Brevet FR3073994A1 — publié le 20190524

B16294 FR - 17-R0-0149 1 REGULATION DE TENSION DANS UN DISPOSITIF NFC Domaine La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, les transpondeurs électromagnétiques ou étiquettes électroniques (TAG). La présente description s'applique plus particulièrement aux dispositifs électroniques intégrant un circuit de communication en champ proche (NFC - Near Field Communication) et à la régulation de la tension d'alimentation d'un tel dispositif dans le champ d'un autre dispositif. État de l'art antérieur Les systèmes de communication à transpondeurs électromagnétiques sont de plus en plus fréquents, en particulier, depuis le développement des technologies de communication en champ proche (NFC - Near Field Communication). Ces systèmes exploitent un champ électromagnétique radiofréquence émis par un dispositif (terminal ou lecteur) pour communiquer avec un autre dispositif (carte). Selon les applications, un dispositif NFC ne communique qu'en mode carte ou un même dispositif NFC peut opérer en mode carte ou en mode lecteur (par exemple dans le cas d'une communication en champ proche entre deux téléphones mobiles). Lorsqu'un dispositif fonctionne en mode carte (de façon immuable B16294 FR - 17-R0-0149 2 ou non), le dispositif extrait généralement l'énergie nécessaire à son fonctionnement du champ rayonné par le terminal. Un dispositif NFC comporte un circuit oscillant dont une antenne capte le champ rayonné par un terminal à portée duquel il 5 se trouve. La tension aux bornes de l'antenne dépend généralement du couplage entre ce circuit résonnant et le circuit d'excitation du terminal. Cette tension doit donc être limitée ou régulée afin d'éviter d'endommager les circuits électroniques reliés au circuit résonnant. 10 Résumé Un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des techniques connues de limitation de la tension d'alimentation de dispositifs de communication en champ proche. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un procédé de 15 régulation d'une première tension extraite d'un circuit oscillant comportant au moins un élément inductif et au moins un élément capacitif, dans lequel la valeur de l'élément capacitif est ajustée en fonction de la valeur de la première tension. Selon un mode de réalisation, la première tension est 20 fournie par un redresseur relié au circuit oscillant. Un mode de réalisation prévoit un circuit de régulation d'une première tension extraite d'un circuit oscillant comportant au moins un élément inductif et au moins un élément capacitif, comportant : un circuit de comparaison d'une information représentative de la première tension à au moins une première valeur ; et un circuit de commande de la valeur dudit élément capacitif. Selon un mode de réalisation, ledit circuit de commande comporte : un circuit logique d'interprétation de résultats du circuit de comparaison ; et un convertisseur numérique-analogique de commande de 35 l'élément capacitif. B16294 FR - 17-R0-0149 3 Un mode de réalisation prévoit un dispositif de communication en champ proche adapté à la mise en oeuvre du procédé de régulation décrit. Un mode de réalisation prévoit un dispositif de 5 communication en champ proche comportant un circuit de régulation décrit. Un mode de réalisation prévoit un téléphone mobile comportant un dispositif de communication en champ proche décrit. Brève description des dessins 10 Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation très schématique et 15 sous forme de blocs d'un exemple de système à communication en champ proche du type auquel s'applique, à titre d'exemple, des modes de réalisation qui vont être décrits ; la figure 2 est une représentation schématique et partielle d'un mode de réalisation d'un circuit de modification 20 de l'accord d'un circuit oscillant ; et la figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un circuit de modification de l'accord d'un circuit oscillant d'un dispositif de communication en champ proche. Description détaillée 25 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation qui vont être décrits ont été représentés et seront détaillés. En particulier, la 30 génération des signaux radiofréquences et leur interprétation n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les techniques usuelles de génération et d'interprétation de ces signaux. