Brevet FR2629654A1 — publié le 19891006

Perfectionnements aux disoositif s électaues portatifs 8 Pile à & très faible puissance L'invention est relative aux dispositifs à pile qui sont montés sur des supports indépendants et portatifs --appelés "badges" dans la suite-- et qui comportent un circuit de veille ou de réveil à très faible consommation de courant seul alimenté en permanence par la pile et excitable par des ondes ou signaux électromagnétiques de réveil émis à distancer et un circuit de travail propre à effectuer une fonction utile en réponse à son activation électrique à partir du circuit de réveil, activation qui dure peu de temps et qui correspond à une consommation de courant plus élevée que la précédente. Elle vise plus particulièrement encore, parce que c'est dans leur cas que son application semble devoir offrir le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi les dispositifs du genre en question, ceux dont la fonction utile est l'émission par voie électromagnétique d'un signal codé d'identification correspondant à un code préenregistré. Les badges du genre ci-dessus défini permettent à leurs porteurs de commander à distance l'ouverture de portes équipées d'organes de verrouillage codés. I1 suffit en effet d'associer à ces organes - d'une part des moyens propres à émettre par voie élec tromagnétique des signaux de réveil des badges, si gnaux susceptibles d'activer les circuits de réveil de ces badges pour faire émettre en réponse par ceux-ci des signaux codés d'identification de ces badges, - et d'autre part des moyens propres à recevoir et à identifier lesdits signaux codés de réponse et & com mander le déverrouillage et l'ouverture de la porte si l'identification révèle que ces signaux sont valides. L'invention a pour but, surtout, de rendre les dispositifs à pile du genre défini ci-dessus tels que leur consommation électrique soit extrêmement réduite, ce qui augmente considérablement leur durée de vie entre deux recharges ou remplacements de pile successifs, tout en réduisant leur prix de revient. A cet effet, les circuits de veille des dispositifs du genre en question selon l'invention comprennent encore, d'une façon connue en soi, un amplificateur électronique comportant deux transistors de types symétriques définissant respectivement un canal positif et un canal négatif et ils sont caractérisés en ce que la symétrie desdits transistors n'est pas rigoureuse en ce qui concerne le temps de passage entre l'état bloqué et l'état conducteur et en ce que le produit gain x bande passante de l'amplificateur est relativement faible, savoir inférieur à la fréquence des ondes de réveil ou voisin de cette fréquence. Dans des modes de réalisation particulièrement avantageux, on a recours en outre à l'une ou à l'autre des dispositions suivantes - la fréquence des ondes de réveil est de l'ordre de 150 kHz et le degré de dissymétrie des deux transistors est de l'ordre de 1/100.000, - l'amplificateur est un amplificateur opérationnel, - l'amplificateur est constitué par des portes logiques inverseuses du type C.MOS utilisées dans leur région linéaire. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre schématiquement un badge 'portatif équipé d'un dispositif à pile établi selon l'invention et propre à émettre par voie électromagnétique un signal codé en réponse à un signal électromagnétique d'interrogation. La figure 2 montre encore schématiquement, mais plus en détail, le circuit de veille de ce dispositif. La figure 3 est un graphique explicatif. Le badge 1 ici considéré se présente avantageusement sous la forme d'une petite carte plastifiée. D'une façon connue en soi, il porte - une pile 2 propre à engendrer du courant continu, - une antenne 3 propre à transformer les ondes ou si gnaux électromagnétiques de réveil S à haute fréquence qu'elle reçoit en une tension électrique V à la même fréquence, dont l'amplitude est généralement de l'or dre de quelques millivolts, - un circuit de veille ou de réveil 4 faible consomma teur de courant et alimenté en permanence par la pile 2, ledit circuit étant agencé de façon à recevoir la tension V et à émettre sur sa sortie une tension con tinue W dont l'amplitude est amplifiée par rapport à celle de la tension V, par exemple d'environ 1000 fois, - et un circuit de travail 5 alimenté par la tension W et comprenant une mémoire dans laquelle est enregistré un code d'identification du badge, ce circuit étant agencé de façon à émettre, lorsque la tension W dépas se un seuil prédéterminé, un signal électromagnétique C codé représentatif du code enregistré. Dans les modes de réalisation connus des badges du genre indiqué, le circuit de veille 4 comprend en général un amplificateur opérationnel dont le fonctionnement est le plus symétrique possible et pour lequel le produit gain x bande passante est élevé, savoir très supérieur à la fréquence des ondes de réveil, ce qui correspond à un gain très supérieur à 1, ainsi qu'une diode et qu'un circuit résistance-capacité pour redresser et filtrer la tension sortant de l'amplificateur opérationnel. Cette solution