La présente invention concerne un dispositif et un procédé de division par deux de la puissance d'un signal différentiel, permettant également par réciprocité de sommer deux signaux différentiels, avec une impédance d'entrée et de sortie constante, pour des applications en radiofréquences.The present invention relates to a device and a method for dividing by two the power of a differential signal, also reciprocating to summation two differential signals, with a constant input and output impedance, for radio frequency applications.
Dans le domaine notamment de la conversion rapide analogique-numérique et numérique-analogique, par exemple les récepteurs HF/VHF à numérisation directe pour la guerre électronique, le besoin d'une très grande linéarité favorise l'utilisation de structures différentielles (symétriques), qui permettent par principe d'obtenir à la fois de faibles non-linéarités d'ordre pair et la réjection des parasites de mode commun. Le dédoublement des signaux peut aussi permettre, par rapport au cas asymétrique, de gérer des puissances crête plus élevées (6 dB) avec une même tension d'alimentation, et autorise alors une nette augmentation de la linéarité à puissance égale, notamment en réduisant les non-linéarités d'ordre 3. Afin d'obtenir de hautes performances, les structures différentielles prennent ainsi de plus en plus le pas sur les structures asymétriques, moins coûteuses mais plus limitées en performances. Dans l'art existant, la distribution d'horloges différentielles rapides, par exemple, est typiquement assurée par des circuits actifs, ajoutant un bruit de phase non négligeable à la sortie, encore augmenté par les éventuelles fuites depuis leur alimentation. Un dispositif passif comme celui proposé permet de limiter ces apports de bruit. L'invention est un dispositif différentiel passif de sommation / division de 25 puissance par deux, large bande, basé sur l'utilisation d'un transformateur d'impédance standard de rapport 1:1 à double point milieu, et dont le principe est utilisable notamment dans le domaine radiofréquence 1 kHz - 300 MHz. Les diviseurs / sommateurs de puissance deux voies passifs classiques 30 («power combiner / splitter»), pour la bande de fréquence considérée (jusqu'à 300 MHz environ), travaillent avec des signaux asymétriques et présentent typiquement la structure en T donnée en Figure 1. Ils sont constitués d'un autotransformateur (1) et présentent un rapport d'impédance 1:2 entre l'entrée et les sorties. La résistance de charge (2) permet d'assurer l'isolation entre les deux sorties en cas de désadaptation. Ce dispositif est réciproque, il peut être utilisé pour la sommation en phase de deux signaux. Pour passer en mode différentiel, on pourrait simplement utiliser deux de ces 5 dispositifs. Cependant, outre le surcoût, l'équilibre de la structure est limité par leur appariement. Le dispositif présenté Figure 2 permet d'effectuer cette opération et utilisant un unique noyau magnétique, permettant de conserver simplement une structure symétrique. Il est essentiellement constitué d'un transformateur d'impédance de 10 rapport 1:1 à double point milieu (3). Par principe, il impose, comme son homologue asymétrique, un rapport d'impédance 1:2 entre le port nommé « entrée » et les deux ports « sortie », qui, aux imperfections près, possèdent la même phase. Les deux résistances de charge (2) permettent d'assurer l'isolation entre les 15 deux sorties en cas de désadaptation. De la même manière que pour son pendant asymétrique, on peut obtenir une même impédance caractéristique sur les trois ports (ici notée Zo) en ajoutant un transformateur d'impédance (4) additionnel de rapport 2:1 sur. l'entrée, comme décrit sur la Figure 3.In the field of analog-to-digital and digital-to-analog fast conversion, for example direct scanning HF / VHF receivers for electronic warfare, the need for a very high linearity favors the use of differential (symmetrical) structures, which in principle make it possible to obtain at the same time weak nonlinearities of even order and the rejection of the parasites of common mode. The doubling of the signals can also allow, compared to the asymmetric case, to manage higher peak powers (6 dB) with the same supply voltage, and then allows a net increase of the linearity at equal power, in particular by reducing the Non-linearities of order 3. In order to obtain high performances, the differential structures thus take more and more the step on the asymmetrical structures, less expensive but more limited in performances. In the existing art, the distribution of fast differential clocks, for example, is typically provided by active circuits, adding a significant phase noise to the output, further increased by any leakage from their power supply. A passive device like the one proposed makes it possible to limit these contributions of noise. The invention is a passive, two-wide, broadband passive summation / division differential device based on the use of a standard 1: 1 dual center point impedance transformer, which is usable in principle. especially in the radio frequency range 1 kHz - 300 MHz. The conventional two-way power split / power splitters (power combiner / splitter), for the frequency band under consideration (up to about 300 MHz), work with asymmetric signals and typically have the T-structure given in FIG. 1. They consist of an autotransformer (1) and have a 1: 2 impedance ratio between the input and the outputs. The load resistor (2) ensures isolation between the two outputs in case of mismatch. This device is reciprocal, it can be used for the summation in phase of two signals. To switch to differential mode, one could simply use two of these 5 devices. However, in addition to the extra cost, the balance of the structure is limited by their pairing. The device shown in Figure 2 allows this operation and using a single magnetic core, to simply keep a symmetrical structure. It consists essentially of an impedance transformer of 1: 1 ratio with double center point (3). In principle, it imposes, like its asymmetrical counterpart, a 1: 2 impedance ratio between the port named "input" and the two "output" ports, which, with imperfections, have the same phase. Both load resistors (2) provide insulation between the two outputs in case of mismatch. In the same way as for its asymmetrical pendant, one can obtain the same characteristic impedance on the three ports (here denoted Zo) by adding an additional impedance transformer (4) of ratio 2: 1 on. the entrance, as shown in Figure 3.
20 Le dispositif est réciproque et permet la sommation (en phase ou en opposition de phase, selon le sens de branchement des paires différentielles) de deux signaux d'entrée vers une sortie. Un exemple d'application en tant que diviseur de puissance est présenté 25 Figure 4. Le dispositif est utilisé pour fournir des horloges à très bas bruit de phase à deux convertisseurs analogique-numérique (CAN) (5) à partir d'une source commune (6). Une autre application est présentée Figure 5. Deux dispositifs sont utilisés pour former un amplificateur double différentiel à partir de deux amplificateurs 30 différentiels similaires (7), afin d'obtenir de très faibles non-linéarités d'ordre paires (d'ordre 2 notamment). Ce type de structure est utilisable par exemple pour améliorer la linéarité des récepteurs large bande multi-octave à numérisation directe.The device is reciprocal and allows the summation (in phase or in phase opposition, depending on the branching direction of the differential pairs) of two input signals to one output. An exemplary application as a power divider is shown in Figure 4. The device is used to provide very low-noise phase clocks to two analog-to-digital converters (ADCs) (5) from a common source. (6). Another application is shown in FIG. 5. Two devices are used to form a differential double amplifier from two similar differential amplifiers (7), in order to obtain very low nonlinearities of even order (of order 2, in particular ). This type of structure can be used, for example, to improve the linearity of the direct scan multi-octave wideband receivers.