FR3056862A1

FR3056862A1 - METHOD AND SYSTEM FOR BROADBAND AND HIGH DYNAMIC ANALOGUE / DIGITAL CONVERSION

Info

Publication number: FR3056862A1
Application number: FR1659186A
Authority: FR
Inventors: Denis Le Jeune; Raafat Lababidi
Original assignee: ENSTA BRETAGNE
Current assignee: ENSTA BRETAGNE
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-03-30
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: FR3056862B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de conversion analogique/numérique d'un signal analogique (SA) en un signal numérique (SN) qui est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de numérisation intermédiaire et une étape de numérisation finale comportant une sous-étape (SENi) de numérisation des seules composantes fréquentielles d'un signal analogique (SAi), dit signal analogique à traiter à l'étape d'ordre i, ayant des niveaux de puissance qui sont compris entre une valeur supérieure Nimax et une valeur de seuil Si associées à ladite étape de numérisation intermédiaire (ENi), ladite sous-étape (SENi) délivrant un signal numérique (SNi), et une sous-étape (SEEi) d'extraction dudit signal analogique à traiter (SAi) d'ordre i les composantes fréquentielles numérisées pour délivrer ainsi un signal analogique à traiter (SAi+1) pour l'étape de numérisation intermédiaire ou finale (ENi+1) d'ordre suivant, et une étape de combinaison (EC). La présente invention concerne également un système de conversion analogique/numérique pour mettre en œuvre ledit procédé de conversion.The present invention relates to a method for analog / digital conversion of an analog signal (SA) into a digital signal (SN) which is characterized in that it comprises at least one intermediate digitization stage and a final digitization step comprising a sub-step (SENi) for digitizing the only frequency components of an analog signal (SAi), said analog signal to be processed at the step of order i, having power levels which are between a higher value Nimax and a threshold value Si associated with said intermediate digitizing step (ENi), said substep (SENi) delivering a digital signal (SNi), and a substep (SEEi) for extracting said analog signal to be processed (SAi) d order i digitized frequency components to thereby provide an analog signal to be processed (SAi + 1) for the next intermediate or final digitization step (ENi + 1), and a combination step (EC). The present invention also relates to an analog / digital conversion system for implementing said conversion method.

Description

Titulaire(s) : ENSTA BRETAGNE Etablissement public, LEJEUNE DENIS.Holder (s): ENSTA BRETAGNE Public establishment, LEJEUNE DENIS.

Demande(s) d’extensionExtension request (s)

Mandataire(s) : CABINET LE GUEN ET MAILLET Société civile professionnelle.Agent (s): CABINET LE GUEN ET MAILLET Professional civil society.

fo4) PROCEDE ET SYSTEME DE CONVERSION ANALOGIQUE/NUMERIQUE LARGE BANDE ET GRANDE DYNAMIQUE.fo4) METHOD AND SYSTEM FOR BROADBAND AND HIGH DYNAMIC ANALOG / DIGITAL CONVERSION.

FR 3 056 862 - A1 (5/) La présente invention concerne un procédé de conversion analogique/numérique d'un signal analogique (SA) en un signal numérique (SN) qui est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de numérisation intermédiaire et une étape de numérisation finale comportant une sous-étape (SEN,) de numérisation des seules composantes fréquentielles d'un signal analogique (SA,), dit signal analogique à traiter à l'étape d'ordre i, ayant des niveaux de puissance qui sont compris entre une valeur supérieure N_r ^Max et une valeur de seuil Si associées à ladite étape de numérisation intermédiaire (EN,), ladite sous-étape (SEN,) délivrant un signal numérique (SN,), et une sous-étape (SEE,) d'extraction dudit signal analogique à traiter (SA,) d'ordre i les composantes fréquentielles numérisées pour délivrer ainsi un signal analogique à traiter (SA_i+1) pour l'étape de numérisation intermédiaire ou finale (EN_i+1) d'ordre suivant, et une étape de combinaison (EC).FR 3 056 862 - A1 (5 /) The present invention relates to a method of analog / digital conversion of an analog signal (SA) into a digital signal (SN) which is characterized in that it comprises at least one step of intermediate digitization and a final digitization step comprising a sub-step (SEN,) of digitization of the only frequency components of an analog signal (SA,), said analog signal to be processed at the step of order i, having levels of power which are between a higher value N _r ^Max and a threshold value Si associated with said intermediate digitization step (EN,), said substep (SEN,) delivering a digital signal (SN,), and a sub -step (SEE,) of extraction of said analog signal to be processed (SA,) of order i the digitized frequency components to thereby deliver an analog signal to be processed (SA _{i + 1} ) for the intermediate or final digitization step ( EN _{i + 1} ) of the following order, and a combination step (EC).

La présente invention concerne également un système de conversion analogique/numérique pour mettre en oeuvre ledit procédé de conversion.The present invention also relates to an analog / digital conversion system for implementing said conversion method.

ιι

La présente invention concerne un procédé de conversion analogique numérique pour convertir un signal analogique à large bande et grande dynamique en un signal numérique. Elle concerne également un système de conversion analogique/numérique pour mettre en œuvre ledit procédé. Un tel système de conversion analogique/numérique est notamment destiné à la conversion analogique/numérique de signaux d'antenne d'un récepteur radio numérique.The present invention relates to an analog to digital conversion method for converting a wideband and high dynamic range analog signal to a digital signal. It also relates to an analog / digital conversion system for implementing said method. Such an analog / digital conversion system is in particular intended for the analog / digital conversion of antenna signals of a digital radio receiver.

De manière générale, un récepteur radio a pour fonction de recouvrir un signal en bande de base à partir de signaux reçus sur une antenne qui sont modulés sur des porteuses radiofréquences. Une structure classique d'un tel récepteur, dit récepteur superhétérodyne, est représentée de manière simplifiée à la Fig. 1. Le récepteur comprend une antenne 11, un amplificateur 12 pour amplifier le signal d'antenne, un convertisseur de fréquence 13 pour transposer la fréquence du signal radiofréquence à une fréquence intermédiaire donnée par un oscillateur 14, un filtre passe-bande 15 centré sur la fréquence intermédiaire, un amplificateur à contrôle de gain automatique 16 et un démodulateur 17 (incluant lui-même, dans l'exemple représenté, un mixeur de phase 171, un mixeur de quadrature de phase 17Q, un oscillateur 170 à la fréquence intermédiaire, un déphaseur de π/4 17D) pour démoduler le signal en sortie du filtre passe-bande 15 et de l'amplificateur 16. A la sortie du démodulateur 17, est présent le signal analogique en bande de base (ici, dans l'exemple représenté, deux signaux en bande de base en quadrature de phase) qui peut être ensuite converti en un signal numérique au moyen d'un convertisseur analogique/numérique (ici 181 et 18Q).Generally, a radio receiver has the function of recovering a baseband signal from signals received on an antenna which are modulated on radio frequency carriers. A conventional structure of such a receiver, called a superheterodyne receiver, is shown in a simplified manner in FIG. 1. The receiver comprises an antenna 11, an amplifier 12 for amplifying the antenna signal, a frequency converter 13 for transposing the frequency of the radiofrequency signal to an intermediate frequency given by an oscillator 14, a bandpass filter 15 centered on the intermediate frequency, an amplifier with automatic gain control 16 and a demodulator 17 (itself including, in the example shown, a phase mixer 171, a phase quadrature mixer 17Q, an oscillator 170 at the intermediate frequency, a phase shifter of π / 4 17D) for demodulating the signal at the output of the bandpass filter 15 and of the amplifier 16. At the output of the demodulator 17, is present the analog signal in baseband (here in the example shown, two baseband signals in quadrature phase) which can then be converted into a digital signal by means of an analog / digital converter (here 181 and 18Q).

Il existe de nombreux standards de communication, par exemple dans le monde de la télécommunication téléphonique sans fil (GSM, EDGE, CDMA, DECT, etc. pour ne donner que quelques exemples), dont les caractéristiques diffèrent pour les différents aspects de la chaîne qui vient d'être décrite : les bandes de fréquences des canaux utilisés, le type de modulation (FSK, BPSK, QPSK, GMSK, etc.), les débits de symbole, le type de codage utilisé, les techniques d'accès multiples (TDMA, CDMA, etc.), les niveaux de puissance de transmission, la fréquence intermédiaire, etc.There are many communication standards, for example in the world of wireless telephone telecommunications (GSM, EDGE, CDMA, DECT, etc. to give just a few examples), the characteristics of which differ for the different aspects of the chain which has just been described: the frequency bands of the channels used, the type of modulation (FSK, BPSK, QPSK, GMSK, etc.), symbol rates, the type of coding used, multiple access techniques (TDMA , CDMA, etc.), transmit power levels, intermediate frequency, etc.

Il y a un besoin de terminaux de télécommunications qui respectent un grand nombre de ces standards. Une solution simple consiste à équiper ces terminaux d'autant de chaînes radiofréquences que de standards à respecter. Néanmoins, essentiellement du fait de la multiplication des composants radiofréquences, cette solution s'avère assez coûteuse, relativement complexe à mettre en œuvre et en définitive, il en résulte des terminaux encombrants.There is a need for telecommunications terminals which meet many of these standards. A simple solution consists in equipping these terminals with as many radio frequencies as there are standards to be met. However, essentially due to the multiplication of radio frequency components, this solution proves to be quite expensive, relatively complex to implement and ultimately, it results in bulky terminals.

En réponse à ces différents problèmes, il a été proposé une structure idéale d'un récepteur radiofréquences, dit radio logicielle, telle que celle qui est représentée à la Fig. 2. Elle comprend un convertisseur analogique/numérique 21 pour directement convertir les signaux d'antenne en signaux numériques et un composant de traitement numérique 22, par exemple du type appelé DSP (Digital Signal Processing) ou du type FPGA (Field Programmable Gâte Array) pour effectuer les différents traitements de recouvrement des signaux en bande de base, notamment sélection de canal, filtrage, démodulation, etc. Ces traitements se font alors au moyen de logiciels, permettant donc la disparition de certains composants radiofréquences coûteux et encombrants (filtres, oscillateurs, mixeurs, etc.). Ainsi, un changement de logiciel approprié permet à ce composant de traitement de signaux de respecter un nouveau standard. L'émergence de cette technologie numérique au sein des terminaux permettrait théoriquement d'apporter une grande simplicité de conception matérielle ainsi qu'une grande souplesse de fonctionnement et permettrait de réaliser des économies d'échelle. Cependant, cette nouvelle technologie laisse apparaître des contraintes techniques pesant sur ses composants clés, en particulier sur le convertisseur analogique/numérique ou numérique/analogique si bien que la structure ainsi proposée reste, jusqu'à ce jour, une structure idéale.In response to these various problems, an ideal structure has been proposed for a radio frequency receiver, known as software radio, such as that which is shown in FIG. 2. It comprises an analog / digital converter 21 for directly converting the antenna signals into digital signals and a digital processing component 22, for example of the type called DSP (Digital Signal Processing) or of the FPGA (Field Programmable Gate Array) type. to perform the various treatments for recovering baseband signals, in particular channel selection, filtering, demodulation, etc. These treatments are then done using software, thus allowing the disappearance of certain expensive and bulky radio frequency components (filters, oscillators, mixers, etc.). Thus, an appropriate software change allows this signal processing component to meet a new standard. The emergence of this digital technology within terminals would theoretically provide great simplicity of hardware design as well as great operating flexibility and would allow economies of scale. However, this new technology reveals technical constraints weighing on its key components, in particular on the analog / digital or digital / analog converter so that the structure thus proposed remains, to this day, an ideal structure.

