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(11) | EP 1 091 534 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Canal de transmission audio a haut rendement |
(57) Système de réception audio comprenant :
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[0001] La présente invention concerne le domaine des chaînes de réception audio en particulier dans les systèmes portables de faible consommation.
[0002] Différents systèmes existent pour transformer un signal numérique en signal analogique de puissance qui permet d'émettre des sons par le biais d'un haut-parleur.
[0003] La demande de brevet FR-A-2765419 décrit un dispositif de génération de signaux analogiques à partir de convertisseurs analogique-numérique. Il décrit l'utilisation d'un modulateur Sigma-Delta dans la transmission du signal numérique, ainsi que la génération des signaux analogiques, sans permettre toutefois de contrôler le volume de sortie de manière simple.
[0004] Le convertisseur de signal numérique en signal analogique comporte en général un contrôle du volume. On dispose ensuite un filtre passe-bas permettant d'éliminer les composantes liées à l'échantillonnage, ainsi qu'un amplificateur de puissance. L'amplificateur de puissance consomme beaucoup de puissance et abaisse l'efficacité du circuit général. Ce système n'est pas satisfaisant car, même s'ils permet un réglage du volume, il nécessite un grand nombre de composants analogiques tel qu'un convertisseur digital vers analogique 1 bit, des filtres actifs, un amplificateur de puissance. Ces composants sont intégrés sur une puce dédiée.
[0005] Afin de générer le son transmis par le canal audionumérique, il est connu d'utiliser un modulateur Sigma-Delta suivi d'un dispositif permettant de convertir le signal numérique en signal analogique et des dispositifs permettant de filtrer le bruit créé lors de la transmission, ainsi qu'un dispositif de génération du son. Le modulateur Sigma-Delta est généralement suivi d'une sortie de classe D.
[0006] Cette deuxième solution, bien qu'essentiellement numérique ne permet pas de contrôler le volume de sortie sans abaisser le rapport signal sur bruit du fait de l'ajout de composants supplémentaires. Elle présente l'avantage de ne nécessiter qu'un filtre passif discret (à base de composants RLC) en plus de la partie numérique mais ne permet pas le réglage du volume.
[0007] Le modulateur Sigma-Delta est utilisé pour passer d'un mot de N bits à un mot de M bits, M étant inférieur à N, en éliminant l'erreur de troncature dans la bande de signaux utiles, qui est la bande dans laquelle la sinusoïde ou un autre signal est synthétisé. Les composantes spectrales liées à cette troncature sont ensuite rejetées hors de cette bande. Dans l'application selon l'invention, la longueur des mots de sortie est de 1 bit. De plus, à la sortie du modulateur, le débit de sortie est plus rapide que celui d'entrée et peut être réglé pour obtenir un facteur entier de multiplication.
[0008] L'invention cherche à améliorer l'efficacité du canal de réception audio de la seconde solution tout en utilisant un minimum de composants linéaires, dissipateurs de puissance. Ce canal doit convertir les données d'entrée numériques en un signal analogique pour permettre un contrôle du volume par l'utilisateur, sans perte dans le rapport signal-bruit, et piloter un haut-parleur à faible impédance.
[0009] L'invention concerne un système de réception audio comprenant un modulateur pour moduler un premier signal audionumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit second signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée ; ainsi qu'un dispositif de sortie comportant un haut-parleur et des moyens pour transmettre le second signal, sous forme analogique, au haut-parleur.
[0010] Suivant une réalisation particulière, ces moyens sont des transistors de commutation d'une sortie de classe D.
[0011] Le système comporte en outre un dispositif de contrôle, connecté d'une part au modulateur en recevant le second signal, et d'autre part au dispositif de sortie. Le dispositif de contrôle est apte à contrôler le dispositif de sortie à partir d'une partie de ladite période prédéterminée, la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré.
[0012] L'invention concerne également un procédé de réception audio comprenant une étape de modulation d'un premier signal audionumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée et une étape de réception dudit second signal dans un haut-parleur.
[0013] Le premier signal audionumérique est avantageusement modulé dans un premier modulateur du type Sigma-Delta et comporte une pluralité de mots de longueur de 1 bit.
