FR2829316A1 - Attenuateur commande - Google Patents

Abstract

Atténuateur commandé (24) ayant une entrée (26) et une sortie (29), caractérisé en qu'il comporte une première résistance (27) et un premier condensateur (30) branché en série entre l'entrée et la sortie; un premier transistor shunte (33), commandé, branché entre la sortie et la borne d'entrée par l'intermédiaire d'une seconde résistance (34), et un transistor de dérivation (28), commandé branché entre l'entrée et la sortie.L'atténuateur commandé (24) peut faire partie d'un circuit radiorécepteur (20), en étant positionné entre un circuit d'allumage (23) et un amplificateur à faible bruit (25).

Description

automobile.

La présente invention concerne un atténuateur commandé.

On utilise fré qu emment le s atténu ate urs commandés en amont d'un amplificateur à faible bruit (LNA) dans le chemin du signal d'un récepteur radio. Les atténuateurs commandés sont également con s nus comme atténuateurs commutables ou programmables. La fonction habituelle de l'atténuateur est d'améliorer la linéarité et les caractéristi ques de puissance du récepteur sans augmenter le bruit ou réduire le gain lorsque le rapport signal/bruit (S/ B) est suffisamment élevé pour que sa réduction se fasse au détriment d'une perte d'information. Un tel atté o nuateur est décrit dans le document US 6 147 568. Il est représenté

schématiquement à la figure 1.

Selon la figure 1, l'atténuateur 10 se compose d'une paire de transistors bipolaires Q1 et Q2 de type npn ayant leur chemin émet teur/collecteur branché en montage antiparallèle entre un point 1 dans le s chemin d'entrée du signal de fréquence radio et le chemin de retour du signal G (représenté comme potentiel de masse). Une tension de polarisa tion est appliquée au point 1 du chemin d'entrée de signal et à l'électrode de collecteur du transistor Q1 et reliée à l'électrode d'émetteur du tran sistor Q2 par une résistance R2 de forte valeur à partir d'une source de tension Vr. Les bases des transistors 91, Q2 sont destinées à être polari sées individuellement par l'intermédiaire d'un ctrcuit de commande de polarisation 3. Le point 1 du chemin du signal d'entrée est relié à l'entrée

d'un amplificateur à faible bruit 2 par un condensateur de couplage C1.

Les transistors Q1, Q2, le ctrcuit de commande 3, le con 2s densateur C1 et l'ampliflcateur 2 peuvent tous être réalisés sur une puce

4 de ctrcuit intégré dans le chemin du signal de fréquence radio.

Lorsque des courants de polarisation fournis par le circuit de commande 3 sont nuls, les deux transistors Q1, Q2 sont bloqués et le signal d'entrée à la fréquence radio traverse l'amplificateur 2 sans être at ténué. Lorsque des courants de polarisation sont fournis par le circuit 3, les deux transistors Q1, Q2 sont saturés et leur faible impédance dynami que de sortie shunte le signal d'entrée vers la masse. L'atténuation réelle

dépend de la valeur de l'impédance shunte.

L'atténuateur fonctionne selon deux modes: le mode préré 3s glé et le mode variable. En mode préréglé, les courants de polarisation des bases sont commutés entre la valeur zéro et les valeurs respectives qui assurent l'atténuation préréglée. En mode d'atténuation variable, les cou rants de polarisation varient soit par étape soit de manière continue pour

réaliser l'atténuation requise.

Comme l'atténuateur bloqué ne constitue la source d'aucun bruit significatif, les transistors Q l, Q2 ont chacun une surface d'émetteur aussi réduite que possible pour l'atténuation maximale re quise, pour limiter le bruit arrivant du substrat et des résistances parasi tes non représentées. Dans ces conditions, la polarisation par la source Vr polarise les jonctions collecteur/base du transistor Ql et émetteur/base du transistor Q2 pour diminuer les capacités des jonctions. La valeur o maximale de ce potentiel de polarisation inverse est limitée par la tension inverse maximale de sécurité pour la jonction émetteur/base du transistor Q2. La valeur de la résistance R2 est de l'ordre de lO kQ ou plus pour ré

duire la composante de bruit.