A la Fig. 2, la référence 23 concerne un éventuel amplificateur de signaux d'antenne.In Fig. 2, the reference 23 relates to a possible amplifier of antenna signals.

Le principe d'un convertisseur analogique/numérique est de coder, en un signal numérique à 2^Nb niveaux de quantification différents, Nb étant le nombre de bits du convertisseur analogique/numérique considéré, un signal analogique dont la valeur est bloquée pendant une durée d'échantillonnage égale à l'inverse de la fréquence d'échantillonnage Fech. Celle-ci doit suivre la loi de Nyquist-Shannon qui exige que, pour ne pas perdre d'information lors de la numérisation, la fréquence d'échantillonnage doit être au moins égale au double de la fréquence maximale potentiellement présente dans le signal à numériser. Quant à la résolution du convertisseur analogique/numérique, elle dépend du nombre Nb de bits disponibles. Ainsi, un signal analogique pouvant présenter une dynamique (plage de valeurs entre la plus faible et la plus haute) importante nécessitera un nombre de bits Nb important. Par ailleurs, pour une dynamique donnée, plus le nombre de bits Nb est important plus l'erreur en valeur absolue obtenue lors de la quantification en 2^Nh niveaux, appelée aussi bruit de quantification, sera faible. Ainsi, pour un niveau de bruit de quantification donné, un bit supplémentaire permet une augmentation de la dynamique d'environ 20 logl0(2) = 6,02 dB.The principle of an analog / digital converter is to code, into a digital signal with 2 ^Nb different quantization levels, Nb being the number of bits of the analog / digital converter considered, an analog signal whose value is blocked for a duration d sampling equal to the inverse of the Fech sampling frequency. This must follow the Nyquist-Shannon law which requires that, in order not to lose information during digitization, the sampling frequency must be at least twice the maximum frequency potentially present in the signal to be digitized . As for the resolution of the analog / digital converter, it depends on the number Nb of bits available. Thus, an analog signal which may have a large dynamic range (range of values between the lowest and the highest) will require a large number of bits Nb. Furthermore, for a given dynamic, the greater the number of bits Nb, the smaller the error in absolute value obtained during quantization in 2 ^Nh levels, also called quantization noise. Thus, for a given quantization noise level, an additional bit allows an increase in the dynamic range of approximately 20 log10 (2) = 6.02 dB.

L'utilisation de la technologie tout numérique mentionnée ci-dessus implique de devoir numériser la bande de fréquences la plus large possible, par exemple, selon l'application envisagée, plusieurs GHz tout en assurant une dynamique la plus grande possible, par exemple 120 dB. Or, ceci requiert d'un convertisseur analogique/numérique rapidité et forte résolution qu'il est impossible d'atteindre aujourd'hui dans la pratique.The use of the all-digital technology mentioned above implies having to digitize the widest possible frequency band, for example, according to the envisaged application, several GHz while ensuring the greatest possible dynamic, for example 120 dB . However, this requires an analog / digital converter speed and high resolution that it is impossible to achieve today in practice.

Il s'avère en effet, que pour la réalisation d'un tel convertisseur analogique/numérique, ses deux caractéristiques qui sont la fréquence d'échantillonnage Fech et le nombre de bits Nb sont l'objet d'un compromis car plus la fréquence d'échantillonnage Fech est grande et moins la plage d'amplitude qui peut être prise en compte est importante. Par ailleurs, un convertisseur analogique/numérique consomme d'autant plus d'énergie électrique qu'il est rapide et de forte résolution. Cette consommation pour un convertisseur analogique/numérique à large bande et à dynamique élevée peut s'avérer en contradiction avec des exigences de récepteurs radiofréquences dans le domaine des télécommunications mobiles, notamment pour des raisons de durée de vie des batteries.It turns out that, for the realization of such an analog / digital converter, its two characteristics which are the sampling frequency Fech and the number of bits Nb are the object of a compromise because the higher the frequency d The Fech sampling is large and the smaller the amplitude range that can be taken into account. In addition, an analog / digital converter consumes more electrical energy the faster it is and of higher resolution. This consumption for a broadband and high dynamic range analog / digital converter may prove to be in contradiction with the requirements of radio frequency receivers in the field of mobile telecommunications, in particular for reasons of battery life.

Ainsi, dans ces applications à larges bandes de fréquences et forte dynamique, est plutôt mise en œuvre aujourd'hui une structure d'un récepteur radiofréquences, telle que celle qui est représentée à la Fig. 3, qui comprend, entre l'antenne 11 et le convertisseur analogique/numérique 31, un convertisseur de fréquences 32 (généralement pourvu d'un filtre), appelé FE RF acronyme de Front End Radio Frequency, pour transposer les signaux analogiques de l'antenne présents dans une bande de fréquences restreinte vers une bande de fréquences plus faibles centrée autour d'une fréquence intermédiaire donnée par un oscillateur 33. Ainsi, les fréquences des signaux à numériser sont plus faibles et les contraintes sur la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique sont relâchées. Quant à la dynamique, elle n'est optimisée que dans la bande de fréquences restreinte, ce qui oblige, pour une telle optimisation dans la totalité de la bande de fréquences du signal d'antenne, à multiplier cette structure autant de fois qu'il y a de bandes de fréquences restreintes dans ladite bande de fréquences du signal d'antenne.Thus, in these applications with broad frequency bands and strong dynamics, is rather implemented today a structure of a radiofrequency receiver, such as that which is represented in FIG. 3, which comprises, between the antenna 11 and the analog / digital converter 31, a frequency converter 32 (generally provided with a filter), called FE RF acronym of Front End Radio Frequency, for transposing the analog signals of the antenna present in a restricted frequency band towards a lower frequency band centered around an intermediate frequency given by an oscillator 33. Thus, the frequencies of the signals to be digitized are lower and the constraints on the sampling frequency of the converter analog / digital are released. As for the dynamics, it is only optimized in the restricted frequency band, which requires, for such an optimization in the entire frequency band of the antenna signal, to multiply this structure as many times as it there are restricted frequency bands in said frequency band of the antenna signal.

A la Fig. 3, la référence 34 concerne un composant de traitement numérique DSP ou FPGA ou autre pour effectuer les différents traitements de recouvrement des signaux en bande de base et la référence 35 concerne un éventuel amplificateur de signaux d'antenne.In Fig. 3, the reference 34 relates to a DSP or FPGA or other digital processing component for carrying out the various treatments for recovering the baseband signals and the reference 35 relates to a possible antenna signal amplifier.

Un autre problème technologique des convertisseurs analogique/numérique est celui de leur saturation pour des signaux analogiques de forte puissance d'où il en résulte des déformations des signaux numérisés mais également la génération de parasites (liés au comportement non linéaire des convertisseurs) dans l'ensemble du spectre numérisé, rendant généralement inexploitable l'ensemble des signaux présents. Pour résoudre ce problème, une solution généralement mise en œuvre consiste à numériser les signaux analogiques de plus forte puissance après ajustement du niveau de gain d'entrée de la chaîne de réception radio amont au moyen d'un amplificateur à contrôle automatique de gain. Néanmoins, si cette solution permet de récupérer les signaux analogiques de plus forte puissance avec une bonne qualité, notamment en terme de rapport signal à bruit, sans saturer le convertisseur analogique/numérique, elle présente l'inconvénient d'écarter les signaux de plus faible puissance.Another technological problem of analog / digital converters is that of their saturation for high power analog signals from which it results in deformations of the digitized signals but also the generation of parasites (linked to the nonlinear behavior of the converters) in the whole of the digitized spectrum, making generally all the signals present unusable. To solve this problem, a generally implemented solution consists in digitizing the analog signals of higher power after adjustment of the input gain level of the upstream radio reception chain by means of an amplifier with automatic gain control. However, if this solution makes it possible to recover the higher power analog signals with good quality, in particular in terms of signal-to-noise ratio, without saturating the analog / digital converter, it has the disadvantage of discarding the weaker signals power.

De plus, du fait que le temps de réaction d'un amplificateur à contrôle automatique de gain est proportionnel à la différence des niveaux des signaux d'entrée apparaissant dans le temps, ce type d'amplificateur a un comportement du type filtre passe-bas (lissage temporel), ce qui n'est pas souhaitable. Une solution à ce problème peut être de pourvoir l'amplificateur à contrôle automatique de gain de plusieurs valeurs du temps de réaction (couramment lent, moyen et rapide) qui sont réglées selon le type a priori des signaux d'entrée attendus. Néanmoins, cette solution peut conduire, dans le cas général de signaux non connus, au choix d'une valeur de temps de réaction sélectionnée non optimale.In addition, since the reaction time of an amplifier with automatic gain control is proportional to the difference in the levels of the input signals appearing over time, this type of amplifier has a behavior of the low-pass filter type. (time smoothing), which is not desirable. A solution to this problem may be to provide the amplifier with automatic gain control with several values of the reaction time (usually slow, medium and fast) which are adjusted according to the a priori type of expected input signals. However, this solution can lead, in the general case of unknown signals, to the choice of a value of selected non-optimal reaction time.

Le but de la présente invention est de proposer une structure particulière d'un système de conversion analogique/numérique ainsi qu'un procédé de conversion analogique numérique qui permettent de numériser un signal analogique présentant une dynamique importante dans une bande de fréquences étendue en relâchant les contraintes de fréquences d'échantillonnage et de nombre de bits des convertisseurs de l'état de la technique explicitées ci-dessus.The object of the present invention is to propose a particular structure of an analog / digital conversion system as well as a method of analog to digital conversion which make it possible to digitize an analog signal having a significant dynamic in a wide frequency band by relaxing the constraints of sampling frequencies and number of bits of the converters of the state of the art explained above.

Le but de la présente invention est également de proposer un système de conversion analogique/numérique pouvant correctement fonctionner dans un récepteur radio tout numérique ou radio logiciel tel que celui qui est représenté à la Lig. 2 et notamment pour des applications de télécommunications mobiles.The object of the present invention is also to propose an analog / digital conversion system which can function correctly in an all digital radio receiver or software radio such as that which is represented in Lig. 2 and in particular for mobile telecommunications applications.

Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de conversion analogique/numérique d'un signal analogique en un signal numérique. Ce procédé comporte :More specifically, the present invention relates to a method of analog / digital conversion of an analog signal into a digital signal. This process includes:

- au moins une étape de numérisation intermédiaire et une étape de numérisation finale mises en œuvre successivement dans leur ordre de 1 à N, chaque étape de numérisation intermédiaire comportant les sous-étapes suivantes :at least one intermediate digitization step and one final digitization step implemented successively in their order from 1 to N, each intermediate digitization step comprising the following substeps:

- une sous-étape de numérisation des seules composantes fréquentielles d'un signal analogique, dit signal analogique à traiter à l'étape d'ordre i, ayant des niveaux de puissance qui sont compris entre une valeur maximale Ni^max et une valeur de seuil Si associées à ladite étape de numérisation intermédiaire, ladite sous-étape de numérisation délivrant un signal numérique,a sub-step for digitizing only the frequency components of an analog signal, said analog signal to be processed at the step of order i, having power levels which are between a maximum value Ni ^max and a threshold value If associated with said intermediate digitization step, said digitizing sub-step delivering a digital signal,

- une sous-étape d'extraction pour extraire dudit signal analogique à traiter d'ordre i les composantes fréquentielles qui ont été numérisées à la sous-étape de numérisation d'ordre i et pour délivrer ainsi un signal analogique à traiter pour l'étape de numérisation intermédiaire ou finale d'ordre suivant, ledit signal analogique à traiter de ladite première étape de numérisation intermédiaire étant le signal analogique d'entrée à numériser, etan extraction sub-step for extracting from said analog signal to be processed of order i the frequency components which have been digitized in the digitizing sub-step of order i and thereby delivering an analog signal to be processed for the step intermediate or final digitization of the following order, said analog signal to be processed from said first intermediate digitization step being the input analog signal to be digitized, and

- une étape de combinaison pour combiner les signaux numériques résultat des étapes de numérisation et pour délivrer un signal numérique résultat de la conversion analogique/numérique du signal analogique à numériser.a combining step for combining the digital signals resulting from the digitization steps and for delivering a digital signal resulting from the analog / digital conversion of the analog signal to be digitized.

