FR2783942A1 - Dispositif de regulation de tension - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de régulation de tension recevant sur un noeud d'entrée N1 une tension VDC extraite d'une onde radio-fréquence, pour fournir sur un noeud de sortie N2 une tension régulée VREG à une circuiterie électronique 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de commutation 3 connecté entre le noeud d'entrée et le noeud de sortie et contrôlé par un circuit de commande 4, SWGATE pour court-circuiter le noeud d'entrée N1 et le noeud de sortie N2 du dispositif, quand la tension disponible au noeud de sortie est inférieure à une tension de seuil déterminée et pour isoler le noeud d'entrée N1 du noeud de sortie N2 dans le cas contraire.Application aux cartes à microcircuits sans contact.
Description
DISPOSITIF DE REGULATION DE TENSION
La présente invention concerne un dispositif de régulation d'une tension. Elle s'applique plus particulièrement aux circuits intégrés utilisés en radio-fréquence. Dans les applications radio-fréquence, le circuit intégré est alimenté à partir de l'onde radio-fréquence qui lui est transmise. Un exemple d'application de ce type est la carte à puce sans contact, appelée
"contactless smartcard" dans la littérature anglo-
saxonne. Dans cette application particulière, la carte est alimentée par l'onde radio-fréquence transmise par
un lecteur de carte.
Dans ce type d'application, le microcircuit, c'est à dire la(les) puce(s) de circuit intégré contenue(s) dans la carte, comprend notamment des moyens d'émission/réception radio-fréquence, pour assurer la communication avec un lecteur, et des moyens de traitement, notamment des moyens de traitement de données contenues en mémoire dans le microcircuit. Ces différents moyens doivent en pratique être alimentés
par une tension régulée.
Par ailleurs, la tension fournie à la circuiterie interne doit avoir un certain niveau le plus stable possible. Dans l'état de la technique, ceci est obtenu au moyen d'un circuit de dérivation (shunt) qui permet de décharger le noeud de sortie si nécessaire, de manière à maintenir le niveau en sortie. Avec un tel circuit, la charge sur le dispositif d'extraction est permanente. Ceci a un impact sur la distance de communication entre la carte et le lecteur. Plus l'énergie extraite de l'onde est élevée, moins la
distance entre la carte et le lecteur peut-être grande.
Dans l'invention, on a cherché à optimiser l'énergie nécessaire, pour optimiser la distance permise pour la transmission par radio-fréquence entre
la carte et le lecteur.
Une solution à ce problème technique a été trouvée dans l'invention, dans un dispositif de régulation de la tension, qui permet d'optimiser le besoin en énergie. Telle que revendiquée, l'invention concerne donc un dispositif de régulation de tension recevant sur un
noeud d'entrée une tension extraite d'une onde radio-
fréquence, pour fournir sur un noeud de sortie une tension régulée à une circuiterie électronique. Selon l'invention, ce dispositif comprend un circuit de commutation connecté entre le noeud d'entrée et le noeud de sortie et contrôlé par un circuit de commande pour court- circuiter le noeud d'entrée et le noeud de sortie du dispositif, quand la tension disponible au noeud de sortie est inférieure à une tension de seuil déterminée et pour isoler le noeud d'entrée du noeud de
sortie dans le cas contraire.
De cette façon, on réduit la charge sur la tension extraite de l'onde radio-fréquence. La dépense en énergie est ainsi minimisée et la distance de
transmission s'en trouve optimisée.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention sont détaillés dans la description suivante
faite à titre indicatif et nullement limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma- bloc général d'un dispositif de régulation selon l'invention et; - la figure 2 représente un schéma détaillé d'un mode de réalisation d'un dispositif de régulation selon l'invention. La figure 1 représente un schéma général d'un
dispositif de régulation selon l'invention.
Une circuiterie interne 1 d'un circuit integré, ou d'un microcircuit reçoit en entrée une tension régulée
VREG d'un dispositif de régulation 2 selon l'invention.
