la voie alternée et
adjacente pour un système cellulaire particulier.
Un procédé pour augmenter simultanément la linéarité et l'efficacité des amplificateurs de puissance est divulgué dans le brevet américain No. 5. 101.172 intitulé "LINEAR AMPLIFIER" (AMPLIFICATEUR LINEAIRE), délivré à Yukio Ikeda et coll., en date du 1er décembre 1990. Dans le brevet 172, la tension de drain est contrôlée par un convertisseur CC/CC pour suivre le niveau d'amplitude du signal de sortie. Ce qui augmente l'efficacité de l'amplificateur de puissance, mais introduit une distorsion de modulation d'amplitude (MA) et de modulation de phase (MP). Des détecteurs d'enveloppe d'entrée et de sortie sont ainsi employés conjointement avec des comparateurs d'amplitude et de phase de manière à introduire une prédistorsion pour neutraliser la distorsion introduite par l'amplificateur de puissance. Ce système exige un suivi précis de la distorsion de l'amplificateur de puissance, ce qui peut être difficile. De plus, les différents coupleurs et les circuits de comparaison phase/amplitude ajoutent dimension et coût lorsqu'ils
sont utilisés dans un téléphone cellulaire portable.
Une autre technique pour réduire la distorsion de l'amplificateur de puissance est divulguée dans le brevet américain No. 4.348.644 intitulé "POWER
AMPLIFYING CIRCUIT WITH CHANGING MEANS FOR SUPPLY
VOLTAGE" (CIRCUIT D'AMPLIFICATION DE PUISSANCE AVEC
MOYEN DE CHANGEMENT DE TENSION D'ALIMENTATION), délivré à Shingo Kamiya, en date du 24 mars 1980. Dans le brevet 644, un circuit d'amplification de puissance détecte le facteur de crête (par exemple, rapport crêtemoyenne) du signal de sortie d'un amplificateur de puissance. Lorsque le facteur de crête est grand, la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance augmente. Inversement, lorsque le facteur de crête est petit, la tension d'alimentation diminue. Ainsi, lorsqu'une tension d'alimentation supplémentaire pour l'amplificateur de puissance est nécessaire pour gérer le rapport crête-moyenne, la tension d'alimentation augmente. Inversement, lorsque le rapport crête-moyenne est petit, la tension d'alimentation diminue. Les crêtes élevées sont ainsi fidèlement reproduites en augmentant la tension d'alimentation, et la perte de puissance est réduite en augmentant et en diminuant la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance
suivant nécessité.
La technique du brevet 644 est utile dans des systèmes électroniques pour amplifier des signaux musicaux. Dans ce type d'application, la reproduction fidèle du signal musical est nécessaire de manière à garantir une fidélité acceptable. Cependant, la technique du brevet 644 n'aborde pas le besoin de compromis fidélité-efficacité d'une manière nécessaire pour garantir des radiotéléphones portables économiques
et hautement efficaces.
En conséquence, il existe un besoin de fournir un contrôle plus complet et plus précis de la puissance de voie alternée et adjacente transmise par un amplificateur de puissance. Il existe un autre besoin pour l'amplificateur de puissance de fonctionner efficacement pour des combinaisons de modulation linéaire. Un procédé de compromis linéarité et efficacité est nécessaire pour les amplificateurs de
puissance utilisés dans des radiotéléphones portables.
Il existe également un besoin de contrôler la puissance de la voie adjacente, la puissance de la voie alternée, et les performances d'efficacité de l'amplificateur de puissance pour compenser les variations entre les parties, les variations de température, les variations
d'impédance de charge, et les variations de fréquence.
Il existe également un besoin de contrôler la puissance moyenne d'émission de l'amplificateur de puissance pendant le contrôle de la linéarité et de l'efficacité
de l'amplificateur de puissance.
Brève description des dessins
La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un radiotéléphone ayant un récepteur et un émetteur; La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un montage d'essai utilisé pour réaliser les expériences de rapport crêtemoyenne; La figure 3 est un tracé de la tension d'alimentation, du gain, et du rapport de puissance crête-moyenne maximum sur une période de temps finie, tous par rapport à la puissance d'entrée, pour le montage d'essai de la figure 2; La figure 4 est un tracé de la puissance de la voie adjacente, de la puissance de la voie alternée, et du rapport de puissance crête-moyenne maximum sur une période de temps finie, tous par rapport à la puissance d'entrée, pour le montage d'essai de la figure 2; La figure 5 est un schéma fonctionnel d'un circuit d'amplification de puissance utilisé dans l'émetteur de la figure 1; La figure 6 est une forme d'onde échantillon résultant d'une combinaison de modulation linéaire telle qu'une modulation par déplacement de phase; et La figure 7 représente un procédé d'amplification
d'un signal HF.
Description détaillée de modes de réalisation préférés
La figure 1 est une illustration en forme de schéma fonctionnel d'un système de télécommunications par radiotéléphones 100. Le système de télécommunications par radiotéléphones 100 comprend un émetteur-récepteur à distance 10 et un ou plusieurs
radiotéléphones, tel(s) qu'un radiotéléphone 12.
L'émetteur-récepteur à distance 10 envoie et reçoit des signaux HF vers le et du radiotéléphone 12 à
l'intérieur d'une zone géographique désignée.