La présente invention concerne également un système de conversion analogique/numérique pour convertir un signal analogique en un signal numérique qui est adapté pour mettre en œuvre le procédé de conversion analogique/numérique qui vient d'être décrit. Il comporte :The present invention also relates to an analog / digital conversion system for converting an analog signal into a digital signal which is suitable for implementing the analog / digital conversion method which has just been described. It comprises :

- un étage de numérisation intermédiaire ou plusieurs étages de numérisation intermédiaires de structure similaire et un étage de numérisation finale montés en cascade, ledit ou chaque étage de numérisation intermédiaire d'ordre i recevant un signal analogique à traiter et délivrant, d'une part, un signal numérique représentatif des seules composantes fréquentielles du signal analogique à traiter dont les niveaux de puissance entre une valeur maximale Ni^max et une valeur de seuil Si associées audit étage de numérisation intermédiaire et, d'autre part, un signal analogique de sortie qui constitue le signal analogique à traiter de l'étage de numérisation intermédiaire d'ordre juste supérieur ou du signal analogique d'entrée de l'étage de numérisation finale, le signal analogique à traiter du premier étage de numérisation étant le signal analogique à numériser, etan intermediate digitization stage or several intermediate digitization stages of similar structure and a final digitization stage connected in cascade, said or each intermediate digitization stage of order i receiving an analog signal to be processed and delivering, on the one hand, a digital signal representative of the only frequency components of the analog signal to be processed, the power levels of which between a maximum value Ni ^max and a threshold value Si associated with said intermediate digitization stage and, on the other hand, an analog output signal which constitutes the analog signal to be processed from the intermediate sequence of just higher order or from the input analog signal from the final digitization stage, the analog signal to be processed from the first digitization stage being the analog signal to be digitized, and

- une unité de combinaison prévue pour combiner les signaux numériques de sortie des étages de numérisation intermédiaires et final respectifs et pour délivrer un signal numérique représentatif du signal analogique d'entrée du système de conversion analogique/numérique.a combination unit provided for combining the digital output signals of the respective intermediate and final digitization stages and for delivering a digital signal representative of the analog input signal of the analog / digital conversion system.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, said description being made in relation to the accompanying drawings, among which:

La Fig. 1 est un schéma synoptique d'un récepteur radiofréquence superhétérodyne classique de l'état de la technique,Fig. 1 is a block diagram of a conventional superheterodyne radiofrequency receiver of the state of the art,

La Fig. 2 est un schéma synoptique d'un récepteur radiofréquence idéal tout numérique dit également radio logiciel,Fig. 2 is a block diagram of an ideal all-digital radio frequency receiver also known as software radio,

Fa Fig. 3 est un schéma synoptique d'un récepteur radiofréquence numérique montrant comment l'état de la technique résout les problèmes de contraintes de fréquences d'échantillonnage et de nombre de bits soulevés dans le préambule de la présente description,Fa Fig. 3 is a block diagram of a digital radiofrequency receiver showing how the state of the art solves the problems of constraints of sampling frequencies and number of bits raised in the preamble of this description,

Fa Fig. 4 est un diagramme illustrant un procédé de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fa Fig. 4 is a diagram illustrating an analog / digital conversion method according to the present invention,

Fa Fig. 5 est un diagramme illustrant une étape de numérisation intermédiaire d'un procédé de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fa Fig. 5 is a diagram illustrating an intermediate digitization step of an analog / digital conversion method according to the present invention,

Fa Fig. 6 est une vue illustrant le principe du procédé de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fa Fig. 6 is a view illustrating the principle of the analog / digital conversion method according to the present invention,

Fa Fig. 7 est un schéma synoptique de principe d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fa Fig. 7 is a block diagram of an analog / digital conversion system according to the present invention,

Fa Fig. 8 est un schéma synoptique d'une unité de numérisation d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fa Fig. 8 is a block diagram of a digitization unit of an analog / digital conversion system according to the present invention,

Fa Fig. 9 est un schéma synoptique d'un premier mode de réalisation d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fa Fig. 9 is a block diagram of a first embodiment of an analog / digital conversion system according to the present invention,

La Fig. 10 est un schéma synoptique d'un second mode de réalisation d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fig. 10 is a block diagram of a second embodiment of an analog / digital conversion system according to the present invention,

La Fig. 11 est une vue illustrant l'intérêt du second mode de réalisation d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention,Fig. 11 is a view illustrating the advantage of the second embodiment of an analog / digital conversion system according to the present invention,

La Fig. 12 est un schéma synoptique d'une unité de filtrage supplémentaire du second mode de réalisation d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention, etFig. 12 is a block diagram of an additional filtering unit of the second embodiment of an analog / digital conversion system according to the present invention, and

La Fig. 13 est un schéma synoptique d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention montrant un exemple de réalisation d'une unité de retard.Fig. 13 is a block diagram of an analog / digital conversion system according to the present invention showing an exemplary embodiment of a delay unit.

Un procédé de conversion analogique/numérique d'un signal analogique d'entrée SA en un signal numérique selon la présente invention est illustré par le diagramme de la Fig. 4. Il comporte au moins deux étapes de numérisation ENi à ENn (N >2) ordonnées qui sont chacunes prévues pour ne numériser que les seules composantes fréquentielles d'un signal analogique d'entrée SA qui ont des niveaux de puissance qui sont compris entre une valeur maximale Ni^max de niveaux de puissance (i = 1 à N) et une valeur de seuil Si, la valeur de seuil Si d'une étape de numérisation ENi étant sensiblement égale à la valeur maximale Ni+i^max de l'étape de numérisation d'ordre juste supérieur ENi+i.A method of analog / digital conversion of an analog input signal SA into a digital signal according to the present invention is illustrated by the diagram of FIG. 4. It comprises at least two stages of digitization ENi to ENn (N> 2) ordered which are each provided to digitize only the only frequency components of an analog input signal SA which have power levels which are between a maximum value Ni ^max of power levels (i = 1 to N) and a threshold value Si, the threshold value Si of a digitization step ENi being substantially equal to the maximum value Ni + i ^max of the step just higher order digitization ENi + i.

Les signaux numériques SNi à SNn délivrés des étapes de numérisation respectives ENi à ENn sont combinés à une étape de combinaison EC pour délivrer un signal numérique SN résultat de la conversion analogique/numérique du signal d'entrée SA.The digital signals SNi to SNn delivered from the respective digitization steps ENi to ENn are combined with a combining step EC to deliver a digital signal SN resulting from the analog / digital conversion of the input signal SA.

Dans le mode de réalisation qui est représenté, lesdites étapes de numérisation ENi (i = 1 à N) sont successives et forment au moins une étape de numérisation intermédiaire ENi à ENn-i et une étape de numérisation finale ENn. L'étape de numérisation ENi non seulement délivre un signal numérique SNi mais également un signal analogique SA2 qu'elle fournit à l'étape de numérisation d'ordre juste supérieur EN2 et qui correspond au signal analogique SA à son entrée auquel ont été extraites les seules composantes fréquentielles que l'étape ENi a numérisées. L'étape de numérisation EN2 mais aussi chaque étape de numérisation suivante ENi (à l'exception de l'étape ENn) délivre de même un signal analogique SAi+i qui correspond au signal analogique SAi à son entrée auquel ont été extraites les seules composantes fréquentielles que l'étape ENi a numérisées.In the embodiment which is represented, said digitization steps ENi (i = 1 to N) are successive and form at least one intermediate digitization step ENi to ENn-i and a final digitization step ENn. The digitization step ENi not only delivers a digital signal SNi but also an analog signal SA2 which it provides at the digitization step of just higher order EN2 and which corresponds to the analog signal SA at its input from which the only frequency components that the ENi step has digitized. The digitization step EN2 but also each subsequent digitization step ENi (with the exception of the step ENn) similarly delivers an analog signal SAi + i which corresponds to the analog signal SAi at its input from which the only components have been extracted that the ENi step has digitized.

L'étape de numérisation finale ENn réalise simplement la numérisation du signal analogique S An.The final digitization step ENn simply performs the digitization of the analog signal S An.

On a représenté à la Fig. 5, un exemple de mise en œuvre d'une étape de numérisation intermédiaire ENi qui comporte donc les sous-étapes suivantes :There is shown in FIG. 5, an example of implementation of an intermediate digitization step ENi which therefore includes the following substeps:

- une sous-étape SENi de numérisation des seules composantes fréquentielles d'un signal analogique SAi, dit signal analogique à traiter, ayant des niveaux de puissance supérieurs à une valeur de seuil prédéterminé Si associé à ladite étape de numérisation intermédiaire ENi, ladite sous-étape SENi de l'étape ENi considérée délivrant un signal numérique SNi, chaque étape de numérisation ENi étant apte à numériser un signal analogique de niveau de puissance au plus égal à un niveau de puissance Ni^max eta sub-step SENi for digitizing only the frequency components of an analog signal SAi, said analog signal to be processed, having power levels greater than a predetermined threshold value Si associated with said intermediate digitization step ENi, said sub- step SENi of the step ENi considered delivering a digital signal SNi, each digitization step ENi being able to digitize an analog signal with a power level at most equal to a power level Ni ^max and

- une sous-étape SEEi d'extraction pour extraire dudit signal analogique à traiter SAi les composantes fréquentielles qui ont été numérisées par la sous-étape SENi et pour délivrer ainsi un signal analogique à traiter SAi+i pour l'étape de numérisation intermédiaire ou finale d'ordre juste supérieur ENi+i.a sub-step SEEi of extraction for extracting from said analog signal to be processed SAi the frequency components which have been digitized by the sub-step SENi and thereby delivering an analog signal to be processed SAi + i for the intermediate digitization step or just higher final order ENi + i.

Le signal analogique à traiter S Ai de ladite première étape de numérisation ENi est le signal analogique à numériser SA.The analog signal to be processed S Ai of said first digitizing step ENi is the analog signal to be digitized SA.

Selon l'invention, la sous-étape de numérisation SEN de chaque étape de numérisation intermédiaire ENi comprend :According to the invention, the digitization sub-step SEN of each intermediate digitization step ENi comprises:

- une sous-étape CANi de numérisation dudit signal analogique à traiter SAi pour ses valeurs de niveau de puissance comprises entre une valeur minimale de niveau de puissance Ni¹¹¹¹¹¹ et la valeur maximale de niveau de puissance Ni^max,a substep CANi for digitizing said analog signal to be processed SAi for its power level values comprised between a minimum value of power level Ni ¹¹¹¹¹¹ and the maximum value of power level Ni ^max ,

- une sous-étape FILTi de filtrage numérique du signal numérique résultat de ladite sous-étape de numérisation CANi afin de délivrer un signal numérique SNi représentatif des seules composantes fréquentielles du signal analogique à traiter SAi dont les niveaux de puissance sont supérieurs à la valeur de seuil Si.a sub-step FILTi of digital filtering of the digital signal result of said digitization sub-step CANi in order to deliver a digital signal SNi representative of the only frequency components of the analog signal to be processed SAi whose power levels are greater than the value of threshold If.