Le dispositif de régulation 2 reçoit sur un noeud d'entrée Ni, une tension VDC fournie par un dispositif non représenté de réception d'ondes radio-fréquence comprenant un dispositif d'extraction de tension. Ces ondes radio-fréquence sont reçues d'un système de communication. Dans l'exemple des cartes à
microcircuits sans contact, ce système sera un lecteur.
Le dispositif de réception d'ondes radio-fréquence, le dispositif de régulation et la circuiterie interne
1 sont tous des éléments internes du circuit intégré.
Le dispositif de régulation selon l'invention comprend principalement, un circuit de commutation 3 et un circuit de commande 4. Le circuit de commutation est connecté entre le noeud d'entrée Nl et un noeud de sortie N2, fournissant la tension régulée VREG à la circuiterie interne 1. Quand le circuit de commutation reçoit une commande de fermeture, on a un court-circuit
entre le noeud d'entrée Ni et le noeud de sortie N2.
Quand il reçoit une commande d'isolation, le noeud d'entrée Nl est isolé du noeud de sortie N2 et il n'y a aucune charge en sortie du dispositif d'extraction de la tension, c'est à dire aucune charge sur les ondes radio-fréquence. Le circuit de commande 4 fournit un signal de commande SWGATE pour commander la fermeture ou
l'isolation (ouverture) du circuit de commutation.
Ce circuit comprend principalement, un circuit de comparaison 5, dont la sortie fournit ledit signal de commande SWGATE. Ce circuit de comparaison compare la tension VREG disponible sur le noeud de sortie du dispositif à une tension de seuil de référence déterminée, pour fournir une commande de fermeture du circuit de commutation (court- circuit), si la tension régulée en sortie est sous le seuil, ou une commande d'isolation, dans le cas contraire (supérieure ou égale). En pratique, on choisit d'utiliser la tension disponible en entrée pour définir la tension de seuil de référence. On utilise à cette fin un diviseur 6 de la tension VDC disponible au noeud d'entrée Ni. Ce diviseur de tension 6 est connecté entre le noeud N1 et la masse électrique du circuit (Vss). Il fournit une tension de seuil de référence VREF. Il est dimensionné en fonction de l'application, c'est à dire en fonction du niveau de tension VDC que l'on peut obtenir en entrée et du niveau Vi de la tension régulée VREG que l'on veut obtenir en sortie. Par exemple, le niveau de la tension d'entrée peut varier entre 4.5 et 10 volts et l'on cherche à obtenir, à partir de cette tension,
une tension régulée de l'ordre de 3 volts.
De préférence, on utilise un diviseur 7 de la tension VREG disponible au noeud de sortie N2, pour fournir une tension à comparer VSUP. Ainsi, on peut jouer sur les deux diviseurs de tension 6 et 7, pour obtenir le niveau V1 de tension régulée désiré en sortie. Dans un exemple, le niveau de la tension de seuil
obtenue avec le diviseur 6 est situé autour de 2 volts.
On dimensionne le deuxième diviseur 7 pour fournir une tension VSUP qui soit comparable à cette tension de
seuil de référence VREF.
Le diviseur de tension 7 est connecté entre le noeud de sortie N2 et la masse électrique du circuit
Vss.
Dans un perfectionnement, on prévoit que le dispositif de régulation comprend un circuit de désactivation STBY pour forcer la commande d'isolation sur le circuit de commutation, sur commande d'un signal de désactivation correspondant REGSTBY fourni par la
circuiterie interne 1.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, on prévoit en particulier d'appliquer ce signal de désactivation REGSTBY sur une entrée de validation du circuit de comparaison. Le circuit de désactivation STBY comprend en outre un circuit 8 pour connecter à la masse électrique Vss ou mettre en état de haute impédance un noeud de masse N3 du diviseur 7 de la tension disponible sur le noeud de sortie N2. De cette façon, la tension à comparer VSUP est dans un état indéterminé, ce qui contribue à forcer la sortie du
circuit de comparaison 5 à zéro (commande d'isolation).
