Brevet FR2689707A1 — publié le 19931008

La présente invention concerne un dispositif de réception et d'émission d'informations par voie radioélectrique, intégré dans un objet portatif et adapté pour échanger des informations avec une station de traitement d'informations. Des systèmes d'échange d'informations entre des objets portatifs et des stations de traitement d'informations, sont déjà connus dans l'état de la technique et ont été développés pour permettre des échanges d'informations entre ces deux organes, sans contact physique entre ceuxci. En effet, dans certaines applications, ce contact physique est relativement contraignant. On connait par exemple du document FR-A-2 640 830, un dispositif pour l'échange d'informations à distance entre un objet portatif et une station. Ce dispositif est basé sur la variation d'un signal électromagnétique aux bornes d'un cadre inductif d'un portique, lors d'un couplage inductif à distance avec un objet portatif tel qu'une carte à mémoire, qui soit significative de la présence de cette carte dans le portique. On connait également d'après la demande de brevet français 91/11621, un dispositif du type décrit précédemment qui comporte des moyens de réception d'informations émises par la station, en modulation de fréquence, des moyens de démodulation des signaux de sortie des moyens de réception, une unité de traitement d'informa- tions pour le traitement des informations de sortie des moyens de démodulation et un oscillateur piloté par l'unité de traitement d'informations et relié à des moyens d'émission d'informations, en modulation d'amplitude, en direction de la station. Cependant, tous les dispositifs développés dans l'état de la technique présentent un certain nombre d'inconvénients au niveau de leur autonomie de fonctionnement relativement limitée, car l'alimentation en énergie électrique des différents organes de ces dispositifs est assurée par exemple par une pile ou un accumulateur électrique. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes d'autonomie. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réception et d'émission d'informations par voie radio-électrique, intégré dans un objet portatif et adapté pour échanger des informations avec une station de traitement d'informations, ledit dispositif comportant des moyens de réception et des moyens d'émission d'informations connectés à une unité centrale de traitement d'informations, et une source d'alimentation en énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'activation périodique de moyens de détection de l'émission d'un signal radio-électrique par la station de traitement d'informations, dont la sortie est reliée à des moyens de commande de l'alimentation du reste des organes de ce dispositif en réponse à la détection dudit signal. Avantageusement, les moyens d'activation comprennent un oscillateur dont la sortie active un interrupteur d'alimentation des moyens de détection, connecté entre la source d'alimentation en énergie électrique et les moyens de détection. Avantageusement également, les moyens de réception du signal radio-électrique sont formés par les moyens de réception d'informations du dispositif. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l représente un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'une partie d'un dispositif selon l'invention; - la Fig.2 représente un schéma électrique detaillé d'un mode de réalisation de la partie du dispositif selon l'invention, représentée sur la Fig.l; - la Fig.3 représente l'impulsion délivrée par un amplificateur opérationnel entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention; - la Fig.4 représente le signal fourni par des moyens de réception d'un signal radio-électrique, entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention; et - la Fig.5 illustre la réalisation de moyens de détection d'une fréquence intermédiaire, entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig.1, un dispositif de réception et d'émission d'informations par voie radio-électrique, intégré dans un objet portatif et adapté pour échanger des informations avec une station de traitement d'informations, comporte de manière connue en soi une source d'alimentation en énergie électrique, désignée par la référence générale 1 sur cette figure et constituée par exemple par une pile. Par ailleurs, ce dispositif comporte également un certain nombre de moyens de réception et d'émission d'informations, connectés à une unité centrale de traitement d'informations par exemple à microprocesseur. Cet ensemble de moyens est désigné par la référence