Brevet FR3056299A1 — publié le 20180323

Procédé de détermination de la consommation en courant d'une charge active, par exemple une unité de traitement, et circuit électronique associé Des modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention concernent les circuits électroniques et tout particulièrement ceux utilisés pour la mesure de la consommation de courant d'une charge active, par exemple une unité de traitement. Classiquement, il est possible de mesurer la consommation en courant d'un dispositif électronique par la mesure de la tension aux bornes d'une résistance couplée par exemple entre une source de tension et l'unité de traitement. Ces résistances sont généralement couplées à un amplificateur opérationnel qui délivre en sortie la tension aux bornes de la résistance. Cependant, certaines applications nécessitent l'utilisation de charges actives, par exemple des unités de traitement, consommant un courant dont la valeur peut varier très fortement pendant un temps très court. Par exemple, il est possible qu'une unité de traitement consomme un courant d'une valeur moyenne de 0,3 micro-ampère pendant plusieurs seconde, puis, en raison de la mise en oeuvre d'une opération spécifique, consommer un courant de 3 milliampère pendant 0, 5 milliseconde Ainsi, il est nécessaire de pouvoir mesurer un courant ayant une large plage dynamique, avec une fréquence importante afin de ne pas manquer la mesure d'évènements très brefs, comme les pics de consommation de courant. Il n'est actuellement pas possible de réaliser de telles mesures avec une simple résistance couplée à un amplificateur. En effet, les amplificateurs capables de fonctionner à de hautes fréquences génèrent un bruit trop important pour être adapté à la mesure de courant très faible. Il existe également des moyens comprenant deux résistances couplées chacune à un amplificateur, l'une dédiée à la mesure des courants faibles, l'autre à la mesure des courant fort, et un système de 3056299 2 commutation permettant de lire la tension sur l'une ou l'autre des deux résistances ; Cependant, la transition ne se fait pas assez rapidement et il est possible que certains échantillons soient perdus lors de la commutation. 5 Il est donc proposé ici un procédé et un dispositif de mesure permettant la mesure à une fréquence élevée d'un courant consommé par une charge active, par exemple une unité de traitement tel qu'un microprocesseur ou un microcontrôleur, consommant un courant ayant une forte plage dynamique. Selon un aspect, il est proposé un procédé 10 de détermination de la valeur d'un courant consommé par une charge active, par exemple une unité de traitement, alimentée par une première source de tension (par exemple 3 Volts), dans lequel on dispose une première résistance et une deuxième résistance en série entre la source de tension et une 15 première borne de la charge active, la première résistance ayant une valeur (par exemple 1000 Ohms) supérieure à celle de la deuxième résistance (par exemple (2 Ohms), on définit une chute de tension maximale admissible (par 20 exemple 100 mV, correspondant compte tenu de la valeur de la première résistance à un courant maximal admissible ici de 100 microampères) aux bornes de la première résistance et si la tension à la première borne est inférieure à une valeur seuil (par exemple 2.9 Volts) 25 égale à la valeur de la tension délivrée par ladite première source de tension diminuée de ladite chute de tension admissible, on stabilise la tension à la première borne de la charge active à la valeur seuil, on mesure simultanément une première différence de 30 potentiel aux bornes de la première résistance et une deuxième différence de potentiel aux bornes de la deuxième résistance, si la première différence de potentiel est inférieure à ladite chute de tension maximale admissible, on 3056299 3 détermine la valeur du courant consommé à partir de la première différence de potentiel et si la tension est supérieure ou égale à ladite chute de tension maximale admissible, on détermine la valeur du 5 courant consommé à partir de la deuxième différence de potentiel. Ainsi selon cet aspect, on dispose en série avec une source de tension une première résistance dédiée à la mesure de faibles courants, et une deuxième résistance dédiée à la mesure de forts courants. 