Brevet FR2807585A1 — publié le 20011012

DISPOSITIF REDRESSEUR DANS UN CIRCUIT INTEGRE TELE-ALIMENTE La presente invention concerne un dispositif redresseur dans un circuit intégré télé-alimenté. Elle concerne tous les domaines où les circuits intégrés sont alimentés au moyen d'un champ électromagnétique émis par un système extérieur au circuit. Elle s applique notamment aux cartes à puce sans contact et étiquettes ou badges électroniques. Dans de telles applications, un circuit oscillant, de type LC par exemple, est utilisé pour la régénération de l'alimentation et la transmission de données entre la carte et le lecteur. Le circuit oscillant peut être partiellement ou totalement intégré dans le circuit intégré, ou déporté à l'extérieur. Le circuit oscillant placé dans un champ électromagnetique délivre sur ses bornes, un signal alternatif la même fréquence que le signal émis par le lecteur. L'amplitude de ce signal de tension est maximale lorsque la fréquence propre de résonance du circuit oscillant est égale à la fréquence d'émission du lecteur. Un circuit intégré pour de telles applications comprend habituellement un circuit redresseur du signal alternatif fournit par le circuit oscillant. La fonction du circuit redresseur est de relier cette tension alternative à une charge continue, correspondant à la charge de la circuiterie logique du circuit intégré. Autrement dit, ce circuit redresseur convertit la tension alternative d'alimentation en une tension continue d'alimentation de la circuiterie logique du circuit intégré. Cette tension continue est pas constante, mais contient composante alternative (ondulation) qui se superpose à une composante continue (niveau moyen). Une réalisation classique d'un circuit redresseur utilise des diodes, dans un montage peut être simple, double alternance, ou autre. Un exemple bien connu de réalisation d'un circuit redresseur à double alternance, ou à deux voies, est représenté sur la figure 1. Dans cet exemple, la circuiterie logique 1 à alimenter est représentée par charge équivalente, typiquement une resistance Re en parallèle sur un condensateur Ce. Le circuit redresseur 3 est connecte aux plots de sortie A et B d'un circuit oscillant de type LC. Le circuit redresseur comprend une première diode D1 dont l'anode est connectée au plot et la cathode sur une première ligne d'alimentation ; une deuxième diode D2 dont la cathode est connectée au plot A et l'anode à une deuxième ligne d'alimentation une troisième diode D3 dont l'anode est connectée au plot B la cathode sur la première ligne d'alimentation ; et quatrième diode D4 dont la cathode connectée au plot B et l'anode à la deuxième ligne d'alimentation. Ainsi, les deux diodes à cathodes reliées Dl et D3 alimentent la charge et les deux diodes à anodes reliées D2 et D4 ramènent le courant de charge à l'autre ligne d'alimentation. La première voie de ce circuit redresseur est ainsi formée par le couple de diodes D1, D4 et la deuxième voie est formée par le couple D2, D3. Dans les applications de type carte à puce sans contact ou étiquette électronique, le niveau de signal que l'on récupère sur les plots A et du circuit oscillant est extrêmement variable, de zéro à quelques dizaines de volts, voir cent volts, selon les applications concernées. Le niveau de signal dépend en effet de nombreux paramètres, dont qualité du circuit oscillant, l'intensité du champ électro magnétique, les surfaces des antennes émettrices et réceptrices, la distance entre le lecteur et la carte. Comme on cherche à ce qu'un même circuit intégré puisse fonctionner dans une large gamme d'applications, le circuit redresseur doit donc non seulement être capable de détecter les faibles niveaux, mais aussi de limiter les niveaux les plus élévés, pour que les eléments de la circuiterie logique ne soient pas endommagés. Pour ce type d'application, les circuits redresseurs à diodes classiques se montrent peu performants . ils manquent de sensibilité (détection. faibles niveaux) et ne permettent pas une limitation efficace du niveau moyen de la tension continue fournie en sortie. On peut améliorer la sensibilité de ces circuits redresseurs en utilisant transistors MOS montés en diode, qui permet d'avoir un seuil de détection de diode faible, égal tension de seuil de transistor MOS, mais ceci est insuffisant à obtenir une limitation efficace du niveau moyen de tension continue en sortie. faut