générale 2 sur cette figure. Pour de plus amples renseignements concernant les dispositifs de ce type, on pourra se reporter aux documents mentionnés précédemment. A l'opposé des fonctions veille-réveil exploitées actuellement par les systèmes de transmission de données à distance, qui reposent essentiellement sur le principe d'un rayonnement du type inductif émis par une balise fixe, dotée d'un matériel spécifique à cette fonction et constitué par exemple par une antenne spire d'un diamètre de plusieurs dizaines de centimètres et d'un générateur de basse fréquence par exemple de 100 à 200 KHz, le dispositif selon l'invention ne nécessite pas d'autre matériel que celui utilisé pour la transmission de données. Ceci vient du fait que cette fonction veilleréveil est remplie par des moyens du dispositif intégré dans l'objet portatif lui-même et c'est alors ce dispositif qui va s'activer de sa propre initiative pour détecter la présence d'une station fixe de transmission de données. Pour réaliser cette fonction, le dispositif représenté sur cette Fig.1 comporte en outre des moyens 3 d'activation périodique de moyens 4 de détection de l'émission d'un signal radio-électrique par une station de traitement dtinformations, dont la sortie est reliée à des moyens 5a de commande de l'alimentation du reste 2 des organes de ce dispositif, en réponse à la détection dudit signal. Dans le mode de réalisation représenté, ces moyens d'activation 3 comprennent un oscillateur 6 connecté à la source d'alimentation en énergie électrique 1 et dont la sortie active périodiquement un interrupteur 7 d'alimentation des moyens de détection 4 mentionnés précédemment. Cet interrupteur 7 est connecté entre la source d'alimentation en énergie électrique 1 et ces moyens. Comme cela est représenté, les moyens de détection 4 mentionnés précédemment comprennent avantageusement des moyens 8 de réception du signal radio-électrique dont la sortie est reliée des moyens de détermination 9 et à des moyens de détection 10 de la fréquence intermédiaire de ce signal, pour activer l'interrupteur 5a décrit précédemment, en réponse à la réception de ce signal. On notera que les moyens de détermination de la fréquence intermédiaire comportent avantageusement un oscillateur 11 connecté à une entrée d'un mélangeur 12 recevant sur une autre entrée, la sortie des moyens de réception 8 constitués par exemple par une antenne. La sortie de ce mélangeur 12 est reliée à un filtre 13 de fréquence intermédiaire. La sortie de ce filtre de fréquence intermédiaire peut être reliée à un démodulateur 14 délivrant un signal utile au reste des organes de ce dispositif. La sortie du filtre de fréquence intermédiaire 13 est également reliée à l'entrée des moyens de détection 10 mentionnés précédemment, à travers un amplificateur 15. On conçoit donc que la partie de ce dispositif intégré dans l'objet portatif, permet de tester périodiquement la présence d'une onde HF de fréquence déterminée. La période de scrutation dépend du type d'applications du système. Plus la période de scrutation est grande et plus l'autonomie de l'objet portatif augmente dans la mesure où la consommation diminue. On a donc intérêt à utiliser la même fréquence que celle utilisée pour l'échange des informations. La réception de cette onde HF s'effectue à l'aide dtun circuit de réception de type connu qui sera décrit plus en détail par la suite et qui est mis sous tension à la fin de chaque période de scrutation. Ce circuit est également exploité par le reste des organes de ce dispositif pour l'échange de données, entre la station de traitement d'informations et l'objet portatif. De manière à obtenir l'information de présence d'un signal radio-électrique le plus rapidement possible, c'est-à-dire afin de réduire le temps pendant lequel les moyens de réception et de détection sont alimentés en fin de chaque période et afin d'obtenir une sélectivité, c'està-dire un rejet des fréquences voisines, suffisante, le signal radio-électrique est analysé après filtrage à la fréquence intermédiaire (FI) et avant démodulation, c'està-dire que celui-ci est prélevé entre le filtre de fréquence intermédiaire 13 et le démodulateur 14 pour être injecté dans les moyens de détection 10. A titre d'exemple, il s 'avère qu'une activation de 0,2 ms de cette partie du dispositif permet de déterminer à coup sûr la présence ou non de l'onde HF. La période de scrutation peut être établie, suivant les applications, de 0,1 s à plusieurs dizaines de secondes. La largeur de la fenêtre de scrutation de fin de période n'est pas corrélée à la