Brevet FR2835328A1 — publié le 20030801

ST - O l-GR2-309 Circuit de démarrage et de protection contre les chutes de tension d'alimentation pour un circuit sans contact L' invention concerne un circuit de démarrage et de protection contre les chutes de tensions pour un circuit intégré sans contact (ou puce), pour une carte à puce, un transpondeur, etc. Dans un circuit sans contact, les données et l'énergie reques par le circuit sans contact (ou puce) sont transmises par un lecteur (ou émetteur) sous la forme d'un signal radiofréquence modulé en amplitude; on parle souvent de modulation pour parler de communication depuis le lecteur vers la puce. En complément la puce peut transmettre des données numériques au lecteur, on parle dans ce cas de rétromodulation. Un circuit sans contact connu comprend notamment (figure 1) une antenne 11, un pont redresseur 12, un réqulateur de tension 13 et un circuit de démarrage 14. Le signal radiofréquence est reçu par l'antenne 11 qui produit deux signaux ACO, AC1 ayant la forme de deux demi - alternances positives, le signal radiofréquence étant approximativement égal au résultat de la soustraction du signal AC1 au signal ACO. Le pont redresseur 12 est classiquement un pont à quatre diodes connu, il comprend deux entrées connectées à deux entrées sorties de l'antenne 11 pour recevoir les deux signaux ACO, AC1, et une sortie sur laquelle est produite une tension redressée HVR. La tension HVR est approximativement la somme des deux signaux ACO, AC1; l'amplitude moyenne de la tension redressée varie notamment en fonction de la distance entre le lecteur et la puce. L'amplitude moyenne de la tension redressée peut ainsi varier entre environ 2 V lorsque la puce est à quelques dizaines de centimètres du lecteur et environ -20 V lorsque la puce est à quelques millimètres du lecteur. En pratique, la tension HVR est le plus souvent limitée à environ 8 V par un dispositif approprié. Le réqulateur de tension 13 reçoit la tension s redressée HVR et produit la tension d'alimentation VDD ayant une valeur nominale VDDO (par exemple de l'ordre de 3 V pour une technologie 0,6 m). VDD sera utilisée par la suite pour l'alimentation de tous les cTrcuits spécialisés de la puce non représentés sur la figure 1 lO (circuit de modulation et de démodulation pour le traitement des donnces, mémoire, circuit de logique, etc). Le réqulateur 13 comporte entre autre un filtre comprenant notamment un ensemble de résistances et de condensateurs associés selon des schémas connus. La tension VDD varie de la manière suivante (figure 2). Au début de la réception du signal radiofréquence émis par le lecteur, pendant une phase transitoire, la tension VDD varie assez rapidement entre une valeur nulle et une valeur nominale VDDO (dans l'exemple 3 V). La tension VDD conserve ensuite sa valeur nominale VDDO dans la mesure du possible. La tension VDD chute finalement à zéro lorsque la réception du signal radiofréquence est interrompue. De manière connue, le circuit de démarrage 14 repoit la tension VDD et produit un signal de commande POR. POR est actif si la tension VDD est inférieure à un seuil de tension VS. Le signal POR est inactif lorsque la tension VDD est supérieure à VS. Le signal POR permet ainsi de bloquer le fonctionnement des circuits spécialisés de la puce au démarrage et d'initialiser ces circuits lorsque la tension VDD atteint une valeur suffisante pour assurer leur fonctionnement correct. Eventuellement, le signal POR est réactivé si la tension VDD chute en dessous du seuil VS. Le réqulateur 13 reste quant à lui bien sûr touj ours en fonctionnement. Chaque activation du signal POR entraîne une rupLure de la communication entre la puce et le lecteur. Toute nouvelle communication débute par une étape d'initialisation de la puce, particulièrement longue. s Le seuil de tension VS est la valeur minimale de VDD nécessaire pour réaliser toutes les fonctionnalités de la puce, de manière parfaitement fiable. En pratique, le seuil VS est assez élevé, condition indispensable pour réaliser de manière fiable notamment des opérations de programmation de la mémoire de la puce. Par exemple, le seuil de tension VS est choisi de l'ordre de 85% de VDD0, soit environ 2,5 V pour une