Le radiotéléphone 12 comprend une antenne 14, un émetteur 16, un récepteur 18, un bloc de commande 20, un synthétiseur 22, un duplexeur 24 et une interface utilisateur 26. Pour recevoir des informations, le radiotéléphone 12 détecte des signaux HF contenant des données par l'antenne 14 et produit des signaux HF détectés. Le récepteur 18 convertit les signaux HF détectés en signaux électriques en bande de base, démodule les signaux électriques en bande de base, récupère les données, y compris les informations de commande automatique de fréquence, et sort les données vers le bloc de commande 20. Le bloc de commande 20 formate les données en informations de données ou vocales identifiables pour être utilisées par
l'interface utilisateur 26.
En général, l'interface utilisateur 26 comprend un microphone, un hautparleur, un affichage, et un clavier. L'interface utilisateur 26 est destinée à recevoir des informations d'entrée utilisateur et à présenter des données reçues qui ont été émises par l'émetteur-récepteur à distance 10. Le récepteur 18 comprend des circuits tels qu'amplificateurs à faible bruit, filtres, changeurs de fréquence et changeurs de quadrature, et des circuits de commande automatique de
gain, tous connus dans l'art.
Pour émettre des signaux HF contenant des
informations du radiotéléphone 12 à l'émetteur-
récepteur à distance 10, l'interface utilisateur 26 envoie les données d'entrée utilisateur vers le bloc de commande 20. Le bloc de commande 20 comprend généralement l'un quelconque d'un coeur de DSP, d'un coeur de microcontrôleur, d'une mémoire, d'un circuit d'horloge, d'un logiciel, et d'un circuit de commande de puissance de sortie. Le bloc de commande 20 formate les informations obtenues par l'interface utilisateur 26 et les achemine vers l'émetteur 16 aux fins de conversion en signaux modulés HF. L'émetteur 16 achemine les signaux modulés HF vers l'antenne 14 aux fins de transmission vers l'émetteur-récepteur à distance 10. Ainsi, l'émetteur-récepteur 16 est destiné à transmettre un signal d'information modulé. Le duplexeur fournit l'isolement entre les signaux transmis par l'émetteur 16 et reçus par le récepteur 18. Le radiotéléphone 12 est prévu pour fonctionner sur une bande de fréquences prédéterminée. Le synthétiseur 22 fournit au récepteur 18 et à l'émetteur 16 des signaux, accordés sur la fréquence correcte, pour permettre la réception et l'émission de signaux d'information. La commande sur les fonctions du récepteur 18 et de l'émetteur 16, telles que fréquence
de la voie, est assurée par le bloc de commande 20.
Ainsi, le bloc de commande 20 fournit au synthétiseur 22 des instructions de programme pour la synthèse de fréquence. Des expériences avec un amplificateur de puissance prototype ont été initialement menées pour déterminer si le rapport crête-moyenne transmis du signal produit par l'émetteur 16 peut être utilisé pour prévoir la puissance de la voie adjacente et la puissance de la voie alternée. La puissance de la voie adjacente est définie comme la valeur de puissance dans une largeur de bande désignée transmise dans une voie immédiatement adjacente à la voie que l'émetteur 16 utilise actuellement. La puissance de la voie alternée est définie comme la valeur de puissance dans une largeur de bande désignée transmise dans une voie qui se trouve à deux voies au-delà de la voie de
fonctionnement de l'émetteur 16.
Par exemple, dans le système de téléphones cellulaires AMRC NP-95, l'émetteur peut fonctionner à 836 MHz. La voie adjacente serait de 836 MHz +/- 885 KHz, et la voie alternée serait de 836 MHz +/- 1,98 MHz. La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un montage d'essai 200 utilisé pour réaliser les expériences de rapport crête-moyenne. Le montage d'essai 200 comprend un générateur de signaux 40 couplé par un coupleur bidirectionnel 42 à l'entrée du dispositif d'amplificateur de puissance en essai (DEE) 44. La sortie 56 du DEE 44 est connectée au coupleur
46.
Le générateur de signaux 40 produit un signal d'entrée HF. Une partie du signal d'entrée est couplée au port 48 et mesurée avec le wattmètre 50. Le reste du signal d'entrée HF produit à la sortie du coupleur bidirectionnel 53 est appliqué au DEE 44. La partie du signal d'entrée HF qui est réfléchie à l'entrée 43 du DEE est couplée au port 52 o elle est mesurée par le wattmètre 54. Les mesures effectuées avec le wattmètre et le wattmètre 54 permettent de mesurer les pertes
par réflexion à l'entrée du DEE 44.
Le signal d'entrée HF est amplifié par le DEE 4 pour produire un signal amplifié à la sortie 56 du DEE, et le signal amplifié est appliqué au coupleur 46. Une partie du signal amplifié est couplée par le port 58 à l'analyseur de spectres 60. Avec l'analyseur de spectres 60, la puissance de la voie adjacente et la puissance de la voie alternée du signal amplifié peuvent être mesurées par rapport à la puissance de la voie en fonctionnement. Le reste du signal amplifié est produit à la sortie du coupleur 56, et les puissances
moyenne et crête sont mesurées par le wattmètre 68.
L'alimentation 70 fournit une tension d'alimentation contrôlable au port d'alimentation 72 du DEE 44. Aux fins d'essai, la fréquence de fonctionnement est réglée à 836 MHz, et la puissance du signal d'entrée HF produit par le générateur de signaux
varie de - 9 dBm à + 7 dBm par incréments de 1 dB.