alors prévoir un dispositif de limitation spécifique supplémentaire, qui peut comprendre de façon classique diode zener ou un transistor de grande taille en amont du circuiterie logique, apte à conduire beaucoup de courant. Ce dispositif de limitation peut être placé soit directement sur chacun des plots de sortie du circuit oscillant, soit en parallèle sur la circuiterie électronique. De tels dispositifs supplémentaires représentent un surcoût en silicium très gênant pour les applications visées. Un objet de l'invention est un circuit redresseur adapté à la régénération de l'alimentation d'un circuit électronique à partir d'un champ électromagnétique qui n'a pas les inconvénients précités. Telle que revendiquée, l'invention concerne un dispositif de régénération d'alimentation dans un circuit intégré télé-alimenté. I1 comprend un circuit redresseur connecté aux plots de sortie d'un circuit oscillant, pour fournir un niveau de tension continue entre une première et une deuxième ligne d'alimentation, entre lesquelles une circuiterie logique du circuit intégré est connectée Selon l'invention, le circuit redresseur comprend deux inverseurs à transistors MOS N P, connectés entre la première et la deuxième ligne d'alimentation et rebouclés en entrée/sortie sur les plots de sortie du circuit oscillant. Un circuit redresseur selon l'invention limite par construction le niveau de tension ses entrées, c'est à dire sur les entrées des inverseurs. De cette façon le niveau de tension entre les ligne d'alimentation est aussi limité. En outre, un circuit redresseur selon l'invention est efficace même pour des faibles niveaux en entrée, car l'utilisation d'inverseurs à transistors MOS permet d'obtenir un seuil de détection faible. autres caractéristiques et avantages de l'invention sont présentés dans la description détaillée ci-jointe d'un mode de realisation de l'invention faite à titre indicatif et limitatif et en réference aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 déjà décrite représente un circuit intégré télé-alimenté comprenant un circuit redresseur selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente un schéma-bloc d'un circuit redresseur selon l'invention ; - la figure 3 est un exemple de réalisation détaillé d'un circuit redresseur selon 'invention ; la figure 4 montre l'évolution de tension sur plot de sortie du circuit oscillant, et la figure 5 représente un système électronique utilisant des circuits intégrés télé-alimentés. Pour la simplicité de l'exposé, les éléments communs aux figures portent les.mêmes références. Comme représenté sur la figure 5, un système électronique 10 pour une application type carte à puce, étiquette ou badge électronique comprend un lecteur 11 assurant entre autre la télé-alimentation des cartes à puce d'étiquettes électroniques 12 par émission d'un champ électromagnétique B. Ces cartes à puce ou étiquettes électroniques 12 comprennent un circuit intégré du type télé-alimenté 13. Ce circuit intégré télé-alimenté 13 comprend un dispositif de régénération de l'alimentation. Un dispositif de régénération de l'alimentation 14 selon l'invention est représenté schématiquement sur la figure 2. Ce dispositif fournit un niveau de tension continue entre une première ligne d'alimentation L1 et une deuxième ligne d'alimentation L2, entre lesquelles la circuiterie électronique 1 du circuit intégré est connectée. Le dispositif de régénération d'alimentation comprend un circuit oscillant 2, typiquement type LC suivi d'un circuit redresseur 3. circuit redresseur 3 comprend deux inverseurs à transistors Mos N et P, notés IV1 et IV2, rebouclés en entrée/sortie entre les plots A et B circuit oscillant 2. Si on note El et S1, l'entrée et la sortie de 1 inverseur IVl et E2 et S2, l'entrée et la sortie de l'inverseur IV2, l'entrée E1 et la sortie S2 sont connectées ensemble au plot A et l'entrée E2 et la sortie S1 sont connectées ensemble au plot B. Sur la figure 3, on a détaillé un mode de réalisation du circuit redresseur selon l'invention. L'inverseur IV1 comprend un transistor MOS de type P, et un transistor MOS de type N, M0, connectés en série entre la première et la deuxième ligne d'alimentation. Leurs grilles reliées en commun forment l'entrée El, connectée au plot A. Leurs drains reliés en commun forment la sortie S1, connectée au plot B. 