WO2010007326A2 - Dispositif et procede de traitement du signal utilisant plusieurs voies de traitement en parallele - Google Patents

Dispositif et procede de traitement du signal utilisant plusieurs voies de traitement en parallele Download PDF

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WO2010007326A2
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Van Tam Nguyen
David Camarero De La Rosa
Anis Latiri
Patrick Loumeau
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Groupe Des Ecoles Des Telecommunications-Ecole Nationale Superieure Des Telecommunications
Centre National De La Recherche Scientifique
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/1205—Multiplexed conversion systems
    • H03M1/121—Interleaved, i.e. using multiple converters or converter parts for one channel

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing device and method using multiple parallel processing channels.
  • the invention applies more particularly to broadband radio reception.
  • Radio signal reception is very constrained by the use of passive radio frequency filters, the latter being neither adjustable nor integrable.
  • the frequency response of these filters is not modifiable, which may require the use of a filter per signal band and standard to be processed.
  • receivers for radio reception with only one signal processing channel. Because of the inverse variation of the bandwidth with respect to the variation of the attenuated band rejection, it may be difficult to obtain a wide bandwidth filter while having a satisfactory rejection factor.
  • a proposed solution consists in producing a passive component filter such as surface wave filters or volume wave filters. Nevertheless, such filters are non-adjustable and non-integrable.
  • US Patent 5,331,222 discloses a device for processing a low frequency signal.
  • US Patent 5,412,650 teaches decomposing a signal in a subband, each signal being processed by a processing channel comprising a mixer receiving at an input an oscillator operating at a natural frequency.
  • the invention aims to meet this need and achieves this through a signal processing device comprising M parallel processing channels, each channel (i) processing a frequency sub-band of the frequency band of the signal and comprising:
  • an analog filter operating at a proper sampling frequency and an analog digital converter.
  • the invention by using several parallel processing channels, can make it possible to remedy the aforementioned drawbacks of filters with a single treatment channel.
  • the analog filter may be a passive charge transfer filter, which may make it possible to overcome the radio frequency filters and overcome the aforementioned drawbacks, while using a filter implemented using passive components, in particular capacitors. , and with the aid of electronic switches, in particular CMOS.
  • the analog filter may thus be devoid of an operational amplifier.
  • the invention may also make it possible to sample the signal at different frequencies f e ⁇ , which may make it possible to obtain a plurality of frequency subbands each centered around a frequency f c ⁇ , the latter being, according to an advantageous property passive charge transfer filters, depending on the sample rate / du of the filter of the treatment channel.
  • the number of channels of the signal processing device according to the invention is for example greater than or equal to two or three, for example between 2 and 512, the number M of processing channels can be chosen according to the desired performance.
  • the own sampling frequency f ei of a processing channel i can be calculated from the final rate of the digital output signal f e and the processed subband width, for example twice the center frequency.
  • the final rate of the digital output signal f e is for example between 50 MHz and 132 GHz, for example between 1 GHz and 20 GHz, being in particular equal to 1.616 GHz.
  • the final rate of the digital output signal can reach a few hundred MHz, for example 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 or 900 MHz.
  • digitally synchronized output signals means output signals having the same rate.
  • the passive charge transfer filter of each channel may be a discrete time analog filter using a passive structure having switches and capacitors.
  • the passive charge transfer filter is for example arranged to carry out anti-aliasing or other filtering and a mixer function, in addition to the sampling of the signal.
  • At least one channel i in particular all the M channels, may comprise a passive charge transfer filter whose capacitance values are adjustable, in order to make it possible to modify at least one capacitive ratio OL P of the channel's discrete time analog filter. i, the capacitive ratio being the ratio of two capacitance values of said filter.
  • all the capacitive reports fl of the analog filter in discrete time channel i, including M channels can be modified.
  • setting a capacity value is meant both a setting subsequent to an action of an operator, a setting resulting from the execution of a computer program.
  • the charge transfer technique can make it possible to carry out, for each processing channel, a low band selective low-bandwidth filter or a very selective band-pass filter over a narrow band, by modifying at least one, especially all the values of the capacitive ratios a ⁇ .
  • the invention makes it possible to arrange, with the capacitive ratio, a parameter for adjusting the selectivity of the filter of each particularly flexible and easily programmable channel.
  • the bandwidth, for example at -3 dB, of the frequency response is a function of one or more, if not all, of the capacitive ratios of the filter of this channel.
  • the invention may also make it possible to modify the spectral focusing for each processing channel, by: - allowing on the one hand positioning the frequency sub-band processed by a channel i by adjusting the value of the central frequency / ⁇ of this sub-band by means of the sampling frequency / e own of the channel i, as described above and, by determining for this same channel i the selectivity of the passive charge transfer filter by acting on at least one values, especially on all values, capacitive ratios ⁇ ji.
  • At least two processing paths may include passive charge transfer filters having different capacitive ratios.
  • P channels comprise, for example, passive charge transfer filters having capacitive ratios making it possible to filter a given band and Q channels comprise, for example, passive charge transfer filters having other capacitive ratios, which can make it possible to group channels. in several groups with, for each group of processing channels, different frequency responses adapted to given standards, which can make it possible to simultaneously treat different standards.
  • each processing channel may be devoid of mixer having at an input an oscillator working at a natural frequency.
  • a radio signal receiver comprising: an antenna for receiving the signal, a low noise amplifier (LNA) or a low transconductance amplifier (LNTA) receiving the output signal of the antenna, a processing device as defined above, disposed at the output of the amplifier, and a reconstruction block receiving the signal at the output of each processing channel.
  • LNA low noise amplifier
  • LNTA low transconductance amplifier
  • the invention makes it possible, for example, to produce a versatile radio frequency signal receiver having three degrees of freedom, making it possible to modify the bandwidth and the resolution of the signal.