Plus précisément, la valeur de seuil Si est supérieure à la valeur minimale de niveau de puissance Ni¹¹¹¹¹¹ d'une quantité prédéterminée Ai qui est au moins égale, comme on le verra ci-après, au niveau minimal de signal au-dessus du bruit nécessaire au traitement opéré en sortie de l'étape de numérisation intermédiaire ENi. On peut donc écrire :More precisely, the threshold value Si is greater than the minimum power level value Ni ¹¹¹¹¹¹ by a predetermined quantity Ai which is at least equal, as will be seen below, to the minimum signal level above the noise necessary for the processing carried out at the end of the intermediate digitization step ENi. We can therefore write:

Si = Ni^min + Ai.Si = Ni ^min + Ai.

On peut considérer que Ai représente un même rapport signal à bruit nécessaire pour le traitement externe au dispositif en sortie de chaque étape ENi. Bien que la succession des étapes puisse incorporer un bruit propre et opérer avec un nombre de bits différents, on conservera pour Ai, dans un esprit de généralisation, l'indice i.It can be considered that Ai represents the same signal-to-noise ratio necessary for the processing external to the device at the output of each step ENi. Although the succession of steps can incorporate its own noise and operate with a number of different bits, we will keep for Ai, in a spirit of generalization, the index i.

Selon la présente invention, ladite sous-étape d'extraction SEEi de chaque étape de numérisation intermédiaire ENi comprend :According to the present invention, said extraction sub-step SEEi of each intermediate digitization step ENi comprises:

- une sous-étape CNAi de conversion du signal numérique SNi en un signal analogique SAi^P+,a sub-step CNAi for converting the digital signal SNi into an analog signal SAi ^{P +} ,

- une sous-étape EXTi d'extraction proprement-dite prévue pour extraire le signal analogique SAi^P+ résultat de ladite sous-étape de conversion CNAi au signal analogique à traiter SAi et ainsi délivrer un nouveau signal analogique à traiter SAi+i pour l'étape de numérisation d'ordre juste supérieur ENi+i.- an extraction EXTi sub-step proper provided for extracting the analog signal SAi ^{P +} result of said CNAi conversion sub-step to the analog signal to be processed SAi and thus delivering a new analog signal to be processed SAi + i for the just higher order digitization step ENi + i.

Selon la présente invention, ladite sous-étape d'extraction SEEi comprend en outre une sous-étape de retard RETi pour retarder, avant la mise en œuvre de ladite sous-étape d'extraction proprement-dite EXTi, ledit signal à traiter SAi d'un temps égal à celui du temps total de mise en œuvre de la sous-étape de numérisation CANi dudit signal analogique à traiter SAi, de la sous-étape de filtrage numérique FILTi du signal numérique résultat de ladite sous-étape de numérisation CANi et de la sous-étape de conversion en analogique du signal numérique CNAi.According to the present invention, said extraction sub-step SEEi further comprises a delay sub-step RETi for delaying, before the implementation of said extraction sub-step proper EXTi, said signal to be processed SAi d a time equal to that of the total time of implementation of the CANi digitization sub-step of said analog signal to be processed SAi, of the digital filtering sub-step FILTi of the digital signal result of said CANi digitization sub-step and of the substep for converting the digital signal CNAi to analog.

On notera que la quantité prédéterminée Ai = Si - Si^mul est positive et est avantageusement au moins égale au rapport signal à bruit nécessaire pour le traitement externe applicatif en sortie de la sous-étape FILTi de filtrage numérique de la sousétape de numérisation SENi.It will be noted that the predetermined quantity Ai = Si - Si ^mul is positive and is advantageously at least equal to the signal to noise ratio necessary for the external application processing at the output of the digital filtering sub-step FILTi of the digitizing sub-step SENi.

A la Fig. 6, on a représenté à titre d'exemple les composantes fréquentielles 1 à 7 d'un signal analogique d'entrée SA avec leurs niveaux de puissance respectifs. La numérisation de ce signal est ici opérée au moyen de trois étapes de numérisation ENi et EN3. A la première étape ENi, les valeurs maximale Ni^max et minimale Ni¹™¹¹correspondent aux niveaux de puissance respectivement maximum et minimum que peut numériser cette première étape de numérisation ENi. Cette première étape ENi sélectionne et extrait toutes les composantes fréquentielles dont les niveaux de puissances sont supérieurs à un seuil Si supérieur à la valeur minimale Ni¹¹¹¹¹¹ d'une quantité prédéterminée Ai.In Fig. 6, there is shown by way of example the frequency components 1 to 7 of an analog input signal SA with their respective power levels. The digitization of this signal is here effected by means of three stages of digitization ENi and EN3. At the first stage ENi, the maximum values Ni ^max and minimum Ni ¹ ™ ¹¹ correspond to the respectively maximum and minimum power levels which this first digitization stage ENi can digitize. This first step ENi selects and extracts all the frequency components whose power levels are greater than a threshold Si greater than the minimum value Ni ¹¹¹¹¹¹ by a predetermined quantity Ai.

De même, à la seconde étape EN2, les valeurs maximale N2^max et minimale N2¹¹¹¹¹¹correspondent aux niveaux de puissance maximum et minimum que peut numériser ίο l'étape EN2. L'étape EN2 sélectionne et extrait toutes les composantes fréquentielles dont les niveaux de puissances sont supérieurs à un seuil S2 supérieur à la valeur minimale N2¹¹¹¹¹¹ d'une quantité prédéterminée Δ2.Similarly, in the second step EN2, the maximum values N2 ^max and minimum N2 ¹¹¹¹¹¹ correspond to the maximum and minimum power levels that can be digitized ίο step EN2. Step EN2 selects and extracts all the frequency components whose power levels are greater than a threshold S2 greater than the minimum value N2 ¹¹¹¹¹¹ by a predetermined quantity Δ2.

A la troisième étape EN3, les valeurs maximale N3^max et minimale N3¹¹¹¹¹¹correspondent aux niveaux de puissance maximum et minimum que peut numériser l'étape EN3. L'étape EN3 numérise toutes les composantes fréquentielles du signal SA3 à son entrée.In the third step EN3, the maximum values N3 ^max and minimum N3 ¹¹¹¹¹¹ correspond to the maximum and minimum power levels that can be digitized in step EN3. Step EN3 digitizes all the frequency components of the signal SA3 at its input.

Avantageusement, la valeur maximale Ni+i^max d'une étape ENi+i correspond à la valeur de seuil Si de l'étape ENi.Advantageously, the maximum value Ni + i ^max of a step ENi + i corresponds to the threshold value Si of the step ENi.

Ainsi, selon la présente invention, à la Fig. 6, l'étape de numérisation ENi délivre un signal numérique SNi représentatif des composantes fréquentielles dont les niveaux de puissance sont compris entre la valeur maximale Ni^max et la valeur de seuil Si, c'est-à-dire ici les composantes fréquentielles 2 et 7. Elle délivre également un signal analogique SA2 correspondant au signal d'entrée SA auquel ont été extraites les composantes fréquentielles 2 et 7, c'est-à-dire correspondant aux composantes fréquentielles 1, 3, 4, 5 et 6.Thus, according to the present invention, in FIG. 6, the digitization step ENi delivers a digital signal SNi representative of the frequency components whose power levels are between the maximum value Ni ^max and the threshold value Si, that is to say here the frequency components 2 and 7. It also delivers an analog signal SA2 corresponding to the input signal SA from which the frequency components 2 and 7 have been extracted, that is to say corresponding to the frequency components 1, 3, 4, 5 and 6.

L'étape de numérisation EN2 délivre un signal numérique SN2 représentatif des composantes fréquentielles dont les niveaux de puissance sont compris entre la valeur maximale N2^max et la valeur de seuil S2, c'est-à-dire les composantes fréquentielles 1 et 6.The digitization step EN2 delivers a digital signal SN2 representative of the frequency components whose power levels are between the maximum value N2 ^max and the threshold value S2, that is to say the frequency components 1 and 6.

L'étape de numérisation EN3 délivre un signal numérique SN3 représentatif des composantes fréquentielles présentes dans le signal SA3 dont les niveaux de puissance sont compris entre la valeur N3^max et la valeur minimale N3¹¹¹¹¹¹, c'est-à-dire les composantes fréquentielles 3, 4 et 5.The digitization step EN3 delivers a digital signal SN3 representative of the frequency components present in the signal SA3 whose power levels are between the value N3 ^max and the minimum value N3 ¹¹¹¹¹¹ , that is to say the frequency components 3 , 4 and 5.

Chaque étape de numérisation ENi opère une conversion analogique/numérique des composantes fréquentielles de niveaux de puissance les plus élevés avec un nombre Nbi de bits associé à cette étape de numérisation ENi. Le nombre de bits Ng global obtenu après l'étape de combinaison EC résulte de la combinaison des Nbi bits de chaque étape de numérisation ENi et, en tout état de cause, est supérieur à chacun des nombres de bits Nbi (Ng » Nbi). Il en résulte que le procédé de conversion analogique/numérique selon l'invention permet d'obtenir une dynamique globale Dg = 2^Ng qui est très supérieure à la dynamique restreinte 2^Nb offerte par chaque étape de numérisation ENi. Ainsi, l'avantage de la présente invention réside dans le fait que cette dynamique globale Dg peut être obtenue au moyen de composants de πEach digitization step ENi operates an analog / digital conversion of the frequency components of the highest power levels with a number Nbi of bits associated with this digitization step ENi. The number of global bits Ng obtained after the combining step EC results from the combination of the Nbi bits of each digitization step ENi and, in any event, is greater than each of the numbers of bits Nbi (Ng »Nbi). It follows that the analog / digital conversion method according to the invention makes it possible to obtain an overall dynamic Dg = 2 ^Ng which is much greater than the restricted dynamic 2 ^Nb offered by each digitization step ENi. Thus, the advantage of the present invention lies in the fact that this global dynamic Dg can be obtained by means of components of π

convertisseur analogique/numérique de dynamique restreinte pour lesquels les contraintes de fréquences d'échantillonnage et de nombre de bits sont relativement faibles.analog / digital converter with restricted dynamics for which the constraints of sampling frequencies and number of bits are relatively low.

Le compromis usuel évoqué dans le préambule de la présente description entre largeurs de bande de fréquences et dynamique du système de conversion analogique/numérique n'est donc plus une contrainte si forte du fait de l'utilisatron, pour chaque étape de numérisation ENi, d'un composant de conversion analogique/numérique de grande bande de fréquences mais de relativement faible dynamique comparée à la dynamique globale mentionnée ci-dessus. Par exemple, pour couvrir une large bande de fréquences de 1GHz avec une résolution de 23 bits, un convertisseur selon l'état de la technique nécessiterait environ 100 voies de frontal analogique avec, chacune, un convertisseur analogique/numérique de 10MHz de bande de fréquences.The usual compromise mentioned in the preamble to the present description between frequency bandwidths and dynamics of the analog / digital conversion system is therefore no longer such a strong constraint due to the utilatron, for each digitization step ENi, d 'a component of analog / digital conversion of large frequency band but relatively weak dynamic compared to the global dynamic mentioned above. For example, to cover a wide frequency band of 1 GHz with a resolution of 23 bits, a converter according to the state of the art would require approximately 100 analog front-end channels with, each, an analog / digital converter of 10 MHz of frequency band. .