présente un certain nombre d'inconvénients, et en particulier les suivants - le circuit de veille considéré est relativement coû teux vu les deux qualités requises pour son amplifi cateur opérationnel (valeur élevée du produit gain x bande passante et symétrie poussée) et qu'il est né cessaire de prévoir en outre plusieurs composants additionnels (diode, résistance et capacité), - et surtout le circuit ci-dessus consomme un courant élevé, savoir de l'ordre de 1 mA, ce qui exige dans la pratique la recharge ou le remplacement fréquent de la pile 2, exigence qui constitue une source d'insécurité pour les commandes à effectuer à l'aide du badge. Pour écarter simultanément ces inconvénients, selon l'invention, on a recours à un amplificateur opérationnel 6 de qualité médiocre, c'est-à-dire - pour lequel le produit gain x bande passante est rela tivement bas, étant inférieur à la fréquence des ondes de réveil ou voisin de cette fréquence, --ce qui cor respond à un gain très faible, pouvant même etre infé rieur à l'unité--, - et pour lequel la symétrie des deux voies ou canaux de types respectivement positif et négatif n'est pas ri goureuse. En d'autres termes, les deux transistors constitutifs de l'amplificateur opérationnel, qui sont respectivement du type NPN pour le canal négatif et du type PNP pour le canal positif, possèdent des temps de passage de l'état bloqué à l'état conducteur qui ne sont pas rigoureusement les mêmes. Ou encore, les temps de réponse de ces deux canaux diffèrent très légèrement de sorte que l'on passe plus rapidement d'un signal bas à un signal haut que d'un signal haut à un signal bas ou inversement. Il résulte de ce léger défaut de symétrie que l'amplification successive des différentes demialternances positives et négatives de la tension alternative d'entrée V à sa naissance (figure 3) se traduit par la production d'une tension W dont la première portion se présente sous une forme alternative pour laquelle les demi-alternances d'une polarité donnée sont légèrement plus amplifiées que les demi-alternances de la polarité opposée. En d'autres termes, la valeur moyenne de cette première portion de la tension W ne demeure pas constamment nulle, comme celle de la tension V. Au contraire elle croit ou décroit constamment dans le même sens, ainsi que visible en A sur la figure 3. Cette dérive serait peu perceptible si le nombre des alternances de la suite considérée était faible, vu que le défaut de symétrie supposé ci-dessus entre les deux voies de l'amplificateur opérationnel est lui-même très peu accentué. Mais la dérive en question devient importante pour un grand nombre desdites alternances. C'est ici le cas vu que la fréquence de la tension V est relativement élevée. En effet, si cette fréquence est de 150 kHz, le nombre des alternances de cette tension qui se succèdent en une demi-seconde est de 75.000. Dans cette hypothèse, il suffit que le défaut de symétrie entre les deux voies considérées conduise à des différences d'amplitude de 1/75.000 seulement entre deux demi-alternances successives de la tension W pour que la dérive de tension atteigne en une demi-seconde seulement la valeur totale de cette amplitude. C'est cette constatation qui est exploitée selon l'invention : si l'on appelle WO la valeur de seuil de la tension continue susceptible de déclencher le circuit 5, cette valeur est atteinte automatiquement, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 6, au bout d'un temps t0 relativement court consécutif au début de l'apparition de la tension V ; il est facile dans la pratique de réduire ce temps t0 à une petite fraction de seconde. il est à noter que cette tension continue WO est alors élaborée directement à la sortie de l'amplificateur opérationnel 6 sans qu'il soit aucunement besoin de recourir aux composants supplémentaires de redressement et de filtrage (diode, résistance et capacité) qui étaient requis dans les modes de réalisation antérieurement connus. Il est à noter également que, l'amplificateur opérationnel 6 ici considéré présentant un produit gain x bande passante relativement faible, sa consommation en courant est elle-même très faible : elle peut être réduite à une valeur inférieure à 10 microampères. Ce double résultat du faible prix de revient et de la faible consommation est tout à fait surprenant si l'on observe qu'il est.obtenu en remplaçant un composant de grande qualité par un composant du même genre, mais de qualité médiocre, et qui eût été mis au rebut par les techniciens mettant en oeuvre l'art antérieur. On voit encore sur la figure 2 des résistances de polarisation 7,8,9 associées, d'une façon connue en elle-même, aux entrées de l'amplificateur opérationnel et formant avec lui le circuit de veille ou de réveil 4. L'émission de signaux codés C par le circuit 5 est effectuée dès que le seuil WO est atteint par la tension W appliquée sur l'entrés de ce circuit. Cette émission peut consommer un courant électrique beaucoup plus intense que la veille du circuit 4, l'intensité de ce circuit pouvant être de l'ordre de quelques mA, mais la