10 Les faibles courants tirés par la charge active peuvent être mesurés par la première résistance délivrant à ces bornes une différence de potentiel lisible comparée à la différence de potentiel aux bornes de la deuxième résistance. La tension aux bornes de la charge active chute lors de 15 l'augmentation du courant, principalement en raison de la chute de tension aux bornes de la première résistance. Lorsque le courant tiré par la charge active dépasse un seuil de courant (par exemple 100 microampères) correspondant à la chute maximale admissible de tension (par exemple 100 mV) aux bornes de 20 la première résistance (1000 Ohms), on délivre un courant au noeud commun aux deux résistances de façon à stabiliser la tension aux bornes de la charge active à la valeur seuil (par exemple 2,9 Volts). Et en présence de tels forts courants, le courant consommé par la charge active peut être mesurée au niveau de la deuxième résistance. 25 On peut ainsi mesurer aussi bien des forts courants que des faibles courants. Les faibles courants sont mesurés au niveau de la première résistance avec une sensibilité N fois supérieure à celle que l'on aurait au niveau de la deuxième résistance, N étant le rapport entre la valeur de la première résistance et la valeur de la deuxième 30 résistance. Par ailleurs la mesure simultanée des deux différences de potentiel aux bornes des deux résistances permet d'éviter toute commutation et donc des pertes d'échantillons. 3056299 4 Le rapport N entre les valeurs des deux résistances dépend de l'application envisagée et de la sensibilité souhaitée. Cela étant à titre indicatif il est préférable de façon à pouvoir mesurer efficacement le courant consommé que le rapport entre la 5 valeur de la première résistance et la valeur de la deuxième résistance soit compris entre 100 et 1000. Selon un mode de mise en oeuvre, on stabilise la tension à la première borne de la charge active en comparant ladite tension à ladite valeur seuil et en injectant au noeud commun aux deux résistances un 10 courant proportionnel à la différence entre la valeur seuil et la valeur de ladite tension. Selon un autre aspect, il est proposé un circuit électronique, par exemple intégré, comprenant une borne d'entrée destinée à être connectée à une première source de tension, une borne de sortie 15 destinée à être connectée à une charge active et des moyens de traitement configurés pour déterminer un courant consommé à ladite borne de sortie. Les moyens de traitement comprennent - une première résistance et une deuxième résistance 20 montées en série entre la borne d'entrée et la borne de sortie, la première résistance ayant une valeur supérieure à celle de la deuxième résistance, des premiers moyens de mesure et des deuxièmes moyens de mesure respectivement configurés pour mesurer 25 simultanément une première différence de potentiel aux bornes de la première résistance et une deuxième différence de potentiel aux bornes de la deuxième résistance, des moyens de stabilisation configurés pour stabiliser la 30 tension à la borne de sortie à une valeur seuil égale à la valeur de la tension délivrée par ladite première source de tension diminuée d'une chute de tension maximale admissible aux bornes de la première résistance, si la 3056299 5 tension à la borne de sortie est inférieure à ladite tension seuil, et des moyens de détermination configurés pour déterminer le courant consommé à la borne de sortie à partir de la 5 première différence de potentiel si la première différence de potentiel est inférieure à ladite chute de tension maximale admissible et à partir de la deuxième différence de potentiel si la première différence de potentiel est supérieure ou égale à ladite chute de tension 10 maximale admissible. Selon un mode de réalisation, les moyens de stabilisation comportent des moyens de comparaison configurés pour comparer ladite tension présente à la borne de sortie à ladite valeur seuil et des moyens additionnels configurés pour injecter au noeud commun aux 15 deux résistances un courant proportionnel à la différence entre la valeur de la tension présente à la borne de sortie et ladite valeur seuil. Les moyens de comparaison peuvent comporter un amplificateur différentiel dont l'entrée inverseuse est connectée à la borne de sortie, dont l'entrée non inverseuse est destinée à recevoir 20 ladite valeur seuil, les moyens additionnels peuvent comporter un transistor dont l'électrode de commande est couplée à la sortie de l'amplificateur différentiel, dont une première électrode de conduction est connectée à une source de tension additionnelle et dont une deuxième électrode de conduction est couplée audit noeud commun aux 25 deux résistances. L' amplificateur différentiel est alors avantageusement configuré pour, lorsque la tension présente à la borne de sortie est supérieure ou égale à la tension de seuil, délivrer une tension de sortie conduisant à un blocage dudit transistor. 