durée de cette période. On notera que les moyens de détection 10 pilotent également un interrupteur 5b d'auto-alimentation des moyens de détection. Cet interrupteur est connecté en parallele sur l'interrupteur 7 décrit précédemment et piloté par l'oscillateur 6. Un signal de réinitialisation (RESET) des moyens de détection 10 est appliqué sur ceuxci par l'unité centrale de traitement 2. On conçoit donc que l'oscillateur 6 provoque la fermeture périodique de l'interrupteur 7 pour alimenter les moyens de détection 4 d'un signal radio-électrique émis par une station. Ces moyens, en réponse à la détection de ce signal, déclenchent l'alimentation du reste des organes 2 du dispositif par l'intermédiaire de l'interrupteur 5a pour permettre l'échange d'informations entre le dispositif et la station. Sur la Fig.2, on a représenté un mode de réalisation détaillé de cette partie du dispositif. On reconnaît en effet sur cette figure, l'oscillateur 6 qui est réalisé autour d'un amplificateur opéra tionnel programmable du type LM 4250 dont la consommation est réduite à lpA par la résistance R4. Lorsque la sortie de cet amplificateur opérationnel est à Vcc (ou presque), le condensateur C1 se charge à travers la résistance R5 et fixe la période des oscillations. Cette résistance est fixée par exemple à 10 MOhms de manière à limiter au maximum le courant de charge de ce condensateur C1. Lorsque l'entrée négative de cet amplificateur opérationnel atteint le potentiel de l'entrée positive, à savoir pratiquement Vcc, la sortie de celui-ci bascule à 0, modifiant le potentiel de son entrée positive, déterminé par les résistances R1 et R2. En même temps, le condensateur C1 se décharge rapidement au travers la diode D3 devenue conductrice. Lorsque l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel est descendue jusqu'au niveau de l'entrée positive, la sortie de cet amplificateur opérationnel bascule à Vcc et un nouveau cycle commence. Le temps de décharge du condensateur C1 définit l'impulsion qui active les moyens 4 de détection de l'émission du signal radio-électrique. Ce temps est déterminé par le couple de résistances R1 et R2. La diode D3 est nécessaire dans ce mode de réalisation car il n'est pas possible d'obtenir le rapport cyclique souhaité en jouant uniquement sur les résistances R1 et R2. Cependant, cette diode introduit une dérive de la durée de l'impulsion en fonction de la température, ce qui n'est pas tolérable, car dans un cas, lorsque la température augmente, l'impulsion a une durée trop faible, ce qui ne permet pas aux moyens de détection de fournir une information utile et dans l'autre cas, lorsque la température diminue, l'impulsion est trop longue, ce qui provoque une consommation exagérée du dispositif. Dans le but de compenser cette dérive thermique, une diode D2 est ajoutée en série avec la résistance R2. Ainsi, si la résistance de la diode D3 diminue, le condensateur C1 se charge plus rapidement. Cependant, la diode D2 qui présente les mêmes caractéristiques que la diode D3, présente une résistance qui diminue également, ce qui entraîne que l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel voit son potentiel décroître et par conséquent, entraîne une décharge plus rapide du condensateur C1, ce qui se traduit par le fait que la durée de l'impulsion reste constante. La sortie de cet amplificateur opérationnel active un transistor de type MOS-FET à canal P du type B 5592 qui joue le rôle de l'interrupteur 7 mentionné précédemment, pour l'activation périodique, c'est-à-dire la mise sous tension périodique, de l'ensemble des moyens de réception et de détection de l'émission d'un signal radio-électrique par la station de traitement d'informa- tions. Un composant de type FET remplit correctement cette fonction car vu son faible courant de polarisation, l'amplificateur opérationnel de l'oscillateur 6, ne peut pratiquement pas fournir de courant. On notera qu'il est possible de faire fonctionner l'oscillateur sous un courant plus faible, par exemple de 0,1 pA, mais les caractéristiques de l'amplificateur opérationnel font que l'impulsion de sortie de celui-ci devient trapézoïdale, comme on peut le voir sur la Fig.3. Or, il existe une dispersion importante sur la tension de commande d'un transistor MOS. Il en résulterait une fluctuation importante de l'instant de mise sous tension du reste du dispositif. A titre d'exemple, l'oscillateur 6 décrit précédemment, qui est alimenté durant toute la vie de l'objet portatif, peut engendrer une impulsion d'activation de 0,2 ms toutes les 2 secondes. Les moyens de