B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 1 PROCÉDÉ ET CIRCUIT DE DÉMODULATION D'UN SIGNAL RF Domaine de l'invention La présente invention concerne la démodulation de signaux radiofréquences (RF) modulés en fréquence et/ou en amplitude, et vise plus particulièrement un procédé et un 5 circuit de démodulation d'un signal RF modulé en fréquence. Exposé de l'art antérieur La modulation en fréquence, généralement désignée dans la technique par le sigle FSK (de l'anglais "Frequency-Shift Keying"), est une modulation dans laquelle la fréquence du 10 signal modulé varie entre des valeurs discrètes, ou fréquences de codage. Généralement, la fréquence du signal modulé peut prendre l'une ou l'autre de deux valeurs fl et f2, codant respectivement les valeurs 0 et 1 d'un signal numérique à transmettre (modulation binaire). 15 La figure 1 est un schéma bloc illustrant un exemple d'un circuit 100 de démodulation d'un signal modulé en fréquence à deux fréquences de codage fl et f2. Le circuit 100 comprend une antenne 101 apte à recevoir un signal radio modulé (FSK). Le signal reçu par l'antenne 101 est démodulé dans deux branches 20 parallèles 103a et 103b. La branche 103a comprend un filtre passe-bande 105a, dont la bande passante est centrée sur la fréquence fl et ne comprend pas la fréquence f2. Le filtre 105a B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 2 reçoit le signal modulé et fournit un signal comprenant uniquement la composante de fréquence fl de ce signal, la composante de fréquence f2 étant ramenée à un niveau proche de zéro par le filtre. La branche 103a comprend en outre un détecteur d'enveloppe 107a en sortie du filtre 105a. Le signal d'enveloppe fourni par le détecteur 107a est à un niveau haut lorsque le signal modulé d'entrée est à la fréquence fl, et à un niveau bas lorsque le signal modulé d'entrée est à la fréquence f2. La branche 103b comprend un filtre passe-bande 105b, dont la bande passante est centrée sur la fréquence f2 et ne comprend pas la fréquence fl. Le filtre 105b reçoit le signal modulé et fournit un signal comprenant uniquement la composante de fréquence f2 de ce signal, la composante de fréquence fl étant ramenée à un niveau proche de zéro par le filtre. La branche 103b comprend en outre un détecteur d'enveloppe 107b en sortie du filtre 105b. Le signal d'enveloppe fourni par le détecteur 107b est à un niveau haut lorsque le signal modulé d'entrée est à la fréquence f2, et à un niveau bas lorsque le signal modulé d'entrée est à la fréquence fl. Un élément de décision 109, par exemple un comparateur (CMP), reçoit les signaux fournis par les détecteurs d'enveloppe 107a et 107b, et fournit un signal de sortie démodulé (OUT) ayant un premier niveau lorsque le signal de sortie du détecteur 107a est supérieur au signal de sortie du détecteur 107b, et un second niveau lorsque le signal de sortie du détecteur 107a est inférieur au signal de sortie du détecteur 107b. En d'autres termes, l'élément de décision 109 fournit un signal binaire reproduisant les données numériques modulées dans le signal radiofréquence reçu par l'antenne 101. Dans la pratique, l'écart entre les fréquences de codage fl et f2 est généralement compris entre quelques dizaines et quelques centaines de Hz, pour une fréquence centrale fc=(fl+f2)/2 généralement comprise entre quelques centaines de MHz et quelques GHz. Un inconvénient du démodulateur 100 est que la réalisation de filtres passe-bande suffisamment sélectifs en fréquence pour laisser passer l'une des deux fréquences de B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 3 codage fl ou f2 tout en excluant l'autre, est particulièrement coûteuse, ce qui entraîne un prix de revient élevé du démodulateur. Par ailleurs, dans certaines applications telles que des réseaux de capteurs sans fils, l'énergie électrique d'alimentation n'est disponible qu'en quantité très limitée. Il serait donc souhaitable de pouvoir disposer de démodulateurs consommant moins d'énergie que les démodulateurs usuels. Résumé Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un circuit de démodulation d'un signal radiofréquence palliant au moins en partie certains des inconvénients des circuits connus. Un objet d'un mode de réalisation de la présente 15 invention est de prévoir un circuit de démodulation d'un signal modulé en fréquence, moins coûteux à réaliser que les circuits connus. Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un circuit de démodulation d'un signal 20 modulé en fréquence, à plus faible consommation d'énergie que les circuits connus. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un procédé de démodulation d'un signal modulé en fréquence et/ou en amplitude. 25 Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé dans lequel un signal à démoduler est filtré par un filtre dont la bande passante inclut au moins deux fréquences de codage dudit signal, et est centrée sur une fréquence distincte de la fréquence centrale dudit signal. 30 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le signal filtré est traité par un détecteur d'enveloppe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la bande passante est centrée sur une fréquence supérieure ou égale à la plus haute desdites fréquences de codage.