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à 35 deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement B16294 FR - 17-R0-0149 4 connectés sans élément intermédiaire autre que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être directement reliés (connectés) ou reliés par l'intermédiaire d'un 5 ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsqu'on fait référence aux termes « approximativement », « environ » et « de l'ordre de », cela signifie à 10% près, de préférence à 5% près. La figure 1 est une représentation très schématique et 10 sous forme de blocs d'un exemple de système de communication en champ proche du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation qui vont être décrits. On suppose le cas de deux dispositifs électroniques similaires, par exemple deux téléphones mobiles, mais tout ce qui 15 va être décrit s'applique plus généralement à tout système dans lequel un transpondeur capte un champ électromagnétique rayonné par un lecteur, borne ou terminal. Pour simplifier, on fera référence à des dispositifs NFC pour designer des dispositifs électroniques intégrant des circuits de communication en champ 20 proche. Deux dispositifs NFC 1 (DEV1) et 2 (DEV2) sont susceptibles de communiquer par couplage électromagnétique en champ proche. Selon les applications, pour une communication, un des dispositifs fonctionne en mode dit lecteur tandis que l'autre 25 fonctionne en mode dit carte, ou les deux dispositifs communiquent en mode poste à poste (peer to peer - P2P). Chaque dispositif comporte divers circuits électroniques de génération d'un signal radiofréquence émis à l'aide d'une antenne. Le champ radiofréquence généré par l'un des dispositifs est capté par 30 l'autre dispositif qui se trouve à portée et qui comporte également une antenne. Les circuits oscillants des dispositifs NFC sont généralement accordés sur une même fréquence de résonance, par exemple de 13,56 MHz. Une communication dans le sens lecteur (générant le champ) vers carte s'effectue en modulant l'amplitude B16294 FR - 17-R0-0149 5 et/ou la phase de la porteuse à 13,56 MHz. Une communication dans le sens carte vers lecteur s'effectue généralement en modulant la charge (rétromodulation) que constitue les circuits de la carte sur le champ rayonné par le lecteur, ce dernier interprétant cette 5 variation de charge. Un dispositif NFC comporte un circuit oscillant constitué d'une antenne (élément inductif) et d'un élément capacitif pour capter un champ électromagnétique. La tension récupérée aux bornes du circuit résonnant est exploitée par des 10 circuits électroniques du dispositif ou transpondeur pour extraire l'énergie nécessaire à son fonctionnement, décoder des informations transmises via une modulation du champ électromagnétique, etc. Toutefois, l'amplitude de la surtension développée aux 15 bornes de l'antenne lorsque le circuit oscillant est dans le champ d'un terminal dépend de la distance entre les dispositifs et plus généralement de la position du dispositif récepteur (captant le champ) par rapport au dispositif émetteur (émettant le champ). L'amplitude de la surtension peut attendre plusieurs dizaines de 20 volts, ce qui est incompatible avec les circuits électroniques connectés en aval qui peuvent alors être endommagés. Les dispositifs NFC sont donc généralement équipés de limiteurs de tension pour protéger les circuits électroniques qu'ils comportent. Ils peuvent également comporter un régulateur 25 linéaire destiné à réguler la tension d'alimentation de ces circuits électroniques, notamment lorsque le dispositif NFC est téléalimenté, c'est-à-dire quand il extrait son alimentation du champ électromagnétique. Une difficulté réside dans le fait que la variation de 30 la tension aux bornes du circuit oscillant ne varie pas linéairement avec la distance qui sépare l'antenne du récepteur de l'antenne émettrice. De surcroit, on constate des pics de surtension à certaines valeurs du couplage entre deux dispositifs NFC. B16294 FR - 17-R0-0149 6 En outre, les solutions actuelles consistant à réguler la tension, par exemple à l'aide d'un régulateur linéaire interviennent une fois la surtension présente, et attenue les effets de cette surtension sans la supprimer, c'est-à-dire que la 5 plupart des composants doivent être dimensionnés en tenant compte du pire cas et doivent tenir ce pire cas dans le temps, c'est-à-dire tant que la surtension est présente. Cela engendre notamment un échauffement dans les composants du régulateur ou du limiteur de tension. 