détection de l'émission d'un signal radio-électrique sont quant à eux basés sur l'utilisation d'un circuit de réception du type TDA 7021T commercialisé par la société RTC, qui fournit en présence d'une onde HF à la fréquence FO, un signal sinusoïdal à la fréquence intermédiaire FI, soit 70 KHz. Pour une station fixe émettant un signal d'une puissance de 2 mW, l'amplitude du signal de sortie de ce circuit varie de 1 volt crête à crête à une distance de 1 mètre, à quelques millivolts crête à crête, à 10 mètres. Le signal fourni par ce type de composant en présence d'une onde HF est représenté sur la Fig.4. Ainsi qu'on l'a expliqué précédemment, la sortie de ce circuit qui englobe à la fois les moyens de réception 8, le mélangeur 12, l'oscillateur 11 et le filtre de fréquence intermédiaire 13, délivre un signal de fréquence intermédiaire appliqué au démodulateur 14 et aux moyens d'amplification 15 décrits précédemment. Ces moyens d'amplification sont en fait constitués par deux amplificateurs opérationnels à faible consommation du type TLC 272. Ces amplificateurs opérationnels sont montés en amplificateur opérationnel non-inverseur. Ces moyens sont destinés à prélever, sous haute impédance, le signal de fréquence intermédiaire du circuit de réception décrit précédemment pour l'amener à un niveau exploitable. De manière à amplifier au maximum le signal fourni par le circuit de réception, 1 ' entrée positive du premier amplificateur opérationnel est polarisée à Vcc/2 par l'intermédiaire du pont de résistances R7 et R8. La sortie de ce premier amplificateur opérationnel est également à Vcc/2, puisque la branche de réaction formée par les résistances R15 et R16 est déconnectée de la masse par le condensateur C7. En dynamique, l'impédance de ce condensateur C7 est très faible devant la résistance R15 et le gain de cet amplificateur opérationnel vaut G1 = 1 + R16/R15. La composante continue du signal fourni par le circuit de réception décrit précédemment, est filtrée par le condensateur C3 d'entrée. La fréquence de coupure du filtre formé par ce condensateur C3 et la résistance R8 en parallèle sur la résistance R7, doit être inférieure à 70 KHz. Le second amplificateur opérationnel est polarisé à O au repos pour deux raisons - d'une part, le signal venant du premier amplificateur opérationnel, est suffisant pour ne pas nécessiter une prépolarisation de l'entrée; - d'autre part, le signal de sortie de celui-ci peut directement attaquer les moyens de détection qui fonctionnent avec des niveaux logiques. Le niveau continu à Vcc/2 du premier amplificateur opérationnel est supprimé par le filtre passe-haut constitué par le condensateur C8 et la résistance R17. Le gain du second amplificateur opérationnel est égal à G2 = 1 + R19/R18. Sur réception d'un signal fourni par ces moyens d'amplification, les moyens de détection 10 décrits précédemment, commandent la mise sous tension des autres fonctions c'est-à-dire des autres organes de ce dispositif, par l'intermédiaire de l'interrupteur 5a et maintiennent l'alimentation du circuit de réception indépendamment de la commande de l'oscillateur 6, par l'intermédiaire de l'interrupteur 5b. L'interrupteur 5a est par exemple formé par un composant du type B 5589 et l'interrupteur 5b par un composant du type B 5592. Cet état est maintenu jusqu'a ce qu'un signal de réinitialisation soit envoyé par exemple par le microprocesseur de l'unité centrale de ce dispositif vers les moyens de détection. En fait, les moyens de détection 10 sont constitués de six bascules D en logique CMOS comme on peut le voir sur la Fig.S (composant du type 14174). Le signal d'horloge CLK est le signal fourni par le second amplificateur opérationnel des moyens d'amplification 15. Il s'agit du signal sinusoïdal fourni par le circuit de réception, amplifié, et dont l'alternance négative a été supprimée. Ces moyens restent alimentés en permanence de manière que la sortie de la dernière bascule qui commande le transistor MOS formant l'interrupteur 5a d'alimentation du reste des organes de ce dispositif, a son niveau défini en permanence. Lors de la mise sous tension des moyens de réception et des moyens d'amplification, le signal de réinitialisation des bascules reste à zéro afin de ne pas prendre en compte les phénomènes transitoires dus à l'établissement de la tension. Une fois le montage à l'état stable et le signal de réinitialisation revenu à "1", à la suite de la charge du condensateur C6, chaque front montant du signal CLK fait progresser d'une bascule le "1" initialement présent à l'entrée de la première bascule