[0014] Préalablement à l'étape de réception, le haut-parleur est commandé en fonction d'une partie de ladite période prédéterminée, la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré. Dans une variante, la longueur de ladite partie commande un court-circuit de l'alimentation.
[0015] Le signal de sortie du modulateur Sigma-Delta est un flux de 1 bit, avec une fréquence supérieure à la fréquence de Nyquist. Le bruit de quantification à cette sortie se situe principalement dans les hautes fréquences. On pilote directement les transistors de commutation de la sortie de classe D avec cet échantillonnage. Le filtre passe-bas dans la sortie de classe D est constitué par un filtre RLC du second ordre dans lequel la résistance forme le haut-parleur.
[0016] L'information numérique transmise dans le signal permet de contrôler le volume en modifiant la longueur de chaque donnée de sortie ("0" ou "1") du flux donné par le modulateur Sigma-Delta.
[0017] Le signal de sortie du modulateur Sigma-Delta est à la fréquence Fe. Le pilote de l'étape suivante a une fréquence de N*Fe, où N est un nombre entier, ce qui permet de diviser la période Te, associée à la fréquence Fe (Te=1/Fe). Pendant une période Te, on utilise deux subdivisions. La première subdivision correspond au temps pendant lequel la charge est connectée à l'alimentation S ou -S, selon la valeur du signal de sortie du modulateur Sigma-Delta (Sdout). La seconde correspond au temps pendant lequel la charge est court-circuité à la masse.
[0019] Pour éviter une consommation excessive de puissance, ou la destruction des transistors MOS, une période de non chevauchement (TN) garantit que le NMOS et le PMOS du même côté ne sont pas conducteur au même moment.
[0020] Chaque période du signal de sortie du modulateur Sigma-Delta est divisée en deux subdivisions : la première correspond au temps pendant lequel le haut-parleur est alimenté, et la seconde correspond au temps pendant lequel il est passif. La valeur du rapport entre ces deux subdivisions est utilisée pour régler le volume.
[0021] Tous les terminaux mobiles comportant des moyens de réception audionumérique peuvent utiliser le système selon l'invention.
[0022] L'invention permet d'éviter l'ajout d'un dispositif linéaire comme un amplificateur opérationnel ou des capacités groupées. De plus, le processus numérique est simplifié, ce qui permet de diminuer le coût de la fonction. La précision du contrôle du volume repose sur la précision de l'horloge principale.
[0024] La figure 2 représente un exemple de codage du signal et les signaux aux bornes des différentes entrées.
[0025] Le dispositif de contrôle 2 selon l'invention est disposé après le modulateur Sigma-Delta 1 et reçoit son signal de sortie, comme on peut le voir dans la figure 1. Le signal est alors modulé dans le dispositif de contrôle 2 à une fréquence Fc multiple de celle de sortie Fe du modulateur Sigma-Delta 1. Dans cet exemple, m=6 et Fe=2MhZ, de telle manière que Fc=12MhZ. La modulation est effectuée grâce à une seconde horloge 3. Cette seconde horloge peut être couplée à l'horloge du modulateur Sigma-Delta 4. Ce dispositif de contrôle 2 intègre ainsi les données liées au volume dans les subdivisions du signal, en définissant les intervalles de temps qui contiennent le signal utile.
[0026] Le dispositif de sortie 11 représente un pont de sortie de classe D. Les différentes bornes du dipôle (CMDP, CMDPZ, CMDM, CMDMZ) permettent de contrôler le signal de sortie, en fonction du signal émis par le dispositif de contrôle 2. Ce pont comporte, de manière classique, un pont RLC 5. Ce pont RLC permet de réaliser un filtre passe-bas améliorant la qualité du signal sonore émis par la résistance 10 qui joue le rôle de haut-parleur. Bien entendu, le filtre passe-bas peut être réalisé d'une autre manière. Le dispositif de sortie 11 est d'une part alimenté par une tension V fixe et d'autre part mis à la masse.
[0027] Le système selon l'invention est destiné à un réglage statique du volume : il est bien connu qu'un utilisateur règle le volume de son appareil une à deux fois lors de l'utilisation. L'invention utilise également le fait qu'à haute fréquence, l'utilisateur n'entend pas les interruptions temporaires d'émission sonore.
