FR2909784A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THE OUTPUT POWER OF A RADIO FREQUENCY POWER AMPLIFIER. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif selon l'invention permet de réguler la puissance de sortie d'un amplificateur de puissance radiofréquences ( 1 ) qui reçoit sur ses entrées (3, 4) un signal radio à amplifier ainsi qu'un signal de consigne de puissance, et est alimenté par un circuit d'alimentation en énergie électrique (6). Il comprend un circuit de consigne comportant un dispositif de mesure sans contact (7) d'un paramètre représentatif du courant d'alimentation (I) de l'amplificateur ( 1 ), ce circuit de consigne étant isolé galvaniquement vis-à-vis du circuit d'alimentation (6), un circuit d'amplification ( 11 ) qui fournit un signal de puissance mesuré et un circuit de traitement (5) apte à engendrer le signal de consigne de puissance à partir du signal de puissance mesuré.The device according to the invention makes it possible to regulate the output power of a radiofrequency power amplifier (1) which receives at its inputs (3, 4) a radio signal to be amplified as well as a power reference signal, and is powered by an electric power supply circuit (6). It comprises a setpoint circuit comprising a non-contact measurement device (7) of a parameter representative of the supply current (I) of the amplifier (1), this setpoint circuit being galvanically isolated from the supply circuit (6), an amplification circuit (11) which provides a measured power signal and a processing circuit (5) adapted to generate the power reference signal from the measured power signal.
Description
10 La présente invention concerne un dispositif de régulation de laThe present invention relates to a device for regulating the
puissance de sortie d'un amplificateur de puissance radiofréquences, par mesure non invasive de la consommation basses fréquences. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la régulation de 15 puissance émise en sortie de systèmes de communication sans fils tels des téléphones portables, en norme GSM, GPRS, CDMA, UMTS ou tout autre système de transmission portable. Cette régulation permet d'émettre un signal dont la puissance est exactement celle requise par les conditions spécifiques de transmission. power output of a radio frequency power amplifier, by non-invasive measurement of low frequency consumption. It applies in particular, but not exclusively, to the power regulation emitted at the output of wireless communication systems such as mobile phones, in GSM, GPRS, CDMA, UMTS or any other portable transmission system. This regulation makes it possible to emit a signal whose power is exactly that required by the specific conditions of transmission.
20 D'une manière générale, on sait qu'il a déjà été proposé des dispositifs permettant de limiter au strict nécessaire la puissance d'émission du système de transmission. La réglementation en vigueur impose un tel contrôle pour assurer un fonctionnement optimal du système de transmissions et une 25 influence minimale sur son environnement. A l'heure actuelle, il existe trois méthodes principales pour le contrôle de la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance : 1 2909784 2 1. Mesure de la puissance par coupleur magnétique sur la ligne de sortie, et boucle de contre-réaction sur l'alimentation (méthode dite "en boucle fermée"). 2. Calibration de la puissance de sortie et établissement d'une table de 5 calibration introduite dans une mémoire (méthode dite "en boucle ouverte"). 3. Contrôle du courant consommé par l'amplificateur de puissance grâce à une résistance série de faible valeur sur le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance et utilisation d'une table de calibration (méthode dite "contrôle de courant"). La méthode en boucle fermée est simple mais a le défaut de nécessiter des composants supplémentaires : coupleur magnétique RF et circuit de redressement. Elle est donc relativement coûteuse. La méthode en boucle ouverte ne nécessite aucun composant supplémentaire, mais elle est fondée sur un très bon contrôle de la reproductibilité de l'amplificateur de puissance : En cas de dérive de ses caractéristiques, le contrôle devient défectueux. La méthode à contrôle de courant, facile à implémenter, se répand beaucoup dans les systèmes de contrôle des amplificateurs de puissance. Son défaut est la consommation supplémentaire d'une part non négligeable de la puissance électrique par la résistance série (de l'ordre de 20 %).In general, it is known that devices have already been proposed which make it possible to limit the transmission power of the transmission system to the strict minimum. The regulations in force impose such a control to ensure optimum operation of the transmission system and minimal influence on its environment. At present, there are three main methods for controlling the output power of the power amplifier: 1 2909784 2 1. Measurement of the power by magnetic coupler on the output line, and feedback loop on the supply (method called "closed loop"). 2. Calibration of the output power and establishment of a calibration table introduced into a memory (so-called "open loop" method). 3. Control of the current consumed by the power amplifier by means of a series resistance of low value on the supply current of the power amplifier and use of a calibration table (method called "current control"). The closed-loop method is simple but lacks the need for additional components: RF magnetic coupler and rectification circuit. It is therefore relatively expensive. The open-loop method does not require any additional components, but it is based on a very good control of the reproducibility of the power amplifier: In case of drift of its characteristics, the control becomes defective. The current control method, which is easy to implement, is widely used in control systems of power amplifiers. Its defect is the additional consumption of a significant part of the electrical power by the series resistance (of the order of 20%).
