EP4304008A1 - Passive wireless electronic component and reading system thereof - Google Patents

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EP4304008A1
EP4304008A1 EP23184170.1A EP23184170A EP4304008A1 EP 4304008 A1 EP4304008 A1 EP 4304008A1 EP 23184170 A EP23184170 A EP 23184170A EP 4304008 A1 EP4304008 A1 EP 4304008A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
mems
resonant
component
frequency
Prior art date
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Pending
Application number
EP23184170.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Romain ALCESILAS
Marc SANSA PERNA
Camille JOUVAUD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4304008A1 publication Critical patent/EP4304008A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates to a passive wireless electronic component and an associated reading system.
  • the invention lies in the field of passive electronic components, and more particularly passive electronic sensors and resonators.
  • passive wireless electronic component we mean a component which does not include an energy source or a power rectifier. Such a component is also called a remotely powered component.
  • Sensors are, in a known manner, electronic or electromechanical components adapted to measure a physical quantity, for example temperature, pressure, humidity, etc.
  • LC resonant circuit sensors are based on a capacitive sensor placed in series or parallel with an inductive loop, forming a resonant circuit.
  • the resonant frequency of the circuit is modified by the variation in capacitance of the sensor as a function of the physical quantity to be measured.
  • Such resonant circuit sensors have the disadvantage of a short reading distance, less than 10 cm.
  • Acoustic wave sensors include a surface acoustic wave sensor or SAW (Surface Acoustic Wave) or bulk acoustic wave sensor or BAW sensor, supplied with energy by an antenna, itself a powered TV. This type of sensor presents losses due to the double conversion between acoustic wave and electromagnetic wave, but also to the propagation of the acoustic wave in particular.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • BAW Bulge Acoustic Wave
  • Electromagnetic transduction sensors associate a sensor with an antenna, which powers the sensor, the electromagnetic signal emitted (or backscattered) by the antenna in response to an incident electromagnetic signal being used to determine a value of measured physical quantity, the properties of the backscattered electromagnetic signal being modified depending on the sensor.
  • Such transduction sensors electromagnetic have the disadvantage of the sensitivity of the antenna to the external environment. For example, the temperature can vary the permittivity of the substrate on which the antenna is printed, and modify the resonance frequency of the antenna, and consequently induce an inaccuracy in the measured value of the physical quantity considered.
  • the patent EP 2 478 636 B1 entitled “Wireless MEMS sensor and its reading method” describes an electronic component, typically a sensor, comprising an assembly formed of an antenna and a microelectromechanical system (MEMS) type resonator connected to the antenna, which makes it possible to carry out a reading of a physical quantity measured as a function of the resonance frequency of the MEMS resonator, by an intermodulation technique.
  • MEMS resonator is characterized by two parameters, respectively the mechanical quality factor, the mechanical resonance frequency, the antenna having an electrical resonance frequency, and at least one of these three parameters is sensitive to the measured physical quantity.
  • the intermodulation voltage makes it possible to generate an oscillation of the MEMS resonator in response to incident electromagnetic energy at two different frequencies.
  • the radio frequency antenna is a single antenna adapted to the MEMS resonator, in other words the limitation of a single MEMS resonator per antenna is imposed, which induces significant bulk when several sensors are required.
  • the invention aims to remedy the drawbacks of the state of the art by providing a passive electronic component of limited size and/or better precision for measuring physical quantities.
  • a passive wireless electronic component comprising at least one antenna, the or each antenna having an associated antenna frequency, and comprising at least one resonant microelectromechanical component, having a frequency resonance and connected to a contact point of said antenna, forming an antenna-resonator assembly adapted to receive an incident electromagnetic signal comprising at least two frequencies and to emit a backscattered electromagnetic signal.
  • This electronic component is such that the or each antenna comprises at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant with non-linear actuation, each of said MEMS components having a specific mechanical resonance frequency belonging to a range of resonance frequencies, the resonant frequency ranges associated with two distinct MEMS components being disjoint.