Avec la puissance d'entrée augmentant par incréments de 1 dB, la puissance moyenne du signal amplifié produit à la sortie 56 du DEE est maintenue constante en ajustant la tension d'alimentation appliquée au DEE 44 (par exemple, ici, la tension de drain du composant à effet de champ du DEE 44). En d'autres termes, la tension d'alimentation du DEE 44 est ajustée pour ajuster le gain du DEE 44, obtenant, de ce fait, une puissance de sortie moyenne constante pour différents niveaux de
puissance d'entrée.
Le générateur de signaux 40 produit un signal d'entrée qui a une modulation pour créer un signal d'entrée complexe caractérisé par une puissance moyenne et une puissance crête qui dépend du type de modulation utilisé. Dans le mode de réalisation illustré, le type de modulation est celui utilisé dans la modulation par déplacement de phase en quadrature avec décalage (MDP-4 décalée) du système de téléphones cellules AMRC NP95 avec filtrage en bande de base, tel que cela est connu dans l'art. Ce type de modulation produit un rapport crête-moyenne instantané maximum de 5,2 dB. Dans la
description, on entend par le terme de rapport crête-
moyenne le rapport de puissance crête-moyenne moyen. Cependant, le rapport crête-moyenne de niveaux de tension pourrait être utilisé sans utilisation de la
faculté inventive.
A chaque niveau de puissance d'entrée, les émissions de puissance de voies alternée et adjacente sont mesurées par un analyseur de spectres 60. La tension d'alimentation au DEE 44 est ajustée en changeant la modulation de largeur d'impulsion sur un régulateur à découpage (non représenté), tel que cela est connu dans l'art. Selon une autre solution, la tension d'alimentation pourrait être ajustée en
utilisant un régulateur série.
La figure 3 est un tracé de la tension
d'alimentation, du gain DEE, et du rapport crête-
moyenne instantané maximum sur une période de temps fini, tous par rapport à la puissance d'entrée. L'axe vertical gauche 90 est le gain en dB du DEE 44 qui correspond à la courbe de gain 92. L'axe vertical droit 94 est la tension d'alimentation en volts du DEE 44 qui
correspond à la courbe de la tension d'alimentation 96.
L'axe vertical droit 94 est également le rapport crête-
moyenne maximum en dB sur une période de temps finie et correspond à la courbe crête-moyenne 98. L'axe
horizontal 102 est la puissance d'entrée en dBm.
La figure 3 montre qu'il est possible de faire varier la tension d'alimentation du DEE 44 sur une gamme de puissances d'entrée pour maintenir une puissance de sortie constante. Pour une augmentation linéaire dans l'alimentation d'entrée, il y a une diminution linéaire dans le gain du DEE 44 en faisant
varier la tension d'alimentation au DEE.
La courbe crête-moyenne 98 est un tracé du rapport crête-moyenne maximum sur un intervalle de temps spécifié. Une technique de mesure de maintien de crête est utilisée avec l'équipement d'essai pour détecter le rapport crête-moyenne instantané maximum à chaque réglage de puissance d'entrée et de tension d'alimentation. Par exemple, le générateur de signaux (figure 2) produit un signal d'entrée qui a une modulation MDP-4 décalée similaire à celle utilisée pour le système cellulaire AMRC NP-95. Par conséquent, le rapport crête-moyenne instantané maximum du signal d'entrée est de 5,2 dB. Lorsque le DEE 44 est linéaire et n'introduit pas de distorsion significative, le rapport crête-moyenne instantané maximum mesuré devrait
être proche de 5,2 dB.
Pour une faible puissance d'entrée (par exemple, - 9 dBm) et une tension d'alimentation de 3,2 V, la courbe crête-moyenne 98 montre que le DEE 44 est linéaire. Ce qui est mis en évidence par le fait que le rapport crêtemoyenne instantané maximum enregistré à l'entrée - 9 dBm est approximativement de 5,2 dB; le DEE 44 n'introduit aucune distorsion (par exemple, écrêtage du signal) aux faibles niveaux de puissance
d'entrée.
De plus, la courbe crête-moyenne 98 montre qu'à mesure que la puissance d'entrée au DEE 44 est augmentée et que la tension d'alimentation du DEE 44 est ajustée pour maintenir une puissance de sortie constante, le rapport crête-moyenne instantané maximum
sur une période de temps finie diminue monotoniquement.
La diminution monotone du rapport crête-moyenne indique ici qu'une opération de différence peut être utilisée dans une boucle d'asservissement pour régler un rapport o crête-moyenne instantané maximum désiré sur une période de temps finie, en maintenant la stabilité de la boucle d'asservissement. Ces résultats sont applicables à différentes puissances de sortie, différentes conceptions d'amplificateur de puissance utilisant un dispositif à semi-conducteur identique, ou même différentes technologies de dispositif à amplificateur de puissance, telles que la technologie des transistors
bipolaires ou des transistors à effet de champ (TEC).
La figure 4 est un tracé de puissance de voie adjacente, de puissance de voie alternée, et de rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de
temps finie, tous par rapport à la puissance d'entrée.
Une fois de plus, la puissance de sortie est maintenue constante à 20 dBm en faisant varier la tension
d'alimentation.
L'axe vertical gauche 112 est la puissance des voies adjacente et alternée en dBc du DEE 44. L'axe horizontal 114 est la puissance d'entrée en dBm. La courbe AdjCP_low 116 est la puissance de la voie adjacente de sortie sur le côté bas de la voie de fonctionnement. Par exemple, la voie de fonctionnement du signal d'entrée est réglée à 836 MHz. La puissance de la voie adjacente sur le côté bas est donc la puissance dans une largeur de bande de 30 KHz de 885 KHz en dessous de 836 MHz. De manière similaire, la courbe AdjCPhigh 118 est la puissance de la voie
adjacente de sortie de 885 KHz au-dessus de 836 MHz.