B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 4 Selon un mode de réalisation de la présente invention, la bande passante est centrée sur une fréquence inférieure ou égale à la plus basse desdites fréquences de codage. Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un circuit comportant un filtre dont la bande passante inclut au moins deux fréquences de codage d'un signal à démoduler, et est centrée sur une fréquence distincte de la fréquence centrale dudit signal. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 10 le circuit comporte en outre un détecteur d'enveloppe en sortie dudit filtre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le filtre comprend un oscillateur en anneau. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 15 la fréquence de résonance de l'oscillateur en anneau est reconfigurable. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comporte une seule voie de démodulation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 le circuit comporte un amplificateur à faible bruit en amont du filtre passe-bande. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante 25 de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, est un schéma bloc illustrant un exemple d'un circuit de démodulation d'un signal modulé en fréquence ; 30 la figure 2 est un schéma bloc illustrant un mode de réalisation d'un circuit de démodulation d'un signal modulé en fréquence ; les figures 3A à 3D sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du circuit de démodulation de la figure 2 ; B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 la figure 4 est un schéma bloc illustrant un exemple de réalisation d'un circuit de démodulation d'un signal modulé en fréquence ; et la figure 5 est un schéma électrique partiel représen5 tant un mode de réalisation d'un circuit de démodulation d'un signal modulé en fréquence. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les chronogrammes des figures 3A à 3D ne sont pas tracés à l'échelle. Par ailleurs, seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et décrits. En particulier, les circuits susceptibles d'être placés en amont et/ou en aval du démodulateur n'ont pas été décrits, les circuits de démodulation décrits étant compatibles avec les utilisations habituelles de démodulateurs de signaux radiofréquence. La figure 2 est un schéma bloc illustrant un mode de réalisation d'un circuit de démodulation d'un signal modulé en fréquence à deux fréquences de codage fl et f2. Le circuit 200 de la figure 2 comprend une antenne 101 apte à recevoir un signal radio modulé (FSK). Le signal reçu par l'antenne 101 est démodulé dans une branche 203 comportant un filtre passe-bande 205 recevant le signal modulé, et un détecteur d'enveloppe 207 placé en sortie du filtre 205 et fournissant un signal de sortie (OUT) démodulé. Le détecteur d'enveloppe 207 comprend par exemple une diode couplée à un circuit RC (non représenté). Selon un aspect, la bande passante à moins trois décibels du filtre 205 inclut les deux fréquences de codage fl et f2 du signal modulé, et est centrée sur une fréquence distincte de la fréquence centrale fc=(fl+f2)/2 du signal modulé. Dans la pratique, comme l'illustre schématiquement le bloc 205 de la figure 2, la réponse d'un filtre passe-bande est symétrique par rapport à son centre, et le coefficient d'atténuation du filtre diminue progressivement lorsque l'on s'éloigne de la fréquence de coupure centrale du filtre. Dans le B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 6 circuit 200, le fait que la bande passante du filtre 205 soit centrée sur une fréquence distincte de la fréquence centrale fc=(fl+f2)/2 du signal modulé, a pour conséquence que le filtre 205 atténue l'une des deux fréquences de codage fl ou f2 plus fortement que l'autre. Dans l'exemple représenté, la fréquence fl est inférieure à la fréquence f2 et la bande passante du filtre 205 est centrée sur la fréquence fl, ce qui a pour effet que le filtre 205 atténue la fréquence f2 plus fortement que la fréquence fl Les figures 3A à 3D sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du circuit de démodulation 200 de la figure 2. La figure 3A représente l'évolution, en fonction du temps, d'un signal SO de données numériques binaires à transmettre.
