FR3125934A1 - Melangeur a n chemins a rejection d’harmoniques - Google Patents

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Abstract

Circuit mélangeur à N chemins (P1, P2,…, PN) à réjection d’harmonique, dans lequel les N chemins sont connectés à un nœud d’entrée commun au niveau duquel est reçu un signal d’entrée, chaque chemin (P1, P2,…, PN) étant configuré pour générer aux bornes d’une capacité (C) un signal de sortie, le signal de sortie étant équivalent à un signal obtenu par mélange du signal d’entrée avec un signal d’oscillateur effectif de période T0; dans lequel chaque chemin (P1, P2, …, PN) comprend une pluralité de branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant un interrupteur commandé par un signal d’oscillateur carré de période T0; chaque signal de commande appartenant à un groupe de signaux parmi au moins un groupe de signaux, chaque groupe de signaux comprenant un nombre G de signaux ayant des phases distinctes ; dans lequel le rapport cyclique des signaux carré des branches dans les N chemins est égal à i/M, M étant un entier différent de G et i est un entier compris entre 1 et (M-1) de sorte que l’harmonique de rang M du signal d’oscillateur effectif est rejeté. Figure pour l'abrégé : Fig. 8

Description

MELANGEUR A N CHEMINS A REJECTION D’HARMONIQUES
Le présent document concerne un circuit mélangeur à réjection d’harmoniques à N chemins, dénommé également de manière simplifiée « circuit mélangeur ».
Arrière-plan technique
Un circuit mélangeur à N chemins conventionnel synthétise un signal effectif d’oscillateur local équivalent à une sinusoïde de période T0 échantillonnée uniformément au moyen d’amplificateurs et d’interrupteurs présents le long de branches connectées en parallèle sur chaque chemin. Le signal de sortie d’un tel circuit mélangeur est équivalent à un signal obtenu par mélange du signal d’entrée avec ce signal d’oscillateur effectif.
Un schéma d’exemple d’un circuit mélangeur à N=4 chemins est représenté à la Fig. 1A. Dans un tel circuit mélangeur les N=4 chemins sont connectés à un nœud d’entrée commun auquel est appliqué un signal d’entrée Vin. Chaque chemin comprend au moins une capacité et est configuré pour générer un signal de sortie aux bornes de cette capacité. Le signal de sortie sur chaque chemin correspond à un signal obtenu par mélange du signal d’entrée avec le signal d’oscillateur effectif lo(t) qui est ici représenté Fig. 1B dans le domaine temporel et Fig. 1C dans le domaine fréquentiel.
Du fait de l’utilisation pour la commande des interrupteurs de signaux de commande carrés, qui sont par nature riches en harmoniques, le signal d’oscillateur effectif présente de nombreuses harmoniques à des fréquences kF0 multiples de la fréquence F0= 1/T0 avec k>1. Dans ce document, on parle d’harmonique de rang n lorsque l’harmonique est à la fréquence nF0. La présence de ces harmoniques, notamment les harmoniques de premiers rangs, limite la bande passante du circuit mélangeur et la plage de fréquence utilisable pour le circuit mélangeur.
La réponse fréquentielle H(f) d’un circuit mélangeur à N chemins est périodisée à la fréquence F0=1/T0 et présente des maximums (i.e. pics) aux fréquences nF0 (sauf pour n=N) à cause de la présence d’harmoniques aux fréquences nF0 (sauf pour n=N) dans le spectre EFLO(f) du signal d’oscillateur local effectif. La périodisation de la réponse fréquentielle du mélangeur provoque, en sortie, le repliement spectral des harmoniques présentes en entrée à nF0 (sauf n=N), ce qui constitue le principal défaut de ces circuits mélangeurs.
Typiquement, dans une structure à N chemins et N échantillons uniformément répartis par période dans chaque chemin, le premier harmonique qui apparait dans le spectre du signal d’oscillateur effectif est l’harmonique de rang (N-1), correspondant à l’harmonique autour de la fréquence (N-1)/T0.
Afin d’améliorer la réjection d’harmoniques, des architectures différentielles de circuit mélangeur à réjection d’harmoniques comprenant plusieurs branches par chemin ont été proposées. La -A est un exemple d’une telle architecture et sera décrite plus en détail ci-dessous. Les harmoniques de rang pair sont rejetés du fait de la structure différentielle. Chaque branche comprend au moins un amplificateur et au moins un interrupteur commandé par un signal de commande carré de période T0 de sorte à échantillonner uniformément le signal d’entrée avec H échantillons par période dans chaque chemin. Les branches contiennent des amplificateurs dont les gains sont calculés de sorte qu’ils correspondent aux valeurs d’une sinusoïde échantillonnée uniformément à des instants réguliers i*T0/H avec i=1 à H. Le nombre de branches est théoriquement égal au nombre d’échantillons de sinusoïde à générer, soit H=8 dans l’exemple de la -A. Mais dans le cas présent, les 2 branches devant être connectées à un amplificateur de gain nul n’ont pas besoin d’être réalisées. Ainsi, dans le cas de la -A, on a un amplificateur par branche et un interrupteur par branche et 6 branches par chemin.