La courbe AltCPlow 120 est la puissance de la voie alternée de sortie de 1,98 MHz en dessous de 836 MHz. De manière similaire, la courbe AltCPhigh 122 est la puissance de la voie alternée de sortie de 1,98 MHz au-dessus de 836 MHz. La figure 4 représente également la courbe limite Adj_spec 124 correspondant à la limite
de spécification de la puissance de voie adjacente (-
42 dBc) et la courbe limite Altspec 126 correspondant à la limite de spécification de la puissance de la voie alternée (- 54 dBc), toutes les deux suivant la spécification AMRC NP-95. Les limites de spécification
varient pour différents standards cellulaires.
L'axe vertical droit 128 est le rapport crête-
moyenne instantané maximum sur une période de temps
finie exprimé en dB qui correspond à la courbe crête-
moyenne 130. La courbe crête-moyenne 130 est la même courbe que la courbe crête-moyenne 98 de la figure 3 en
ce que les deux courbes représentent les mêmes données.
Lorsque le signal d'attaque est augmenté et la puissance de sortie est maintenue constante, la puissance de la voie adjacente et la puissance de la voie alternée augmentent. A noter que pour des puissances de voie alternée et de voie adjacente inférieures à approximativement - 55 dBc, les mesures sont limitées par les limitations de l'instrumentation d'essai (par exemple, gamme dynamique de l'analyseur de spectres 60 de la figure 2 et pureté spectrale du générateur de signaux 40). Cependant, pour des points de données proches du lieu o les puissances de voie alternée et de voie adjacente coupent leurs limites de spécification, les courbes de puissances de voie
alternée et de voie adjacente sont monotones.
Près de la région 136 de conformité de spécification pour la puissance de voie adjacente et de la région 138 de conformité de spécification pour la puissance de voie alternée, le rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de temps finie est inversement proportionnel à la puissance, à la fois, de la voie alternée et de la voie adjacente. Avec ce DEE 44 particulier, lorsque la puissance d'entrée est augmentée, la limite de spécification pour la puissance de voie adjacente est atteinte avant que la limite de spécification pour la puissance de voie alternée ne soit atteinte. Par conséquent, pour l'amplificateur de puissance particulier utilisé comme le DEE 44, le rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de temps finie peut être surveillé pour régler la tension d'alimentation pour obtenir une puissance de voie adjacente désirée, et qui assurera également la conformité de spécification pour la puissance de voie alternée. Puisque le rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de temps finie peut être contrôlé de manière prévisible, la puissance de voie adjacente peut être également contrôlée. En contrôlant le rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de temps finie à la sortie d'un amplificateur de puissance, les puissances de voie alternée et de voie adjacente sont indirectement contrôlées. Ce qui fournit une manière prévisible et efficace de contrôle
des puissances de voie alternée et adjacente.
A titre d'exemple, pour le système cellulaire AMRC NP-95, la limite de spécification pour la puissance de voie adjacente est - 42 dB. Le point de croisement 150 (figure 4) o la puissance de voie adjacente croise la limite de spécification correspond à un rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de temps finie d'approximativement 2,6 dB, tel que représenté par la ligne en pointillés 152. Ainsi, pour un émetteur utilisant un amplificateur de
puissance qui comprend le DEE 44, le rapport crête-
moyenne instantané maximum sur une période de temps finie est maintenue à approximativement 2,6 dB pour conserver les puissances de voie alternée et adjacente à l'intérieur de la spécification. Pour fournir une marge, le circuit amplificateur de puissance peut maintenir le rapport crêtemoyenne instantané maximum sur une période de temps finie à un rapport de 2,8 dB
ou 3 dB.
La figure 5 est un schéma fonctionnel d'un circuit d'amplification de puissance 300 utilisé dans l'émetteur 16 (figure 1). Le circuit d'amplification de puissance 300 comprend un amplificateur de puissance 172 couplé par un coupleur HF 176 et un détecteur d'enveloppe 178 à un détecteur de crête-moyenne 180. Le détecteur de crête-moyenne 180 est couplé au contrôleur 181. Le contrôleur 181 est couplé par un circuit de commande de tension 182 au port d'alimentation 186 de l'amplificateur de puissance 172. Le contrôleur 181 comprend un comparateur 202 couplé à un convertisseur
numérique-analogique (CNA) 204.
Le détecteur de crête-moyenne 180 a un convertisseur analogique-numérique (CAN) 192 couplé à un circuit d'échantillonnage de moyenne 183 et à un circuit d'échantillonnage de crête 185. Le circuit d'échantillonnage de crête est couplé à un circuit de crête-moyenne 189, et le circuit de crête-moyenne est couplé à un circuit log 191. Le circuit log 191 alimente un circuit de rapport 193. Le circuit d'échantillonnage de moyenne 183 est couplé à un circuit log 187, et le circuit log alimente le circuit
de rapport 193.
Un signal d'entrée HF avec modulation est appliqué à l'amplificateur de puissance 172 par l'entrée 170. L'amplificateur de puissance 172 produit un signal amplifié à la sortie 174. Une partie du signal amplifié est couplé par le coupleur 176 au
détecteur d'enveloppe 178.