tension VDD0 de l'ordre de 3 V. 1S La distance maximale de fonctionnement de la puce est la distance maximale au delà de laquelle une communication entre le lecteur et la puce n'est plus possible. Dit autrement, la distance maximale est la distance au delà de laquelle la tension VDD reste en dessous du seuil VS. La distance maximale est d'autant plus faible que le seuil VS est élevé. Dans les applications sans contact, la tension VDD varie souvent de manière plus ou moins importante, même après la phase de démarrage. La tension VDD varie en fonction de la distance entre le lecteur et la puce. En effet, si la distance entre le lecteur et la puce est supérieure la distance maximale de fonctionnement, la tension VDD varie en fonction de la distance entre le lecteur et la puce mais reste inférieure à VS. Si la distance entre le lecteur et la puce est légèrement inférieure la distance maximale, alors la tension VDD varie en fonction de la distance entre la puce et le lecteur et est supérieure à VS. Enfin, si la puce est très proche du lecteur, la tension VDD est constante, égale à sa valeur nominale VDD0. La tension d'alimentation varie également en fonction de l'activité des circuits spécialisés de la puce. Par exemple, en rétromodulation (communication de la puce vers le lecteur), la modulation sur le signal radiofréquence des données que la puce doit retourner au lecteur est effectuce en modulant la charge vue par l'antenne 11. Ceci entraîne une baisse importante et immédiate de l'amplitude des signaux AC0, AC1 dès le démarrage de la rétromodulation. La diminution de l'amplitude du signal AC0 va entraîner une diminution en conséquence de la tension VDD. La distance maximale de fonctionnement de la puce en rétromodulation est ainsi inférieure à la distance maximale de fonctionnement en modulation (communication du lecteur vers la carte). On constate, en pratique, que la distance maximale de fonctionnement de la puce est très courte, notamment en rétromodulation. Le risque de dépasser cette distance est donc important. On rappelle que dépasser la distance maximale de fonctionnement entraîne un risque important d'erreur de communication entre le lecteur et la puce (rupLure d'une communication, erreur de programmation, etc.) et / ou un risque important de réinitialisation de la puce. Ceci limite évidemment l'intérêt des circuits sans contact. Un objet de l' invention est de diminuer le risque d'échec d'une communication en cours entre le lecteur et la puce, sans nuire à sa fiabilité. Un autre objet de l' invention est d' augmenter la distance maximale de fonctionnement entre le lecteur et la puce. Pour cela, l' invention propose un circuit de démarrage dans un circuit intogré sans contact comprenant un générateur de tension pour produire une tension d'alimentation VDD en fonction d'un signal radiofréquence requ. Le circuit de démarrage produit un signal d' inhibition lorsque la tension d'alimentation n'a pas atteint un premier seuil de tension. Selon l 'invention, le circuit de démarrage produit également le signal d' inhibition lorsque la tension d'alimentation descend en dessous d'un deuxième seuil de tension inférieur au premier seuil de tension. En d'autres termes,, avec un circuit de démarrage selon l' invention, une communication entre le lecteur et la puce ne peut pas être établie tant que la tension d'alimentation n'a pas atteint le premier seuil. De plus, une communication n'est pas interrompue tant que la tension d' alimentation n' est pas descendue en dessous du second seuil. Les opérations les plus sensibles, qui doivent être impérativement fiables, sont en pratique réalisées lors de la phase d'initialisation de la puce. Ce sont par exemple des opérations de programmation de la mémoire ou des opérations de définition des droits d'accès. En conséquence, on choisit de préférence un premier seuil VS1 assez élevé de sorte à garantir l'intégrité des opérations réalisées durant la phase d'initialisation. Pour cela, on choisit par exemple un premier seuil VS1 au moins égal au seuil habituellement choisi dans des circuits équivalents connus. Par exemple un seuil VS1 de l'ordre de 2, V pour une tension nominale VDDO de l'ordre de 3 V. Par contre, les opérations effectuces