  • the proposed passive wireless electronic component comprises at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant on the same antenna, the resonance frequencies of the two resonant MEMS components belonging to disjoint ranges, which makes it possible to differentiate the responses of the MEMS components resonant to an incident electromagnetic signal comprising selected frequencies.
  • the passive wireless electronic component according to the invention may also have one or more of the characteristics below, taken independently or in all technically conceivable combinations.
  • each antenna comprising at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant with non-linear actuation, each antenna having a specific antenna frequency, the antenna frequencies of two distinct antennas being different.
  • At least one of said at least two resonant MEMS components is a capacitive resonator.
  • At least one of said at least two resonant MEMS components is a resonant MEMS sensor whose resonant frequency varies as a function of a predetermined physical quantity.
  • the predetermined physical quantity is a physical quantity characteristic of an environment of the MEMS sensor resonant among temperature, air or gas pressure, humidity.
  • the passive wireless electronic component comprises a plurality of resonant MEMS sensors, each of said resonant MEMS sensors having a resonant frequency varying as a function of a distinct physical quantity, said passive electronic component being adapted to provide measurements of a plurality of distinct physical quantities.
  • the passive wireless electronic component comprises at least a pair of first and second resonant MEMS components, the first MEMS component being a resonant MEMS sensor whose resonant frequency varies as a function of a first physical quantity to be measured and as a function of at least one second physical quantity, the second MEMS component of said pair being a resonant MEMS sensor whose resonance frequency does not vary as a function of said first physical quantity, the resonance frequency of the second sensor varying as a function of said at least one second physical quantity.
  • Said at least two resonant MEMS components are connected in series or in parallel.
  • Said at least one antenna is produced in the form of a printed circuit on a substrate, and said MEMS components are produced on one or more silicon chips, each MEMS component being connected to an antenna element by wire bridging.
  • Said antenna and said at least two resonant MEMS components are implanted on the same silicon substrate.
  • Each resonant MEMS component is formed by a membrane positioned between two electrodes, of circular shape and having an associated radius.
  • the subject of the invention is a system for reading a passive wireless electronic component of the type briefly described above, the system comprising a said passive wireless electronic component and a transmitting device and for analyzing electromagnetic signals, configured to transmit said incident electromagnetic signal to the passive electronic component and to receive and analyze the backscattered electromagnetic signal.
  • This reading system has advantages similar to those of the passive wireless electronic component.
  • the transmission and analysis device comprises a module generating an electrical signal and an antenna for transmitting and reading an incident electromagnetic signal, the transmission and reading antenna being also adapted to receive the electromagnetic signal backscattered by the antenna of the passive electronic component, the transmission and analysis device further comprising a signal processing module, configured to analyze the frequency characteristics of the backscattered electromagnetic signal.
  • FIG. 1 schematically illustrates, by functional modules, a system 1 for reading a passive wireless electronic component according to one embodiment.
  • the system 1 comprises a passive wireless electronic component 2, several detailed embodiments of which will be described below, and a device 4 for transmitting and analyzing electromagnetic signals associated with the passive wireless electronic component.
  • the device 4 comprises a module 6 generating an electrical signal and a transmitting and reading antenna 8.
  • the device 4 comprises two separate antennas, a transmitting antenna and a reading antenna.
  • the electrical signal is transformed into an incident electromagnetic signal S i , also called an incident electromagnetic wave, emitted by the transmitting and reading antenna 8.
  • the incident electromagnetic signal S i comprises at least two frequencies, as described in more detail below.
  • the transmission and reading antenna 8 is also adapted to receive an electromagnetic signal S r backscattered by the antenna 14 of the passive wireless electronic component 2.
  • the transmission and reading antenna 8 is connected to a signal processing module 10, implementing several signal processing functionalities including an analysis of the frequency characteristics of the backscattered electromagnetic signal S r .
  • the device 4 further comprises a calculation module 12, which uses the frequency characteristics obtained to provide a result, for example a value of measured physical quantity or several values of measured physical quantities.
  • Modules 6, 10, 12 are electronic modules.