Le détecteur d'enveloppe sert à extraire le signal de porteuse HF du signal amplifié. Par exemple, le détecteur d'enveloppe peut comprendre une paire appariée de diodes avec circuits de résistances et de
condensateurs, tel qu'on les connaît dans l'art.
L'utilisation d'une paire de diodes appariées compense
les variations de température d'une diode simple.
Le signal résultant est appliqué au détecteur de crête-moyenne 180. Le détecteur de crête-moyenne 180 calcule un niveau moyen (par exemple, une puissance moyenne) du signal amplifié sur une période de temps prédéterminée. Le détecteur de crête-moyenne détecte également les niveaux de crête du signal amplifié pour calculer une valeur moyenne de toutes les crêtes qui se trouvent à l'intérieur de la même période de temps prédéterminée. Le détecteur de crête-moyenne 180 produit sur la ligne 196 un signal qui dénote le rapport crête-moyenne moyen sur la période detemps prédéterminée. Le CAN 192 échantillonne le signal suffisamment rapidement pour obtenir une lecture précise de la tension détectée instantanément produite par le détecteur d'enveloppe. Le signal numérique produit par le CAN 192 est appliqué au circuit d'échantillonnage de moyenne 183 et au circuit d'échantillonnage de crête 185. Le circuit d'échantillonnage de moyenne 183 comprend un circuit logique cadencé classique pour calculer et moyenner plusieurs échantillons produits par le CAN 192. Par exemple, le circuit d'échantillonnage de moyenne 183 peut calculer la moyenne de vingt échantillons, et comme chaque échantillon successif est produit par le CAN 192, le circuit d'échantillonnage de moyenne 183 met à jour la
moyenne.
Un signal représentatif du niveau de moyenne est appliqué au circuit log classique 187 pour prendre le logarithme du niveau de moyenne. La valeur log est
appliquée comme une entrée au circuit de rapport 193.
Le circuit d'échantillonnage de crête 185 comprend un circuit logique cadencé classique pour détecter des niveaux de crête à partir des échantillons numériques. Le circuit de crête de moyenne comprend également un circuit cadencé classique pour calculer une moyenne des niveaux de crête sur un nombre d'échantillons prédéterminé. Exposé selon une autre solution, le circuit de crête de moyenne 185 calcule la une moyenne des niveaux de crête sur une période de
temps prédéterminée.
Un signal représentatif du niveau de crête de moyenne est appliqué au circuit log classique 191 pour prendre le logarithme du niveau de crête de moyenne. La valeur log est appliquée comme une seconde entrée au circuit de rapport 193. Le circuit de rapport 193 est un circuit logique cadencé classique pour produire un rapport de crête-moyenne moyen du signal amplifié sur
une période de temps prédéterminée.
Le détecteur crête-moyenne 180 produit un signal sur la ligne 196 qui représente le rapport de puissance crête-moyenne moyen sur une période de temps prédéterminée. Le contrôleur 181 est destiné à ajuster la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 en réponse à l'indication des niveaux de puissance de crête et du niveau de puissance de moyenne pour provoquer la diminution de la tension d'alimentation lorsqu'un rapport crête-moyenne moyen du
signal amplifié augmente au-dessus d'un rapport crête-
moyenne moyen désiré, et pour provoquer l'augmentation
de la tension d'alimentation lorsque le rapport crête-
moyenne moyen diminue en dessous du rapport crête- moyenne moyen désiré. Le contrôleur 181 commande l'amplificateur de puissance 171 pour qu'il maintienne le rapport crête-moyenne moyen sensiblement égal au
rapport crête-moyenne moyen désiré.
Ainsi, le rapport crête-moyenne moyen résultant que le détecteur de crêtemoyenne 180 calcule est appliqué par la ligne 96 au comparateur 202. Un point de consigne de rapport crête-moyenne moyen désiré est également appliqué au comparateur 202. Le point de consigne est appliqué au comparateur 202 par la
première entrée de point de consigne 198.
Le comparateur 202 produit un signal
représentatif de la différence entre le rapport crête-
moyenne moyen et le rapport crête-moyenne moyen désiré.
Par exemple, le comparateur 202 peut comprendre un système de régulation à action proportionnelle et intégrale classique, tel qu'il est connu dans l'art. Le signal est converti en un signal de commande analogique par le CNA 204, et le signal de commande analogique est appliqué au port d'alimentation 186 de l'amplificateur de puissance 172 par le circuit de commande de tension 182. Le CNA 204 commande la tension régulée de l'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 de
manière à réduire la différence entre le rapport crête-
moyenne moyen et le rapport crête-moyenne moyen désiré.
En ajustant la tension d'alimentation de
l'amplificateur de puissance 172, le rapport crête-
moyenne moyen se rapprochera du rapport crête-moyenne moyen désiré. Ainsi, le contrôleur 181 produit un signal de commande apte à répondre à l'indication des niveaux de puissance de crête et du niveau de puissance de moyenne. Le circuit de commande de tension 182 traite le signal de commande pour produire la tension d'alimentation. Le circuit de commande de tension 182 comprend un d'un régulateur de tension série et d'un régulateur à découpage, tels qu'ils sont connus dans l'art. En maintenant le rapport crête-moyenne moyen, le circuit d'amplification de puissance 300 garantit également que la puissance de la voie adjacente et la puissance de la voie alternée sont à l'intérieur de la spécification. Ainsi, l'efficacité de l'amplificateur de puissance 172 est améliorée en réglant la tension d'alimentation à la valeur minimale nécessaire pour produire la puissance de sortie correcte tout en restant à l'intérieur de la spécification pour la puissance de la voie adjacente et la puissance de la
voie alternée.