Lorsque l'atténuateur est appliqué, il doit étre très linéaire.

C'est pourquoi les deux transistors Ql, Q2 sont branchés selon un mon tage antiparallèle. La connexion antiparallèle des transistors Ql, Q2 as sure que l'un est toujours dans le sens << normal " de fonctionnement et l'autre travail en sens inverse pour n'importe quelle polarité du signal d'entrée à la fréquence radio si bien que les impédances dynamiques de o sortie, combinées sont beaucoup plus linéaires dans la plage des tensions concernées. Les bases des transistors Ql, Q2 sont polarisées de façon indépendante car le transistor travaillant en sens inverse a une impédance d'entrée plus faible et peut " prélever >' la plus grande partie du courant de polarisation si les bases étaient connectées. L'impédance de sortie des deux transistors en parallèle reste linéaire au moins dans la plage de + ou - lOOmV dans les chemins collecteur/émetteur et le courant de court-circuit peut atteindre le courant de polarisation multiplié par le coefficient bêta direct. Il en résulte une atténuation linéaire des signaux

de puissance d'entrée jusqu'à 3-lO dBm selon la valeur de l'atténuation.

La puissance d'entrée maximale peut étre augmentée si une résistance R3 de faible valeur est branchée en série entre le point l et le point de con nexion du collecteur et de l'émetteur respectif des transistors Ql, Q2. Cela améliore également la linéarité de l'atténuateur lO mais pour le méme ni veau maximum d'atténuation, il faut augmenter la surface de l'émetteur et du collecteur des transistors Ql, Q2 ainsi que les courants de polarisa tion. Aux fréquences élevées ces surfaces augmentées engendrent un bruit

plus important arrivant du substrat et des résistances parasites.

Pour augmenter la plage d'atténuation il est possible de brancher en parallèle deux ou plusieurs atténuateurs comme

l'atténuateur 10.

L'atténuateur de la figure 1 a l'inconvénient que s l'impédance d'entrée du récepteur dépend de l'atténuation assurée par

l'atténuateur ce qui peut créer des problèmes d'adaptation.

Un atténuateur à diodes PIN tel que celui décrit dans le do cument << Reducing IM Distortion in CDMA Cellular >>, Dick Bain, RF De sign, December 1997, pages 46-53, nécessite un ctrcuit d'adaptation o distinct; or ce circuit occupe une surface importante sur la plaque de ctr cuit imprimé du récepteur. Un amplificateur à gain commandé LNA tel que celui décrit dans le document < A Direct Conversion Receiver for 900 MHz (ISM Band) Spead-Spectrum Digital Cordless Telephone ", Hull, IEEE J. SolidState Circuits, Vol. 31, No. 12, 1996, pages 1955-1963 peut être s intogré à une puce de récepteur mais n'améliore pas les caractéristiques de linéarité et le traitement de la puissance en proportion directe avec les

niveaux d'atténuation.

La présente invention a pour but de remédier à ces incon vénients et concerne à cet effet un atténuateur commandé, caractérisé en ce qu'il comporte: - une première résistance et un premier condensateur branché en série entre l'entrée et la sortie, - un premier transistor shunte, commandé, branché entre la sortie et la borne d'entrée par l'intermédiaire d'une seconde résistance, et - un transistor de dérivation, commandé branché entre l'entrée et la sor tie. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre le schéma d'un atténuateur selon l'art antérieur, - les figures 2 et 3 montrent des schémas de récepteurs radio compor

tant des atténuateurs commandés selon l'invention.