  • module 12 is a calculation processor or a microcontroller.
  • the passive electronic component 2 is a wireless component comprising at least one antenna 14, to which are connected at least two microelectromechanical components, hereinafter called MEMS, which are resonant components with non-linear actuation each having a resonant frequency clean mechanics.
  • MEMS microelectromechanical components
  • the dimensions of the antenna 14 are millimetric, of the order of several millimeters in length and width or diameter depending on the antenna geometry.
  • MEMS components have micro-metric dimensions.
  • the mechanical resonance frequency of one of the MEMS components is strictly different from the mechanical resonance frequency of another MEMS component positioned on said antenna.
  • each MEMS component of the same antenna has a specific mechanical resonance frequency, called natural resonance frequency hereafter, belonging to a range of resonance frequencies, the ranges of resonance frequencies associated with two components Distinct MEMS being disjointed.
  • a resonant frequency range associated with a MEMS component a range of frequencies, [f_min, f_max], the natural resonance frequency f m belonging to the range [f_min, f_max].
  • Two respective resonance frequency ranges, [f1_min, f1_max] and [f2_min, f2_max], are said to be disjoint when the smallest upper frequency limit of one of the frequency ranges, for example f1_max, is strictly less than the limit lower frequency, for example f2_min, of the other frequency range.
  • the antenna 14 is adapted to operate in reception in a frequency band called antenna bandwidth, [ F a ⁇ ⁇ ], where F a is the electrical resonance frequency of the antenna, called antenna frequency by the following.
  • the antenna 14 is adapted to operate in a frequency band belonging to the frequency band between 300MHz and 3GHz, also called UHF band.
  • resonant component with non-linear actuation a component whose actuation force is proportional to an electrical parameter (for example, an actuation voltage), more particularly proportional to a squared electrical parameter.
  • the passive wireless electronic component 2 comprises an antenna 14, to which are connected a first resonant MEMS component with non-linear actuation 16 and a second resonant MEMS component with non-linear actuation 18.
  • MEMS components 16 and 18 are placed on antenna 14, each connected to antenna 14 at a contact point.
  • each of the resonant MEMS components 16, 18 is connected to the antenna 14 at the same contact point.
  • each of the resonant MEMS components 16, 18 is connected to the antenna 14 at a separate contact point.
  • the resonant MEMS components 16, 18 are connected in parallel or in series.
  • the antenna is made on a substrate in the form of a printed circuit, and each MEMS component is made on a silicon chip, the MEMS components being connected to the antenna by means of wire bridging connections or " wire bonding” in English.
  • the antenna 14 and the connected MEMS components are made on the same silicon substrate.
  • the passive wireless electronic component 2 includes an antenna 14.
  • the passive wireless electronic component 2 comprises a number N of antennas, N being greater than or equal to two, each comprising at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant with non-linear actuation, each antenna having an antenna frequency of its own and which is different from the antenna frequency of each of the N-1 other antennas.
  • each antenna comprises a number P of resonant MEMS components with non-linear actuation, P being greater than or equal to 2.
  • each of the MEMS components 16, 18 is a capacitive resonator.
  • At least one of the resonant MEMS components is a resonant MEMS sensor whose mechanical resonance frequency varies as a function of a predetermined physical quantity, for example a capacitive MEMS sensor.
  • the physical quantity is temperature, air or gas pressure, humidity.
  • the incident electromagnetic signal S i comprises at least two close frequencies, respectively a first frequency f e and a second frequency f e +f m , these two frequencies being within the passband of the antenna 14.
  • the second frequency By adjusting the second frequency relative to the first frequency, one or other of the resonant MEMS components 16, 18 of the antenna is placed in resonance, this resonance modulating in amplitude the electromagnetic signal S r backscattered by the antenna.
  • the device 4 By studying, by scanning a set of frequencies f m , the spectral characteristics of the backscattered electromagnetic signal, it is determined for which second frequency f e +f m of the incident electromagnetic signal S i the amplitude of the modulation of the backscattered electromagnetic signal S r varies the most. Thus, the device 4 detects the resonant frequency at which one of the resonant MEMS components of the antenna resonates.