Il apparaît le besoin d’améliorer la réjection d’harmoniques tout en conservant une structure de circuit simple.
Résumé
Selon un aspect, un circuit mélangeur à réjection d’harmonique à N comprend N chemins, dans lequel les N chemins sont connectés à un nœud d’entrée commun au niveau duquel est reçu un signal d’entrée, chaque chemin étant configuré pour générer aux bornes d’une capacité un signal de sortie, le signal de sortie étant équivalent à un signal obtenu par mélange du signal d’entrée avec un signal d’oscillateur effectif de période T0 échantillonné; dans lequel chaque chemin comprend une pluralité de branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant un interrupteur connecté d’un coté à un amplificateur et de l’autre coté à la capacité du chemin, les interrupteurs étant commandés par un signal d’oscillateur carré de période T0; chaque signal de commande appartenant à un groupe de signaux parmi au moins un groupe de signaux, chaque groupe de signaux comprenant un nombre G de signaux ayant des phases distinctes; dans lequel le rapport cyclique des signaux carré des branches dans les N chemins est égal à i/M, M étant un entier différent de G et i est un entier compris entre 1 et (M-1) de sorte que l’harmonique de rang M du signal d’oscillateur effectif est rejeté. Le nombre de groupes de signaux de phases distinctes peut être égal à 1 ou 2
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, pour chaque chemin, les signaux de commande appartiennent à deux groupes de signaux comprenant un premier groupe et un deuxième groupe, le signal d’oscillateur effectif correspondant à la somme d’un premier signal effectif et d’un deuxième signal effectif, le premier signal effectif correspondant à la somme pondérée par la valeur des gains des amplificateurs de chaque branche des signaux de commande du premier groupe, le deuxième signal effectif correspondant à la somme pondérée par la valeur des gains des amplificateurs de chaque branche des signaux de commande du deuxième groupe, chaque signal de commande du deuxième groupe étant déphasé par rapport à un signal correspondant du premier groupe d’un retard substantiellement égal à T0/2P où P est un entier, de sorte que le deuxième signal effectif est substantiellement égal au premier signal effectif décalé temporellement de T0/P et que l’harmonique de rang P du signal d’oscillateur effectif est rejeté.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, M est égal au rang H1 du premier harmonique rejeté et P est égal au rang H2 du deuxième harmonique rejeté.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, M est égal au rang H2 du deuxième harmonique rejeté et P est égal au rang H1 du premier harmonique rejeté.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, un signal de commande appartenant à un groupe de signaux présente, lorsque les signaux de commande de ce groupe sont ordonnées par ordre de déphasage croissant, un déphasage égal à T0/G par rapport à un précédent signal de commande du même groupe de signaux.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins une branche comprend K sous-branches commandées par K signaux carrés formant un sous-groupe de signaux et présentant un rapport cyclique égal à i/(K*M) de sorte à former un signal de commande équivalent de rapport cyclique égal à i/M.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, un signal de commande appartenant à un sous-groupe de signaux présente, lorsque les signaux de commande de ce sous-groupe sont ordonnées par ordre de déphasage croissant, un déphasage égal à (T0*i)/(K*M) par rapport à un précédent signal de commande du même sous-groupe de signaux.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les gains des amplificateurs des branches sont égaux à 1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le circuit mélangeur comprend un seul amplificateur par chemin, l’amplificateur étant commun aux branches constituant ce chemin.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages résulteront de la description détaillée qui va suivre, effectuée sur la base de modes de réalisation et d’exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, en faisant référence aux figures annexées dans lesquelles :
Fig. 1A représente de manière schématique un circuit mélangeur à N=4 chemins, chaque chemin étant constitué d’une seule branche, et les signaux de commande associés; Fig. 1B représente un exemple de signal d’oscillateur effectif obtenu pour le circuit mélangeur de la Fig. 1A; Fig. 1C représente le spectre en fréquence du signal d’oscillateur effectif présenté à la Fig. 1B et la réponse fréquentielle obtenue pour le circuit mélangeur de la Fig. 1A;
Fig. 2A représente de manière schématique un circuit mélangeur différentiel à N=3 chemins avec H=2 branches par chemin; Fig. 2B représente un exemple de signaux de commande utilisables pour le circuit mélangeur de la Fig. 2A; Fig. 2C représente un exemple de signal d’oscillateur effectif obtenu pour le circuit mélangeur de la Fig. 2A; Fig. 2D représente la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif présenté à la Fig. 2C;
-A représente de manière schématique un circuit mélangeur différentiel avec N=1 chemin d’un circuit mélangeur; -B représente un exemple de signaux de commande utilisables pour le circuit mélangeur de la -A; -C représente de manière schématique un circuit mélangeur équivalent au circuit mélangeur de la -A;
-D représente un exemple de signal d’oscillateur effectif obtenu pour le circuit mélangeur de la -A; -E représente la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif présenté à la -D;
représente de manière schématique un circuit mélangeur selon un mode de réalisation dit « LNA-first »;