Selon la figure 2, un récepteur radio 20 comprend en série entre l'entrée de fréquence radio RF, 21 et la sortie de fréquence radio RF 3s 22, un ctrcuit adaptateur 23, un atténuateur commandé 24 et un amplifi cateur à faible bruit (LNA) 25. L'atténuateur 24 et l'amplificateur LNA 25 sont intégrés dans une seule puce alors que le circuit adaptateur 23 est un circuit extérieur. L'entrée 26 de l'atténnateur 24 est polarisce par une source de tension Vr par l'intermédiaire d'une première résistance 27 de forte valeur. Un transistor à effet de champ 28 de type N de dérivation est branché entre l'entrée 26 et la sortie 29 de l'atténuateur 24 par l'intermédiaire d'un premier condensateur 30. Le condensateur 30 permet s à l'amplificateur LNA 25 et à l'atténuateur 24 d'étre polarisé indépendam ment. Un second condensateur 31 et une seconde résistance 32 sont branchés en série entre l'entrée 26 de l'atténuateur et le premier conden sateur 30. Un premier transistor de mise à la masse 33 est branché entre le n_ud de la connexion de la seconde résistance 32 et du premier con

o densateur 30 et la masse par l'intermédiaire d'une troisième résistance 34.

L'impédance du second condensateur 31 est sensiblement égale à la va leur de la partie imaginaire de l'impédance d'entrée de l'amplificateur LNA 25. La capacité du premier condensateur 30 est beaucoup plus élevée que celle du second condensateur 31. La somme des résistances de la seconde s résistance 32 et de la troisième résistance 33 est approximativement égale à la partie réelle de l'impédance d'entrée de l'amplificateur LNA 25. Le fonctionnement de l'atténuateur 24 est le suivant: Lorsqu'il ne faut pas d'atténuation, un signal de commande X appliqué à l'électrode de porte du transistor de mise à la masse 33 est o de niveau b as et le signal X appliqué à l' électrode de porte du transistor de dérivation 28 est de niveau haut. Ainsi, le transistor de mise à la masse 33 est bloqué isolant la sortie 29 par rapport à la masse; le transistor de dérivation 28 est débloqué de sorte qu'il relie l'entrée 26 à la sortie en court- circuitant la seconde résistance 32. Si le transistor de dérivation 28 s est grand, la capacité parasite de sa source et son drain shunte le signal d'entrée et risque de transmettre le bruit du substrat. Toutefois, si le tran sistor est petit, sa résistance série est élevée ce qui génère du bruit. La taille du transistor de dérivation 28 est choisie comme compromis suivant

le récepteur auquel il est destiné.

o S'il faut de l'atténuation, le signal X passe au niveau bas et le signal X au niveau haut. C:ela bloque le transistor de dérivation 28 et la seconde résistance 32 devient active dans la mesure o elle atténue alors le signal appliqué à l'entrée. Le transistor de mise à la masse 33 se déblo

que coupant ainsi une partie du signal reçu sur l'entrée 26 vers la masse.

s Dans ces conditions, la valeur de l'atténuation obtenue dépend de la va leur de la seconde résistance 32 et du rapport entre la valeur de la se conde résistance 32 et la valeur de la troisième résistance 34. L'impédance s d'entrée de l'atténuateur 24 est approximativement la même que

l'atténuateur 24 soit commandé pour atténuer ou non.

L'atténuateur 24 a deux états, l'état de fonctionnement et

l'état d'arrêt.

s La figure 3 montre un atténuateur à trois états.

Selon la figure 3, on a utilisé les mêmes références qu'à la figure 2 pour désigner les éléments communs du récepteur radio 40. Entre la seconde résistance 32 et le premier condensateur 30 on a un premier transistor en série 41 dont la porte reçoit le signal X. Une quatrième ré o sistance 42 et un second transistor série 43 sont montés en série entre le second condensateur 31 et le premier condensateur 30. Un second tran sistor de mise à la masse 44 est branché entre le n_ud à la réunton du premier et du second transistor série 41, 43 ainsi qu'entre le premier con densateur 30 et la masse par une cinquième résistance 45. Le second is transistor série 43 et le second transistor de masse 44 reçoivent tous deux

un signal de commande X sur leurs électrodes de porte.