ultérieurement, après l'étape d'initialisation, sont en général moins sensibles: un échec de ces opérations n'a en général pas de conséquences graves. En conséquence, on choisit, de préférence, un deuxTème seuil de tension VS2 plus faible que le premier seuil VS1. Par exemple, on choisit un seuil proche de la limite de fonctionnement électrique des circuits spécialisés de la puce, de manière à augmenter autant que possible la distance maximale de fonctionnement, au moins en cours de communication. Par exemple, on pourra choisir un deuxième seuil VS2 de l'ordre de 2 V pour une tension nominale de 3 V. Selon un mode de mise en oeuvre, le circuit de démarrage de l' invention comprend: - un pont diviseur de tension, pour fournir une tension image de la tension d'alimentation, et - un comparateur, pour comparer la tension image avec un premier seuil image si la tension image croît depuis une valeur inférieure à un deuxième seuil image, et pour comparer la tension image avec le deuxTème seuil image si la tension décroît depuis une valeur supérieure au premier seuil image, le comparateur fournissant le signal d'inhibition résultant de la comparaison. L' invention et les avantages qui en découlent apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation d'un circuit de démarrage selon l'invention. La description est à lire en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, déjà décrite, est un schéma fonctionnel d'un circuit sans contact connu, la figure 2 est un chronogramme montrant l'évolution dans le temps de la tension d'alimentation produite par le circuit de la figure 1, - la figure 3 est un chronogramme montrant l'évolution dans le temps d'un signal d' inhibition produit par un circuit de démarrage selon l 'invention, et - la figure 4 est un schéma d'un exemple de mise en oeuvre d'un circuit de démarrage selon l'invention. Un exemple de réalisation de l' invention est représenté sur la figure 4. Le circuit comprend deux réaistances R1, R2 et un comparateur TS. Les deux résistances R1, R2 sont connectées en série, entre un générateur de tension (non représenté) fournissant la tension d'alimentation VDD à surveiller et une masse du circuit. Le générateur de tension peut être, dans un exemple, constitué des circuits 11, 12, 13 du schéma de la figure 1. Les deux résistances R1, R2 forment un pont diviseur de tension, comprenant une entrée sur laquelle est appliquée la tension VDD et une sortie sur laquelle est produite une tension VI, image de la tension VDD mais d'amplitude plus faible. En pratique, la tension VI est ici égale à R2/(R1+R2). Dans un exemple numérique, on pourra choisir R1 de l'ordre de R2 de sorte que la tension VI soit de l'ordre de VDD / 2. Les résistances R1, R2 ont de préférence une valeur importante, de sort à limiter le courant qu'elles consomment. Le comparateur TS comprend une entrée sur laquelle est appliquée la tension VI et une sortie sur laquelle est produit le signal d'inhibition POR. Le comparateur TS est un comparateur à deux seuils VST1, VST2, par exemple du type trigger de Schmitt. Le comparateur fournit un signal POR (figure 3) qui est: - actif lorsque la tension VI varie et est inférieure au seuil VST1 (réf 1, 4, figure 3), après 2s avoir été inférieure au seuil VST2, inactif lorsque la tension VI varie est reste supérieure à VST2 (réf 2, figure 3), après avoir été supérieure au premier seuil VST1. On peut aussi parler de seuil en montée pour VST1, utilisé notamment au démarrage d'une communication entre le lecteur et la puce. On peut parler de même de seuil en descente pour VST2, utilisé notamment en cas de chute de tension: augmentation de la distance entre la puce et le lecteur, début d'une rétromodulation, etc. 3s On notera que, sur la figure 3, le signal POR a été représenté comme un signal logique, actif à 1 et inactif à 0. En réalité, le signal POR suit les variations de VDD lorsqu'il est actif, et il resté égal à 0 lorsqu'il est inactif. On notera également qu'il n'est pas possible d'étudier directement les variations de la tension VDD et que l'utilisation du pont diviseur de tension est indispensable dans l'exemple de la figure 4. En effet, le comparateur TS est réalisé selon un schéma connu comprenant notamment un