  • the three degrees of freedom are, for example, the values of the own sampling frequencies of each channel, the number of processing channels and the capacitive ratio values of the passive charge transfer filters of each processing channel.
  • the invention makes it possible, by using the three degrees of freedom above, to be able to reconfigure the receiver in a simple manner while offering a large number of reconfigurations to have a high utilization range.
  • the invention can make it possible to combine the purely passive discrete signal processing and hybrid filter bank reconstruction techniques to perform a reconfigurable filtering bandwidth and high rejection.
  • the subject of the invention is also a method for processing a radio signal in which the signal is processed by M processing channels each comprising an analog filter, in particular a passive charge transfer filter, each filter operating at a frequency of own sampling, and an analog-to-digital converter, so that each channel processes a frequency sub-band of the signal frequency band.
  • M processing channels each comprising an analog filter, in particular a passive charge transfer filter, each filter operating at a frequency of own sampling, and an analog-to-digital converter, so that each channel processes a frequency sub-band of the signal frequency band.
  • the method may include the step of changing the number of processing channels according to the processed radio signal.
  • the method may comprise the step of modifying the own sampling frequency f ei of at least one processing channel i, in particular of each processing channel i, in order to modify the central frequency f cl of the sub-band of frequency treated by the channel i, in particular by each channel i, which can allow to adjust relatively accurately the position of at least one, in particular each frequency sub-band.
  • the method may comprise the step consisting in acting on at least one value of a capacitance, in particular on all the values of the passive charge transfer filter capacitors of at least one treatment channel i, in particular of each treatment channel i, so as to vary the capacitive ratio (s) associated with the filter, which can make it possible to modify the selectivity of the filter of at least one treatment channel, in particular of each treatment channel.
  • At least two processing paths can have different capacitive ratios.
  • P processing channels comprise for example a passive charge transfer filter having capacitive ratios for filtering a given band and Q processing channels comprise for example a passive charge transfer filter having other capacitive ratios.
  • P is for example equal to three, Q is for example equal to two.
  • the processing channels can be grouped into at least two groups assigned to receive two different standards of radio signals.
  • Another aspect of the invention is a method of receiving a radio signal, in which: the signal received by an antenna is processed by a low-noise amplifier, the output signal is processed; the low noise amplifier according to the method defined above and, the signal at the output of each channel is reconstructed by means of a reconstruction block.
  • the invention further relates, in another of its aspects, a digital analog conversion method of a signal in which a radio receiver as defined above is used.
  • the invention can provide a versatile digital analog conversion through the use of the three degrees of freedom defined above, which can adjust the frequency band to be converted and the desired resolution.
  • FIG. 1 schematically represents an example of a radio receiver according to FIG.
  • FIG. 2 represents a detail of FIG.
  • FIGS. 3 and 4 represent two different frequency responses of an analog filter of a processing channel
  • FIG. 5 shows on the same frequency axis different frequency responses of receiver
  • - Figure 6 shows another example of signal processing performed by a receiver according to the invention
  • FIG. 7 illustrates the possibility of simultaneously processing two different standards
  • FIG. 8 schematically represents a network of capabilities making it possible to program a capacity value from the control of the 9 is a frequency representation of the signal obtained at the output of the filter whose frequency response is shown in FIG. 3
  • FIG. 10 is a frequency representation of the signal obtained at the output of the filter whose frequency response is represented in FIG. 4
  • - Figure 11 shows an example of application of a receiver according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a receiver 1 according to the invention.
  • This receiver comprises an antenna 2, a low-noise broadband amplifier 3 with a voltage or current output, also called in the latter case with transconductance, a signal processing device 5, and a reconstruction block 6 disposed at the output of the device. treatment 5.
  • the antenna 2 is for example arranged to receive radio frequencies in a frequency band B, for example between 1 and 10 GHz.
  • the amplifier 3 amplifies the signal at its input in the same band B.
  • the output signal x (t) of the amplifier 3 is applied at the input of the device 5.
  • the device 5 comprises in the example shown M paralleled channels, for example four channels.
  • Each channel i comprises a passive charge transfer filter 1O 1 , whose output is applied to an analog digital converter H 1 , the output of this analog digital converter H 1 constituting an input of the reconstruction block 6.
  • the passive charge transfer filter 1O 1 is for example a discrete time analog filter using a passive structure comprising switches and capacitors.
  • the filter 1O 1 is for example as disclosed by the application US 2003/0040294.
  • the passive charge transfer filter is for example as disclosed in the article "A 2.4-GHZ RF Sampling Front-End Receiver in 0.18- ⁇ n ⁇ CMOS "published in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 40, No. 6, pp. 1265-1277, June 2005.
  • FIG. 8 shows a network H 1 of capacitors allowing the programming of the use of the receiver with a capacitive ratio to produce a passive charge transfer filter 10 1 according to the invention.
  • the network H 1 comprises a matrix of elementary cells 14.
  • Each elementary cell 14 comprises in this example a unit capacity 15 whose value is predefined in order to ensure a satisfactory gain / noise compromise.
  • Each elementary cell 14 also comprises a plurality of semiconductor switches 16, in particular NMOS or CMOS type transistors, enabling the unit capacitors 15 to be connected in parallel and thus to set the value of this capacitance network 1 Ii with a step equal to the elementary capacity.
  • connection between the unit cells 14 to produce the variable coefficients OC 1J of the filter 1O 1 is in the reconfigurable example described, these capacitance values setting the coefficients of the discrete time filtering performed by the filter 1O 1 .
  • a network 11 1 is dedicated to the production of a 10 1 filter.
  • the filter 10 1 is arranged to perform the anti-aliasing filter, mixer and sampler function.
  • Each filter 1O 1 has a clock frequency constituting the own sampling frequency of the channel.
  • Each channel i can process the frequency subband of the frequency band of the signal x (t) allocated to it according to its own sampling frequency.