10 Les modes de réalisation décrits proposent une nouvelle approche pour agir en amont et supprimer la surtension aux bornes du circuit oscillant. La figure 2 est une représentation schématique et partielle d'un mode de réalisation d'un dispositif NFC illustrant 15 plus particulièrement des éléments intervenant dans le traitement des surtensions éventuelles aux bornes du circuit oscillant. Le dispositif comporte un circuit oscillant 3 comportant une antenne 32 (inductance) en parallèle avec un élément capacitif 34 entre deux bornes 31 et 33 définissant les bornes du circuit 20 oscillant. Ces bornes 31 et 33 sont reliées en entrée d'un élément de redressement, par exemple un pont redresseur 4, dont des bornes de sortie 41 et 43 fournissent une tension continue destinée à alimenter tout ou partie des circuits du dispositif, la borne 43 définissant par exemple la masse. Un élément de filtrage et de 25 stockage (non représenté) est généralement prévu en sortie du redresseur 4. Par ailleurs, le signal présent sur une des bornes 31 et 33 est envoyé à des circuits de traitement du dispositif afin d'extraire les informations portées par le signal (sans qu'elles soient filtrées le redresseur 4 et le filtre passe-bas 30 qui y est généralement associé). Pour simplifier, les éléments du dispositif qui ne participent pas directement à l'exposé des modes de réalisation décrits ont été symbolisés par un bloc 5. Il s'agit, par exemple, des circuits de traitement et d'interprétation (démodulateur(s), 35 convertisseur(s) analogique-numérique, processeur, etc.), des B16294 FR - 17-R0-0149 7 circuits utilisés en émission, etc., et plus généralement de tout circuit équipant usuellement un dispositif NFC. Selon le mode de réalisation de la figure 2, le circuit oscillant 3 est associé à un circuit 6 de réglage de l'accord. 5 Plus particulièrement, l'élément capacitif 34 est un élément de valeur variable, commandable par un signal CTRL. La valeur de la capacité C est réglée en fonction de la tension présente en sortie 41 du redresseur 4. Dans l'exemple de la figure 2, un montage comparateur 62, d'une information représentative de la tension 10 récupérée aux bornes de sortie du redresseur 4 par rapport à un seuil Vref, commande l'élément 34, par exemple une varicap. Par exemple et schématiquement, un pont diviseur résistif, formé de deux résistances R1 et R2 en série entre la borne 41 et la masse 43, fournit une tension proportionnelle à la tension de sortie du 15 redresseur 4 à une première borne d'entrée du comparateur 62 dont l'autre borne reçoit une tension de référence Vref. Le rôle du circuit 6 est de modifier l'accord du circuit oscillant lorsque le couplage avec le circuit émetteur est trop important et développe une surtension trop forte aux bornes de 20 l'antenne 32. En désaccordant le circuit résonnant 3, on diminue la tension récupérée par le circuit résonnant. Le mode de réalisation de la figure 2 illustre le principe de façon simplifié avec un fonctionnement en tout ou rien dans lequel l'élément capacitif 34 ne peut prendre que deux 25 valeurs, selon que la tension proportionnelle à la tension récupérée est au-dessus ou en dessous du seuil Vref. Toutefois, en pratique, on préfère affiner le réglage et prévoir que la varicap 34 soit réglable plus finement. En effet, la commande d'une varicap est analogique et 30 sa capacité augmente linéairement avec la tension de commande. Par exemple, dans les applications plus particulièrement visées par la présente description, la capacité varie linéairement d'une vingtaine de picofarads à une centaine de picofarads avec une tension de commande de 0 à environ 5 volts. Le choix de la varicap B16294 FR - 17-R0-0149 8 dépend cependant de l'application et de la valeur minimale souhaitée. Le cas échéant, un limiteur de tension 72 (LIM) et/ou un régulateur linéaire 74 (REG) sont associés au circuit de 5 modification d'accord. Ces limiteurs ou régulateurs ont pour rôle de protéger les circuits pendant le temps où le circuit 6 effectue la mesure de la tension Vdc et modifie l'accord du circuit oscillant. Ainsi, leur rôle est ici différent d'un cas classique dans la mesure où, grâce au désaccord du circuit oscillant par le 10 circuit 6, la surtension éventuelle qu'ils sont censés filtrer est toujours brève. L'éventuel échauffement est donc négligeable, et n'est donc pas préjudiciable au reste du circuit. De plus, le dimensionnement du limiteur ou régulateur en est rendu plus simple. 