Brevet FR2662876A1 — publié le 19911206

Récepteur d'ondes radioélectriques à boucle d'induction et à extrêmement faible consommation, en particulier pour télécommande. La présente invention concerne un récepteur d'ondes radioélectriques à boucle d'induction et à extrêmement faible consommation, en particulier pour télécommande et plus particulièrement encore, quoique non limitativement, un récepteur pouvant être incorporé dans un badge d'identification porté par une personne et étant destiné à fonctionner en permanence de sorte à pouvoir détecter le cas échéant la réception d'un signal radio de télécommande émis par une source émettrice de laquelle ledit badge peut se trouver à une distance relativement importante, s'agissant en principe d'un badge dit "mains libres" qu'il ne doit pas être nécessaire de saisir dans la main pour l'approcher de ladite source émettrice, ledit récepteur devant par suite fonctionner sur pile et ne devant consommer qu'un courant extrêmement faible. Les systèmes de télécommande pour l'identification à distance actuellement connus opèrent généralement par modulation d'ondes ultrasonores, ou d'ondes électromagnétiques infrarouges. Ces systèmes présentent l'inconvénient de fonctionner "à vue" : l'organe de télécommande doit être sorti de son rangement et "pointé" avec plus ou moins de précision vers l'appareil à télécommander. En outre, ces systèmes ne peuvent pas fonctionner à travers une paroi ; ils ne peuvent fonctionner en "mains libres", c'est-à-dire sans être sortis de leur rangement par le porteur du badge d'identification. L'invention concerne au contraire essentiellement un récepteur d'ondes radioélectriques pouvant être incorporé dans un badge d'identification méritant l'appellation "mains libres". I1 pourra s'agir par exemple d'un badge d'identification de dimensions réduites et normalisées -avantageusement celles d'une carte à piste magnétique, bancaire ou analogue- porté dans une poche de vêtement par une personne assujettie à un certain contrôle, pour lui permettre l'accès aux seules zones qui lui sont autorisées, lesquelles sont situées dans le champ d'émission d'un lecteur-enregistreur (notamment du code d'identification du porteur de la carte ou d'autres données de contrôle ou de surveillance). Le principe de ces installations est que le lecteur-enregistreur, à savoir la source émettrice mentionnée plus haut, émet périodiquement un signal d'activation du badge, qui doit être reçu par le récepteur, lequel est alimenté en permanence et doit alors, par l'intermédiaire d'une logique appropriée et d'un émetteur contenu aussi dans ledit badge, émettre le code du porteur ou toute autre donnée vers ledit lecteur-enregistreur. Ce qui a été appelé plus haut "une distance relativement importante" pourra être de l'ordre de quelques mètres pour que le badge puisse mériter l'appellation mains libres", et son autonomie devra en pratique être supérieure à une année, avec une alimentation par une simple pile, de 3 Volts au moins, par conséquent de capacité en A.h réduite. La consommation en courant du récepteur devra donc être extrêmement faible, et ne pas être supérieure, de préférence, à une dizaine de microampères. Il va de soi aussi que le badge devra pouvoir émettre et recevoir des signaux radioélectriques à travers une certaine épaisseur de matière, sans atténuation notable, ce pourquoi on utilisera des signaux radio à basse fréquence, de l'ordre de la centaine de kHz. De telles ondes sont peu atténuées par une couche conductrice mince, et traversent pratiquement sans atténuation les matériaux non conducteurs et non magnétiques (murs, cloisons, portes en bois, grilles ajourées). Le récepteur de ces ondes radioélectriques conforme à l'invention devra en outre pouvoir transformer en signal logique 0 Volt, + V Volts la modulation en tout ou rien d'une onde radio basse fréquence émise par la source précitée du lecteur enregistreur, distante de quelques mètres. Pour résoudre ces différents problèmes, un récepteur conforme à la présente invention, du type général défini au début, sera caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement, en tant que composant d'au moins un étage amplificateur, un inverseur de technologie CMOS et à tension de seuil inférieure à 1 Volt, dont la consommation est limitée par une résistance de valeur ohmique élevée, disposée entre ladite pile et son entrée d'alimentation, l'entrée de signal