  • the frequency sub-band processed by each channel is centered around a value which, thanks to the use of a passive charge-transfer filter, is a function of the value of the own sampling frequency. the way.
  • the own sampling frequency of the channel i is for example defined by the relation f e - f e • - '-, where a, and b, are natural numbers, and where / e is the final rate of the
  • the analog / digital converters H 1 can operate at different frequencies / CANI if the amplifier 3 is output current or at the same frequency / bw if the amplifier 3 is voltage output. Decimation and / or interpolation operations may be performed by each filter 1O 1 to adapt its output rate to the rate of the analog / digital converter H 1 .
  • the values of the capacity of the filter 1O 1 of each channel can be adjusted so as to be able to modify the value of the capacitive ratios a ⁇ associated with the filter 1O 1 .
  • the reconstruction block 6 comprises in the example described a bank of digital filters and, where appropriate, a digital synchronizer.
  • the digital filter bank allows for example to reconstruct the desired signal by reducing spectrum folding and interference.
  • the synchronizer makes it possible, in particular when the amplifier 3 has a current output, for example to synchronize the digital signals at the output of the converters H 1 .
  • the receiver shown in Figure 1 is devoid of radio frequency filter.
  • FIG. 2 shows a detail of FIG. 1, only a treatment channel of the device 5 having been shown.
  • the processing of the frequency sub-band performed by a channel i can be carried out according to two degrees of freedom:
  • the channel i has, for example, the same sampling frequency and different capacitive ratios, making it possible to program the bandwidth and the selectivity of the filters. Different frequency responses are thus obtained, for example a large bandwidth B Wi and a low rejection ⁇ i for the filter of FIG. 3 and a small bandwidth and a large rejection for the filter of FIG. 4.
  • FIG. 9 is a representation of the impulse response of an antireflection filter for the 802.1 Ig standard and corresponds to the case represented in FIG.
  • the sampling frequency f ei is 4.8 GHz and the filter is centered around a frequency f a of 2.4 GHz.
  • FIG. 10 is a representation of the impulse response of an anti-aliasing filter for the GSM 900 standard and corresponds to the case shown in FIG. 4.
  • the sampling frequency / ⁇ is 1800 MHz and the filter is centered around a frequency / ⁇ of 900 MHz.
  • FIG. 5 shows the possibility of reconfiguring a receiver according to the invention in the context of cognitive radio by using filtering and spectral focusing.
  • the device has five processing channels and the filter sampling frequencies of each processing channel are chosen so that each channel processes one frequency sub-band adjacent to the other sub-bands in two case of different configuration: wide band and low resolution in one case and narrow band and high resolution in the other case.
  • sampling frequencies f own e i s e & f are chosen so as to have filter broadband and low rejection for an exploration phase of the frequency bands for example.
  • FIGS. 5b and 5c show on the same scale as that of FIG. 5a two other examples of frequency responses of the filter in the narrow band and high resolution configuration.
  • the invention makes it possible to implement the spectral focusing, the sampling frequency values chosen for the example of FIG. 5b making it possible to obtain a filter frequency response centered around a frequency / ⁇ whereas sampling frequency values chosen in the example shown in FIG. 5c make it possible to obtain a frequency response centered around a value / 2 'different from
  • FIG. 6 shows another example of implementation of the invention.
  • FIG. 6a shows a broadband and high rejection filter according to the invention, the filter comprising M processing channels each comprising a 10 1 filter as described above.
  • FIG. 6b shows the superposition on the frequency axis of the responses of the filters 1O 1 of each processing channel of the filter represented in FIG. 6a.
  • sampling frequencies f e ⁇ specific to each channel unit have, as can be seen in Figure 6b, been chosen such that each processing path processes a subband adjacent to the other processed sub-bands, which allows to divide the bandwidth at -3dB BW of the useful signal into M adjacent subbands.
  • Each channel i carries out in this example a narrow bandwidth filtering, centered on the sub-band i and the values of the capacitive ratios a ⁇ of the filter 1O 1 of each channel / are chosen so as to achieve a highly selective filtering.
  • FIG. 6c shows the frequency response of the filter obtained after processing by the reconstruction block 6. This frequency response corresponds to broadband and highly selective filtering.
  • the invention is not limited to the use of all the M processing channels in a cooperative manner to obtain a rejection and a bandwidth around a given central frequency.
  • FIG. 7 shows another example of implementation of a receiver according to the invention, in which the receiver comprises five processing channels and in which several treatment channels in groups of channels are grouped together.
  • three first channels constitute a first group of processing channels adapted to a given first standard and the other two channels constitute a second group of processing channels adapted to a given second standard.
  • the three processing channels of the group 20 have a bandwidth and a rejection resulting from the choice of the values of the capacitive ratios adapted to the reception of the first standard and the two processing channels of the second group. have a bandwidth and a rejection resulting from the choice of the value of different capacitive ratios adapted to receive the second standard.
  • the invention is not limited to only two groups of treatment routes adapted to two different standards. Alternatively, three groups of treatment routes could be formed to treat three different standards simultaneously.
  • each of the M channels of the receiver could treat a specific standard, so as to treat M different standards simultaneously.
  • FIG. 11 shows an example of implementation of a receiver according to the invention.
  • each channel i processes a sub-band of 100 MHz.
  • the center frequencies ⁇ are, for example, 900, 1000, 1100 MHz, etc., respectively.
  • the sampling frequencies f ei are respectively 1800, 2000 and
  • decimation rates and the operating frequency / C A N of the digital analog converters are to be optimized and depend on the intended application.
  • the invention thus makes it possible to benefit from a versatile radio frequency signal receiver by virtue of the degrees of freedom provided by the number of analog signal processing channels, the choice of the sampling frequency of the filter of each channel and the capacitive ratios associated with each filter, these capacitive ratios making it possible to choose the selectivity of the filter of each treatment channel.