Fig. 5A représente de manière schématique un circuit mélangeur selon un mode de réalisation dit « mixer-first »; Fig. 5B représente un exemple de signaux de commande utilisables pour le circuit mélangeur de la Fig. 5A;
est un tableau de gains d’amplificateurs utilisables dans des circuits mélangeurs de différents ordres;
Fig. 7A illustre les propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour un circuit mélangeur; Fig. 7B illustre les propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif de la Fig. 7A;
Fig. 8A représente de manière schématique un circuit mélangeur à deux étages de gain; Fig. 8B représente de manière schématique un circuit mélangeur à un étage de gain;
Fig. 9A illustre les propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 8A ou 8B; Fig. 9B illustre les propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour un circuit mélangeur selon la Fig. 8A ou 8B pour des signaux de commande selon la Fig. 9A; Fig. 9C illustre les propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif de la Fig. 9B;
Fig. 10A illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 8A ou 8B; Fig. 10B illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 8A ou 8B; Fig. 10C illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 8A ou 8B; Fig. 10D illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 8A ou 8B;
Fig. 11A illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour des signaux de commande selon la Fig. 10A; Fig. 11B illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour des signaux de commande selon la Fig. 10B; Fig. 11C illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour des signaux de commande selon la Fig. 10C; Fig. 11D illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour des signaux de commande selon la Fig. 10D;
Fig. 12A illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 11A; Fig. 12B illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 11B; Fig. 12C illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 11C; Fig. 12D illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 11D;
-A représente de manière schématique un circuit mélangeur à plusieurs étages de gain; -B illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu pour des signaux de commande selon la -A;
illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la -B;
illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la ;
Fig. 15A compare les propriétés temporelles de deux signaux d’oscillateur effectifs; Fig. 15B compare les propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec les deux signaux d’oscillateur effectifs selon la Fig. 15A;
-A représente de manière schématique un circuit mélangeur à deux étages de gain; -B représente de manière schématique un circuit mélangeur à un étage de gain;
illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la -A ou 16A-B;
Fig. 17A illustre des propriétés temporelles d’un premier signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la ; Fig. 17B illustre des propriétés temporelles d’un deuxième signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la ; Fig. 17C illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la dans un circuit mélangeur selon la -A ou 16A-B;
Fig. 18A illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 17A; Fig. 18B illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 17B; Fig. 18C illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 17C;
Fig. 19A représente de manière schématique un circuit mélangeur à deux étages de gain; Fig. 19B représente de manière schématique un circuit mélangeur à un étage de gain;
illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 19A ou 19B;
Fig. 21A illustre des propriétés temporelles d’un premier signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la ; Fig. 21B illustre des propriétés temporelles d’un deuxième signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la ; Fig. 21C illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif total obtenu à partir de signaux de commande selon la dans un circuit mélangeur selon la Fig. 19A ou 19B;
Fig. 22A illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 21A; Fig. 22B illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 21B; Fig. 22C illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 21C;
Fig. 23A représente de manière schématique un circuit mélangeur à deux étages de gain; Fig. 23B représente de manière schématique un circuit mélangeur à un étage de gain;
illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 23A ou 23B;
Fig. 25A représente de manière schématique un circuit mélangeur à deux étages de gain; Fig. 25B représente de manière schématique un circuit mélangeur à un étage de gain;
illustre des propriétés temporelles de signaux de commande utilisables dans un circuit mélangeur selon la Fig. 25A ou 25B;
représente de manière schématique un circuit mélangeur différentiel selon un exemple de réalisation;
Fig. 28A illustre des propriétés temporelles d’un premier signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la Fig. 27B; Fig. 28B illustre des propriétés temporelles d’un deuxième signal d’oscillateur effectif obtenu à partir de signaux de commande selon la Fig. 27B ; Fig. 28C illustre des propriétés temporelles d’un signal d’oscillateur effectif total obtenu à partir de signaux de commande selon la Fig. 27B dans un circuit mélangeur selon la Fig. 27A 27B ;
Fig. 29A illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 28A; Fig. 29B illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 28B; Fig. 29C illustre des propriétés de la réponse fréquentielle obtenue avec le signal d’oscillateur effectif selon la Fig. 28C.