La figure 3B représente l'évolution en fonction du temps d'un signal radiofréquence S1 modulé en fréquence par le signal de données numériques SO de la figure 3A. Le signal S1 correspond au signal fourni au filtre passe-bande 205 du démodulateur 200 par l'antenne 101. Comme cela apparaît sur la figure 3B, la fréquence du signal S1 prend l'une ou l'autre des deux valeurs discrètes de codage fl et f2, selon que le signal de données numériques SO est à la valeur 0 ou à la valeur 1. Dans l'exemple représenté, le signal S1 est à la fréquence fl lorsque le signal SO est à l'état bas (valeur 0), et à la fréquence f2 lorsque le signal SO est à l'état haut (valeur 1). L'amplitude du signal modulé S1 est constante dans le temps. La figure 3C représente l'évolution, en fonction du temps, du signal S2 de sortie du filtre passe-bande 205. Comme cela apparaît sur la figure 3C, le signal S2 est à la fréquence 30 fl lorsque le signal de données numériques SO est à l'état bas (valeur 0), et à la fréquence f2 lorsque le signal SO est à l'état haut (valeur 1). A la différence du signal S1 dont l'amplitude est constante dans le temps, le signal S2 a une amplitude qui dépend de l'état du signal SO, puisque le filtre 35 205 atténue l'une des deux fréquences de codage fl ou f2 plus B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 7 fortement que l'autre. Dans l'exemple représenté, l'amplitude du signal S2 est plus importante lorsque le signal SO est à la valeur 0 que lorsque le signal SO est à la valeur 1. La figure 3D représente l'évolution, en fonction du 5 temps, du signal OUT fourni par le détecteur d'enveloppe 207. Le signal OUT a la forme de l'enveloppe du signal S2, c'est-à-dire que, dans l'exemple représenté, le signal OUT est à un niveau haut lorsque le signal de données SO est à la valeur 0, et à un niveau bas lorsque le signal SO est la valeur 1. Le signal OUT 10 est donc une image inversée du signal de données numériques SO. Un avantage du démodulateur 200 de la figure 2 est que, à paramètres de modulation (fl, f2, fc) du signal à traiter identiques, le filtre passe-bande 205 est nettement moins sélectif en fréquence que les filtres passe-bande 105a et 105b du 15 démodulateur 100 de la figure 1. La réalisation du filtre 205 est donc moins coûteuse que la réalisation d'un seul des filtres 105a et 105b du circuit de la figure 1. Le démodulateur 200 est donc nettement moins coûteux que le démodulateur 100 de la figure 1. 20 On notera que le démodulateur 200 de la figure 2 comporte une seule voie de démodulation, ce qui contribue à la réduction de son prix de revient, et présente en outre l'avantage de réduire son encombrement et sa consommation électrique par rapport à un démodulateur à deux voies du type décrit en 25 relation avec la figure 1. Les modes de réalisation décrits dans la présente demande ne se limitent toutefois pas à des démodulateurs à une seule voie de démodulation. Si les contraintes de coût, d'encombrement et de consommation le permettent, on pourra réaliser un démodulateur à deux voies de démodulation, dans 30 lequel : - la première voie de démodulation comprend un filtre passe-bande dont la bande passante à -3 dB inclut les fréquences fl et f2 du signal modulé, et est centrée sur une fréquence inférieure à la fréquence centrale fc=(fl+f2)/2, et B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 8 - la deuxième voie de démodulation comprend un filtre passe-bande dont la bande passante à -3 dB inclut les fréquences fl et f2 du signal modulé, et est centrée sur une fréquence supérieure à la fréquence centrale fc.
Un avantage d'un tel démodulateur réside dans sa plus grande robustesse aux erreurs qu'un démodulateur à une seule voie de démodulation. Dans un mode de réalisation préféré, la bande passante du filtre 205 est centrée sur une fréquence inférieure ou égale à la plus basse des deux fréquences de codage fl et f2 du signal modulé, ou sur une fréquence supérieure ou égale à la plus haute des deux fréquences de codage fl et f2 du signal modulé. Ceci permet de maximiser la différence entre les facteurs d'atténuation appliqués par le filtre 205 respectivement aux composantes de fréquence fl et f2 du signal modulé, et donc de maximiser l'écart entre les niveaux haut et bas du signal de sortie OUT. La discrimination entre la valeur 0 et la valeur 1 à la sortie du démodulateur s'en trouve facilitée. En fonction de l'utilisation envisagée, le circuit de 20 démodulation 200 peut comprendre des éléments supplémentaires, non représentés sur la figure 2, entre l'antenne 101 et le filtre passe-bande 205. La figure 4 est un schéma bloc illustrant un exemple de réalisation d'un circuit de démodulation 400 comportant de 25 tels éléments supplémentaires. Le circuit 400 comporte les mêmes éléments que le circuit 200 de la figure 2, et comporte en outre, entre l'antenne 101 et le filtre 205, un élément 401 de pré-filtrage passe-bande, centré sur la fréquence centrale fc du signal modulé, et un amplificateur 403 à faible bruit (LNA). 30 Dans cet exemple, le filtre 401 reçoit le signal fourni par l'antenne 101, et sélectionne la bande de fréquence contenant le signal modulé à traiter. L'amplificateur 403 reçoit le signal fourni par le filtre 401, et fournit un signal amplifié S1 au filtre passe-bande 205.