  • the invention applies for example to achieve the versatile analog / digital conversion function.

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Abstract

La présente invention est relative à un dispositif (5) de traitement du signal comportant M voies de traitement en parallèle, chaque voie traitant une sous-bande de fréquence de la bande de fréquence du signal et comportant: un filtre analogique (10i) travaillant à une fréquence d'échantillonnage propre f ei ; et un convertisseur analogique numérique (12i), la cadence finale du signal de sortie numérique étant comprise entre 50 MHz et 132 GHz.

Description

Dispositif et procédé de traitement du signal utilisant plusieurs voies de traitement en parallèle
La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé de traitement du signal utilisant plusieurs voies de traitement en parallèle. L'invention s'applique plus particulièrement à la réception radio large bande.
Il est connu d'utiliser pour la réception radio des récepteurs super hétérodynes ou des récepteurs à conversion directe utilisant tous deux des filtres passifs radiofréquences.
La réception de signal radio est très contrainte par l'utilisation des filtres passifs radio fréquence, ces derniers n'étant ni réglables, ni intégrables. La réponse en fréquence de ces filtres n'est pas modifiable, ce qui peut nécessiter d'utiliser un filtre par bande de signal et par standard à traiter.
Par ailleurs, il est connu d'utiliser pour la réception radio des récepteurs ne comportant qu'une seule voie de traitement du signal. Du fait de la variation inverse de la largeur de bande passante par rapport à la variation de la réjection en bande atténuée, il peut s'avérer difficile de disposer d'un filtrage à large bande passante tout en présentant un facteur de réjection satisfaisant.
Une solution proposée consiste à réaliser un filtre à composants passifs comme les filtres à ondes de surface ou filtres à ondes de volume. Néanmoins, de tels filtres sont non réglables et non intégrables.
Le brevet US 5 331 222 divulgue un dispositif de traitement d'un signal basse fréquence.
Le brevet US 5 412 650 enseigne de décomposer un signal en sous-bande, chaque signal étant traité par une voie de traitement comportant un mélangeur recevant à une entrée un oscillateur travaillant à une fréquence propre.
Il existe un besoin pour permettre d'améliorer les récepteurs radios actuels, notamment pour modifier leur réponse en fréquence.
L'invention vise à répondre à ce besoin et y parvient grâce à un dispositif de traitement d'un signal, comportant M voies de traitement en parallèle, chaque voie (i) traitant une sous-bande de fréquence de la bande de fréquence du signal et comportant :
-un filtre analogique travaillant à une fréquence d'échantillonnage propre^, et -un convertisseur analogique numérique. L'invention, en utilisant plusieurs voies de traitement en parallèle, peut permettre de remédier aux inconvénients précités des filtres à une seule voie de traitement.
Le filtre analogique peut être un filtre à transfert de charge passif, ce qui peut permettre de s'affranchir des filtres radio fréquences et de remédier aux inconvénients précités, tout en utilisant un filtre implémenté à l'aide de composants passifs, en particulier de capacités, et à l'aide d'interrupteurs électroniques, notamment CMOS. Le filtre analogique peut ainsi être dépourvu d'amplificateur opérationnel.
L'invention peut également permettre d'échantillonner le signal à différentes fréquences feι, ce qui peut permettre d'obtenir une pluralité de sous-bandes de fréquence centrée chacune autour d'une fréquence fcι, cette dernière étant, selon une propriété avantageuse des filtres à transfert de charge passifs, fonction de la fréquence d'échantillonnage/^ du filtre de la voie de traitement.
Le nombre de voies du dispositif de traitement du signal selon l'invention est par exemple supérieur ou égal à deux ou trois, par exemple compris entre 2 et 512, le nombre M de voies de traitement pouvant être choisi selon la performance visée.
La fréquence d'échantillonnage propre fei d'une voie de traitement i peut être calculée à partir de la cadence finale du signal de sortie numérique fe et de la largeur de sous-bande traitée, par exemple deux fois la fréquence centrale.
La cadence finale du signal de sortie numérique fe est par exemple comprise entre 50 MHz et 132 GHz, par exemple entre 1 GHz et 20 GHz, étant notamment égale à 1,616 GHz.
La cadence finale du signal de sortie numérique peut atteindre quelques centaines de MHz, par exemple 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 ou 900 MHz.
La fréquence d'échantillonnage propre fei de la voie i peut être définie par la relation fe = fe • — '- , où a, et bi sont des entiers naturels, avec par exemple a! > b1; par b. exemple Vb1 >2, notamment y, > 10 ce qui peut permettre que les signaux de sortie des convertisseurs analogique numérique de chaque voie de traitement puissent être synchronisés numériquement. On désigne par « signaux de sortie synchronisés numériquement » des signaux de sortie ayant la même cadence. Lorsqu'une sous-bande de fréquence présente une largeur supérieure à la bande passante offerte par une voie de traitement, cette sous-bande de fréquence peut être traitée par N voies parmi les M voies. Ces N voies sont par exemple disposées sous forme de bancs de filtres. Ces N voies traitent par exemple des bandes de fréquence adjacentes. On désigne par « bandes de fréquence adjacentes » N bandes de fréquence constituant une partition au sens mathématique d'une sous-bande de fréquence, cette partition étant régulière ou non.
Le filtre à transfert de charge passif de chaque voie peut être un filtre analogique à temps discret utilisant une structure passive comportant des interrupteurs et des capacités.