  • the resonant MEMS component is a resonant MEMS sensor, for example capacitive, whose mechanical resonance frequency varies with a given physical quantity
  • a value of the physical quantity considered is deduced by the calculation module 12.
  • the passive wireless electronic component 2 comprises a plurality of distinct capacitive MEMS sensors, the different sensors each having a mechanical resonance frequency varying with a distinct physical quantity. This makes it possible to measure a plurality of values of distinct physical quantities, while limiting the bulk of component 2.
  • a first embodiment of an electronic component 20 is described with reference to the figures 2 And 3 .
  • FIG. 2 represents a view, called a bottom view, of the component 20, this component comprising a planar antenna 14 comprising two nested radiating loops 22, 24, and a set 30 of MEMS components.
  • the antenna 14 is for example produced in the form of a conductive track printed on a substrate 15, for example by PCB manufacturing technology.
  • the assembly 30 comprises, in this example, two MEMS components 26, 28, which are for example capacitive MEMS sensors of the circular membrane type, connected in parallel and represented schematically in the Figure 3 .
  • each MEMS sensor 26, 28 is placed on a silicon substrate 33, and is connected to the radiating loop 24 via conductive tracks 32, 34, and bridging wires 35 (wire bonding).
  • the assembly 30 is formed on a substrate 33, of parallelepiped shape, with a rectangular base of millimetric dimensions, for example 1.1 mm in width and 1.7 mm in length.
  • each of the two MEMS sensors 26, 28 is composed of a circular silicon membrane, separated from a fixed electrode by a vacuum cavity of given thickness g 0 , preferably between 1 and 7 micrometers ( ⁇ m), for example equal to 2.5 ⁇ m.
  • the electronic component performs a pressure sensor functionality, the first MEMS sensor 26 being a sensor configured to measure the pressure, the second MEMS sensor 28 being a reference sensor, making it possible to refine the pressure measurement depending on of the temperature.
  • the first sensor 26 is a capacitive pressure sensor, also sensitive to temperature.
  • the second sensor 28 of the embodiment of the figure 2 is a so-called reference sensor, of the same type as the first sensor 26, but whose mechanical resonance frequency does not vary as a function of the pressure.
  • the membrane of this second sensor 28 is perforated, which makes it insensitive to pressure.
  • the other characteristics of the second sensor for example the surface of the membrane and the material from which the membrane is made, are identical to the characteristics of the first sensor.
  • FIG. 4 An equivalent electrical circuit of the electronic component forming an antenna-sensor system of the figure 2 is illustrated in figure 4 .
  • the electrical operation of the antenna is considered equivalent to a series RCL circuit, the respective values of resistance R, capacitance C and inductance L being dependent on the electromagnetic characteristics of the antenna.
  • the first sensor 26 has a capacitance C 1 (P,T) which varies as a function of the pressure and the temperature
  • the second sensor 28 has a capacitance C 2 (T) which varies as a function of the temperature.
  • THE figures 5 And 6 illustrate the operation of a MEMS membrane pressure sensor, for example of the first sensor 26, for a given temperature T.
  • the membrane 23 is compared to a capacitive component of capacity C 0 formed between two electrodes 25 and 27 when the membrane 23 is at rest, the membrane 23 being placed on a cavity 38, empty or filled with air.
  • the external pressure pressure of the environment of the sensor
  • the resonance frequency of the first sensor 26 changes as a function of the pressure, between 0 bar and 1 bar.
  • the G2 graph of the Figure 6 illustrates the evolution of the capacitance C(P) as a function of time, the abscissa axis of the G2 graph representing the time between 0 and 2.5 ⁇ s, the ordinate axis the capacitance C(P) in picoFarads.
  • the evolution of the capacitance is sinusoidal in response to the incident electromagnetic signal S i .
  • the variation in capacitance results in a variation of the backscattered electromagnetic signal over time, making it possible to detect the resonance frequency of the sensor membrane.