Un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention ne nécessite qu'un nombre N restreint d'étapes de numérisation ENi (par exemple N = 3 et i = 1 à 3) permettant chacune une numérisation d'une large bande de fréquences (par exemple 1GHz) avec une résolution restreinte (par exemple, 12 bits).An analog / digital conversion system according to the present invention requires only a limited number N of digitization steps ENi (for example N = 3 and i = 1 to 3) each allowing digitization of a wide frequency band ( for example 1GHz) with a restricted resolution (for example, 12 bits).

Un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention est représenté à la Fig. 7. Il est notamment destiné à la conversion analogique/numérique de signaux d'antenne large bande et dynamique élevée (via un éventuel amplificateur de signaux d'antenne) d'un récepteur radio similaire à celui qui est représenté à la Fig. 2, ou radio logiciel, à l'instar du convertisseur analogique/numérique 21 de cette Fig. 2.An analog / digital conversion system according to the present invention is shown in FIG. 7. It is in particular intended for the analog / digital conversion of broadband and high dynamic antenna signals (via an optional antenna signal amplifier) of a radio receiver similar to that shown in FIG. 2, or software radio, like the analog / digital converter 21 of this FIG. 2.

Il comporte N-l étages de numérisation intermédiaire Ei à En-i de structure identique ou similaire et un étage de numérisation finale En montés en cascade. Ces étages de numérisation Ei à En mettent en œuvre respectivement les étapes de numérisation ENi à ENn qui viennent d'être décrites.It comprises N-1 intermediate digitization stages Ei to En-i of identical or similar structure and a final digitization stage En connected in cascade. These digitization stages Ei to En respectively implement the digitization steps ENi to ENn which have just been described.

Ainsi, un étage de numérisation intermédiaire Ei reçoit un signal analogique à traiter SAi et délivre, d'une part, un signal numérique SNi correspondant aux composantes fréquentielles du signal analogique à traiter SAi dont les niveaux de puissance sont compris entre une valeur maximale de niveaux de puissance Ni^max et une valeur de seuil Si qui est égale à une valeur minimale Ni¹¹¹¹¹¹ additionnée à une quantité prédéterminée Ai et, d'autre part, un signal analogique de sortie constituant le signal analogique à traiter SAi+i de l'étage de numérisation intermédiaire Ei+i d'ordre suivant ou du signal analogique d'entrée de l'étage de numérisation finale En. Le signal analogique à traiter SAi du premier étage de numérisation Ei est le signal analogique SA à numériser (SAi = SA) présent à l'entrée du système de conversion analogique/numérique selon la présente invention.Thus, an intermediate digitization stage Ei receives an analog signal to be processed SAi and delivers, on the one hand, a digital signal SNi corresponding to the frequency components of the analog signal to be processed SAi whose power levels are between a maximum value of levels of power Ni ^max and a threshold value Si which is equal to a minimum value Ni ¹¹¹¹¹¹ added to a predetermined quantity Ai and, on the other hand, an analog output signal constituting the analog signal to be processed SAi + i of the stage digitization signal Ei + i of the following order or of the analog input signal of the final digitization stage En. The analog signal to be processed SAi of the first digitization stage Ei is the analog signal SA to be digitized (SAi = SA) present at the input of the analog / digital conversion system according to the present invention.

Selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention, chaque étage de numérisation intermédiaire Ei à En-i, à l'instar de l'étage de numérisation Ei de la Fig. 7, comprend un duplexeur 100, une unité de numérisation intermédiaire 200, une unité de retard 300, une unité d'extraction 400 et une unité de combinaison 500.According to an advantageous embodiment of the present invention, each intermediate digitization stage Ei to En-i, like the digitization stage Ei of FIG. 7, comprises a duplexer 100, an intermediate digitizing unit 200, a delay unit 300, an extraction unit 400 and a combination unit 500.

Le duplexeur 100 délivre le signal analogique à traiter SAi de l'étage de numérisation intermédiaire Ei considéré, d'une part, à l'entrée de l'unité de numérisation 200 et, d'autre part, à l'entrée de l'unité de retard 300 de cet étage de numérisation intermédiaire Ei.The duplexer 100 delivers the analog signal to be processed SAi from the intermediate digitization stage Ei considered, on the one hand, at the input of the digitization unit 200 and, on the other hand, at the input of the delay unit 300 of this intermediate digitization stage Ei.

ETn schéma synoptique d'une unité de numérisation 200 selon un mode de réalisation de la présente invention est montré à la Fig. 8. Cette unité de numérisation 200 comprend un convertisseur analogique/numérique 210 pour convertir en un signal numérique à Nbi bits le signal à traiter SAi à l'entrée de l'étage de numérisation intermédiaire Ei considéré pour ses niveaux de puissance compris entre une valeur maximale Ni^max et une valeur minimale Ni¹¹¹¹¹¹, un filtre numérique 220 qui sélectionne et délivre sur une sortie 201, un signal numérique SNi correspondant aux composantes fréquentielles du signal à traiter SAi à l'entrée de l'étage de numérisation intermédiaire Ei considéré dont les niveaux de puissance sont supérieurs à la valeur seuil Si = Ni¹¹¹¹¹¹ + Ai. Elle comprend encore un convertisseur numérique/analogique 230 pour convertir le signal numérique SNi en sortie du filtre numérique 220 en un signal analogique SAi^P+ qui est représentatif de ces composantes fréquentielles sélectionnées et qui est alors délivré sur une sortie 202.A block diagram of a digitizing unit 200 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 8. This digitization unit 200 comprises an analog / digital converter 210 for converting the signal to be processed SAi at a input of the intermediate digitization stage Ei considered for its power levels between a value, into a digital signal with Nbi bits. maximum Ni ^max and a minimum value Ni ¹¹¹¹¹¹ , a digital filter 220 which selects and delivers on an output 201, a digital signal SNi corresponding to the frequency components of the signal to be processed SAi at the input of the intermediate digitization stage Ei considered of which the power levels are greater than the threshold value Si = Ni ¹¹¹¹¹¹ + Ai. It also comprises a digital / analog converter 230 for converting the digital signal SNi at the output of the digital filter 220 into an analog signal SAi ^{P +} which is representative of these selected frequency components and which is then delivered on an output 202.

L'unité de retard 300 (voir Fig. 7) retarde le signal analogique à traiter SAi à l'entrée de l'étage Ei considéré d'un temps qui correspond au temps qui est nécessaire à l'unité de numérisation 200 pour effectuer les différentes opérations dont elle a la charge (conversion analogique/numérique, filtrage, conversion numérique/analogique). Il en résulte un signal analogique retardé SA^ri.The delay unit 300 (see FIG. 7) delays the analog signal to be processed SAi at the input of the stage Ei considered by a time which corresponds to the time which is necessary for the digitization unit 200 to carry out the different operations for which it is responsible (analog / digital conversion, filtering, digital / analog conversion). This results in a delayed analog signal SA ^r i.

L'unité d'extraction 400 est prévue pour extraire au signal analogique à traiter retardé SA^ri le signal analogique SAi^P+ délivré par le filtre numérique 200 sur sa sortie 202. Dans le mode de réalisation représenté, l'unité d'extraction 400 est un soustracteur.The extraction unit 400 is provided for extracting from the analog signal to be processed delayed SA ^r i the analog signal SAi ^{P +} delivered by the digital filter 200 on its output 202. In the embodiment shown, the extraction unit 400 is a subtractor.

L'unité de combinaison 500 est prévue pour combiner les signaux numériques SNi de sortie des étages de numérisation Ei à En respectifs et pour délivrer alors un signal numérique SN représentatif du signal analogique SA à l'entrée du système de conversion analogique/numérique.The combining unit 500 is provided for combining the digital signals SNi output from the respective digitization stages Ei to En and for then delivering a digital signal SN representative of the analog signal SA at the input of the analog / digital conversion system.

Le fonctionnement d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention est le suivant. On rappelle ici que chaque étage de numérisation Ei à En met en œuvre l'étape de numérisation correspondante ENi à ENn du procédé de numérisation selon la présente invention. Ainsi, le signal analogique SAi à traiter à l'entrée d'un étage de numérisation intermédiaire Ei (avec i=làN-l)est numérisé au moyen du convertisseur analogique/numérique 210 de l'unité de numérisation 200 de cet étage Ei. Le convertisseur analogique/numérique 210 doit être prévu pour numériser la totalité de la bande de fréquences du signal analogique à traiter SAi (à la fréquence d'échantillonnage Fech au moins égale au double de la fréquence la plus élevée de ladite bande de fréquences) avec un nombre Nbi de bits de quantification permettant d'offrir une dynamique suffisante pour les composantes fréquentielles sélectionnées par le filtre numérique 220 (par exemple, 70 dB de dynamique obtenue pour un nombre de bits Nbi = 12bits). L'avantage de la présente invention est donc qu'il est possible de choisir pour les convertisseurs analogiques/numériques 210 des convertisseurs analogiques/numériques de relativement faible dynamique qui permettent de couvrir une large bande de fréquences. Par exemple, pour une bande de fréquences de 1GHz, un convertisseur à 12bits de résolution peut être suffisant.The operation of an analog / digital conversion system according to the present invention is as follows. It will be recalled here that each digitization stage Ei to En implements the corresponding digitization step ENi to ENn of the digitization method according to the present invention. Thus, the analog signal SAi to be processed at the input of an intermediate digitization stage Ei (with i = thereN-1) is digitized by means of the analog / digital converter 210 of the digitization unit 200 of this stage Ei. The analog / digital converter 210 must be provided to digitize the entire frequency band of the analog signal to be processed SAi (at the sampling frequency Fech at least equal to twice the highest frequency of said frequency band) with a number Nbi of quantization bits making it possible to offer a sufficient dynamic range for the frequency components selected by the digital filter 220 (for example, 70 dB of dynamic range obtained for a number of bits Nbi = 12bits). The advantage of the present invention is therefore that it is possible to choose for analog / digital converters 210 analog / digital converters of relatively low dynamic range which make it possible to cover a wide frequency band. For example, for a frequency band of 1 GHz, a converter with 12 bit resolution may be sufficient.

Le signal numérique délivré par le convertisseur analogique/numérique 210 est filtré au moyen du filtre numérique 220 de manière à ne sélectionner que les composantes fréquentielles dont les niveaux de puissance sont supérieurs aux valeurs seuils Si respectivement associées aux étages de numérisation Ei à EN-1. Le signal numérique ainsi filtré constitue le signal numérique SNi de sortie de l'étage de numérisation intermédiaire Ei considéré. Il est ensuite converti en un signal analogique SAi^P+ au moyen du convertisseur numérique/analogique 230. Le convertisseur 230 est par exemple de résolution identique au convertisseur analogique/numérique 210, c'est-à-dire dans l'exemple donné ci-dessus 12bits.The digital signal delivered by the analog / digital converter 210 is filtered by means of the digital filter 220 so as to select only the frequency components whose power levels are greater than the threshold values Si respectively associated with the digitization stages Ei to EN-1 . The digital signal thus filtered constitutes the digital signal SNi output from the intermediate digitization stage Ei considered. It is then converted into an analog signal SAi ^{P +} by means of the digital / analog converter 230. The converter 230 is for example of resolution identical to the analog / digital converter 210, that is to say in the example given above 12bits.