30 Selon un mode de réalisation le rapport entre la valeur de la première résistance et la valeur de la deuxième résistance est compris entre 100 et 1000. Selon un mode de réalisation, 3056299 6 les premiers moyens de mesure comprennent un premier amplificateur opérationnel dont les entrées sont couplées aux bornes de la première résistance, les deuxièmes moyens de mesure comprennent un 5 deuxième amplificateur opérationnel dont les entrées sont couplées aux bornes de la deuxième résistance, et les moyens de détermination comprennent deux convertisseurs analogiques/numériques respectivement connectés en sortie des premiers et deuxièmes moyens de 10 mesure, et un module de traitement configuré pour comparer la sortie des premiers moyens de mesure à ladite chute de tension maximale admissible et à sélectionner les échantillons délivrés par le convertisseur correspondant en fonction du résultat de ladite 15 comparaison. La borne de sortie peut être destinée à être connectée à une unité de traitement formant ladite charge active. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée de modes de mise 20 en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention, et Les figures 2 et 3 illustrent des modes de mise en oeuvre 25 du procédé selon l'invention La figure 1 illustre schématiquement d'un point de vue électrique un circuit électronique CE selon un mode de réalisation de l' invention. Le circuit CE comporte une borne d'entrée BE et une borne de 30 sortie BS couplée à une première borne B1 d'une charge active, ici unité de traitement UT, par exemple un microprocesseur. Le circuit CE est configuré pour déterminer le courant consommé Is par l'unité de traitement UT. 3056299 7 L'unité de traitement UT est ici apte à consommer un courant dont la valeur peut varier avec un facteur dix-mille, par exemple ici dans une plage dynamique allant de 100 nano-ampères à 10 milliampères. 5 Le circuit comporte une première source de tension Si couplée à la borne d'entrée et configurée pour alimenter l'unité de traitement UT avec une tension Vl. Ici, la première source de tension V1 fournit une tension V1 de 3 volts. Deux résistances R1 et R2 sont couplées en série entre la borne 10 d'entrée BE et la borne de sortie BS. La résistance R1 à une valeur très supérieure à la valeur de la résistance R2. Par exemple ici, la première résistance R1 et la deuxième résistance R2 ont respectivement des valeurs de 1000 ohms et 2 ohms. Le circuit CE comporte également des premiers moyens de 15 mesure 1, configurés pour mesurer une première différence de potentiel aux bornes de la première résistance Rl. Les premiers moyens de mesure 1 comportent ici un premier amplificateur différentiel 10 (réalisé ici avec des amplificateurs opérationnels) dont les deux entrées sont couplées aux bornes de la première résistance 20 Rl. Le circuit CE comporte également des deuxièmes moyens de mesure 2, configurés pour mesurer une deuxième différence de potentiel aux bornes de la deuxième résistance R2. Les deuxièmes moyens de mesure 1 comportent ici un deuxième amplificateur 25 différentiel 20 (réalisé ici avec des amplificateurs opérationnels) dont les deux entrées sont couplées aux bornes de la deuxième résistance R2. Les deux moyens de mesure mesurent respectivement simultanément et continuellement les deux différences de potentiel. 