  • the vibrations of the second sensor 28 are independent of pressure, but dependent on temperature.
  • T designates the temperature
  • f c is the resonance frequency of the first sensor 26, dependent on pressure and temperature.
  • the resonance frequency of the second sensor is equal to the resonance frequency of the first sensor at pressure equal to 0 bar and at the same temperature.
  • the first resonance frequency fc of the first sensor 26 varies in the resonance frequency range 1.81 to 1.82 MHz and the second resonance frequency of the second sensor 28 varies in the resonance frequency range 1.02 at 1.07 MHz.
  • the antenna-sensor system is designed so that at 868 MHz, and at a pressure equal to zero bar, the power of the backscattered electromagnetic signal sent by the antenna is maximum.
  • the device 4 for transmitting and analyzing electromagnetic signals sends an electromagnetic signal S i of frequency 868 MHz, modulated in amplitude with a modulation frequency f m varying in the frequency range [ f c ( 0 ,T ); f c (1 ,T )].
  • the frequency range [ F a + f c (0, T ); F a + f c (1, T )] is included in the bandwidth of the antenna.
  • the electrical force created in the capacitance is proportional to the voltage across the sensor squared.
  • C 0 is the capacity at zero bar
  • g 0 is the thickness of the cavity
  • w(r) is the deflection of a point r of the radius of the membrane due to the pressure
  • V 0 is the tension between the terminals of the electrical circuit equivalent to zero bar
  • M is the modulation index of the signal S i .
  • the variation of the power of the backscattered electromagnetic signal S r as a function of frequency is illustrated in graph G 3 of the Figure 7 , in which the y-axis represents the power of the backscattered electromagnetic signal and the x-axis the frequency.
  • the resonance frequency of the second sensor (reference resonance frequency) F 2 is lower than the first resonance frequency F 1 of the first pressure sensor.
  • the second resonance frequency (or reference resonance frequency) provides information on the temperature of the environment in which the electronic component is placed.
  • the reference sensor is characterized beforehand in temperature, and the evolution of its mechanical resonance frequency as a function of the temperature is stored.
  • FIG 8 illustrates a second embodiment of an electronic component 40, in which the electronic component comprises three resonant MEMS components with non-linear actuation, and more particularly three capacitive MEMS sensors of the circular membrane type.
  • FIG. 8 illustrates a schematic view of the bottom of the electronic component 40.
  • the electronic component 40 comprises a planar antenna 14 comprising three nested loops.
  • the component 40 comprises three antenna loops, 42, 44, 46, each comprising a MEMS component 48, 50, 52, the MEMS components being for example capacitive MEMS sensors.
  • component 40 comprises a first capacitive MEMS sensor 48 for measuring humidity, a second capacitive MEMS sensor 50 for measuring temperature, and a third capacitive MEMS sensor 52 for measuring pressure.
  • each capacitive MEMS sensor is connected at a separate contact point to the antenna 14, on a separate antenna loop.
  • Each of the capacitive MEMS sensors is connected, in one embodiment, analogously to the connection illustrated in Figure 3 .
  • FIG. 9 illustrates the connection of the MEMS sensor 48 to the antenna loop 42 in the embodiment of the figure 8 , the connection of the other MEMS sensors 50, 52 to the other antenna loops being similar.
  • a MEMS component 48 on a substrate 54, is connected to an antenna element 42 via conductive tracks 56, and wire bonding wires 58.
  • the first, second and third capacitive MEMS sensors 48, 50, 52 are for example connected in parallel or in series at the same contact point of the antenna 14.
  • each of these capacitive MEMS sensors has a specific resonant frequency, belonging to a specific resonant frequency range, the resonant frequency ranges of three sensors being disjoint.
  • three distinct physical quantities are measurable, by applying the measurement method described above with reference to the figure 2 , for example temperature, humidity and pressure.
  • the antenna 14 is produced by printing on a substrate via printed circuit manufacturing technology, and each MEMS component is produced on a silicon substrate.