'inverseur IV2 comprend un transistor MOS de type P, M3 et un transistor MOS de type N, M1, connectés en série entre la première et la deuxieme ligne d'alimentation. Leurs grilles reliées en commun forment l'entrée E2, connectée au plot B. Leurs drains reliés en commun forment la sortie S2, connectée au plot A. Les inverseurs IV1 et IV2 sont donc rebouclés en entrée/sortie entre les plots de sortie et B du circuit oscillant et connectés entre les deux lignes d'alimentation L1 et L2 conformément au principe de l'invention. Comme les plots sortie A et B du circuit oscillant correspondent entrées ou sorties des inverseurs IV1 et IV2, la variation du niveau de tension sur ces plots A et B entraîne une modification des états de conduction des transistors dans les inverseurs IV1 et IV2. Ainsi, selon les niveaux de tension en présence sur les plots A et B et sur les lignes d'alimentation L1 et L2, on passe par différents modes de fonctionnement des transistors des inverseurs. Selon les modes de fonctionnement, les drains des transistors des inverseurs sont amenés à un niveau correspondant à leurs sources assurant ainsi la régénération des alimentations sur les lignes d'alimentation L1 et L2, ou, à 'inverse, les sources des transistors des inverseurs sont amenées à un niveau correspondant à leurs drains, limitant alors l'excursion en tension sur les plots A et B de sortie du circuit oscillant. Détaillons le fonctionnement du circuit redresseur selon l'invention. Sur la figure 4, on a représenté un signal alternatif représentatif de l'évolution dans le temps du potentiel au plot A ainsi que le niveau moyen Vdb de tension régénéré sur la première ligne de tension Ll et le niveau moyen Gnd de tension régénéré sur la deuxième ligne de tension d'alimentation L2, avec Vdb > Gnd. On note VA et le potentiel au plot A et au plot B. Hors champ électromagnétique, les lignes d'alimentation L1 et L2 sont flottantes. Lorsque le circuit intégre entre dans un champ électromagnétique, dès que la différence de tension entre les deux plots A et B du circuit oscillant devient supérieure ou égale à une tension de seuil (Vt de transistor MOS, le circuit redresseur 3 entre fonctionnement. Si on a VA supérieur à VB, ce sont les transistors MO et M3 qui commencent à conduire. Comme drain du transistor MOS M0, connecté au plot B, est niveau bas de tension du plot B (VA>VB), ce transistor régénère ainsi ce niveau bas de tension sur sa source, et donc sur la deuxième ligne d'alimentation L2. Comme le drain du transistor MOS M3 est au niveau haut de tension du plot A, ce transistor régénère ce niveau haut de tension sur sa source, et donc sur la première ligne d'alimentation Ll. Si on a VB supérieur à VA, ce sont les transistors M1 et M2 qui commencent à conduire. Comme le drain du transistor MOS M1, connecté au plot A, est au niveau de tension du plot A, ce transistor régénère ainsi niveau bas de tension sur sa source, et donc sur la deuxième ligne d'alimentation L2. Comme le drain du transistor MOS M2 est au niveau haut de tension du plot ce transistor régénère ce niveau haut de tension sa source, et donc sur la première ligne d'alimentation L1. Le circuit redresseur selon l'invention permet ainsi la régénération des alimentations, dès qu' détecte une différence de potentiel égale à la tension de seuil d'un transistor MOS. On a ainsi un circuit redresseur d'une très grande sensibilité. En outre, tant que le potentiel sur un des plots circuit oscillant est inférieur en valeur absolue à la tension régénérée sur l'une ou l'autre ligne d'alimentation, le potentiel sur l'autre plot du circuit oscillant est limité par le circuit redresseur, par contre-réaction, en sorte que l'amplitude oscillation aux bornes du circuit oscillant est naturellement limitée. Plus le niveau moyen les lignes d'alimentation Ll et L2 croît, plus les zones de fonctionnement du circuit redresseur, pour lesquelles potentiel sur les plots A et B est inférieur à la tension régénérée entre les lignes L1 et sont étendues. La zone de fonctionnement du redresseur en limitation croît donc avec l'accroissement du niveau de tension entre les lignes Ll et L2. Ainsi, cette limitation est-elle particulierement efficace. Pour expliquer de façon plus détaillée cette limitation, on se base sur la figure 4. Dans cette figure, on considère que l'on est en régime établi. On a représenté le niveau moyen de tension Vdb et Gnd des lignes Ll et L2. En pratique, la tension réelle sur ces