Le filtre à transfert de charge passif est par exemple agencé pour effectuer un filtrage anti-repliement ou autre et une fonction de mélangeur, en plus de l'échantillonnage du signal. Au moins une voie i, notamment toutes les M voies, peut comporter un filtre à transfert de charge passif dont les valeurs des capacités sont réglables, afin de permettre de modifier au moins un rapport capacitif OLP du filtre analogique à temps discret de la voie i, le rapport capacitif étant le rapport de deux valeurs de capacités dudit filtre. En variante, tous les rapports capacitifs afl du filtre analogique à temps discret de la voie i, notamment des M voies, peuvent être modifiables.
Par « réglage d'une valeur de capacité », on désigne aussi bien un réglage consécutif à une action d'un opérateur, qu'un réglage résultant de l'exécution d'un programme d'ordinateur.
La technique du transfert de charge peut permettre de réaliser pour chaque voie de traitement un filtre passe-bande faiblement sélectif sur une large bande ou un filtre passe-bande très sélectif sur une bande étroite, en modifiant au moins une, notamment toutes les valeurs des rapports capacitifs aβ.
L'invention permet de disposer avec le rapport capacitif d'un paramètre de réglage de la sélectivité du filtre de chaque voie particulièrement souple et facilement programmable. Pour un dispositif de traitement ne comportant qu'une voie, on peut montrer en effet que la bande passante, par exemple à -3dB, de la réponse fréquentielle est une fonction d'un ou plusieurs, voire de la totalité des rapports capacitifs du filtre de cette voie.
L'invention peut permettre en outre de modifier la focalisation spectrale pour chaque voie de traitement, en : - permettant d'une part de positionner la sous-bande de fréquence traitée par une voie i en ajustant la valeur de la fréquence centrale/^ de cette sous-bande au moyen de la fréquence d'échantillonnage/eî propre de la voie i, tel que décrit ci-dessus et, en déterminant pour cette même voie i la sélectivité du filtre à transfert de charge passif en agissant sur au moins une des valeurs, notamment sur toutes les valeurs, des rapports capacitifs αji.
Au moins deux voies de traitement peuvent comporter des filtres à transfert de charge passifs présentant des rapports capacitifs différents.
P voies comportent par exemple des filtres à transfert de charge passifs ayant des rapports capacitifs permettant de filtrer une bande donnée et Q voies comportent par exemple des filtres à transfert de charge passifs ayant d'autres rapports capacitifs, ce qui peut permettre de grouper des voies en plusieurs groupes avec, pour chaque groupe de voies de traitement, des réponses fréquentielles différentes adaptées à des standards donnés, ce qui peut permettre de traiter simultanément des standards différents.
P est par exemple égal à trois et Q est par exemple égal à deux. Au moins une voie de traitement, notamment chaque voie de traitement peut être dépourvue de mélangeur ayant à une entrée un oscillateur travaillant à une fréquence propre.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un récepteur de signal radio comportant : - une antenne pour recevoir le signal, un amplificateur faible bruit (dit LNA) ou un amplificateur faible bruit à transconductance (dit LNTA) recevant le signal en sortie de l'antenne, un dispositif de traitement tel que défini précédemment, disposé en sortie de l'amplificateur, et - un bloc de reconstruction recevant le signal en sortie de chaque voie de traitement. L'invention permet par exemple de réaliser un récepteur de signal radio fréquence versatile présentant trois degrés de liberté, permettant de modifier la largeur de bande et la résolution du signal. Les trois degrés de liberté sont par exemple les valeurs des fréquences d'échantillonnage propres de chaque voie, le nombre de voies de traitement et les valeurs des rapports capacitifs des filtres de transfert de charge passifs de chaque voie de traitement.
L'invention permet, en utilisant les trois degrés de liberté ci-dessus, de pouvoir reconfigurer le récepteur de façon simple tout en offrant un grand nombre de reconfigurations pour avoir une plage d'utilisation élevée. L'invention peut permettre de combiner le traitement de signal discret purement passif et des techniques de reconstruction de bancs de filtres hybrides permettant de réaliser un filtrage reconfigurable à large bande passante et à forte réjection.
L'invention a encore pour objet un procédé de traitement d'un signal radio dans lequel on traite le signal par M voies de traitement comportant chacune un filtre analogique, notamment un filtre à transfert de charge passif, chaque filtre travaillant à une fréquence d'échantillonnage propre, et un convertisseur analogique numérique, de façon à ce que chaque voie traite une sous-bande de fréquence de la bande de fréquence du signal.
Le procédé peut comporter l'étape consistant à modifier le nombre de voies de traitement selon le signal radio traité. Le procédé peut comporter l'étape consistant à modifier la fréquence d'échantillonnage propre fei d'au moins une voie de traitement i, notamment de chaque voie de traitement i, afin de modifier la fréquence centrale fcl de la sous-bande de fréquence traitée par la voie i, notamment par chaque voie i, ce qui peut permettre de régler de façon relativement précise la position d'au moins une, notamment de chaque, sous-bande de fréquence.
Le procédé peut comporter l'étape consistant à agir sur au moins une valeur d'une capacité, notamment sur toutes les valeurs des capacités du filtre à transfert de charge passif d'au moins une voie de traitement i, notamment de chaque voie de traitement i, de façon à faire varier le ou les rapports capacitifs associés au filtre, ce qui peut permettre de modifier la sélectivité du filtre d'au moins une voie de traitement, notamment de chaque voie de traitement. Au moins deux voies de traitement peuvent avoir des rapports capacitifs différents. P voies de traitement comportent par exemple un filtre à transfert de charge passif ayant des rapports capacitifs permettant de filtrer une bande donnée et Q voies de traitement comportent par exemple un filtre à transfert de charge passif ayant d'autres rapports capacitifs. P est par exemple égal à trois, Q est par exemple égal à deux.
Les voies de traitements peuvent être regroupées en au moins deux groupes affectés à la réception de deux standards différents de signaux radio.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de réception d'un signal radio, dans lequel : - on traite le signal reçu par une antenne par un amplificateur faible bruit, on traite le signal en sortie de l'amplificateur faible bruit selon le procédé défini précédemment et, on reconstruit le signal en sortie de chaque voie au moyen d'un bloc de reconstruction. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de conversion analogique numérique d'un signal dans lequel on utilise un récepteur radio tel que défini précédemment.