30 Le circuit CE comporte en outre des moyens de stabilisation 3 configurés pour stabiliser la tension BS à la borne de sortie BS à une valeur seuil VR égale à la valeur de la tension V1 délivrée par ladite première source de tension S1 diminuée d'une chute de tension 3056299 8 maximale admissible Vd aux bornes de la première résistance R1, si la tension VS à la borne de sortie est inférieure à ladite tension seuil VR. Lorsque l'unité de traitement UT est en fonctionnement, elle peut effectuer des opérations qui requièrent la consommation d'un 5 courant Is. En fonction des opérations, le courant consommé Is est plus ou moins important, et peut varier par exemple entre 100 nanoampères et 10 milliampères. La circulation du courant Is au travers de la première résistance R1 et de la deuxième résistance R2 entraine une augmentation de la 10 tension aux bornes de celles-ci, et donc une baisse de tension équivalente aux bornes de l'unité de traitement UT. La résistance R1, en raison de sa valeur très supérieure à la valeur de la résistance R2, est principalement responsable de cette chute de tension. Or, une baisse de tension trop importante peut gêner le bon 15 fonctionnement de l'unité de traitement. Ainsi, on fixe une tension seuil VR en dessous de laquelle la tension VS aux bornes de l'unité de traitement ne doit pas descendre. Par exemple ici, la tension de seuil est fixée à 2,9 volts, c'est à dire que l'on cherche à éviter une chute de tension Vd supérieure à 0,1 20 volts aux bornes de l'unité de traitement et par conséquent aux bornes aux bornes de la première résistance R1 qui en est principalement responsable. Cette valeur maximale admissible Vd de chute de tension aux bornes de la première résistance R1 correspond ici à un courant de seuil égal à 100 microampères. 25 Le circuit CE comporte ainsi en outre des moyens de stabilisation 3 configurés pour, si la tension VS à la borne de sortie est inférieure à ladite tension seuil VR, stabiliser la tension BS à la borne de sortie BS à la valeur seuil VR égale à la valeur de la tension V1 délivrée par ladite première source de tension Si diminuée de la chute 30 de tension maximale admissible Vd aux bornes de la première résistance Rl. Les moyens de stabilisation 3 comportent ici des moyens de comparaison 5 configurés pour comparer ladite tension VS présente à la borne de sortie BS à ladite valeur seuil VR et des moyens 3056299 9 additionnels 50 configurés pour injecter au noeud commun NC aux deux résistances R1 et R2 un courant proportionnel à la différence entre la valeur de la tension VS présente à la borne de sortie et ladite valeur seuil VR. 5 Les moyens de comparaison comportent un amplificateur différentiel 5, dont l'entrée «-» est couplée à une deuxième source de tension SR délivrant la tension de seuil VR (égale à V1 - Vd). L'entrée « + » de l'amplificateur différentiel est couplée à la sortie d'un amplificateur suiveur 4, dont l'entrée « + » est couplée à la 10 borne de sortie BS. Les moyens additionnels comportent une troisième résistance R3 couplée à la base (électrode de commande) d'un transistor, ici un transistor bipolaire TR, dont une première électrode de conduction est couplée à une source de tension additionnelle S3 délivrant une 15 tensionV3, et dont une deuxième électrode de conduction est couplée à l'anode d'une diode Dl.. La cathode de la diode Dl est couplée au noeud commun NC. La résistance R3 a ici pour rôle de protéger le transistor TR contre les surintensités. 20 L'amplificateur différentiel 5 est configuré, ici par son gain important par exemple 200, pour, lorsque la tension présente à la borne de sortie BS est supérieure ou égale à la tension de seuil VR, délivrer une tension de sortie conduisant à un blocage dudit transistor TR. 25 Plus précisément, si la tension VS, recopiée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel 5 par l'amplificateur suiveur 4, est comprise entre la tension V1 et la tension de seuil VR, ce qui correspond à un faible courant tiré par la charge, l'amplificateur 5 délivre, en raison de son gain élevé, une tension de sortie très faible, 30 voire quasi nulle, bloquant le transistor TR. Aucun courant n'est alors injecté au noeud commun. Si la tension VS devient inférieure à la tension de seuil VR, ce qui correspond à un fort courant tiré par la charge, l'amplificateur 5 délivre alors une tension de sortie positive sur la base du transistor, 3056299 10 suffisante pour lui permettre de délivrer un courant proportionnel à la tension présente sur sa base et donc à la différence VS-VR. Un courant est alors injecté au noeud commun NC de façon à stabiliser la tension VS à la tension de seuil VR. 5 Le circuit comprend en outre des moyens de