dudit inverseur étant polarisée à son seuil de transition par une résistance élevée de bouclage branchée entre cette entrée et sa sortie. On comprend que l'on fait ainsi travailler cet inverseur en amplificateur à gain en tension élevé, ce bouclage amenant son point de fonctionnement au milieu de la courbe à pente raide de transition entre ses deux états. Avec une telle tension de seuil inférieure à 1 V, la consommation de l'inverseur pourra être extrêmement réduite, puisqu'unie résistance de valeur ohmique élevée, branchée entre la pile et son entrée d'alimentation, permettra de limiter fortement le courant d'alimentation consommé, tout en abaissant à seulement un peu plus de deux fois la valeur de ce seuil la tension alimentant effectivement 1' inverseur. Ces notions et d'autres particularités de l'invention seront mieux comprises dans la suite de la description, faite avec référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement le montage d'un inverseur à technologie CMOS fonctionnant en amplificateur de tension, conformément à ce qui vient d'être expliqué - la figure 2 montre le diagramme de fonctionnement de cet inverseur ; et - la figure 3 montre le schéma de montage d'un récepteur radioélectrique conforme à l'invention, utilisant un étage amplificateur comportant deux inverseurs de ce type et un étage de démodulation à transistor et circuit R-C. Sur la figure 1, Ve et Vs représentent les tensions continues d'entrée et de sortie d'un inverseur à technologie CMOS référencé en I, Vcc représentant la tension de son alimentation. Le fonctionnement classique d'un tel inverseur est représenté par la courbe B de la figure 2 : quand l'entrée est à O, la sortie est à Vcc et, inversement, quand l'entrée est à Vcc, la sortie est à O, le basculement s'effectuant pour une tension d'entrée Ve + Vcc/2. Avec en abscisses et en ordonnées la même échelle, le diagramme B s'inscrit ainsi dans le carré K. Si maintenant on relie la sortie Vs de l'inverseur à son entrée Ve par une résistance r, l'impédance d'entrée de l'inverseur étant pratiquement infinie, le courant qui traverse cette résistance est pratiquement nul et par suite : Vs = Ve. Le point de fonctionnement P de l'inverseur se trouve alors à l'intersection de la courbe B et de la première bissectrice S du diagramme, à savoir au milieu de la partie à pente raide de la courbe B. C'est ce qui explique que l'on réalise ainsi un amplificateur de tension, puisqu'une faible variation de la tension Ve autour de Vcc/2 se traduira par une forte variation de Vs. Pour qu'il y ait amplification dans un transistor MOS, il convient en outre qu'il y passe du courant, et donc que Ve > Vt, Vt étant la tension de seuil du transistor. Comme Ve = Vcc/2 au point de fonctionnement, on voit que la condition de fonctionnement en amplificateur est : Vcc > 2 Vt. Avec une pile au lithium de 3 V, on voit que cette condition interdit l'utilisation d'inverseurs tels que ceux de la série connue dans le commerce sous l'appellation CD 4000, qui ont une tension de seuil Vt s 1,6 V, d'autant plus que ces piles ont une tension plateau voisine de 2,9 V. C'est pourquoi, conformément à l'invention, on a fixé la tension de seuil Vt de l'inverseur à une valeur inférieure à 1 Volt. A cet effet, on choisira de préférence des inverseurs de technologie CMOS de la série connue dans le commerce sous l'appellation 74 HC-U04, pour lesquels Vt s 0,7 V. Sur ces bases, et considérant que Vcc ne doit être que peu supérieur à 2 Vt pour que le courant i alimentant l'inverseur soit très faible, on pourra facilement calculer la valeur ohmique de la résistance R1 à intercaler entre la pile de tension E = 3 Volts et l'inverseur I. On aura en effet R1 = E - Vcc . E - 2 Vt i i En fixant par exemple i à 5zA, on aura R1 s 3 - 1,4 . 