ensemble de portes logiques et de transistors. Les transistors sont nécessairement alimentés par la tension VDD, qui alimente en pratique tous les circuits spécialisés de la puce, y compris le circuit de démarrage de l' invention. La tension de seuil des transistors est de l'ordre de 0,9 V. Les seuils VST1, VST2 qu'il est possible de choisir pour le comparateur sont alors nécessairement compris entre VSS + 0,9 V et VDD - 0,9 V, VSS étant une masse du circuit. Les seuils du comparateur sont choisis en fonction des seuils VSl, VS2 que l'on souhaite détecter sur la tension d'alimentation VDD, et du coefficient de réduction imposé par le pont diviseur de tension: VST1 = VS1 * R2 / (R1+R2) VST2 = VS2 * R2 / (R1+R2) 2s Dans un exemple numérique, si on choisit R1 = R2, VDD0 = 3 V, VS1 = 2, 5 V et VS2 = 2V, alors VI = VDD /2, VST1 = 1,25 V et VST2 = 1 V. Il est à noter que ces valeurs sont seulement approximatives: en effet, dans la pratique, les seuils VST1, VST2 du comparateur varient légèrement en fonction de la tension d'alimentation du comparateur, c'est à dire en fonction de la tension VDD qui est surveillée par le comparateur. Selon une variante du pont diviseur de la figure 4, un transistor (non représenté figure 4) est ajouté, dont un drain et une source sont connsctés entre la résistance R1 et la source fournissant la tension d'alimentation VDD. On diminue ainsi la tension appliquce entre les résistances R1, R2, ce qui permet de diminuer la taille des résistances, la consommation de l'ensemble restant par ailleurs identique. Selon une autre variante, les résistances R1, R2 sont remplacoes par tout autre type de diviseur de tension, apte à fournir une tension image de la tension d'alimentation, d'amplitude inférieure. Par exemple un pont capacitif. Selon une autre variante, un filtre F (représenté en pointillés figure 4) est ajouté en sortie du comparateur TS, pour filtrer le signal produit par le comparateur et produire ainsi un signal POR filtré. Ceci permet d'éviter d'activer le signal POR lorsqu'une perturLation brève (en langage anglo-saxon: un glitch) apparaît sur le signal produit par le comparateur. REVENDICATIONS 1. Circuit de démarrage dans un circuit intégré sans contact comprenant un générateur de tension (11, 12, 13) pour produire une tension d'alimentation (VDD) à partir d'un signal radiofréquence requ, le circuit de démarrage produisant un signal d'inhibition (POR) lorsque la tension d'alimentation (VDD) n'a pas atteint un premier seuil de tension (VS1), caractérisé en ce qu'il produit également le signal d' inhibition (POR) lorsque la tension d'alimentation (VDD) descend en dessous d'un deuxTème seuil de tension (VS2) inférieur au premier seuil de tension (VS). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: un pont diviseur de tension (R1, R2), pour fournir une tension image (VI) de la tension d'alimentation ( VDD), et - un comparateur (TS), pour comparer la tension image (VI) avec un premier seuil image (VST1) si la tension image croît depuis une valeur inférieure à un deuxième seuil image (VST2), et pour comparer la tension image avec le deuxième seuil image (VST2) si la tension décroît depuis une valeur supérieure au premier seuil image (VST1), le comparateur (TS) fournissant le signal d'indibition (POR) résultant de la comparaison. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pont diviseur de tension comprend deux résistances connectées en série, la tension d'alimentation étant appliquée sur une borne de l'une des résistances, une tension de référence étant appliquée sur une borne de l'autre des réaistances et la tension image (VI) étant produite su le point commun des deux résistances. 4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pont diviseur de tension comprend deux résistances et un transistor connoctés en série, la tension d'alimentation (VDD) étant appliquée sur une grille et un drain du transistor dont une source est connectée à une borne de l'une des résistances, une tension de référence étant appliquce sur une borne de l'autre des résistances et la tension image (VI) étant produite su le point commun des deux résistances. 5. Circuit selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend également un filtre (F)