L'invention peut permettre d'assurer une conversion analogique numérique versatile grâce à l'utilisation des trois degrés de liberté définis ci-dessus, ce qui peut permettre de régler la bande de fréquence à convertir et la résolution voulue.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture d'un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente de façon schématique un exemple de récepteur radio selon l'invention, - la figure 2 représente un détail de la figure 1, les figures 3 et 4 représentent deux réponses fréquentielles différentes de filtre analogique d'une voie de traitement, la figure 5 représente sur un même axe fréquentiel, différentes réponses fréquentielles du récepteur, - la figure 6 représente un autre exemple de traitement d'un signal effectué par un récepteur selon l'invention, la figure 7 illustre la possibilité de traiter simultanément deux standards différents, selon un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, la figure 8 représente de façon schématique un réseau de capacités permettant de programmer une valeur de capacité à partir de la commande des interrupteurs., la figure 9 est une représentation fréquentielle du signal obtenu en sortie du filtre dont la réponse fréquentielle est représentée à la figure 3 la figure 10 est une représentation fréquentielle du signal obtenu en sortie du filtre dont la réponse fréquentielle est représentée à la figure 4 et, - la figure 11 représente un exemple d'application d'un récepteur selon l'invention.
On a représenté à la figure 1 un exemple de récepteur 1 selon l'invention. Ce récepteur comprend une antenne 2, un amplificateur 3 large bande faible bruit à sortie en tension ou en courant, encore appelé dans ce dernier cas à transconductance, un dispositif de traitement du signal 5, et un bloc de reconstruction 6 disposé en sortie du dispositif de traitement 5.
L'antenne 2 est par exemple agencée pour recevoir des fréquences radio dans une bande de fréquence B, par exemple entre 1 et 10 GHz.
L'amplificateur 3 amplifie le signal à son entrée dans la même bande B. Le signal de sortie x(t) de l'amplificateur 3 est appliqué en entrée du dispositif 5.
Le dispositif 5 comporte dans l'exemple représenté M voies mises en parallèle, par exemple quatre voies.
Chaque voie i comporte un filtre à transfert de charge passif 1O1, dont la sortie est appliquée à un convertisseur analogique numérique H1, la sortie de ce convertisseur analogique numérique H1 constituant une entrée du bloc de reconstruction 6.
Le filtre à transfert de charge passif 1O1 est par exemple un filtre analogique à temps discret utilisant une structure passive comportant des interrupteurs et des capacités. Lorsque l'amplificateur 3 est à sortie en courant (LNTA), le filtre 1O1 est par exemple tel que divulgué par la demande US 2003/0040294.
Lorsque l'amplificateur 3 est à sortie en tension (LNA), le filtre à transfert de charge passif est par exemple tel que divulgué dans l'article « A 2.4-GHZ RF Sampling Receiver Front-End in 0.18-μnι CMOS » paru dans IEEE journal of solid-state circuits, vol.40, no.6, pp 1265-1277, june 2005.
On a représenté à la figure 8 un réseau H1 de capacités permettant la programmation à l'utilisation du récepteur d'un rapport capacitif pour réaliser un un filtre à transfert de charge passif 1O1 selon l'invention.
Dans cet exemple, le réseau H1 comporte une matrice de cellules élémentaires 14. Chaque cellule élémentaire 14 comporte dans cet exemple une capacité unitaire 15 dont la valeur est prédéfinie afin d'assurer un compromis gain/bruit satisfaisant.
Chaque cellule élémentaire 14 comporte également plusieurs interrupteurs à semi-conducteurs 16, notamment des transistors de type NMOS ou de type CMOS, permettant de connecter les capacités unitaires 15 en parallèles et donc de fixer la valeur de ce réseau de capacités 1 Ii avec un pas égal à la capacité élémentaire.
La connexion entre les cellules unitaires 14 pour réaliser les coefficients variables OC1J du filtre 1O1 est dans l'exemple décrit reconfigurable, ces valeurs de capacités fixant les coefficients du filtrage à temps discret réalisé par le filtre 1O1.
Dans l'exemple décrit, un réseau 111 est dédié à la réalisation d'un filtre 1O1.
On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsqu'un même réseau 111 est commun à plusieurs filtres 1O1, voire à tous les filtres 1O1.
Le filtre 101 est agencé pour effectuer la fonction de filtrage anti-repliement, de mélangeur et d'échantillonneur. Chaque filtre 1O1 possède une fréquence d'horloge constituant la fréquence d'échantillonnage^ propre de la voie.
Chaque voie i peut traiter la sous-bande de fréquence de la bande de fréquence du signal x(t) qui lui est affectée selon sa fréquence d'échantillonnage propre. La sous- bande de fréquence traitée par chaque voie est centrée autour d'une valeur^ qui, grâce à l'emploi d'un filtre à transfert de charge passif, est fonction de la valeur de la fréquence d'échantillonnage propre/^ de la voie.
La fréquence d'échantillonnage propre de la voie i est par exemple définie par la relation fe - fe • — '- , où a, et b, sont des entiers naturels, et où/e est la cadence finale du
signal de sortie numérique, commune à toutes les voies et pouvant être directement modifiée par un utilisateur. Les convertisseurs analogique/numérique H1 peuvent fonctionner à différentes fréquences /CANI si l'amplificateur 3 est à sortie en courant ou à la même fréquence /bw si l'amplificateur 3 est à sortie en tension. Des opérations de décimation et/ou d'interpolation peuvent être réalisées par chaque filtre 1O1 pour adapter son débit de sortie au débit du convertisseur analogique/numérique H1.