Dans les figures, les différentes parties identifiées par les lettres -A-, -B-, -C-, -D- ou -E- sont notées -A ou -B, etc, dans le cas d’exemple d’une figure identifiée avec numéro et lettre comme la ou Fig. 1A, Fig. 1B dans le cas d’exemple d’une figure identifiée avec numéro comme la .

Claims (9)

  1. Circuit mélangeur à N chemins (P1, P2,…, PN) à réjection d’harmonique
    dans lequel les N chemins sont connectés à un nœud d’entrée commun au niveau duquel est reçu un signal d’entrée, chaque chemin (P1, P2,…, PN) étant configuré pour générer aux bornes d’une capacité (C) un signal de sortie, le signal de sortie étant équivalent à un signal obtenu par mélange du signal d’entrée avec un signal d’oscillateur effectif de période T0 échantillonné;
    dans lequel chaque chemin (P1, P2, …, PN) comprend une pluralité de branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant un interrupteur connecté d’un coté à un amplificateur et de l’autre coté à la capacité du chemin, les interrupteurs étant commandés par un signal d’oscillateur carré de période T0;
    chaque signal de commande appartenant à un groupe de signaux parmi au moins un groupe de signaux, chaque groupe de signaux comprenant un nombre G de signaux ayant des phases distinctes;
    dans lequel le rapport cyclique des signaux carré des branches dans les N chemins est égal à i/M, M étant un entier différent de G et i est un entier compris entre 1 et (M-1) de sorte que l’harmonique de rang M du signal d’oscillateur effectif est rejeté.
  2. Circuit mélangeur selon la revendication 1, dans lequel, pour chaque chemin, les signaux de commande appartiennent à deux groupes de signaux comprenant un premier groupe et un deuxième groupe, le signal d’oscillateur effectif correspondant à la somme d’un premier signal effectif et d’un deuxième signal effectif, le premier signal effectif correspondant à la somme pondérée par la valeur des gains des amplificateurs de chaque branche des signaux de commande du premier groupe, le deuxième signal effectif correspondant à la somme pondérée par la valeur des gains des amplificateurs de chaque branche des signaux de commande du deuxième groupe, chaque signal de commande du deuxième groupe étant déphasé par rapport à un signal correspondant du premier groupe d’un retard substantiellement égal à T0/2P où P est un entier, de sorte que le deuxième signal effectif est substantiellement égal au premier signal effectif décalé temporellement de T0/P et que l’harmonique de rang P du signal d’oscillateur effectif est rejeté.
  3. Circuit mélangeur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel M est égal au rang H1 du premier harmonique rejeté et P est égal au rang H2 du deuxième harmonique rejeté.
  4. Circuit mélangeur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel M est égal au rang H2 du deuxième harmonique rejeté et P est égal au rang H1 du premier harmonique rejeté.
  5. Circuit mélangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un signal de commande appartenant à un groupe de signaux présente, lorsque les signaux de commande de ce groupe sont ordonnés par ordre de déphasage croissant, un déphasage égal à T0/G par rapport à un précédent signal de commande du même groupe de signaux.
  6. Circuit mélangeur selon la revendication 1 ou 2 dans lequel au moins une branche comprend K sous-branches commandées par K signaux carrés formant un sous-groupe de signaux et présentant un rapport cyclique égal à i/(K*M) de sorte à former un signal de commande équivalent de rapport cyclique égal à i/M.
  7. Circuit mélangeur selon la revendication 6 dans lequel un signal de commande appartenant à un sous-groupe de signaux présente, lorsque les signaux de commande de ce sous-groupe sont ordonnés par ordre de déphasage croissant, un déphasage égal à (T0*i)/(K*M) par rapport à un précédent signal de commande du même sous-groupe de signaux.
  8. Circuit mélangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les gains des amplificateurs des branches sont égaux à 1.
  9. Circuit mélangeur selon la revendication 8 comprenant un seul amplificateur par chemin, l’amplificateur étant commun aux branches constituant ce chemin.
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