Tel que noté précédemment, la changement de la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 modifie le gain de l'amplificateur de puissance 172. Ainsi, alors que le circuit d'amplification de puissance 300 ajuste la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 pour obtenir un certain rapport crête-moyenne moyen, le gain de
l'amplificateur de puissance 172 change.
Le changement de gain de l'amplificateur de puissance 172 peut se justifier en ajoutant une boucle d'asservissement supplémentaire au circuit d'amplification de puissance 300. La boucle d'asservissement supplémentaire comprend un circuit à gain variable, ici un amplificateur à gain variable 206
couplé à l'entrée de l'amplificateur de puissance 172.
Le contrôleur 181 contrôle un gain de l'amplificateur à gain variable 206 en réponse à l'indication de la puissance moyenne pour que la puissance moyenne soit sensiblement égale à une puissance de sortie moyenne
désirée.
Le détecteur de crête-moyenne 180 calcule le niveau de puissance moyenne du signal amplifié sur la période de temps prédéterminée. Une indication de la puissance moyenne est appliquée par la ligne 210 à un second comparateur 214. Un point de consigne de puissance moyenne désirée est également appliqué au second comparateur 214. Le point de consigne de puissance moyenne est appliqué au second comparateur 214 par une seconde entrée de point de consigne 212. Le point de consigne de puissance moyenne désirée change lorsque la puissance de sortie moyenne désirée change, et le point de consigne de puissance moyenne désirée est généré par le bloc de commande 20 (figure 1). Selon une autre solution, le contrôleur 181 (figure 5) peut
être une partie du bloc de commande 20 (figure 1).
Le second comparateur 214 génère un signal de différence représentatif de la différence entre la puissance de sortie moyenne et la puissance de sortie moyenne désirée. Le signal de différence est appliqué au CNA 216, et le CNA 216 applique un signal de commande de gain à l'AGV 206. L'AGV 206 ajuste ensuite son gain pour le rapprocher de la puissance de sortie moyenne désirée. Le gain variable de l'AGV 206 peut être placé dans une partie différente du trajet de propagation de l'émetteur 16 (figure 1). De plus, le gain variable de l'AGV 206 peut être réparti le long de différentes parties du trajet de propagation d'émission. Ainsi, le circuit d'amplification de puissance peut comprendre une boucle interne pour contrôler le rapport crête-moyenne moyen et une boucle externe pour contrôler le niveau de puissance de sortie moyenne. La boucle externe fonctionne plus rapidement que la boucle interne pour garantir que la puissance de sortie
moyenne désirée est maintenue.
A titre d'exemple, pour une puissance de sortie moyenne désirée de 20 dBm, la boucle de sortie contrôlera le gain de l'AGV 206 avec la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 réglée initialement à une tension maximale. Suivant la figure 3, I'AGV 206 aurait initialement un gain tel pour fournir une puissance d'entrée à l'amplificateur de puissance 172 de - 9 dBm, et la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 serait initialement d'approximativement 3,2 V. La tension d'alimentation et la puissance d'entrée de cet amplificateur de puissance 172 satisferont la boucle externe pour produire la puissance de sortie de 20 dBm
désirée, mais ne produiraient pas le rapport crête-
moyenne moyen désiré. En référence à la figure 3, le rapport crêtemoyenne instantané maximum sur une période finie à la tension d'alimentation et à la puissance d'entrée de l'amplificateur de puissance
initial 172 est d'approximativement 5,2 dB.
La boucle interne ajuste la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 172 dans
la direction nécessaire pour obtenir le rapport crête-
moyenne moyen désiré. Lorsque la tension d'alimentation varie, la boucle externe ajuste continuellement le gain de l'AGV 206 jusqu'à ce que la puissance de sortie moyenne désirée soit obtenue. Lorsque les deux points de consigne sont atteints, les boucles sont stabilisées. Dans un autre mode de réalisation, les calculs de puissances crête et moyenne sont réalisés avec un d'un microprocesseur ou d'un processeur numérique du signal (non représenté) au lieu du circuit logique du détecteur de crêtemoyenne 180 de la figure 5. Dans un autre mode de réalisation, un circuit analogique (non représenté) peut être utilisé immédiatement après le détecteur d'enveloppe 178 (figure 5) pour détecter la puissance de crête moyenne et la puissance moyenne, telles qu'elles sont connues dans l'art. Ces niveaux détectés sont ensuite appliqués au circuit CAN, et le
rapport crête-moyenne moyen peut être calculé.
La figure 6 est une forme d'onde échantillon représentant un signal ayant une valeur moyenne désignée par l'axe de temps horizontal 230 et un
rapport crête-moyenne instantané maximum 232 de 5,2 dB.
Le rapport crête-moyenne moyen désiré 234 est approximativement de 2,6 dB (pour satisfaire les spécifications de la voie adjacente et de la voie alternée). Dans le mode de réalisation illustré, la période de temps prédéterminée pour laquelle le rapport crête-moyenne moyen est calculé est de 100 microsecondes. D'autres périodes de temps peuvent être utilisées. Toutes les valeurs de crête instantanées à l'intérieur de la période de temps prédéterminée sont
détectées et utilisées pour calculer le rapport crête-
moyenne moyen sur la période de temps prédéterminée.
La figure 7 représente un procédé d'amplification d'un signal HF. Le procédé commence au bloc 250, et au bloc 251, la puissance de sortie moyenne désirée est obtenue. Au bloc 252, un amplificateur de puissance
amplifie le signal HF pour produire un signal amplifié.