B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 9 En fonction de l'utilisation envisagée, le circuit de démodulation peut en outre comprendre des éléments supplémentaires, non représentés sur les figures 2 et 4, en sortie du détecteur d'enveloppe 207. A titre d'exemple, des circuits d'ajustement des niveaux haut et bas du signal OUT fourni par le détecteur 207 peuvent être prévus, en vue d'une exploitation du signal démodulé par une unité de traitement numérique. Dans les exemples décrits en relation avec les figures 2 à 4, le filtre passe-bande 205 est centré sur une fréquence inférieure à la fréquence centrale fc du signal modulé, ce qui a pour conséquence que le signal OUT de sortie du détecteur d'enveloppe 207 est une image inversée du signal de données SO. Pour générer directement une image non inversée du signal SO à la sortie du détecteur 207, on peut prévoir d'utiliser un filtre passe-bande 205 centré sur une fréquence supérieure à la fréquence centrale fc du signal modulé. Alternativement, on peut prévoir de disposer un inverseur à la sortie du détecteur d'enveloppe 207. Dans les exemples décrits en relation avec les figures 2 à 4, le filtre 205 peut comprendre tout circuit connu de filtrage passe-bande, par exemple un filtre à oscillateur LC, actif ou passif. Dans un mode de réalisation préféré, le filtre 205 comprend un oscillateur en anneau. La figure 5 est un schéma électrique représentant un exemple de réalisation d'un filtre 205 comprenant un oscillateur en anneau. Le filtre 205 de la figure 5 comprend un nombre impair d'inverseurs reliés en série, 5 inverseurs 5011 à 5015 dans l'exemple représenté. La sortie du dernier inverseur de la série reboucle sur l'entrée du premier inverseur, de façon à former un oscillateur en anneau. La fréquence de résonance de l'oscillateur dépend notamment du nombre d'inverseurs de la série. L'entrée du premier inverseur correspond à l'entrée du filtre 205 et reçoit, en fonctionnement, un signal modulé S1 fourni par l'antenne 101 du circuit de démodulation (non visible sur la figure 5). La sortie du dernier inverseur correspond à la B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 10 sortie du filtre 205, et fournit un signal S2 au détecteur d'enveloppe 207 du circuit de démodulation (non visible sur la figure 5). Lorsqu'un signal radiofréquence S1 est appliqué en entrée du premier inverseur, l'oscillateur se comporte comme un 5 filtre passe-bande dont la bande passante est centrée sur sa fréquence de résonance. L'oscillateur en anneau est choisi de façon que sa fréquence de résonance soit distincte de la fréquence centrale fc=(f1+f2)/2 du signal modulé, et que sa bande passante à -3 dB comprenne les fréquences de codage fl et 10 f2 du signal modulé. L'utilisation d'un oscillateur en anneau pour réaliser le filtrage passe-bande présente l'avantage de minimiser la consommation électrique du démodulateur, puisque l'oscillateur 205 ne consomme que lorsqu'il reçoit un signal dont la fréquence 15 est comprise dans sa bande passante. Ceci présente un intérêt tout particulier dans les applications de type réseaux de capteurs sans fil, dans lesquelles il est souhaitable de minimiser la consommation du démodulateur lorsque ce dernier ne reçoit pas de signaux utiles.
20 Un autre avantage de l'oscillateur en anneau est que les inverseurs garantissent un niveau de signal constant à la sortie du filtre 205, quel que soit le niveau du signal reçu à son entrée (à condition toutefois que le signal reçu ait un niveau suffisant pour activer la commutation du premier 25 inverseur). L'utilisation d'un filtre à oscillateur en anneau peut donc permettre, dans certains cas, de se passer d'un amplificateur spécifique dans la chaîne de démodulation, la fonction d'amplification étant réalisée par le filtre 205 lui-même. Un autre avantage est qu'un oscillateur en anneau est 30 peu coûteux à réaliser et peu encombrant par rapport à un filtre LC. On notera en outre qu'on peut avantageusement prévoir un filtre passe-bande à oscillateur en anneau dans lequel les inverseurs sont commutables, de façon à pouvoir reconfigurer la B11839 - 12-GR1C0-0230FR01 11 fréquence de résonance de l'oscillateur, et rendre ainsi le démodulateur compatible avec plusieurs normes de modulation. Un autre avantage des modes de réalisation décrits en relation avec les figures 2 à 5 est que les circuits décrits 5 permettent non seulement de démoduler des signaux modulés en fréquence, mais sont également compatibles avec des signaux modulés en amplitude, et notamment avec la forme particulière de modulation en amplitude désignée dans la technique par le sigle OOK (de l'anglais "On-Off Keying"), dans laquelle le codage de 10 données numériques binaires est effectué par émission ou absence d'émission d'un signal porteur. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'invention ne 15 se limite pas aux exemples particuliers décrits dans la présente demande, dans lesquels la modulation en fréquence utilisée est une modulation binaire. L'homme de l'art saura appliquer l'enseignement décrit dans la présente demande à des modulations utilisant un nombre de fréquences de codage supérieur à deux, 20 par exemple en choisissant la bande passante du filtre 205 de façon que les coefficients d'atténuation appliqués aux différentes fréquences de codage soient tous distincts, ou en réalisant un démodulateur à plusieurs voies de démodulation.