Le signal analogique SAi^P+ correspondant aux composantes fréquentielles sélectionnées délivré par le convertisseur 230 est extrait par l'unité d'extraction 400 au signal analogique SAj correspondant au signal analogique à traiter SAi après que celui-ci a été retardé par l'unité de retard 300. Ainsi, à la sortie de l'unité d'extractionThe analog signal SAi ^{P +} corresponding to the selected frequency components delivered by the converter 230 is extracted by the extraction unit 400 to the analog signal SAj corresponding to the analog signal to be processed SAi after this has been delayed by the delay unit 300. Thus, at the outlet of the extraction unit

400, le signal analogique SAi+i correspond aux composantes fréquentielles qui n'ont pas été sélectionnées au moyen du filtre numérique 220 de l'étage ne numérisation Ei considéré et constitue le signal analogique à traiter SAi+i de l'étage de numérisation suivant Ei+i.400, the analog signal SAi + i corresponds to the frequency components which have not been selected by means of the digital filter 220 of the stage of digitization Ei considered and constitutes the analog signal to be processed SAi + i of the stage of following digitization Ei + i.

Le processus décrit est recommencé à chaque étage de numérisation intermédiaire Ei. L'étage de conversion finale En est constitué d'un convertisseur analogique/numérique dont les caractéristiques sont semblables au convertisseur analogique/numérique intermédiaire 210 de chaque étage de numérisation intermédiaire Ei à En-i.The process described is repeated at each intermediate digitization stage Ei. The final conversion stage En consists of an analog / digital converter whose characteristics are similar to the intermediate analog / digital converter 210 of each intermediate digitization stage Ei to En-i.

On notera que les nombres de bits Nbi pour différentes valeurs de i ne sont pas nécessairement égaux.Note that the numbers of bits Nbi for different values of i are not necessarily equal.

On a représenté à la Fig. 9 un exemple de réalisation d'un étage de numérisation intermédiaire Ei selon la présente invention avec plus de détails en ce qui concerne notamment son unité de numérisation 200. Celle-ci comprend un convertisseur analogique/numérique intermédiaire 210 et un filtre numérique 220 qui, lui-même, est constitué d'un banc de filtres d'analyse 221 comprenant un nombre P de filtres d'analyse 2211 à 221p délivrant chacun des signaux d'une sous-bande de la bande totale du signal à traiter SAi à l'entrée de l'unité de numérisation 200. Le filtre numérique 220 comprend encore une unité de calcul 222 comprenant P moyens de calcul 222i à 222p, chaque moyen de calcul 222_p étant prévu pour calculer la densité spectrale de puissance, encore appelée PSD acronyme de Power Spectral Density, du signal de sous-bande à la sortie du filtre d'analyse 22 l_p correspondant. Il comprend encore une unité de sélection 223 qui comprend des moyens de sélection 2231 à 223p, chaque moyen de sélection 223_p étant prévu pour ne sélectionner et donc délivrer sur sa sortie que les signaux de sous-bande dont la densité spectrale de puissance déterminée par les moyens de calcul 222_p correspondant est supérieure à une valeur seuil de niveau puissance Si prédéterminée.There is shown in FIG. 9 an exemplary embodiment of an intermediate digitization stage Ei according to the present invention with more details with regard in particular to its digitization unit 200. This comprises an intermediate analog / digital converter 210 and a digital filter 220 which, itself, consists of an analysis filter bank 221 comprising a number P of analysis filters 2211 to 221p each delivering signals from a sub-band of the total band of the signal to be processed SAi to the input of the digitization unit 200. The digital filter 220 also includes a calculation unit 222 comprising P calculation means 222i to 222p, each calculation means 222 _p being provided for calculating the power spectral density, also called PSD acronym for Power Spectral Density, from the sub-band signal to the output of the corresponding 22 l _p analysis filter. It also includes a selection unit 223 which includes selection means 2231 to 223p, each selection means 223 _p being designed to select and therefore deliver on its output only the sub-band signals whose power spectral density determined by the corresponding calculation means 222 _p is greater than a predetermined power level threshold value Si.

Elle comprend encore un banc de filtres de synthèse 224 qui est dual du banc de filtres d'analyse 221 (les bancs de filtres 221 et 224 forment ensemble un banc de filtres dit à reconstruction parfaite). Le signal numérique SNi en sortie du banc de filtres de synthèse 224 est ainsi représentatif des composantes fréquentielles du signal analogique d'entrée dont les niveaux de puissance sont les plus élevés. Il constitue le signal numérique SNi en sortie 201 de l'étage de conversion Ei considéré.It also includes a bank of synthesis filters 224 which is dual to the bank of analysis filters 221 (the banks of filters 221 and 224 together form a bank of filters called perfect reconstruction). The digital signal SNi at the output of the synthesis filter bank 224 is thus representative of the frequency components of the analog input signal whose power levels are the highest. It constitutes the digital signal SNi at output 201 of the conversion stage Ei considered.

Essentiellement pour des raisons d'implémentation et de puissance de calcul requises, le banc de filtres d'analyse 221 et le banc de filtres de synthèse 224 présentent des structures polyphasées.Essentially for reasons of implementation and required computing power, the analysis filter bank 221 and the synthesis filter bank 224 have polyphase structures.

L'unité de numérisation 200 comprend encore une unité de déphasage 225 qui applique un déphasage de π à chacune des composantes fréquentielles de niveaux de puissance les plus élevés.The digitization unit 200 also includes a phase shift unit 225 which applies a phase shift of π to each of the frequency components of the highest power levels.

L'unité de numérisation 200 comporte encore un convertisseur numérique/analogique 230 pour délivrer un signal analogique SAi^P+ représentatif de ces composantes fréquentielles de niveaux de puissance les plus élevés.The digitization unit 200 also includes a digital / analog converter 230 for delivering an analog signal SAi ^{P +} representative of these frequency components of the highest power levels.

On notera que, pour ce mode de réalisation, du fait de l'introduction de l'unité de déphasage 225, l'unité d'extraction 400 est un additionneur si bien que les composantes fréquentielles de niveaux de puissance les plus élevés sont extraites du signal à traiter SAi et ne se retrouvent plus dans le signal de sortie SAi+i de l'étage de conversion Ei considéré.It will be noted that, for this embodiment, due to the introduction of the phase shift unit 225, the extraction unit 400 is an adder so that the frequency components of the highest power levels are extracted from the signal to be processed SAi and are no longer found in the output signal SAi + i of the conversion stage Ei considered.

Le filtre numérique 220, regroupant les bancs de filtres 221 et 224, l'unité de calcul 222, l'unité de déphasage 225, peut être réalisé par calculs numériques au moyen d'un composant spécialisé, par exemple un DSP, acronyme de Digital Signal Processor, ou FPGA, acronyme de Field Programmable Gâte Array.The digital filter 220, grouping the filter banks 221 and 224, the calculation unit 222, the phase shift unit 225, can be produced by digital calculations using a specialized component, for example a DSP, acronym for Digital Signal Processor, or FPGA, acronym for Field Programmable Gate Array.

On a représenté à la Fig. 10 un autre mode de réalisation d'un filtre numérique 220 d'un étage de numérisation Ei d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention. Il comprend, comme dans le mode de réalisation précédent, un banc de filtres d'analyse 221, une unité de calcul 222, une unité de sélection 223, un banc de filtres de synthèse 224 et une unité de déphasage 225. Il comporte de plus une unité de filtrage supplémentaire 226, laquelle est constituée d'une pluralité d'étages de filtres supplémentaires 226k, ici de deux étages de filtres supplémentaires 2261 et 2262, comportant respectivement des filtres supplémentaires 226ki, ici respectivement 226n et 226i2 ainsi que 22621, 22622 et 22623.There is shown in FIG. 10 another embodiment of a digital filter 220 of a digitization stage Ei of an analog / digital conversion system according to the present invention. It includes, as in the previous embodiment, an analysis filter bank 221, a calculation unit 222, a selection unit 223, a synthesis filter bank 224 and a phase shift unit 225. It further comprises an additional filter unit 226, which consists of a plurality of additional filter stages 226k, here two additional filter stages 2261 and 2262, respectively comprising additional filters 226ki, here respectively 226n and 226i2 as well as 22621, 22622 and 22623.

Les filtres supplémentaires 226ki d'un étage de filtres supplémentaires 226k sont prévus pour diviser les sous-bandes sélectionnées par l'unité de sélection 223 en sousbandes plus fines et pour ne sélectionner que les sous-bandes fines pour lesquelles la densité spectrale de puissance est supérieure à la valeur seuil Si de l'étage de numérisation Ei considéré.The additional filters 226ki of an additional filter stage 226k are provided for dividing the sub-bands selected by the selection unit 223 into finer sub-bands and for selecting only the fine sub-bands for which the power spectral density is greater than the threshold value Si of the digitization stage Ei considered.

On illustre l'intérêt de l'unité de filtrage supplémentaire 226 au moyen de la Fig. 11. On considère pour ce faire que la composante fréquentielle 2 de la Fig. 5 est en fait constituée de trois composantes fréquentielles 20, 21 et 22. Dans la bande de fréquence B1 (dont la largeur correspond à celle de chaque filtre d'analyse 222_p du banc de filtres 222), ces trois composantes fréquentielles sont sélectionnées par l'unité de sélection 223. Un filtre supplémentaire 226n d'un étage de filtres supplémentaires 226i divise la bande B1 en les sous-bandes SB 11, SB 12, SB 13 et SB 14 (dont la largeur correspond à la largeur de bande de chaque filtre d'analyse 221_p' (voir plus loin) et ne sélectionne que les sous-bandes fines, en l'occurrence la sous-bande SB 12, pour lesquelles la densité spectrale de puissance est supérieure à la valeur seuil Si de l'étage de numérisation Ei considéré. Ainsi, n'est sélectionnée que la composante fréquentielle 20. A l'instar de ce qui vient d'être décrit, la sous-bande fine 22 pourrait également être divisée par un filtre supplémentaire 22621 d'un nouvel étage de filtres supplémentaires 2202 et ainsi de suite...The advantage of the additional filter unit 226 is illustrated by means of FIG. 11. To do this, we consider that the frequency component 2 of FIG. 5 is in fact made up of three frequency components 20, 21 and 22. In the frequency band B1 (whose width corresponds to that of each analysis filter 222 _p of the filter bank 222), these three frequency components are selected by the selection unit 223. An additional filter 226n of a stage of additional filters 226i divides the band B1 into the sub-bands SB 11, SB 12, SB 13 and SB 14 (the width of which corresponds to the band width of each analysis filter 221 _p '(see below) and selects only the fine sub-bands, in this case the sub-band SB 12, for which the power spectral density is greater than the threshold value Si of l digitization stage Ei considered. Thus, only the frequency component 20 is selected. Like what has just been described, the fine sub-band 22 could also be divided by an additional filter 22621 of a new stage of additional filters 2202 and so on ...