25 Il s'avère que toutes ces méthodes sont soit imprécises et instables dans le temps, soit invasives. L'imprécision rend aléatoire l'efficacité du dispositif ; la mesure invasive est consommatrice d'énergie et perturbatrice.It turns out that all these methods are either imprecise and unstable over time, or invasive. The imprecision makes the efficiency of the device random; the invasive measurement is energy consuming and disruptive.
30 L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients.The object of the invention is therefore more particularly to eliminate these disadvantages.
20 2909784 3 A cet effet, elle propose un dispositif de régulation de la puissance de sortie d'un circuit d'amplification de puissance radiofréquences comportant un amplificateur de puissance qui reçoit sur ses entrées un signal radio à amplifier 5 ainsi qu'un signal de consigne de puissance, cet amplificateur étant alimenté par un circuit d'alimentation en énergie électrique. Selon l'invention, ce dispositif de régulation comprend un circuit de consigne comportant un dispositif de mesure sans contact d'un paramètre représentatif 10 du courant d'alimentation de l'amplificateur, ce circuit de consigne étant isolé galvaniquement vis-à-vis du circuit d'alimentation, un circuit d'amplification qui fournit un signal de puissance mesuré et un circuit de traitement apte à engendrer le signal de consigne de puissance à partir du signal de puissance mesuré.To this end, it proposes a device for regulating the output power of a radiofrequency power amplification circuit comprising a power amplifier which receives on its inputs a radio signal to be amplified and a signal of power setpoint, this amplifier being powered by a power supply circuit. According to the invention, this regulation device comprises a reference circuit comprising a non-contact measurement device of a parameter representative of the supply current of the amplifier, this reference circuit being galvanically isolated from the power supply circuit, an amplification circuit which provides a measured power signal and a processing circuit adapted to generate the power reference signal from the measured power signal.
15 Grâce à ces dispositions, il est possible d'effectuer une calibration de la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance. Avantageusement, le dispositif de mesure sans contact pourra comprendre un 20 dispositif de détection magnétique tel qu'une boucle magnétique, un capteur à effet Hall, une magnétorésistance, un composant "Flux Gate" ..). Un avantage important de la solution selon l'invention consiste en ce qu'elle évite la perte significative de puissance d'alimentation induite par la résistance 25 en série utilisée dans la méthode à contrôle de courant. Cela améliore nettement le rendement de l'ensemble amplificateur de puissance/mesure de puissance. La mesure est effectuée en préservant un isolement galvanique entre le circuit 30 de mesure et le circuit d'alimentation : ils ne sont pas directement reliés.Thanks to these arrangements, it is possible to perform a calibration of the power output of the power amplifier. Advantageously, the non-contact measurement device may comprise a magnetic detection device such as a magnetic loop, a Hall effect sensor, a magnetoresistance, a "Flux Gate" component, etc.). An important advantage of the solution according to the invention is that it avoids the significant loss of feed power induced by the series resistor used in the current control method. This significantly improves the performance of the power amplifier / power meter assembly. The measurement is made by preserving a galvanic isolation between the measurement circuit 30 and the supply circuit: they are not directly connected.