[0028] La figure 2 permet de comprendre comment le volume est modulé dans le signal transmis. Dans ce cas, le signal utile est transmis dans les trois premières périodes Tc (correspondant à la fréquence de sortie Fc) du train d'ondes. On note cette valeur Tt. Les valeurs numériques choisies dans cet exemple permettent de disposer de six périodes Tc dans une période Te. Le haut-parleur, au lieu d'être sollicité une fois dans le temps Te, est sollicité Tt/Tc fois dans le temps Tt. Le réglage du volume consiste à définir ce nombre Tt/Tc.
[0029] L'oreille humaine ne permet pas de remarquer le changement de fréquence du haut-parleur. Les mots de 1 bits à la fréquence Fe sont représentés dans la ligne 6. Les lignes 7 et 8 représentent respectivement les périodes Tc et Te. L'ensemble des lignes 9a, 9b, 9c, 9d représentent respectivement le signal aux bornes CMDP, CMDPZ, CMDM, CMDMZ du pont de sortie. Dans cette exemple, le signal utile est transmis dans les trois premières périodes Tc : Tt/Tc=3. L'information concernant le volume est alors le rapport Tt/Te.
[0030] Les trois périodes suivant Tt sont inutilisées, en particulier en l'absence de filtre passif aux bornes dans une première variante. Pour supprimer le bruit, un filtre passif est ajouté.
[0031] Dans le cas d'une utilisation sans filtre passif, il est avantageux mais non obligatoire d'effectuer un court-circuit pendant les périodes résiduelles afin d'éliminer les charges résiduelles. Dans le cas où l'on utilise un filtre passif, un court-circuit permet d'éviter que des charges demeurent et dégradent ledit filtre. L'usage du filtre passif sans court-circuit oblige à employer des moyens supplémentaires qui nuisent à l'efficacité et à la simplicité du dispositif, afin d'éliminer les charges résiduelles.
[0032] Tout élément permettant de découper la période du signal en sous-périodes peut remplacer l'horloge. En particulier, si un découpage en périodes régulières est plus avantageux, tout autre découpage peut être utilisé, ce qui compliquera la lecture de l'information concernant le volume. Pour un réglage de volume donné, tout type de répartition du signal est possible dans la période principale Te.
[0033] L'information la plus importante consiste en le nombre global de sous-périodes utilisées : Tt/Tc. Il n'est pas obligatoire que ces périodes soient toutes consécutives.
1. Système de réception audio comprenant :
- Un modulateur (1 ) pour moduler un premier signal audionumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit second signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée;
- Un dispositif de sortie (11) comportant un haut-parleur (10) et des moyens pour transmettre le second signal, sous forme analogique, au haut-parleur (10);
caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de contrôle (2), connecté d'une part au modulateur (1) en recevant le second signal et d'autre part au dispositif de sortie (11), le dispositif de contrôle étant apte à contrôler le dispositif de sortie (11) à partir d'une partie de ladite période prédéterminée, la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré.2. Système de réception audio selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif
de sortie comporte un filtre passif sur le haut-parleur.
3. Système de réception audio selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la
partie de la période prédéterminée permettant de régler le volume comporte des sous-parties
non toutes consécutives.
4. Système de réception audio selon la revendication 3 caractérisé en ce que la répartition
des sous-parties non toutes consécutives est fonction du volume désiré.
5. Terminal caractérisé en ce qu'il comporte un système de réception audio selon l'une
des revendications 1 à 4.
6. Procédé de réception audio comprenant :
- une étape de modulation (3) d'un premier signal audionumérique avec un premier taux en un second signal audionumérique avec un second taux supérieur au premier, ledit signal comprenant une pluralité de mots de longueur de 1 bit sur une période prédéterminée;
- une étape de réception dudit second signal dans un haut-parleur (10);
caractérisé en ce que préalablement à l'étape de réception, le haut-parleur est commandé en fonction d'une partie de ladite période prédéterminée, la longueur de ladite partie étant déterminée en fonction du volume désiré.7. Procédé de réception audio selon la revendication 6 caractérisé en ce que la longueur
de ladite partie commande un court-circuit de l'alimentation.
8. Procédé de réception audio selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce que le
premier signal audionumérique est modulé dans un modulateur (1) et comporte une pluralité
de mots de longueur de 1 bit.