  • the antenna 14 and the plurality of capacitive MEMS sensors are implanted on the same substrate, for example a silicon substrate, using microsystems manufacturing technologies.
  • the connection between each capacitive MEMS sensor and the antenna is then made with conductive tracks.
  • FIG. 10 illustrates an example of a third embodiment of a passive wireless electronic component 60, illustrated in a “top” view.
  • Each antenna 62 i comprising two nested loops 64 i , 66 i , and two distinct resonant MEMS components, respectively 68 i , 70 i , each respective MEMS component being connected to one of the antenna loops and having its own resonant frequency , belonging to a resonant frequency range, the resonant frequency ranges being disjoint for two distinct resonant MEMS components 68 i , 70 i .
  • each antenna 62 i has its own antenna frequency Fa_i, the resonance frequencies of two separate antennas being strictly different.
  • the reading for example the detection of the resonance of a given resonant MEMS component 64 i , 66 i, is done using the resonance frequency of the antenna Fa_i and its own resonance frequency F1_i, F2_i .
  • This third embodiment is particularly suitable, using resonant MEMS sensors, for the study of localized variations of the same physical quantities on a surface.
  • the resonant MEMS components of the third embodiment are capacitively actuated MEMS resonators, the resonance of one of these resonators making it possible to identify the associated antenna.
  • inventions of the invention comprise a planar antenna with nested loops.
  • planar antennas having a different geometry, for example patch or dipole, or a non-planar antenna, for example a horn antenna.
  • resonant MEMS components of the vibrating membrane type.
  • other types of resonant MEMS components can be used, for example a vibrating beam.
  • resonant MEMS components of various geometries for example with a vibrating membrane and a vibrating beam, are integrated on the same antenna.
  • the vibration nonlinearity of the MEMS component is obtained by an external component, for example a diode.
  • an electronic component according to the invention is remotely powered and has reduced bulk, while allowing the measurement of several physical quantities and/or an improvement in the precision of the measurement of one or more of the physical quantities measured.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un composant électronique sans-fil passif (2) comporte au moins une antenne (14), la ou chaque antenne ayant une fréquence d'antenne associée, et comprenant au moins un composant microélectromécanique résonant, ayant une fréquence de résonance et connecté à un point de contact de ladite antenne, formant un ensemble antenne-résonateur adapté à recevoir un signal électromagnétique incident (S<sub>i</sub>) comportant au moins deux fréquences et à émettre un signal électromagnétique rétrodiffusé (S<sub>r</sub>). Ce composant électronique sans-fil passif (2) est tel que la ou chaque antenne (14) comporte au moins deux composants microélectromécaniques (16, 18), MEMS, résonants à actionnement non-linéaire, chacun desdits composants MEMS ayant une fréquence de résonance mécanique propre appartenant à une plage de fréquences de résonance, les plages de fréquences de résonance associées à deux composants MEMS distincts étant disjointes.The invention relates to a passive wireless electronic component (2) comprising at least one antenna (14), the or each antenna having an associated antenna frequency, and comprising at least one resonant microelectromechanical component, having a resonant frequency and connected to a contact point of said antenna, forming an antenna-resonator assembly adapted to receive an incident electromagnetic signal (S<sub>i</sub>) comprising at least two frequencies and to emit a backscattered electromagnetic signal (S<sub >r</sub>). This passive wireless electronic component (2) is such that the or each antenna (14) comprises at least two microelectromechanical components (16, 18), MEMS, resonant with non-linear actuation, each of said MEMS components having a resonant frequency own mechanics belonging to a resonant frequency range, the resonant frequency ranges associated with two distinct MEMS components being disjoint.

Description

La présente invention concerne un composant électronique sans-fil passif et un système de lecture associé.The present invention relates to a passive wireless electronic component and an associated reading system.

L'invention se situe dans le domaine des composants électroniques passifs, et plus particulièrement des capteurs et des résonateurs électroniques passifs.The invention lies in the field of passive electronic components, and more particularly passive electronic sensors and resonators.