320 kO. 5.10-6 Dans le schéma général du récepteur représenté à la figure 3, on a représenté un étage amplificateur à deux inverseurs de technologie CMOS, référencés I et I', avec leurs résistances de bouclage respectives r et r', dont le rôle a été expliqué plus haut. Les ondes radioélectriques de commande émises par le lecteur-enregistreur fixe sont reçues par une antenne à air représentée par une bobine L1. Cette bobine fait partie d'un circuit à résonance parallèle accordé sur la fréquence de l'onde émise (par exemple 125 kHz) par un condensateur C1. La résistance R2 et les diodes montées en tête-bêche CR1 et CR2 constituent un réseau d'écrêtage du signal induit dans la bobine, avec une impédance suffisamment haute pour ne pas amortir le circuit résonnant LlCl, et suffisamment faible devant l'impédance d'entrée du premier amplificateur I, pour ne pas affaiblir le signal à l'entrée de ce dernier. Ce signal est transmis à l'amplificateur I-I' (inverseurs CMOS de la série 74 HC-U04 à tension de seuil de 0,7 V) par un condensateur C2. I1 est à noter que préférentiellement les inverseurs ne possèdent pas d'étage tampon de sortie, ce qui pourrait amplifier excessivement le signal en puissance et risquerait de rayonner sur l'antenne. C3 représente un condensateur de découplage de la résistance R1 du circuit d'alimentation mentionnée plus haut et branchée sur la pile E. Le signal ainsi amplifié issu de l'inverseur I' attaque un démodulateur constitué par un pont diviseur à résistances R5 et R6 abaissant la composante continue de la tension de sortie de l'amplificateur précédent sous le seuil de conduction d'un transistor bipolaire Qi de façon que sans signal reçu, ce transistor ne conduise pas. Le condensateur C4 permet de présenter sans atténuation le signal amplifié à la base du transistor, qui fonctionne en amplificateur, redresseur et intégrateur grâce à la constante de temps du réseau R7-C5 constituant son circuit de collecteur. En d'autres termes, le transistor Qi joue à la fois le rôle de détecteur d'enveloppe du signal amplifié par les deux inverseurs I-I' et d'amplificateur à basse fréquence. On tire parti du fait que la tension continue de sortie des inverseurs est Vt, soit 0,7 V, tension qui est presque égale à la tension de seuil du transistor bipolaire NPN Q1. C'est pour être sûr que le transistor 91 est bloqué au repos que l'on abaisse légèrement cette tension par le diviseur susmentionné R5-R6. Dès qu'une onde est amplifiée par les deux inverseurs I et I' au voisinage du seuil de conduction de ce transistor Q1, la tension aux bornes du condensateur C5 tombe à 0, alors que normalement elle se trouve à la valeur +3 Volts de la pile. Cette tension, après un abaissement d'impédance dû aux deux inverseurs du circuit intégré, constitue donc un signal logique DL de sortie du récepteur, significatif de l'état de modulation en tout ou rien de l'onde radio utilisée pour l'émission de la commande par le lecteur-enregistreur. REVENDICATIONS 1. Récepteur d'ondes radioélectriques à extrêmement faible consommation, en particulier pour télécommande, ce récepteur pouvant notamment être incorporé dans un badge d'identification porté par une personne et étant destiné à fonctionner en permanence de sorte à pouvoir détecter le cas échéant la réception d'un signal radio de télécommande émis par une source émettrice de laquelle ledit badge peut se trouver à une distance relativement importante, s'agissant en principe d'un badge dit "mains libres" qu'il ne doit pas être nécessaire de saisir dans la main pour l'approcher de ladite source émettrice, ledit récepteur devant par suite fonctionner sur pile et ne devant consommer qu'un courant extrêmement faible, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement, en tant que composant d'au moins un étage amplificateur, un inverseur de technologie CMOS (I, I') et à tension de seuil (Vt) inférieure à l Volt, dont la consommation est limitée par une résistance (R1) de valeur ohmique élevée, disposée entre ladite pile (E) et son entrée (Vcc) d'alimentation, l'entrée (Ve) de signal dudit inverseur (I, I') étant polarisée à son seuil de transition par une résistance élevée de bouclage (r, r') branchée entre cette entrée (Ve) et sa sortie (Vs). 2. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit inverseur (I, I') appartient à la série 74 HC-U04 ou analogue, ayant une tension de seuil de 0,7 V environ, la pile (E) ayant une tension de l'ordre de 3 V. 3. Récepteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits inverseurs (I, I') sont dépourvus d'étages tampons de sortie. 4. Récepteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit étage amplificateur (I, I') est suivi par un démodulateur à transistor bipolaire (Q1), un pont diviseur à résistance (R5-R6) abaissant la tension de sortie dudit amplificateur sous le seuil de conduction dudit transistor (au), ce dernier fonctionnant en amplificateur, redresseur et intégrateur (R7-C5) dès qu'une onde est amplifiée par le circuit précédent (I, I') au voisinage dudit seuil de conduction.