2909784 4 L'isolement galvanique vis-à-vis de la source d'énergie fait disparaître le risque de détérioration du circuit d'amplification de la mesure par décharge électrostatique (la source d'énergie est accessible depuis l'extérieur du système, d'où le risque de propagation de décharge électrostatique). L'isolement galvanique vis-àvis de la source d'énergie élimine le mode commun en entrée du circuit d'amplification, ce qui simplifie l'amplification. Un mode d'exécution d'un dispositif selon l'invention sera décrit ci-après, à 10 titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel : La figure unique est un schéma de principe d'un dispositif de régulation de la puissance délivrée par un amplificateur de puissance radiofréquences utilisant un circuit de mesure par effet Hall de la 15 consommation basses fréquences de l'amplificateur. Dans cet exemple, l'amplificateur de puissance 1, de type classique, débite dans une antenne 2 et est destiné à émettre un signal radioélectrique dont la puissance est exactement celle requise par les conditions spécifiques de transmission. Cet amplificateur 1 reçoit sur l'une de ses entrées 3 un signal radio et sur une autre entrée 4 un signal de consigne de puissance délivré par un circuit de traitement 5, par exemple un processeur. Il est alimenté par une source d'énergie électrique 6. Conformément à l'invention, le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance 1 est mesuré par un capteur à effet Hall 7 alimenté par un circuit de 30 polarisation à faible puissance 8 indépendant du circuit d'alimentation de l'amplificateur 1. Ce capteur à effet Hall 7 comprend, de façon classique, une 5 2909784 5 plaque semi-conductrice à quatre contacts dont deux contacts opposés 9, 10 sont connectés au circuit de polarisation 8 de manière à engendrer entre ces deux contacts un courant électrique.Galvanic isolation from the power source eliminates the risk of deterioration of the amplification circuit of the electrostatic discharge measurement (the energy source is accessible from outside the system, d. where the risk of propagation of electrostatic discharge). The galvanic isolation vis-à-vis the power source eliminates the common mode input amplifier circuit, which simplifies the amplification. One embodiment of a device according to the invention will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawing in which: The single figure is a block diagram of a control device the power delivered by a radio frequency power amplifier using a Hall effect measurement circuit of the low frequency consumption of the amplifier. In this example, the power amplifier 1, of conventional type, delivers in an antenna 2 and is intended to emit a radio signal whose power is exactly that required by the specific transmission conditions. This amplifier 1 receives on one of its inputs 3 a radio signal and on another input 4 a power reference signal delivered by a processing circuit 5, for example a processor. It is powered by an electric power source 6. According to the invention, the power supply current of the power amplifier 1 is measured by a Hall effect sensor 7 powered by a low power polarization circuit 8 This Hall effect sensor 7 comprises, in a conventional manner, a four-contact semiconductor plate whose two opposite contacts 9, 10 are connected to the polarization circuit 8 of the amplifier. so as to generate between these two contacts an electric current.