détermination 6 configurés pour déterminer le courant Is consommé à la borne de sortie BS à partir de la première différence de potentiel (aux bornes de R1) si cette première différence de potentiel est inférieure à ladite chute de tension maximale admissible Vd et à partir de la deuxième différence 10 de potentiel (aux bornes de R2) si la première différence de potentiel (aux bornes de R1) est supérieure ou égale à ladite chute de tension maximale admissible Vd. Plus précisément dans cet exemple de réalisation, les moyens de détermination comprennent deux convertisseurs 15 analogiques/numériques CAN1, CAN2 respectivement connectés en sortie des premiers moyens de mesure 1 et des deuxièmes moyens de mesure 2, et un module de traitement MDT, par exemple un microprocesseur, configuré pour comparer la sortie des premiers moyens de mesure à ladite chute de tension maximale admissible Vd et 20 à sélectionner les échantillons délivrés par le convertisseur correspondant en fonction du résultat de ladite comparaison. Plus précisément, comme illustrés sur la figure 2, les deux sorties des deux amplificateurs 10 et 20 sont échantillonnées simultanément. 25 Si le module de traitement MDT constate que la différence de potentiel aux bornes de la première résistance R1 est inférieure à Vd (c'est-à-dire si le courant tiré est faible, ici inférieur à 100 microampères), alors ce sont les échantillons issus du convertisseur CAN1 qui sont sélectionnés par le module de traitement MDT pour 30 déterminer la valeur du courant consommé Is (figure 2). Et dans ce cas aucun courant n'est injecté au noeud commun NC. Si au contraire comme illustré sur la figure 3, le module de traitement MDT constate que la différence de potentiel aux bornes de la première résistance R1 est supérieure à Vd (c'est-à-dire si le courant 3056299 11 tiré est fort, ici supérieur à 100 microampères), alors ce sont les échantillons issus du convertisseur CAN2 qui sont sélectionnés par le module de traitement MDT pour déterminer la valeur du courant consommé Is. Et dans ce cas un courant n'est injecté au noeud commun 5 NC pour stabiliser la tension de sortie VS à la tension de seuil VR. Il est ensuite possible de récupérer les valeurs déterminées par le microprocesseur 6 à l'aide d'un ordinateur, par exemple à l'aide d'une liaison USB (non représentée). REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la valeur d'un courant (Is) consommé par une charge active (UT) alimentée par une première source de tension (V1), dans lequel on dispose une première résistance (R1) et une deuxième résistance (R2) en série entre la source de tension (S1) et une première borne (B1) de la charge active (UT), la première résistance (R1) étant de valeur supérieure à la deuxième résistance (R2), on définit une chute de tension maximale admissible (Vd) aux bornes de la première résistance et, si la tension à la première borne (B1) est inférieure à une valeur seuil (VR) égale à la valeur de la tension (V1) délivrée par ladite première source de tension (S1) diminuée de ladite chute de tension admissible (Vd), on stabilise la tension (VS) à la première borne (B1)de la charge active à ladite valeur seuil (VR), on mesure simultanément une première différence de potentiel aux bornes de la première résistance (R1) et une deuxième différence de potentiel aux bornes de la deuxième résistance (R2), si la première différence de potentiel est inférieure à ladite chute de tension maximale admissible (Vd), on détermine la valeur du courant consommé (Is) à partir de la première différence de potentiel et si la tension est supérieure ou égale à ladite chute de tension maximale admissible (Vd), on détermine la valeur du courant consommé (Is) à partir de la deuxième différence de potentiel. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on stabilise la tension (VS) à la première borne (B1) de la charge active en comparant ladite tension (VS) à ladite valeur seuil (VR) et en injectant au noeud (NC) commun aux deux résistances (R1, R2) un courant 3056299 13 proportionnel à la différence entre la valeur seuil (VR) et la valeur de ladite tension (VS). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le rapport entre la valeur de la première résistance (R1) et la 5 valeur de la deuxième résistance (R2) est compris entre 100 et 1000. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la charge active comprend une unité de traitement (UT). 5. Circuit électronique, comprenant une borne d'entrée (BE) destinée à être connectée à une première source de tension (Si), une 10 borne de sortie (BS) destinée à être connectée à une charge active (UT) et des moyens de traitement configurés pour déterminer un courant consommé (Is) à ladite borne de sortie, les moyens de traitement comprenant une première résistance (R1) et une deuxième résistance 15 (R2) montées en série entre la borne d'entrée (BE) et la borne de sortie (BS), la première résistance (R1) étant de valeur supérieure à la deuxième résistance (R2), des premiers moyens de mesure (1) et des deuxièmes moyens de mesure (2) respectivement configurés pour 20 mesurer simultanément une première différence de potentiel aux bornes de la première résistance (R1) et une deuxième différence de potentiel aux bornes de la deuxième résistance (R2), des moyens de stabilisation (3) configurés pour stabiliser 25 la tension à la borne de sortie à une valeur seuil égale à la valeur de la tension délivrée par ladite première source de tension diminuée d'une chute de tension maximale admissible aux bornes de la première résistance, si la tension à la borne de sortie est inférieure 30 à ladite tension seuil, et des moyens de détermination (6) configurés pour déterminer le courant consommé à la borne de sortie à partir de la première différence de potentiel si la première différence de potentiel est inférieure à ladite 3056299 14 chute de tension maximale admissible et à partir de la deuxième différence de potentiel si la première différence de potentiel est supérieure ou égale à ladite chute de tension maximale admissible. 5 6. Circuit électronique selon la revendication 5, dans lequel les moyens de stabilisation (3) comportent des moyens de comparaison (5) configurés pour comparer ladite tension présente à la borne de sortie à ladite valeur seuil et des moyens additionnels (50) configurés pour injecter au noeud commun aux deux résistances un courant 10 proportionnel à la différence entre la valeur de la tension présente à la borne de sortie et ladite valeur seuil. 7. Circuit électronique selon la revendication 6, dans lequel les moyens de comparaison comportent un amplificateur différentiel (5) dont l'entrée inverseuse est connectée à la borne de sortie (BS), 15 dont l'entrée non inverseuse est destinée à recevoir ladite valeur seuil (VR), les moyens additionnels comportent un transistor (TR) dont l'électrode de commande est couplée à la sortie de l'amplificateur différentiel (5), dont une première électrode de conduction est connectée à une source de tension additionnelle (S3) et dont une 20 deuxième électrode de conduction est couplée audit noeud commun (NC) aux deux résistances (R1, R2), et l'amplificateur différentiel (5) est configuré pour, lorsque la tension présente à la borne de sortie (BS) est supérieure ou égale à la tension de seuil (VR), délivrer une tension de sortie conduisant à un blocage dudit transistor (TR). 25 8. Circuit électronique selon la revendication 5, 6 ou 7, dans lequel le rapport entre la valeur de la première résistance (R1) et la valeur de la deuxième résistance (R2) est compris entre 100 et 1000. 9. Circuit électronique selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel 30 les premiers moyens de mesure (1) comprennent un premier amplificateur opérationnel (10) dont les entrées sont couplées aux bornes de la première résistance (R1), les deuxièmes moyens de mesure (2) comprennent un deuxième amplificateur opérationnel (20) dont les 3056299 15 entrées sont couplées aux bornes de la deuxième résistance (R2). et les moyens de détermination comprennent deux convertisseurs analogiques/numériques (CAN1, CAN2) respectivement connectés en sortie des premiers et deuxièmes moyens de mesure (1, 2), et un module de traitement (MDT) configuré pour comparer la sortie des premiers moyens de mesure à ladite chute de tension maximale admissible (Vd) et à sélectionner les échantillons délivrés par le convertisseur correspondant en fonction du résultat de ladite comparaison. 10. Circuit électronique selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel la borne de sortie est destinée à être connectée à une unité de traitement (UT) formant ladite charge active.