Quand la circuiterie interne n'a pas besoin de la tension régulée VREG, le noeud d'entrée Nl est alors isolé du noeud de sortie N2. En outre, le diviseur 7 ne dérive plus de courant, ce qui contribue à maintenir la
tension VSUP dans un état indéterminé.
La figure 2 représente un schéma détaillé d'un mode
de réalisation de l'invention.
Le circuit de commutation 3 comprend dans l'exemple un transistor MOS Tl de type N. Le signal de commande de fermeture/isolation SWGATE est appliqué sur sa grille. Le noeud d'entrée Nl est connecté à son drain d
et le noeud de sortie N2 est connecté à sa source s.
Le circuit de comparaison 5 est dans l'exemple un amplificateur différentiel qui reçoit en entrée la
tension de seuil et la tension à comparer.
Comme le signal SWGATE qu'il fournit en sortie doit permettre de commuter sur la source le niveau V1 de tension (par exemple 3 volts) que l'on veut obtenir sur le noeud de sortie N2, il faut que la tension appliquée sur la grille du transistor T1 soit au moins égale à ce niveau de tension augmenté de la tension de seuil Vt du transistor Tl. Le signal SWGATE doit donc être au moins égal à Vl+Vt, pour commander l'état passant et commuter le niveau V1 de tension désiré en sortie Il faut donc que l'amplificateur différentiel soit
alimenté par une tension VAMPLI au moins égale à Vl+Vt.
Ceci peut-être obtenu par exemple au moyen d'un circuit CFV de fourniture d'une tension d'alimentation VAMPLI à partir de la tension VDC disponible au noeud d'entrée Ni. Ce circuit comprend dans l'exemple une diode zener Zl polarisée en inverse par une partie de la tension d'entrée VDC. Une résistance Ri est connectée entre le noeud d'entrée Ni et la cathode de la diode zener Zi, pour limiter le courant. L'anode de la diode zener est reliée à la masse. La cathode de la diode fournit la tension d'alimentation VAMPLI
appliquée à l'amplificateur différentiel 5.
Dans un exemple, si on veut un niveau Vi de tension au noeud de sortie N2 de l'ordre de 3 volts, avec une tension de seuil Vt du transistor Tl autour de 1.5 volt, on peut choisir une diode zener avec une tension
de claquage de l'ordre de 4 à 5 volts.
La résistance Ri est dimensionnée pour être capable de fournir le courant de claquage nécessaire, tout en
limitant la dissipation dans la diode.
On peut prévoir une autre diode Z2 en parallèle sur la première, comme représenté en pointillé sur la figure 2, dans le cas o la surface de la diode Dl n'est pas suffisante pour écouler le courant de claquage, c'est à dire quand le noeud Ni est à un trop
haut niveau de tension.
Le diviseur 6 de la tension VDC disponible au noeud d'entrée Ni est connecté entre le noeud Ni, dans l'exemple et la masse électrique Vss. Il est de préférence connecté au point de connexion entre la résistance Ri et la diode zener Zl. De cette manière, on retrouve aux bornes du diviseur une tension stable, égale à la tension de claquage de la diode zener, indépendante du niveau de la tension VDC disponible au noeud d'entrée, dès lors que cette tension est
supérieure à la tension de claquage.
Le diviseur de tension 6 comprend deux branches résistives en série. Dans l'exemple, la branche B1 a une résistance équivalente de 50 kiloohms, et la
branche B2 a une résistance équivalente de 40 kiloohms.
Le point de connexion N4 entre les deux branches
fournit la tension de comparaison VREF.
Le diviseur de tension 7 est connecté entre le noeud de sortie N2 et le noeud de masse N3. Il comprend deux branches résistives en série. Dans l'exemple, la branche B3 a une résistance équivalente de 50 kiloohms, et la branche B4 a une résistance équivalente de 40 kiloohms. Le point de connexion N5 entre les deux
branches fournit la tension à comparer VSUP.