Comme on peut le constater, l'unité de filtrage supplémentaire 226 permet une sélection plus fine des composantes fréquentielles de niveaux de puissance les plus élevés et permet d'augmenter la dynamique de conversion pour les composantes fréquentielles de certaines sous-bandes de fréquences, en l'occurrence les composantes fréquentielles 21 et 22 des sous-bandes de fréquences SB 11 et SB 13 qui seront numérisées par l'étage de numérisation suivant.As can be seen, the additional filtering unit 226 allows a finer selection of the frequency components of the highest power levels and makes it possible to increase the conversion dynamics for the frequency components of certain frequency sub-bands, in the occurrence of the frequency components 21 and 22 of the frequency sub-bands SB 11 and SB 13 which will be digitized by the following digitization stage.

On a représenté à la Fig. 12 un mode de réalisation d'un filtre supplémentaire 226ki d'un étage de filtres supplémentaires 226k de l'unité de filtrage supplémentaire 226. Comme on peut le constater, il comprend un banc de filtre 22 Γ, une unité de calcul 222' et une unité de sélection 223' de structures identiques mais de paramètres différents au banc de filtre 221, à l'unité de calcul 222 et à l'unité de sélection 223 du filtre numérique 220 représenté à la Fig. 9.There is shown in FIG. 12 an embodiment of an additional filter 226ki of an additional filter stage 226k of the additional filtering unit 226. As can be seen, it comprises a filter bank 22 Γ, a calculation unit 222 'and a selection unit 223 ′ with identical structures but with different parameters at the filter bank 221, the calculation unit 222 and the selection unit 223 of the digital filter 220 shown in FIG. 9.

Afin que les composantes de haute densité spectrale de puissance du signal d'entrée soient annulées dans le signal de sortie de l'étage de conversion Ei considéré (c'est-à-dire à la sortie de l'unité d'extraction 400 de cet étage de numérisation intermédiaire Ei), le temps de retard appliqué par l'unité de retard 300 doit égaler, de manière précise et déterministe, le délai induit par le temps d'exécution de l'ensemble des traitements numériques (bancs de filtres, sélection, etc.) mais aussi analogiques (application de gain, durées des conversions analogique/numérique et numérique/analogique, etc.) effectués par une unité de numérisation 200. Ce délai induit peut être défini en nombre de périodes d'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique intermédiaire 210. Plus la largeur de la bande de fréquences instantanée couverte par ce convertisseur analogique/numérique intermédiaire 210 est grande, plus la fréquence d'échantillonnage Fech doit être grande et donc plus petite doit être la période d'échantillon Tech = 1/Fech, et en définitive plus grande doit être la précision du retard à appliquer par l'unité de retard 300.So that the high power spectral density components of the input signal are canceled in the output signal of the conversion stage Ei considered (that is to say at the output of the extraction unit 400 of this intermediate digitization stage Ei), the delay time applied by the delay unit 300 must equal, in a precise and deterministic manner, the delay induced by the execution time of all of the digital processing operations (filter banks, selection, etc.) but also analog (gain application, duration of analog / digital and digital / analog conversions, etc.) carried out by a digitizing unit 200. This induced delay can be defined in number of sampling periods of the converter. analog / digital intermediate 210. The greater the width of the instantaneous frequency band covered by this analog / digital converter 210, the larger the sampling frequency Fech and therefore the smaller it must be. tre the sample period Tech = 1 / Fech, and ultimately greater must be the precision of the delay to be applied by the delay unit 300.

Dans la mesure où la majeure partie de ce délai induit est imputable aux traitements numériques et que le délai introduit par les traitements numériques est maîtrisable, l'incertitude résiduelle va donc se porter majoritairement, à la précision d'horloge d'acquisition/traitement numérique près, sur le délai introduit par les opérations analogiques, mais qui sont de valeurs très petites proportionnellement.Insofar as the major part of this induced delay is attributable to digital processing and that the delay introduced by digital processing is manageable, the residual uncertainty will therefore mainly be brought to the accuracy of the digital acquisition / processing clock. close, on the delay introduced by the analog operations, but which are of very small values proportionally.

Les signaux analogiques en sortie d'une unité de numérisation 200 et ceux en sortie de l'unité de retard 300 doivent être bien alignés pour que les composantes fréquentielles de densité de puissance élevée s'annulent en sortie de l'unité d'extraction 400. Un défaut d'alignement d'une durée inférieure à la durée Tsymb, représentant un symbole pour une modulation numérique reçue par le dispositif, ou bien plus généralement l’information élémentaire la plus petite possible, n'est pas préjudiciable. Ainsi, un signal d'entrée de faible bande passante a une grande durée de symbole Tsymb si bien que, dans ce cas, la contrainte de l'ajustement précis du retard est relâchée.The analog signals at the output of a digitizing unit 200 and those at the output of the delay unit 300 must be properly aligned so that the frequency components of high power density cancel each other out of the extraction unit 400 A misalignment of a duration less than the duration Tsymb, representing a symbol for a digital modulation received by the device, or more generally the smallest elementary information possible, is not prejudicial. Thus, a low bandwidth input signal has a long symbol duration Tsymb so that, in this case, the constraint of fine adjustment of the delay is relaxed.

Le délai induit par le temps d'exécution de l'ensemble des traitements numériques et analogiques effectués par une unité de numérisation 200 peut se diviser en un temps d'acquisition Tacq par le banc de filtres d'analyse 221, un temps de traitement Tproc correspondant au temps nécessaire aux calculs des densités spectrales de puissance et à la sélection des composantes de plus hautes densités respectivement effectués par l'unité de calcul 222 et l'unité de sélection 223 et un temps de propagation de groupe Tgroupe correspondant à la propagation des signaux entre les composants et les éléments de circuiterie. De façon générale, on aura : Tacq > Tproc > TgroupeThe delay induced by the execution time of all of the digital and analog processing carried out by a digitization unit 200 can be divided into an acquisition time Tacq by the analysis filter bank 221, a processing time Tproc corresponding to the time necessary for the calculations of the power spectral densities and to the selection of the components of higher densities respectively carried out by the calculation unit 222 and the selection unit 223 and a group propagation time Tgroup corresponding to the propagation of the signals between components and circuitry. Generally, we will have: Tacq> Tproc> Tgroupe

En considérant que la fréquence d’échantillonnage est Fech et donc que la bande passante couverte est B = Fech/2, la largeur de bande B' de chaque filtre élémentaire du banc de filtres d'analyse est inversement proportionnelle à la longueur temporelle P de ces filtres élémentaires, soit B' = B/P. La durée d'acquisition minimale nécessaire pour qu'un banc de P filtres d'analyse analyse l'ensemble de la bande B est proportionnelle à la période d'échantillonnage Tech = 1/Fech et au nombre P de filtres élémentaires, soit Tacq= P x Tech. Par exemple, pour une fréquence d'échantillonnageConsidering that the sampling frequency is Fech and therefore that the bandwidth covered is B = Fech / 2, the bandwidth B 'of each elementary filter of the analysis filter bank is inversely proportional to the time length P of these elementary filters, that is B '= B / P. The minimum acquisition time necessary for a bank of P analysis filters to analyze the entire band B is proportional to the sampling period Tech = 1 / Fech and to the number P of elementary filters, ie Tacq = P x Tech. For example, for a sampling frequency

Fech de 200MHz et un nombre P de filtres d'analyse de 256, le temps d'acquisition Tacq est égal à l,280ps, la bande B' étant égale à 390KHz.Fech of 200MHz and a number P of analysis filters of 256, the acquisition time Tacq is equal to 1.280ps, the band B 'being equal to 390KHz.

Fe temps de traitement Tproc ne dépend que de la puissance de calcul nécessaire auxdits traitements et, étant proportionnel à la période d'échantillonnage Tech, ce temps Tproc est parfaitement déterminable avec précision.Fe processing time Tproc only depends on the computing power necessary for said processing and, being proportional to the sampling period Tech, this time Tproc is perfectly determinable with precision.

Fe temps de propagation de groupe Tgroupe dépend des caractéristiques propres aux composants utilisés et n'est déterminable qu'avec incertitude.Fe group propagation time Tgroup depends on the characteristics of the components used and can only be determined with uncertainty.

A la Fig. 13, on a représenté un mode de réalisation d'un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention qui permet de résoudre le problème lié à l'incertitude de détermination du temps de propagation de groupe Tgroupe et d'obtenir une très bonne précision d'alignement du signal analogique SAi^p+ en sortie d'une unité de numérisation 200 de l'étage de numérisation intermédiaire Ei considéré et du signal SAf en sortie de l'unité de retard 300 du même étage Ei. Dans ce mode de réalisation, l'unité de retard 300 est constituée d'une unité de retard fixe 301 affectant un retard fixe rf au signal à traiter SAi à l'entrée de l'étage de numérisation Ei considéré et d'une unité de retard variable 302 lui affectant un retard variable r_v (on a r = rf+ r_v). Fe retard rf de l'unité de retard fixe 301 est fixé une fois pour toutes à la somme de la durée d'acquisition Tacq et de la durée de traitement Tproc ainsi qu'une durée estimée T*groupe du temps de propagation de groupe Tgroupe. Elle comprend encore un dispositif de mesure 303 pour mesurer la puissance moyenne du signal analogique SAi+i en sortie de l'unité d'extraction 400 dont le signal de sortie commande la valeur du retard r_v de l'unité de retard variable 302. Ainsi, le retard r offert par l'unité de retard 300 est asservi à la puissance moyenne du signal analogique SAi+i en sortie de l'unité d'extraction 400 de manière que cette puissance moyenne soit minimale.In Fig. 13, there is shown an embodiment of an analog / digital conversion system according to the present invention which makes it possible to solve the problem linked to the uncertainty of determining the propagation time of group Tgroup and to obtain very good accuracy. alignment of the analog signal SAi ^{p +} at the output of a digitization unit 200 of the intermediate digitization stage Ei considered and of the signal SAf at the output of the delay unit 300 of the same stage Ei. In this embodiment, the delay unit 300 consists of a fixed delay unit 301 assigning a fixed delay rf to the signal to be processed SAi at the input of the digitization stage Ei considered and of a variable delay 302 assigning it a variable delay r _v (on ar = rf + r _v ). Fe delay rf of the fixed delay unit 301 is fixed once and for all at the sum of the acquisition time Tacq and the processing time Tproc as well as an estimated duration T * group of the group propagation time Tgroup . It also includes a measuring device 303 for measuring the average power of the analog signal SAi + i at the output of the extraction unit 400, the output signal of which controls the value of the delay r _v of the variable delay unit 302. Thus, the delay r offered by the delay unit 300 is controlled by the average power of the analog signal SAi + i at the output of the extraction unit 400 so that this average power is minimal.

Un système de conversion analogique/numérique selon la présente invention peut être utilisé dans toute application qui nécessite que soit réalisée une conversion de signaux analogiques qui présentent des composantes fréquentielles dans une large bande de fréquences (par exemple, plusieurs GHz, voire plusieurs dizaines de GHz) et ayant une grande dynamique (par exemple 20dB, ou plus).An analog / digital conversion system according to the present invention can be used in any application which requires the conversion of analog signals which have frequency components in a wide frequency band (for example, several GHz, even several tens of GHz ) and having a great dynamic (for example 20dB, or more).