de ces moyens. Lorsque le "1" arrive à la sortie de la dernière bascule, il met sous tension à l'aide du transistor MOS 5a, le reste des organes du dispositif et maintient l'alimentation des moyens de réception, par l'intermédiaire du transistor MOS, 5b, indépendamment de l'oscillateur, de sorte que ceux-ci peuvent être utilisés pour le transfert des données. Plusieurs bascules ont été mises en cascade, car même en l'absence d'une onde HF, quelques parasites peuvent être amplifiés et parvenir aux moyens de détection. Une fois la sortie du circuit passée à "1", seul un signal de réinitialisation provenant par exemple du microprocesseur de l'unité de traitement d'informations de l'organe portatif, peut remettre à zéro les bascules et couper l'alimentation. On conçoit donc que la durée de vie de la source d'alimentation en énergie électrique 1 est déterminée par les paramètres suivants - consommation de l'oscillateur 6; - période de scrutation; - largeur de la fenêtre de détection ou d'écoute; - capacité de la pile 1; et - consommation de l'électronique de détection. Ainsi, pour une tension d'alimentation du dispositif de 6 V, les paramètres suivants sont figés - consommation de l'oscillateur faible consommation : 1,5 pA - consommation de l'électronique de détection 7 mA - largeur de la fenêtre de détection : 0,2 ms. Pour une période d'oscillation de 1 s et pour une capacité de la pile de 150 mAH, on obtient une consommation moyenne de - 1,5 pA de consommation de l'oscillateur faible consommation; - 7 x 10-3 x 2 x 10-4 c'est à dire 1,4pA de consommation moyennée de la partie électronique de détection, soit une consommation totale de 2,9 pA. L'autonomie de l'ensemble est alors égale à 150/2,9 x 10-3 x 24 x 365 = 5,9 années. I1 va de soi bien entendu que pour une période d'oscillation de 2 secondes, on divise la consommation de l'électronique de détection par 2. Alimenté sous 3 volts, le dispositif intégré dans l'objet portatif, voit les paramètres suivants prendre les valeurs - 0,5 pA pour la consommation de l'oscillateur faible consommation, - 4 mA pour la consommation de l'électronique de détection. On obtient alors pour une période d'oscillation de 1 s, pour une capacité de la pile de 150 mAH et pour une largeur de fenêtre d'écoute de 0,2 ms, une consommation totale moyennée de 0,5 x 10-6 + 4 x 10-3 x 2 10-4 = 1,3 pA et une durée de vie de 150/1,3 x 10-3 x 24 x 365 = 13,1 années. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réception et d'emission d 'in- formations par voie radio-électrique, intégré dans un objet portatif et adapté pour échanger des informations avec une station de traitement d'informations, ledit dispositif comportant des moyens de réception et des moyens d'émission d'informations connectés à une unité centrale de traitement d'informations (2), et une source (1) d'alimentation en énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (3) d'activation périodique de moyens (4) de détection de l'émission d'un signal radio-électrique par la station de traitement d'informations, dont la sortie est reliée à des moyens (5a) de commande de l'alimentation du reste (2) des organes de ce dispositif en réponse à la détection dudit signal. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'activation (3) comprennent un oscillateur (6) dont la sortie active un interrupteur (7) d'alimentation des moyens de détection (4), connecté entre la source d'alimentation en énergie électrique (1) et les moyens de détection. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent des moyens (8) de réception du signal radio-électrique dont la sortie est reliée à l'entrée de moyens de détermination (9) et à des moyens de détection (10) de la fréquence intermédiaire dudit signal, pour activer les moyens de commande (5a). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un interrupteur (5a) d'alimentation du reste des organes (2) du dispositif, connecté entre la source d'alimentation en énergie électrique (1) et ces organes 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réception (8) et de détermination (9) de la fréquence intermédiaire du signal sont formés par les moyens de réception d' informations du dispositif. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur (5b) d'auto-alimentation des moyens de détection (4), piloté par ces moyens. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (4) reçoivent un signal de réinitialisation du reste des organes (2) du dispositif. 8. Dispositif selon les revendications 2,4 et 6, caractérisé en ce que lesdits interrupteurs sont formés par des transistors MOS.