lignes fluctue autour de ces niveaux. On suppose constant le niveau de tension régénéré sur les lignes L1 et L2. Si on prend une zone Z1 de fonctionnement dans laquelle le niveau absolu de tension VA est montant mais inférieur au niveau de tension régénéré sur la première ligne d'alimentation L1. Dans cette zone Z1, le transistor M2 tend à conduire pour faire monter la tension sur son drain, connecté au plot B. Ainsi, le transistor M2 tend à freiner la descente de tension sur le plot B. Ainsi, selon les niveaux absolus de tension sur les plots A et B et sur les lignes d'alimentation L1 et L2, les transistors des inverseurs vont régénérer le niveau de tension Vdb sur cette ligne et/ou limiter l'excursion de tension entre les plots A et B. Ainsi, la structure du circuit redresseur à inverseurs à transistors MOS N et P rebouclés permet une régénération des alimentations avec une grande sensibilite, tout en assurant par construction l'écrasement de la différence de tension entre les plots A et B du circuit oscillant. Le niveau de tension obtenu entre les lignes d'alimentation de la circuiterie électronique dépend en pratique la charge équivalente de cette circuiterie et des dimensions des transistors du circuit redresseur En pratique, on peut par exemple obtenir entre 4 et 7 volts niveau de tension continue entre les deux lignes d'alimentation. Selon les cas, il peut encore être nécessaire de limiter ce niveau de tension pour le ramener à moins de 3 ou 4 volts, mais le dispositif limiteur est alors de taille très réduite. Dans un perfectionnement représenté sur la figure 3, on prévoit un circuit d'isolation 4 entre le circuit redresseur 3 et la circuiterie électronique 1. Dans l'exemple, et de manière tout à fait classique, ce circuit d'isolation est réalisé par une diode, connectée entre la première ligne d'alimentation Ll et l'entrée Vdd d'alimentation positive de la circuiterie électronique 1. Dans un autre perfectionnement, on prévoit un circuit de filtrage 5, pour supprimer la composante alternative résiduelle en sortie de circuit redresseur. Ce circuit de filtrage comprend typiquement une résistance Rd et un condensateur en parallèle entre les deux lignes d'alimentation et L2. Dans le cas où un circuit 4 d'isolation est prévu, le circuit de filtrage est de préférence connecté en amont de la diode d'isolation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régénération d'alimentation dans un circuit intégré télé-alimenté (13), comprenant un circuit redresseur (3) connecté aux plots de sortie (A, d'un circuit oscillant (2), pour fournir un niveau tension continue entre une première et une deuxième ligne d'alimentation (L1, L2), entre lesquelles une circuiterie logique (1) du circuit intégré est connectée, caractérisé en ce que ledit circuit redresseur comprend deux inverseurs à transistors MOS N et P (IV1, IV2) connectés entre la première et la deuxième ligne d'alimentation et rebouclés en entrée/sortie sur les plots de sortie B) du circuit oscillant. 2. Dispositif de régénération d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce chaque inverseur (IV1) comprend un transistor Mos de type P (M2) et un transistor MOS de type N (MO) connectés en série entre les deux lignes d'alimentation (L1, L2), leurs grilles étant reliées en commun sur un plots (A) du circuit résonant, leurs drains étant reliés en commun sur l'autre plot (B). . 3. Dispositif de régénération d'alimentation comprenant un circuit redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'isolation (4) connecté entre la première ligne d'alimentation (L1) et une entrée d'alimentation (Vdd) correspondante sur la circuiterie logique ). 4. Dispositif de régénération d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de filtrage de la composante alternative résiduelle, connecté entre les deux lignes d'alimentation (L1, L2). 5. Dispositif de régénération d'alimentation selon la revendication 4, comprenant un circuit isolation (4) selon la revendication 3, caracterisé ce que le circuit de filtrage est connecté en amont dudit circuit d'isolation. 6. Circuit intégré télé-alimenté pour carte à puce ou étiquette électronique comprenant un dispositif de régénération d'alimentation selon l'une quelconque revendications précédentes. 7. Système électronique comprenant un lecteur assurant la télé-alimentation de cartes à puce ou d'etiquettes électroniques selon la revendication 6