Les résistances des branches des deux diviseurs 6 et 7 peuvent être différentes. Elles sont chacunes déterminées en fonction du niveau de la tension VDC que l'on peut extraire et du niveau régulé V1 de la tension VREG que l'on souhaite obtenir sur le noeud de sortie N2. Dans l'exemple, le dispositif de régulation selon l'invention comprend en outre un circuit 8 pour mettre le noeud de masse N3 du diviseur de tension 7 à la masse électrique ou pour le mettre en état de haute impédance, en fonction du signal de désactivation
REGSTBY envoyé par la circuiterie interne 1.
Dans l'exemple, ce circuit 8 comprend un transistor MOS de type N T2 connecté en série entre le noeud de masse N3 et la masse électrique Vss. La grille de ce transistor T2 est commandée par le signal de désactivation REGSTBY au moyen d'un circuit de commande 9. Ce circuit de commande 9 comprend un inverseur 10 recevant en entrée le signal REGSTBY. La sortie de cet inverseur est appliquée sur la grille d'un transistor MOS T3 de type N d'une porte de transfert (passgate) 11. La grille d'un transistor MOS T4 de type P de la porte de transfert 11 est commandée directement par le signal REGSTBY. La porte de transfert 11 est connectée entre la grille du transistor T2 et le noeud de masse N3 du diviseur 7. Enfin, un transistor MOS T5 de type N est connecté entre la grille du transistor T2 et la masse
et commandé sur sa grille par le signal REGSTBY.
En pratique, si le signal REGSTBY est inactif (signal REGSTBY à "1" dans l'exemple), c'est à dire si la circuiterie interne a besoin de la tension régulée VREG, la porte de transfert 11 est bloquée, et les transistors T2 et T5 sont passants: le diviseur de tension 7 a son noeud de masse N3 relié à la masse par
le transistor T2.
Si au contraire, la circuiterie interne n'a pas besoin de la tension régulée VREG disponible en sortie N2, le signal REGSTBY passe à son niveau actif ("0" dans l'exemple). La porte de transfert 11 devient passante tandis que les transistors T2 et T5 sont bloqués, forçant un état de haute impédance sur le noeud de masse N3. Aucun courant ne peut plus passer dans le diviseur. Le noeud N5 passe aussi dans un état de haute impédance. Il n'y a plus de comparaison possible et la sortie de l'amplificateur différentiel reste à zéro (commutateur à l'état ouvert). Ceci est accentué par l'application du signal REGSTBY sur une entrée d'invalidation de l'amplificateur différentiel 5. En pratique, cette entrée d'invalidation correspond à la mise en état de haute impédance du noeud de
connexion à la masse de l'amplificateur différentiel.
Un autre perfectionnement du dispositif de régulation selon l'invention comprend un condensateur Cl sur le noeud de sortie N2, pour lisser le niveau de la tension en sortie du dispositif. Ce condensateur est connecté entre le noeud N2 et la masse électrique du circuit. Avec un dimensionnement des différents éléments du dispositif de régulation tel qu'indiqué sur la figure 2 dans une technologie HCMOS7 (0.7 microns), en prenant les valeurs moyennes typiques des tensions de seuil des transistors MOS N et P obtenues dans cette technologie, on arrive à obtenir un niveau régulé de tension VREG en sortie: - de 2.37 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.16 volts avec une tension d'entrée VDC de 10 volts à -25 C; - de 2.45 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.25 volts avec une tension d'entrée VDC de 10 volts à +27OC; - de 2.50 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.45 volts avec une tension d'entrée VDC
de 10 volts à +85 C.