durée d'uné telle émission est très courte, puisqu'elle peut entre d'une fraction de seconde seulement. L'ensemble peut être agencé de façon telle que ladite émission de signaux codés C par le badge soit renouvelée systématiquement en réponse aux différents signaux d'interrogation S reçus par son antenne 3. il peut également être agencé de façon à retourner systématiquement à son état de veille après chaque émission de signal codé C, et ce pendant une durée d'extinction ou de sommeil prédéterminée qui peut être par exemple de l'ordre de 20 à 30 secondes, avant qu'une nouvelle émission de signal codé C soit possible. Cette mesure permet d'éviter une consommation trop élevée de courant par le badge, lorsque celui-ci demeure quelque temps à proximité de la porte dont on désire commander l'ouverture, et plus précisément de l'organe émetteur des signaux d'interrogation. Dans la pratique, le degré de dissymétrie adopté pour le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel dépend à la fois de la fréquence des ondes de réveil et du temps de réponse que l'on désire entre le début de l'apparition de la tension V et le franchissement du seuil WO par la tension W : c'est ainsi que l'exemple numérique donné ci-dessus, correspondant à un temps de réponse de l'ordre de la demi-seconde, est-applicable à la commande de l'ouverture d'une porte, mais qu'il existe d'autres applications pour lesquelles des temps de réponse beaucoup plus longs, par exemple de l'ordre de 10 secondes ou même de la minute, sont tout à fait acceptables, et d'autres au contraire pour lesquelles on préférera une réponse plus rapide. Dans la pratique, la fréquence des ondes de réveil est en général inférieure à 20 MHz. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'un dispositif à pile dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus, notamment en ce que son prix de revient est faible et en ce que sa consommation de courant est également très réduite. Dans la pratique, cette réduction de consommation permet d'augmenter considérablement la durée de vie des badges considérés entre deux recharges successives ou deux remplacements successifs de la pile : c'est ainsi que, si cette pile est constituée par une petite batterie au lithium de 200 mAh, et pour un usage correspondant à une centaine d'émissions de signaux codés C par jour, la durée de vie du badge peut atteindre plusieurs années alors que, avec les modes de réalisation antérieurement connus, il était rare que cette durée de vie dépasse la journée ou tout au plus la semaine. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs dé-jà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où l'amplificateur opérationnel ci-dessus décrit serait remplacé par un ensemble électronique équivalent à deux canaux très légèrement dissymétriques et constitué par exemple à l'aide de portes logiques inverseuses du type C.MOS travaillant dans leurs régions linéaires. REVENDICATIONS 1. Dispositif électrique portatif à pile comportant un circuit de veille ou de réveil (4 > à très faible consommation de courant seul alimenté en permanence par la pile (2) et excitable par des ondes ou signaux électromagnétiques de réveil (S) émis à distance et reçus par une antenne appropriée (3), et un circuit de travail (5) propre à effectuer une fonction utile en réponse à son activation électrique à partir du circuit de réveil, activation qui dure peu de'temps et qui correspond à une consommation de courant plus élevée que la précédente, le circuit de réveil comprenant un amplificateur électronique (6) qui comporte lui-même deux transistors de types symétriques définissant respectivement un canal positif et un canal négatif, caractérisé en ce que la symétrie desdits transistors n'est pas rigoureuse en ce qui concerne le temps de-passage entre l'état bloqué et l'état conducteur et en ce que le produit gain x bande passante de l'amplificateur (6) est relativement faible, savoir inférieur à la fréquence des ondes de réveil ou voisin de cette fréquence. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur (6) est un amplificateur opérationnel. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur (6) est constitué par des portes logiques inverseuses du type C.MOS utilisées dans leur région linéaire. 4. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que la fonction utile du circuit de travail (5) est l'émission par voie électromagnétique d'un signal codé d'identification (C) correspondant à un code préenregistré. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire retourner systématiquement le circuit de veille (4) à son état de veille après chaque émission de signal codé (C), et ce pendant une durée de sommeil prédéterminée avant qu'une nouvelle émission de signal codé (C) soit possible. 6. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que la fréquence des ondes de réveil est de l'ordre de 150 kHz et en ce que le degré de dissymétrie des deux transistors est de l'ordre de 1/100.000. 7. Badge portatif équipé d'un dispositif électrique à pile selon l'une quelconque des précédentes revendications.