Les valeurs des capacités du filtre 1O1 de chaque voie , peuvent être réglées de façon à pouvoir modifier la valeur des rapports capacitifs aβ associés au filtre 1O1 .
Le bloc de reconstruction 6 comporte dans l'exemple décrit un banc de filtres numériques et, le cas échéant, un synchroniseur numérique. Le banc de filtres numériques permet par exemple de reconstituer le signal désiré en réduisant les repliement du spectre et les interférences.
L'emploi du synchroniseur permet, notamment lorsque l'amplificateur 3 est à sortie en courant, par exemple de synchroniser les signaux numériques à la sortie des convertisseurs H1. Comme on peut le voir, le récepteur représenté à la figure 1 est dépourvu de filtre radio fréquence.
On a représenté à la figure 2 un détail de la figure 1, seule une voie de traitement du dispositif 5 ayant été représentée.
Comme on peut le voir, le traitement de la sous-bande de fréquence effectué par une voie i peut s'effectuer selon deux degrés de libertés :
-au moins une valeur aβ, notamment toutes les valeurs du rapport capacitif associé au filtre 1O1, et
-la valeur de la fréquence d'échantillonnage /« dont dépend la valeur de la fréquence centrale fcl de la sous-bande de fréquence traitée par la voie i. Dans les exemples représentés à la figure 3 et à la figure 4, la voie i présente par exemple une même fréquence d'échantillonnage et des rapports capacitifs différents, permettant de programmer la bande passante et la sélectivité des filtres. On obtient ainsi différentes réponses fréquentielles, par exemple une grande largeur de bande B Wi et une faible réjection βi pour le filtre de la figure 3 et une faible largueur de bande et une grande réjection pour le filtre de la figure 4.
La figure 9 est une représentation de la réponse impulsionnelle d'un filtre antirepliement pour la norme 802.1 Ig et correspond au cas représenté à la figure 3. Dans cet exemple, la fréquence d'échantillonnage fei est de 4,8 GHz et le filtre est centré autour d'une fréquence fa de 2,4GHz.
La figure 10 est une représentation de la réponse impulsionnelle d'un filtre anti-repliement pour la norme GSM 900 et correspond au cas représenté à la figure 4. Dans cet exemple, la fréquence d'échantillonnage /^ est de 1800 MHz et le filtre est centré autour d'une fréquence/α de 900 MHz.
On a représenté à la figure 5 la possibilité de reconfigurer un récepteur selon l'invention dans le cadre de radio cognitive en utilisant le filtrage et la focalisation spectrale. Dans cet exemple, le dispositif comporte cinq voies de traitement et les fréquences d'échantillonnage du filtre de chaque voie de traitement sont choisies de façon à ce que chaque voie traite une sous-bande de fréquence adjacente aux autres sous-bandes et ce dans deux cas de configuration différentes : large bande et faible résolution dans un cas et bande étroite et haute résolution dans l'autre cas. Dans l'exemple représenté à la figure 5a, les fréquences d'échantillonnage propres fei &fes sont choisies de façon à avoir un filtrage large bande et faible réjection, pour une phase d'exploration des bandes de fréquence par exemple.
On a représenté aux figures 5b et 5c à la même échelle que celle de la figure 5a deux autres exemples de réponses fréquentielles du filtre dans la configuration de bande étroite et haute résolution.
Comme on peut le constater en comparant les réponses fréquentielles des figures 5b et 5c, l'invention permet de mettre en œuvre la focalisation spectrale, les valeurs de fréquences d'échantillonnage choisies pour l'exemple de la figure 5b permettant d'obtenir un filtre de réponse fréquentielle centrée autour d'une fréquence /^ tandis que des valeurs de fréquences d'échantillonnage choisies dans l'exemple représenté à la figure 5c permettent d'obtenir une réponse fréquentielle centrée autour d'une valeur /2' différente de
On a représenté à la figure 6 un autre exemple de mise en œuvre de l'invention. La figure 6a représente un filtre large bande et de grande réjection selon l'invention, le filtre comportant M voies de traitement comportant chacune un filtre 1O1 tel que décrit précédemment. La figure 6b représente la superposition sur l'axe fréquentiel des réponses des filtres 1O1 de chaque voie de traitement du filtre représenté à la figure 6a.
Les fréquences d'échantillonnage feι propres à chaque voie de traitement ont, comme on peut le voir sur la figure 6b, été choisies de telle sorte que chaque voie de traitement traite une sous-bande adjacente aux autres sous-bandes traitées, ce qui permet de diviser la bande passante à -3dB BW du signal utile en M sous-bandes adjacentes.
Chaque voie i réalise dans cet exemple un filtrage à bande passante étroite, centré sur la sous-bande i et, les valeurs des rapports capacitifs aβ du filtre 1O1 de chaque voie / sont choisies de façon à réaliser un filtrage hautement sélectif. On a représenté à la figure 6c la réponse fréquentielle du filtre obtenu après traitement par le bloc de reconstruction 6. Cette réponse fréquentielle correspond à un filtrage large bande et hautement sélectif.
L'invention n'est pas limitée à l'utilisation de l'ensemble des M voies de traitement de façon coopérative pour obtenir une réjection et une bande passante autour d'une fréquence centrale donnée.
On a représenté à la figure 7 un autre exemple de mise en œuvre de récepteur selon l'invention, dans lequel le récepteur comporte cinq voies de traitement et dans lequel on regroupe plusieurs voies de traitement en groupes de voies.
Dans l'exemple décrit, trois premières voies constituent un premier groupe de voies de traitement 20 adapté à un premier standard donné et les deux autres voies constituent un deuxième groupe de voies de traitement 30 adapté à un deuxième standard donné.