Au bloc 254, une puissance de sortie moyenne du signal amplifié est détectée, et au bloc 256, des niveaux de crête du signal amplifié sont détectés, et une moyenne
des niveaux de crête est calculée.
Un rapport crête-moyenne moyen du signal amplifié sur une période de temps est calculé au bloc 258. Le rapport crête-moyenne moyen peut être sur une période de temps ou sur un nombre fini de niveaux de crête (par exemple, niveaux de crête échantillonnés). Selon une autre solution, un rapport crête-moyenne maximum, comme dans le système d'essai de la figure 2, est utilisé. De plus, le rapport crête-moyenne peut être un rapport crête-moyenne maximum sur un nombre prédéterminée de
niveaux de crête.
Au bloc de décision 260, si le rapport crête- moyenne moyen augmente audessus d'un niveau prédéterminé, la tension d'alimentation de
l'amplificateur de puissance est abaissée au bloc 262.
Au bloc de décision 264, si le rapport crête-moyenne moyen diminue audessus d'un niveau prédéterminé, la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance
est augmentée au bloc 266.
Au bloc de décision 268, si la puissance de sortie moyenne n'est pas sensiblement égale à une puissance de sortie moyenne désirée, l'amplitude de puissance moyenne du signal HF est ajustée au bloc 270 pour produire le signal amplifié avec la puissance moyenne désirée. L'amplitude moyenne est ajustée en faisant varier le gain d'un circuit à gain variable
précédant l'amplificateur de puissance.
Si au bloc de décision 272, l'amplification du signal HF est terminée (par exemple, l'émission du signal HF par un émetteur est finie), le procédé prend fin à 274. Si l'amplification du signal HF n'est pas
terminée, le procédé continue au bloc 251.
L'alimentation est ajustée jusqu'à ce que le rapport crête-moyenne moyen soit sensiblement égal à un niveau prédéterminé, et le gain du circuit à gain variable varie jusqu'à ce que la puissance de sortie moyenne désirée soit obtenue. Par conséquent, pour une certaine puissance de sortie moyenne désirée, les étapes d'ajustement de la tension d'alimentation et de variation du gain seront réalisées plusieurs fois
jusqu'à ce que les objectifs soient atteints.
La description précédente des modes de
réalisation préférés sont fournis pour permettre à l'homme du métier de réaliser ou d'utiliser le circuit d'amplification de puissance avec ajustement d'alimentation. Différentes modifications de ces modes de réalisation apparaîtront facilement à l'homme du métier, et les principes de base définis ici peuvent être appliqués à d'autres modes de réalisation sans l'utilisation de la faculté inventive. Par exemple, le détecteur crête-moyenne 180 (figure 5) calcule le rapport crête-moyenne moyen. Selon une autre solution, le contrôleur 181 (figure 5) peut calculer le rapport
crête-moyenne moyen.
De plus, le circuit d'amplification de puissance 300 (figure 5) peut être utilisé dans des radiotéléphones portables dans des systèmes cellulaires basés sur l'accès multiple par répartition dans le temps (AMRT) NP-136, l'AMRC NP-95, et des générations futures de téléphonie cellulaire. Plus généralement, le circuit d'amplification de puissance 300 peut être utilisé pour des radiotéléphones qui utilisent des combinaisons de modulation linéaire, telles que modulation par déplacement de phase (MDP) et modulation d'amplitude en quadrature (MAQ), dans lesquelles le signal d'entrée a une enveloppe de modulation d'amplitude. Le circuit d'amplification de puissance peut être utilisé à des fréquences de fonctionnement et des puissances de sortie autres que celles données dans
le mode de réalisation préféré.
Dans un autre mode de réalisation, le circuit d'amplification de puissance utilise la boucle d'asservissement interne pour contrôler le rapport crête-moyenne moyen du signal amplifié pendant seulement une partie de la gamme dynamique totale de l'émetteur. Par exemple, le rapport crête-moyenne moyen peut être contrôlé (et, en fin de compte, les puissances de la voie adjacente et de la voie alternée contrôlées) pendant seulement une partie supérieure de la gamme dynamique totale de la puissance de sortie moyenne. Dans un autre mode de réalisation, le circuit d'amplification de puissance ajuste la tension d'alimentation suivant un type de détermination différent de la différence entre la puissance de crête et la puissance moyenne sur une période de temps prédéterminée. Plus spécialement, un détecteur de crête-moyenne couplé à une sortie d'un amplificateur de puissance détecte un niveau de crête du signal amplifié sur une période de temps prédéterminée et un niveau moyen du signal amplifié sur la période de temps prédéterminée. Le détecteur de crête-moyenne fournit une indication d'une différence entre le niveau de crête et le niveau de moyenne. Ce qui est similaire à la détermination du rapport crête-moyenne instantané maximum sur une période de temps finie, tel qu'utilisé dans le système d'essai expérimental de la figure 2. Un circuit détecteur similaire à celui représenté à la figure 5 avec quelques modifications peut être utilisé pour la détermination de la différence. De plus, le circuit détecteur divulgué dans la demande de brevet américaine simultanément pendante, N . de série (N . de dossier CS90025), déposée ci-inclus par Klomsdorf et coll. et intitulée "POWER AMPLIFYING
CIRCUIT WITH LOAD ADJUST FOR CONTROL OF ADJACENT AND
ALTERNATE CHANNEL POWER" (CIRCUIT D'AMPLIFICATION DE
PUISSANCE AVEC AJUSTEMENT DE CHARGE POUR CONTROLER LA
PUISSANCE DE LA VOIE ALTERNEE ET ADJACENTE), peut être utilisé pour déterminer le rapport crête-moyenne. Un contrôleur ajuste ensuite une tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance apte à répondre à la différence entre le niveau de crête et le niveau de moyenne pour provoquer la diminution de la tension d'alimentation lorsque la différence entre le niveau de crête et le niveau de moyenne augmente au- dessus d'un niveau prédéterminé et pour provoquer l'augmentation de la tension d'alimentation lorsque la différence entre le niveau de crête et le niveau de moyenne diminue en dessous du niveau prédéterminé. Ainsi, le contrôleur provoque le maintien par l'amplificateur de puissance de la différence entre le niveau de crête et le niveau
de moyenne sensiblement égale à un niveau prédéterminé.