5 La tension électrique VH qui s'établit entre les deux autres contacts notamment sous l'effet du champ magnétique B engendré par le courant d'alimentation I de l'amplificateur 1 est appliquée à un circuit d'amplification 11. Cette tension VH s'exprime simplement par la relation : VH = Voff + KH Ibias B (1) Voff est la tension d'offset du capteur 7, KH est une constante dépendant du type de capteur, Ibias le courant d'alimentation du capteur 7. Le champ magnétique B est lui-même généré par le courant d'alimentation I de l'amplificateur de puissance 1 selon la relation bien connue : B = o1 21tr I étant le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance, r la distance entre le fil d'alimentation et le point considéré (loi de Biot et Savart). La tension VH est donc reliée au courant d'alimentation de l'amplificateur de 25 puissance 1 par la relation : VH = Voff + KH Ibias o1 2nr La tension VH, amplifié dans le circuit d'amplification 11, est transmise au 30 circuit de traitement 5. Ce circuit de traitement 5 comprend des moyens 12 de 10 15 20 (2) (3) 2909784 -6 mesure de cette tension et des moyens 13 permettant d'engendrer un signal de consigne de puissance approprié pour effectuer une calibration entre le courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance et sa puissance de sortie. Une telle calibration s'effectue d'une façon similaire à celle qui est effectuée dans la 5 méthode à contrôle de courant précédemment évoquée. Avantageusement, le circuit du capteur à effet Hall 7 pourra être alimenté de façon discontinue, étant entendu que pour produire un signal directement proportionnel au courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance, le 10 capteur à effet Hall devra être alimenté en courant constant pendant la période de mesure. Cette solution permet de réduire encore plus la consommation d'énergie électrique sans affecter l'isolation galvanique vis-à-vis du circuit 15 d'amplification de puissance. Par ailleurs, le capteur à effet Hall 7 pourra être intégré dans la puce (en silicium ou arséniure de gallium par exemple) de l'un des composants de l'ensemble d'émission (par exemple le contrôleur de puissance ou 20 l'amplificateur de puissance). Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit.The electrical voltage VH which is established between the two other contacts in particular under the effect of the magnetic field B generated by the supply current I of the amplifier 1 is applied to an amplification circuit 11. This voltage VH is expresses simply by the relation: VH = Voff + KH Ibias B (1) Voff is the offset voltage of the sensor 7, KH is a constant depending on the type of sensor, Ibias the supply current of the sensor 7. The field magnetic B is itself generated by the power supply current I of the power amplifier 1 according to the well-known relationship: B = o1 21tr I being the supply current of the power amplifier, r the distance between the feed wire and the point considered (Biot and Savart law). The voltage VH is therefore connected to the power supply current of the power amplifier 1 by the relation: VH = Voff + KH Ibias o1 2nr The voltage VH, amplified in the amplification circuit 11, is transmitted to the power supply circuit. 5. This processing circuit 5 comprises means 12 for measuring this voltage and means 13 for generating a power reference signal suitable for performing a calibration between the power supply current of the power amplifier and its power output. Such calibration is carried out in a manner similar to that carried out in the previously-discussed current control method. Advantageously, the Hall effect sensor circuit 7 may be fed discontinuously, it being understood that in order to produce a signal directly proportional to the supply current of the power amplifier, the Hall effect sensor will have to be supplied with constant current. during the measurement period. This solution can further reduce the power consumption without affecting the galvanic isolation vis-à-vis the power amplification circuit. Moreover, the Hall effect sensor 7 may be integrated in the chip (made of silicon or gallium arsenide, for example) of one of the components of the transmission assembly (for example the power controller or the amplifier power). Of course, the invention is not limited to the embodiment described above.
25 Ainsi, notamment : • La mesure du courant pourra être effectuée sur le circuit d'alimentation d'un composant intégrant entre autres fonctions l'amplificateur de puissance 1. • Le dispositif de mesure de courant d'alimentation de l'amplificateur de puissance 1 pourra comprendre tout type de capteur magnétique autre qu'un 2909784 7 capteur à effet Hall, délivrant une quantité électrique proportionnelle au champ magnétique généré par le courant d'alimentation I. Ainsi, on pourra par exemple utiliser un capteur à magnétorésistance géante pour effectuer la mesure du courant d'alimentation.Thus, in particular: • The measurement of the current can be carried out on the power supply circuit of a component integrating among other functions the power amplifier 1. • The device for measuring the supply current of the power amplifier 1 may include any type of magnetic sensor other than a Hall effect sensor, delivering an electrical quantity proportional to the magnetic field generated by the feed current I. Thus, for example, a giant magnetoresistance sensor may be used to perform measurement of the supply current.
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