15 Par exemple, un limiteur 72 est intercalé entre la borne 31 et l'entrée du démodulateur du circuit 5 afin de le protéger contre une surtension brève. De façon similaire un limiteur de tension ou un régulateur linéaire 74 fournit la tension d'alimentation du comparateur 62 et de ses circuits associés à 20 partir de la tension Vdc. Ce régulateur 74 peut être un régulateur commun aux différents circuits contenus dans le bloc 5 et alimentés par la tension Vdc. Il est cependant en aval du point de prélèvement de la tension Vdc par le pont diviseur résistif. La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un 25 circuit 6 de modification de l'accord du circuit oscillant 3, dans lequel on prévoit quatre valeurs possibles pour l'élément capacitif 34. Le circuit 6 comporte deux comparateurs 62 et 64 comparant deux informations proportionnelles à la tension Vdc, 30 avec des rapports de proportionnalité différents, à un seuil Vref. Par exemple, une résistance R3 est intercalée entre les résistances R1 et R2 dans le pont diviseur résistif et les premières entrées des comparateurs 62 et 64 sont respectivement reliées aux bornes 61 et 63 de cette résistance R3. Les deuxièmes 35 entrées des comparateurs 62 et 64 reçoivent la tension seuil Vref. B16294 FR - 17-R0-0149 9 En variante, chaque comparateur 62, 64 compare la tension Vdc à deux seuils différents. Chaque comparateur 62, 64 fournit donc une information sur la valeur de la tension Vdc, donc de la surtension aux bornes de l'antenne 32 (non représentée en figure 5 3). Les sorties s62 et s64 des comparateurs 62 et 64 sont interprétées par un circuit logique 66 (LOG). Le circuit 66 fournit, par exemple, un mot numérique, ici de deux bits, à un convertisseur analogique-numérique 68 (DAC) dont la sortie fournit le signal analogique CTRL de commande de la varicap 34. L'ensemble 10 des constituants du circuit 6 est alimenté par la tension Vdc. En fonctionnement, la tension Vdc va donc converger vers une valeur cible fonction de la consigne Vref. Le circuit 6 constitue donc un régulateur de la tension Vdc en fonction de la valeur de consigne Vref. La précision de la régulation dépend du 15 nombre de bits du convertisseur 68 qui conditionne la précision de commande de la varicap. Par exemple, le circuit 66 interprète les sorties S62 et S64 qui sont en tout ou rien, pour faire converger la tension Vdc vers la valeur cible. 20 Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils évitent les surchauffes des circuits électroniques du dispositif NFC fonctionnant en mode carte. Selon un mode de réalisation, la mise en oeuvre pratique ne requiert que des composants externes (discrets), à savoir la 25 varicap et les résistances de mesure. Le reste pouvant être mis en oeuvre à l'aide d'un microprocesseur équipant généralement les circuits de traitement d'un dispositif NFC. Selon un autre mode de réalisation, on prévoit des circuits 62, 64, 66, 68 dédiés et alimentés séparément du reste 30 des circuits électroniques du dispositif. Un avantage induit par la mise en oeuvre des modes de réalisation décrits est que la varicap 34 peut servir d'élément de rétromodulation pour les émissions carte vers lecteur. Divers modes de réalisation ont été décrits. Diverses 35 modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le B16294 FR - 17-R0-0149 10 choix de la précision souhaitée pour le désaccord peut varier d'une application à une autre, notamment en fonction du type de convertisseur numérique-analogique utilisé. En outre, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation qui ont été décrits est 5 à la portée de l'homme REVENDICATIONS1. Procédé de régulation d'une première tension (Vdc) extraite d'un circuit oscillant (3) comportant au moins un élément inductif (32) et au moins un élément capacitif (34), dans lequel la valeur de l'élément capacitif est ajustée en fonction 5 de la valeur de la première tension. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première tension (Vdc) est fournie par un redresseur (4) relié au circuit oscillant (3). 3. Circuit de régulation d'une première tension 10 extraite d'un circuit oscillant (3) comportant au moins un élément inductif (32) et au moins un élément capacitif (34), comportant : un circuit (62 ; 62, 64) de comparaison d'une information représentative de la première tension à au moins une première valeur (Vref) ; et 15 un circuit (66, 68) de commande de la valeur dudit élément capacitif. 4. Circuit selon la revendication 3, dans lequel ledit circuit de commande comporte : un circuit logique (66) d'interprétation de résultats 20 du circuit de comparaison ; et un convertisseur numérique-analogique (68) de commande de l'élément capacitif (34). 5. Dispositif de communication en champ proche (1, 2), adapté à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 25 1 ou 2. 6. Dispositif de communication en champ proche (1, 2), comportant un circuit selon la revendication 3 ou 4. 7. Téléphone mobile comportant un dispositif de communication en champ proche selon la revendication 5 ou 6.