Dans le montage de la figure 3, lorsque le signal X est au niveau haut, le premier transistor série 41 est débloqué de même que le premier transistor de mise à la masse. Lorsque le signal X est au niveau o haut, les signaux X, X3 sont au niveau bas. Dans ces conditions, les ré sistances 32, 34 déterminent le degré d'atténuation. Comme dans le montage de la figure 2, la somme de la valeur des résistances 32, 34 est approximativement égale à la partie réelle de l'impédance d'entrée de

l'amplification LNA 25.

s La somme des valeurs des résistances 42, 45 est aussi égale à la partie réelle de l'impédance d'entrée de l'amplificateur LNA 25. Toute fois la valeur de ces résistances est différente de celle des résistances 42, 45. Dans ces conditions, pour un signal X3 de niveau haut et les signaux X, X2 de niveau bas, la résistance 42 est active dans le chemin entre l'entrée et la sortie ce qui donne un degré d'atténuation différent alors que

l'impédance d'entrée de l'atténuateur 24 est pratiquement inchangée.

Lorsqu'il ne faut pas d'atténuation, le signal X est de niveau haut et les

signaux X2, X3 de niveau bas.

L'atténuateur de la figure 3 donne ainsi trois niveaux diffé 3s rents d'atténuation. On peut avoir d' autres niveaux en montant d' autres étages comme cela découle de ce qui précède. S'il faut un niveau d'atténuation élevé pour l'un des étages, le transistor de mise à la masse de cet étage peut être relié directement à la masse c'est-à-dire que l'on supprimera sa résistance. Les atténuateurs ayant deux ou plus de deux niveaux d'atténuation peuvent être appelés atténuateurs programmables,

atténuateurs commandés ou atténuateurs commutés.

Dans certains cas, la tension de polarisation Vr peut étre s fixée à zéro volts ou à la masse ce qui permet d'utiliser l'atténuateur 24

sans alimentation en courant continu pour fonctionner.

Le rapport signal bruit du circuit avec l'atténuateur 24 peut étre amélioré par l'utilisation de condensateurs blindés par rapport au

substrat sur lequel ils sont formés.

o Bien que la description ci-dessus ait été faite avec des tran

sistors à effet de champ, ces circuits peuvent également étre réalisés avec

des transistors bipolaires.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 ) Atténuateur commandé (24) ayant une entrée (26) et une sortie (29), caractérisé en qu' il comporte: s - une première résistance (27) et un premier condensateur (30) branché en série entre l'entrée et la sortie, un premier transistor shunte (33), commandé, branché entre la sortie et la borne d'entrée par l'intermédiaire d'une seconde résistance (34), et - un transistor de dérivation (28), commandé branché entre l'entrée et la o sortie. 2 ) Atténuateur commandé selon la revendication l, caractérisé en ce qu' il comporte en outre un premier transistor série, commandé branché en série avec la première résistance, ce premier transistor série étant destiné

à commuter en liaison avec le premier transistor shunte.

3 ) Atténuateur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte en outre une troisième résistance et un second transistor sé rie, commandé, branché en série entre l'entrée et la sortie, et un second transistor shunte, commandé branché entre la sortie et la borne d'entrce par l'intermédiaire d'une troisième résistance, le second transistor série étant monté pour être commuté en liaison avec

2s le second transistor shunte.

4 ) Atténuateur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un second condensateur banché entre la sortie et le premier

transistor shunte.

) Atténuateur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'

il comporte une source de polarisation de courant continu reliée à l'entrée.

6 ) Récepteur radio, caractérisé en ce qu' it comporte un tt a end

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