Le circuit d'amplification de puissance assure une manière très efficace d'amélioration de l'efficacité d'un amplificateur de puissance en maintenant nécessaire les performances de puissance de la voie adjacente et de la voie alternée. L'efficacité est améliorée en ajustant la tension d'alimentation pour faire fonctionner l'amplificateur de puissance plus près de la saturation. La puissance de la voie adjacente et de la voie alternée peut résulter du circuit d'émission qui précède l'amplificateur de puissance dans le trajet de propagation. De plus, l'amplificateur de puissance peut contribuer à la puissance totale de la voie adjacente et de la voie alternée. Le circuit d'amplification de puissance permet un contrôle efficace de la puissance de la voie adjacente et de la voie alternée produite par un émetteur d'un radiotéléphone portable. Le circuit d'amplification de puissance permet également un contrôle de la puissance de la voie adjacente et de la voie alternée pour compenser les variations entre les parties, les variations de température, les variations d'impédance de charge, et les variations de fréquence présentes
dans les radiotéléphones portables.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Circuit d'amplification de puissance (300) caractérisé par: un amplificateur de puissance (172) pour amplifier un signal d'entrée pour produire un signal amplifié; un détecteur de crête-moyenne (180) couplé à une sortie de l'amplificateur de puissance (172), le détecteur de crêtemoyenne (180) pour détecter des niveaux de crête du signal amplifié et un niveau de moyenne du signal amplifié et pour fournir une indication des niveaux de crête et une indication du niveau de moyenne; et
un contrôleur (181) couplé au détecteur de crête-
moyenne (180) et à l'amplificateur de puissance (172), le contrôleur (181) pour ajuster une tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance (172) apte à répondre à l'indication des niveaux de crête et à l'indication du niveau de moyenne pour provoquer la diminution de la tension d'alimentation lorsqu'un
rapport crête-moyenne du signal amplifié augmente au-
dessus d'un niveau prédéterminé et pour provoquer l'augmentation de la tension d'alimentation lorsque le rapport crête-moyenne du signal amplifié diminue en
dessous du niveau prédéterminé.
2. Circuit d'amplification de puissance (300), selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le contrôleur (181) ajuste la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance (172) pour provoquer la diminution de la tension d'alimentation lorsqu'un rapport crête-moyenne moyen du signal amplifié augmente au-dessus d'un rapport crête-moyenne moyen désiré et pour provoquer l'augmentation de la tension d'alimentation lorsque le rapport crête-moyenne moyen
du signal amplifié diminue en dessous du rapport crête-
moyenne moyen désiré.
3. Circuit d'amplification de puissance (300), selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le contrôleur (181) provoque le maintien par
l'amplificateur de puissance (172) du rapport crête-
moyenne moyen sensiblement égal au rapport crête-
moyenne moyen désiré.
4. Circuit d'amplification de puissance (300), selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le rapport crête-moyenne moyen comprend un rapport d'une moyenne des niveaux de crête du signal amplifié au niveau de moyenne du signal amplifié sur une période
de temps prédéterminée.
5. Circuit d'amplification de puissance (300), selon la revendication 4, caractérisé par le fait que
le détecteur de crête-moyenne calcule le rapport crête-
moyenne moyen.
6. Circuit d'amplification de puissance (300), selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le contrôleur (181) calcule le rapport crêtemoyenne moyen.
7. Procédé d'amplification d'un signal haute fréquence (HF) , le procédé étant caractérisé par: l'amplification (252) du signal HF avec un amplificateur de puissance pour produire un signal amplifié; la détection (254, 256) d'un niveau de sortie moyen et de niveaux de crête du signal amplifié; le calcul (258) d'un rapport crête-moyenne du signal amplifié; et la diminution (262) d'une tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance lorsque le rapport crête-moyenne augmente audessus d'un niveau prédéterminé, ou l'augmentation (266) de la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance lorsque le rapport crêtemoyenne diminue en-dessous d'un niveau prédétermine.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé de plus par l'ajustement (268) d'une amplitude moyenne du signal HF pour produire le signal amplifié avec une
puissance moyenne désirée.
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le rapport crête-moyenne comprend un rapport crête-moyenne maximum sur une période de temps
ou sur plusieurs niveaux de crête.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le rapport crête-moyenne comprend un rapport crête-moyenne moyen sur une période de temps ou
sur plusieurs niveaux de crête.
FR0009163A 1999-07-22 2000-07-13 Circuit d'amplification de puissance avec ajustement d'alimentation pour controler la puissance de la voie alternee et adjacente Expired - Lifetime FR2797361B1 (fr)

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