Par exemple, la présente invention peut être utilisée pour réaliser des récepteurs radiofréquences tels que celui qui fait l'objet de la Fig. 2 (récepteurs dits radio logicielle) et permet donc de numériser l'ensemble des signaux captés par l'antenne (via éventuellement un amplificateur d'antenne), quels que soient leurs niveaux. De plus, elle ne nécessite pas, en amont du convertisseur analogique/numérique, de composants radiofréquences, tels que des filtres analogiques en entrée de la chaîne de réception, de mixeurs pour un changement de fréquence, d'oscillateur de fréquence intermédiaire, etc. (voir Fig. 1), qui sont généralement coûteux, encombrants et consommateurs d'énergie électrique. Elle permet ainsi de dématérialiser la chaîne de réception en ce sens que les principaux traitements peuvent se faire numériquement. La présélection est également effectuée en numérique par traitement simple.For example, the present invention can be used to make radio frequency receivers such as that which is the subject of FIG. 2 (so-called software radio receivers) and therefore makes it possible to digitize all the signals picked up by the antenna (possibly via an antenna amplifier), whatever their levels. In addition, it does not require, upstream of the analog / digital converter, radio frequency components, such as analog filters at the input of the reception chain, mixers for a frequency change, intermediate frequency oscillator, etc. (see Fig. 1), which are generally expensive, bulky and consume electrical energy. It thus makes it possible to dematerialize the reception chain in the sense that the main processing operations can be done digitally. Preselection is also carried out digitally by simple processing.

De même, un étage de gain adaptatif (Contrôle Automatique de Gain, CAG) entrant généralement dans les chaînes de réception des récepteurs radiofréquences classiques afin de ne pas saturer l'entrée du convertisseur (voir Fig. 1) n'est pas strictement nécessaire avec la présente invention.Similarly, an adaptive gain stage (Automatic Gain Control, AGC) generally entering the reception chains of conventional radio frequency receivers so as not to saturate the input of the converter (see Fig. 1) is not strictly necessary with the present invention.

La présente invention peut ainsi trouver application dans le domaine des télécommunications et s'accommode des standards actuels (4G LTE, 3G UMTS, 2G GSM, UWB, DVB, WiFi, etc.) et s'adapte aux standards futurs (5G, Radio Cognitive, etc.) par un simple changement de logiciel de chaque unité de conversion 2.The present invention can thus find application in the field of telecommunications and accommodates current standards (4G LTE, 3G UMTS, 2G GSM, UWB, DVB, WiFi, etc.) and adapts to future standards (5G, Radio Cognitive , etc.) by simply changing the software of each conversion unit 2.

La présente invention peut encore trouver application dans des systèmes de télécommunications à réseaux d'antennes multivoies qui permettent d'apporter une sélectivité (gain ou réjection) spatiale, en goniométrie, ou dans tout système de traitement par diversité, d'appellation générale ΜΙΜΟ (Multiple Input Multiple Output).The present invention can also find application in telecommunications systems with multi-channel antenna networks which make it possible to provide spatial selectivity (gain or rejection), in direction finding, or in any diversity processing system, of general designation ΜΙΜΟ ( Multiple Input Multiple Output).

La présente invention peut également trouver application dans les domaines des radars, des sonars, etc. et de manière générale à chaque fois qu'une conversion analogique numérique est nécessaire pour pouvoir effectuer un traitement qui alors est fait en numérique.The present invention can also find application in the fields of radars, sonars, etc. and in general whenever an analog to digital conversion is necessary to be able to carry out a processing which is then done in digital.

La présente invention peut également trouver application à chaque fois qu'une faible consommation électrique est un des paramètres les plus décisifs dans le choix d'un convertisseur analogique/numérique. Il est ainsi possible d'envisager des applications dans des dispositifs présentant un budget énergétique contraint (IOT : Internet of Things, IMD : Implantable Medical Devices, etc.).The present invention can also find application whenever a low power consumption is one of the most decisive parameters in the choice of an analog / digital converter. It is thus possible to envisage applications in devices presenting a constrained energy budget (IOT: Internet of Things, IMD: Implantable Medical Devices, etc.).

Claims

1) Method for analog / digital conversion of an analog signal (SA) into a digital signal (SN), characterized in that it comprises

- at least one intermediate digitization step (ENi to ΕΝν-i) and one final digitization step (ENn) implemented successively in the order from 1 to N, each intermediate digitization step (ENi) of order i comprising the following sub-steps:

a sub-step (SENi) for digitizing only the frequency components of an analog signal (SAi), said analog signal to be processed at the step of order i, having power levels which are between a higher value N , ^max and a threshold value Si associated with said intermediate digitization step (ENi). said sub-step (SENi) delivering a digital signal (SNi), and

- an extraction sub-step (SEEi) for extracting from said analog signal to be processed (SA,) of order i the frequency components which have been digitized in the digitization sub-step (SENO of order i and so as to deliver a signal analog to be processed (SAi-ι) for the intermediate or final digitization step (ENi + ι) of the following order, said analog signal to be processed (SAi) from said first intermediate digitization step (ENi) being the analog signal d entry to digitize SA, and

a combination step (EC) for combining the digital signals (SNi) result of the digitization steps (ENi to ENn) and for delivering a digital signal (SN) result of the analog / digital conversion of the analog signal (SA) to be digitized .

2) A conversion method according to claim 1, characterized in that said threshold value S, associated with an intermediate digitization step (ENi) of order i is substantially equal to the maximum value Ni * i ^max associated with step just higher order intermediate digitization (ENi + ι).

3) A conversion method according to claim 1 or 2, characterized in that said digitizing sub-step (SENi) comprises:

a substep (CAN,) for digitizing said analog signal to be processed (SAi) for its power levels which are between a minimum value Ni ^min and said maximum value Ni ^max ,

a sub-step (FILT,) of digital filtering of the digital signal result of said digitization sub-step (CAN,) in order to deliver a digital signal (SNi) representative of the only frequency components whose power levels are between the threshold value S, and said maximum value Nj ^max , said threshold value Si being greater than the minimum value Ni ^{m, n} by a predetermined quantity A ,.

4) Conversion method according to one of the preceding claims, characterized in that said extraction sub-step (SEEi) comprises:

a substep (CNA,) for converting the digital signal (SN,) into an analog signal (SAj ^{P +} ),

- an extraction sub-step (EXT,) proper provided for extracting the analog signal (SA, ^{P +} ) result of said conversion sub-step (CNAi) to the analog signal to be processed (SAi) and thus deliver a new analog signal to be processed (SAï + i) for the next digitization step (ENj + i).

5) A conversion method according to claim 4, characterized in that it further comprises a delay sub-step (RET0 to delay, before the implementation of said extraction sub-step proper (EXTi), said signal to be processed (SAi) having a time equal to that of the total time for implementing the digitization sub-step (CAN,), the digital filtering sub-step (FILTi) and the conversion sub-step (CNAi).

6) Analog / digital conversion system for converting an analog signal (SA) into a digital signal (SN) to implement the analog / digital conversion method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises:

- an intermediate digitization stage (Ei) or several intermediate digitization stages (Ei to Εν-i) of similar structure and a final digitization stage (En) connected in cascade, said or each intermediate digitization stage (E,) d order i receiving an analog signal to be processed (SAQ and delivering, on the one hand, a digital signal (SN,) representative of the only frequency components of the analog signal to be processed (SAQ whose power levels are between a higher value N , ^max and a threshold value S, - associated with said intermediate digitization stage (Es) and, on the other hand, an analog output signal which constitutes the analog signal to be processed (SA ₍ + i) of the digitization stage intermediate (Em) of just higher order or of the analog signal input from the final digitization stage (En), the analog signal to be processed from the first digitization stage (Et) being the analog signal (SA) to be digitized, and

- a combination unit (500) provided for combining the digital signals (SNî) output from the intermediate and final digitization stages (Ei to En) respective and for delivering a digital signal (SN) representative of the analog input signal (SA ) of the analog / digital conversion system.

7) analog / digital conversion system according to claim 6, characterized in that said or each intermediate digitization stage (Ei to En-i) comprises a duplexer (100), an intermediate digitization unit 200, a delay unit 300 and an extraction unit 400, said duplexer (100) being designed to deliver the analog signal to be processed (SAQ of the intermediate digitization stage (Ei) considered, on the one hand, at the input of said digitization unit (200) and, on the other hand, at the input of said delay unit (300) of this intermediate digitization stage E ,, said digitization unit (200) being provided for delivering a digital signal (SNî) as well as '' an analog signal (SAi ^{p +} ) both corresponding to only the frequency components of the signal to be processed (SAî) whose power levels are between said upper value N, ^max and said threshold value Si associated with said stage scanning unit (EQ, the ret ard (300) being provided to delay the analog signal to be processed (SA,) by a time which corresponds to the time which is necessary for the digitizing unit (200) to carry out the various operations for which it is responsible, where a delayed analog signal (SA ¹ ) results) and said extraction unit (400) being provided for subtracting from the analog signal to be processed delayed (SAj) the analog signal (SA, ^{P +} ) delivered by said digitization unit (200 ) and to deliver the analog signal to be processed (SAî + i) from the next intermediate digitization stage (Eï + i) or from the input analog signal from the final digitization stage (En).

8) analog / digital conversion system according to claim 7, characterized in that said digitizing unit (200) comprises an intermediate analog / digital converter (210) for converting the signal to be processed into a digital signal (SAQ at the input of the intermediate digitization stage (Ei) considered for its power levels between said maximum value Ni ¹⁸ * and a minimum value Ni ¹ ¹ , a digital filter (220) which delivers said digital signal (SNï) corresponding to the only components of the signal to be processed (S Ai) of power levels between said upper value Ni ^max and said threshold value Si and a digital / analog converter (230) for converting the digital signal (SNj) at the output of the digital filter (220 ) in said analog signal (SAi ^P4 ).

9) analog / digital conversion system according to claim 8, characterized in that said digital filter (220) comprises an analysis filter bank (221), a calculation unit (222) provided for calculating the power spectral density of the signal of each sub-band of the analysis filter bank (221), a selection unit (223) designed to select and therefore deliver on its output only the sub-band signals whose power spectral density determined by the calculation unit (222) is greater than said predetermined power level threshold value (Si) and a synthesis filter bank (224) dual of the analysis filter bank (221).

10) analog / digital conversion system according to claim 9, characterized in that said analysis filter bank (221) and said synthesis filter bank (224) have polyphase structures.

11) analog / digital conversion system according to one of claims 6 to 11, characterized in that the digitization unit (200) further comprises a phase shift unit (225) provided for applying a phase shift of π (phase opposition) ) at each of the frequency components of the highest power levels, the extraction unit (400) being an adder.

12) analog / digital conversion system according to one of claims 9 to 11, characterized in that said digital filter (220) comprises an additional filter unit (226) provided for dividing the sub-bands selected by the selection unit ( 223) in finer sub-bands and to select only the fine sub-bands for which the power spectral density is greater than the threshold value (S,) of the intermediate digitization stage (Eî) considered.

5

13) analog / digital conversion system according to one of claims

7 to 12, characterized in that said delay unit (300) of each digitization stage (E,) comprises a fixed delay unit (301) assigning a fixed delay to the signal to be processed (SA,) at the input of said digitization stage (Ei), a variable delay unit (302) assigning it a variable delay, a measuring device (303) for

10 measure the average power of the analog signal (SΑ, + ι) at the output of the adder (400) whose output signal controls the value of the delay of the variable delay unit (302) so that the average power measured by the measuring device (303) is minimum.

FE 1/12

Fife2

FE2 / 12

FE 3/12

Fife4

FE4 / 12 ¢ / 3

Fife5 ¢ / 3

HE 5/12 ¢ / 3 r- -à

ΟΊr) · <υ ο

S £

-ο $ -Η fe

Fife6 <υ ο

(Z)

Z •

2 Λ <υ £

you>

<f

S CM S -η Sc ^ SrM

Z Z z z

ÎU6 / 12

HER