En ne prenant plus les valeurs moyennes typiques des tensions de seuil des transistors, mais leurs valeurs minimum ou maximum dans la technologie concernée, on obtient, à +27 C un niveau de tension régulée VREG en sortie: - de 2.45 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.33 volts avec une tension d'entrée VDC de 10 volts à VtNmax et VtPmin; - de 2.40 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.17 volts avec une tension d'entrée VDC de 10 volts à VtNmin et VtPmax; - de 2.38 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.15 volts avec une tension d'entrée VDC de 10 volts à VtNmin et VtPmin; - de 2.47 volts avec une tension d'entrée VDC de 4.5 volts, à 3.36 volts avec une tension d'entrée VDC
de 10 volts à VtNmax et VtPmax.
On voit que le dispositif de régulation selon
l'invention fournit une tension très stable en sortie.
Claims (12)
1. Dispositif de régulation de tension recevant sur un noeud d'entrée (Ni) une tension (VDC) extraite d'une onde radio-fréquence, pour fournir sur un noeud de sortie (N2) une tension régulée (VREG) à une circuiterie électronique (1), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de commutation (3) connecté entre le noeud d'entrée et le noeud de sortie et contrôlé par un circuit de commande (4, SWGATE) pour court- circuiter le noeud d'entrée (Ni) et le noeud de sortie (N2) du dispositif, quand la tension disponible au noeud de sortie est inférieure à une tension de seuil déterminée et pour isoler le noeud d'entrée (Ni) du noeud de
sortie (N2) dans le cas contraire.
2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commutation comprend un transistor MOS (T1) de type N.
3. Dispositif de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend un amplificateur différentiel (5) recevant en entrée les tensions à comparer et délivrant en sortie un signal de commande (SWGATE) appliqué sur la grille
dudit transistor (T1).
4. Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un diviseur (6) de la tension (VDC) disponible au noeud d'entrée (Ni) pour fournir la tension de seuil (VREF), ladite tension de seuil étant appliquée sur une entrée de l'amplificateur
différentiel (5).
5. Dispositif de régulation selon la revendication 4, caractérisé qu'il comprend un diviseur (7) de la tension (VREG) disponible au noeud de sortie (N2) pour fournir un niveau de tension (VSUP) appliqué sur
l'autre entrée de l'amplificateur différentiel (5).
6. Dispositif de régulation selon l'une quelconque
des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il
comprend un circuit (CFV) pour fournir une tension d'alimentation (VAMPLI) au dit amplificateur supérieure au niveau désiré sur le noeud de sortie (N2) augmenté de la tension de seuil du transistor (T1) du circuit de commutation.
7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce circuit comprend au moins une diode zener (Z1) polarisée en inverse par une partie de la tension (VDC) disponible au noeud d'entrée (Ni).
8. Dispositif de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que ce circuit comprend une résistance (Ri) série avec la diode zener, connectée
entre le noeud d'entrée (Ni) et la diode zener ((Z1).
9. Dispositif de régulation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diviseur (6) de la tension disponible au noeud d'entrée (Ni) est connecté au point de connexion entre la dite résistance (R1) et la diode
zener (Zl).
10. Dispositif de régulation selon l'une
quelconque des revendications précédentes, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre un circuit de désactivation (STBY) pour forcer la commande d'isolation (SWGATE) sur le circuit de commutation (3, T1) sur commande d'un signal de désactivation correspondant (REGSTBY) délivré par la circuiterie
électronique (1).
11. Dispositif de régulation selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comprend un circuit pour connecter à la masse ou mettre en état de haute impédance un noeud de masse (N3) du diviseur (7) de la
tension (VREG) disponible sur le noeud de sortie (N2).
12. Dispositif de régulation selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
comprend un condensateur sur le noeud de sortie (N2).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR9812199A FR2783942B1 (fr) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Dispositif de regulation de tension |
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Applications Claiming Priority (1)
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| FR9812199A FR2783942B1 (fr) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Dispositif de regulation de tension |
Publications (2)
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Family
ID=9531000
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| FR9812199A Expired - Fee Related FR2783942B1 (fr) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Dispositif de regulation de tension |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6218819B1 (fr) |
| FR (1) | FR2783942B1 (fr) |
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