On entend par composant électronique sans-fil passif un composant qui ne comprend pas de source d'énergie, ni de redresseur de puissance. Un tel composant est également appelé composant télé-alimenté.By passive wireless electronic component we mean a component which does not include an energy source or a power rectifier. Such a component is also called a remotely powered component.

Les capteurs sont, de manière connue, des composants électroniques ou bien électromécaniques adaptés à mesurer une grandeur physique, par exemple la température, la pression, l'humidité etc.Sensors are, in a known manner, electronic or electromechanical components adapted to measure a physical quantity, for example temperature, pressure, humidity, etc.

Divers types de capteurs passifs télé-alimentés ont été mis au point, de tels capteurs présentant l'avantage de fonctionner sans source d'énergie intégrée, ce qui permet de les rendre utilisables en environnement difficile, par exemple dans des installations fonctionnant à températures élevées.Various types of remotely powered passive sensors have been developed, such sensors having the advantage of operating without an integrated energy source, which makes them usable in difficult environments, for example in installations operating at high temperatures. .

Dans l'état de la technique, on distingue plusieurs familles de capteurs passifs sans-fil, notamment les capteurs à circuit résonant LC, les capteurs à ondes acoustiques et les capteurs à transduction électromagnétique.In the state of the art, there are several families of passive wireless sensors, in particular LC resonant circuit sensors, acoustic wave sensors and electromagnetic transduction sensors.

Les capteurs à circuit résonant LC sont basés sur un capteur capacitif mis en série ou en parallèle avec une boucle inductive, formant un circuit résonant. La fréquence de résonance du circuit est modifiée par la variation de capacité du capteur en fonction de la grandeur physique à mesurer. De tels capteurs à circuit résonant présentent le désavantage d'une distance de lecture faible, inférieure à 10 cm.LC resonant circuit sensors are based on a capacitive sensor placed in series or parallel with an inductive loop, forming a resonant circuit. The resonant frequency of the circuit is modified by the variation in capacitance of the sensor as a function of the physical quantity to be measured. Such resonant circuit sensors have the disadvantage of a short reading distance, less than 10 cm.

Les capteurs à ondes acoustiques comportent un capteur à ondes acoustiques de surface ou SAW (de l'anglais « Surface Acoustic Wave ») ou à ondes acoustiques de volume ou BAW (de l'anglais « Bulk Acoustic Wave »), alimenté en énergie par une antenne, elle-même télé alimentée. Ce type de capteur présente des pertes dues à la double conversion entre onde acoustique et onde électromagnétique, mais aussi à la propagation de l'onde acoustique notamment.Acoustic wave sensors include a surface acoustic wave sensor or SAW (Surface Acoustic Wave) or bulk acoustic wave sensor or BAW sensor, supplied with energy by an antenna, itself a powered TV. This type of sensor presents losses due to the double conversion between acoustic wave and electromagnetic wave, but also to the propagation of the acoustic wave in particular.

Les capteurs à transduction électromagnétique associent un capteur à une antenne, qui réalise l'alimentation du capteur, le signal électromagnétique émis (ou rétrodiffusé) par l'antenne en réponse à un signal électromagnétique incident étant utilisé pour déterminer une valeur de grandeur physique mesurée, les propriétés du signal électromagnétique rétrodiffusé étant modifiées en fonction du capteur. De tels capteurs à transduction électromagnétique présentent l'inconvénient de la sensibilité de l'antenne à l'environnement extérieur. Par exemple, la température peut faire varier la permittivité du substrat sur lequel l'antenne est imprimée, et modifier la fréquence de résonance de l'antenne, et par conséquent induire une imprécision dans la valeur mesurée de la grandeur physique considérée.Electromagnetic transduction sensors associate a sensor with an antenna, which powers the sensor, the electromagnetic signal emitted (or backscattered) by the antenna in response to an incident electromagnetic signal being used to determine a value of measured physical quantity, the properties of the backscattered electromagnetic signal being modified depending on the sensor. Such transduction sensors electromagnetic have the disadvantage of the sensitivity of the antenna to the external environment. For example, the temperature can vary the permittivity of the substrate on which the antenna is printed, and modify the resonance frequency of the antenna, and consequently induce an inaccuracy in the measured value of the physical quantity considered.