Dans l'exemple de la figure 7, les trois voies de traitement du groupe 20 présentent une largeur de bande et une réjection résultant du choix des valeurs des rapports capacitifs adaptées à la réception du premier standard et les deux voies de traitement du deuxième groupe 30 présentent une largeur de bande et une réjection résultant du choix de la valeur de rapports capacitifs différents adaptées à la réception du deuxième standard.
L'invention n'est pas limitée à seulement deux groupes de voies de traitement adaptés à deux standards différents. En variante, trois groupes de voies de traitement pourraient être constitués pour traiter trois standards différents de façon simultanée.
En variante encore, chacune des M voies du récepteur pourrait traiter un standard propre, de façon à traiter M standards différents de façon simultanée. On a représenté à la figure 11 un exemple d'implémentation d'un récepteur selon l'invention.
Dans l'exemple décrit, Chaque voie i traite une sous-bande de 100 MHz. Les fréquences centrales/^ sont par exemple respectivement 900, 1000, 1100 MHz, etc. Les fréquences d'échantillonnage fei sont respectivement 1800, 2000 et
2200 MHz.
Les taux de décimation et la fréquence /CAN de fonctionnement des convertisseurs analogique numérique sont à optimiser et dépendent de l'application visée.
L'invention permet ainsi de bénéficier d'un récepteur de signal radio fréquence versatile grâce aux degrés de liberté apportés par le nombre de voies de traitement du signal analogique, le choix de la fréquence d'échantillonnage du filtre de chaque voie et le ou les rapports capacitifs associés à chaque filtre, ces rapports capacitifs permettant de choisir la sélectivité du filtre de chaque voie de traitement.
L'invention s'applique par exemple pour réaliser la fonction de conversion analogique/numérique versatile .
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (5) de traitement du signal comportant M voies de traitement en parallèle, chaque voie (i) traitant une sous-bande de fréquence de la bande de fréquence du signal et comportant :
-un filtre analogique (1O1) travaillant à une fréquence d'échantillonnage propre
-un convertisseur analogique numérique (12,), la cadence finale du signal de sortie numérique étant comprise entre 50 MHz et 132 GHz.
2. Dispositif selon la revendication 1, le filtre analogique (1O1) étant un filtre à transfert de charge passif.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, la fréquence d'échantillonnage propre^, d'une voie de traitement i étant déterminée à partir de la cadence finale du signal de sortie numérique.
4. Dispositif selon la revendication 3, la fréquence d'échantillonnage propre de la voie i étant déterminée de façon à ce que les signaux de sortie des convertisseurs analogique numérique puissent être synchronisés numériquement.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le filtre à transfert de charge passif (1O1). de chaque voie étant un filtre analogique à temps discret, utilisant une structure passive comportant des interrupteurs (16) et des capacités (15).
6. Dispositif selon la revendication précédente, le filtre à transfert de charge PaSsIf (IO1) étant agencé pour effectuer un filtrage et une fonction de mélangeur, en plus de l'échantillonnage du signal.
7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, au moins une voie de traitement i, notamment toutes les M voies de traitement, comportant un filtre à transfert de charge PaSsIf (IO1) dont les valeurs des capacités sont réglables, de façon à modifier la valeur d'au moins un des rapports capacitifs Uβ du filtre de la voie /.
8. Dispositif selon la revendication précédente, au moins deux voies de traitement comportant des filtres à transfert de charge PaSsIf (IO1) présentant des rapports capacitifs différents.
9. Dispositif selon la revendication précédente, un nombre P de voies de traitement comportant un filtre à transfert de charge passif (1O1) ayant des rapports capacitifs et un nombre Q de voies de traitement comportant un filtre à transfert de charge PaSsIf (IO1) ayant des rapports capacitifs différents de ceux des P voies
10. Récepteur (1) de signal radio comportant : une antenne (2) pour recevoir le signal, - un amplificateur (3) faible bruit ou faible bruit à transconductance recevant le signal en sortie de l'antenne, un dispositif de traitement (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un bloc de reconstruction (6) recevant le signal en sortie de chaque voie de traitement.
11. Procédé de traitement d'un signal radio dans lequel on traite le signal par M voies comportant chacune un filtre analogique (1O1), notamment un filtre à transfert de charge passif, chaque filtre travaillant à une fréquence d'échantillonnage propre, et un convertisseur analogique numérique (12^, de façon à ce que chaque voie traite une sous- bande de fréquence de la bande de fréquence du signal, la cadence finale du signal de sortie numérique étant comprise entre 50 MHz et 132 GHz.
12. Procédé selon la revendication précédente, comportant l'étape consistant à modifier le nombre de voies de traitement selon le signal radio traité.
13. Procédé selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, comportant l'étape consistant à modifier la fréquence d'échantillonnage propre feι d'au moins une voie de traitement i, notamment de chaque voie de traitement i, afin de modifier la fréquence centrale/^ de la sous-bande de fréquence traitée par la voie i, notamment par chaque voie i.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, chaque filtre étant un filtre à transfert de charge passif, le procédé comportant l'étape consistant à agir sur au moins une valeur d'une capacité du filtre d'au moins une voie de traitement i, notamment de chaque voie de traitement i, de façon à faire varier au moins un rapport capacitif θiβ, notamment tous les rapports capacitifs associés au filtre (1O1) de la voie de traitement considérée, notamment de chaque voie de traitement.
15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel au moins deux voies de traitement ont des rapports capacitifs aβ différents.
16. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on regroupe les voies de traitements en au moins deux groupes affectés à la réception de deux standards de signaux radio différents.
17. Procédé de réception d'un signal radio dans lequel : - on traite le signal reçu par une antenne (2) par un amplificateur (3) faible bruit, on traite le signal en sortie de l'amplificateur faible bruit (3) selon le procédé défini à l'une quelconque des revendications 11 à 16 et, on reconstruit le signal en sortie de chaque voie au moyen d'un bloc de reconstruction (6) .
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