Le brevet EP 2 478 636 B1 , intitulé « Capteur MEMS sans-fil et son procédé de lecture » décrit un composant électronique, typiquement un capteur, comportant un ensemble formé d'une antenne et d'un résonateur de type microsystème électromécanique (MEMS) connecté à l'antenne, qui permet de réaliser une lecture d'une grandeur physique mesurée en fonction de la fréquence de résonance du résonateur MEMS, par une technique d'intermodulation. Le résonateur MEMS est caractérisé par deux paramètres, respectivement le facteur de qualité mécanique, la fréquence de résonance mécanique, l'antenne ayant une fréquence de résonance électrique, et au moins un de ces trois paramètres est sensible à la grandeur physique mesurée. La tension d'intermodulation permet de générer une oscillation du résonateur MEMS en réponse à une énergie électromagnétique incidente à deux fréquences différentes. Bien que plus robuste aux conditions d'environnement qu'une antenne, un tel résonateur MEMS peut néanmoins être également impacté par des conditions d'environnement, et fournir par conséquent une mesure de grandeur physique imprécise. De plus, dans cette technologie, l'antenne radiofréquence est une antenne unique adaptée au résonateur MEMS, en d'autres termes la limitation d'un seul résonateur MEMS par antenne est imposée, ce qui induit un encombrement important lorsque plusieurs capteurs sont requis.The patent EP 2 478 636 B1 , entitled “Wireless MEMS sensor and its reading method” describes an electronic component, typically a sensor, comprising an assembly formed of an antenna and a microelectromechanical system (MEMS) type resonator connected to the antenna, which makes it possible to carry out a reading of a physical quantity measured as a function of the resonance frequency of the MEMS resonator, by an intermodulation technique. The MEMS resonator is characterized by two parameters, respectively the mechanical quality factor, the mechanical resonance frequency, the antenna having an electrical resonance frequency, and at least one of these three parameters is sensitive to the measured physical quantity. The intermodulation voltage makes it possible to generate an oscillation of the MEMS resonator in response to incident electromagnetic energy at two different frequencies. Although more robust to environmental conditions than an antenna, such a MEMS resonator can nevertheless also be impacted by environmental conditions, and therefore provide an imprecise physical quantity measurement. Furthermore, in this technology, the radio frequency antenna is a single antenna adapted to the MEMS resonator, in other words the limitation of a single MEMS resonator per antenna is imposed, which induces significant bulk when several sensors are required.

L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la technique en fournissant un composant électronique passif d'encombrement limité et/ou de meilleure précision pour une mesure de grandeur physique.The invention aims to remedy the drawbacks of the state of the art by providing a passive electronic component of limited size and/or better precision for measuring physical quantities.

A cet effet, l'invention propose, selon un aspect, un composant électronique sans-fil passif comportant au moins une antenne, la ou chaque antenne ayant une fréquence d'antenne associée, et comprenant au moins un composant microélectromécanique résonant, ayant une fréquence de résonance et connecté à un point de contact de ladite antenne, formant un ensemble antenne-résonateur adapté à recevoir un signal électromagnétique incident comportant au moins deux fréquences et à émettre un signal électromagnétique rétrodiffusé. Ce composant électronique est tel que la ou chaque antenne comporte au moins deux composants microélectromécaniques, MEMS, résonants à actionnement non-linéaire, chacun desdits composants MEMS ayant une fréquence de résonance mécanique propre appartenant à une plage de fréquences de résonance, les plages de fréquences de résonance associées à deux composants MEMS distincts étant disjointes.To this end, the invention proposes, according to one aspect, a passive wireless electronic component comprising at least one antenna, the or each antenna having an associated antenna frequency, and comprising at least one resonant microelectromechanical component, having a frequency resonance and connected to a contact point of said antenna, forming an antenna-resonator assembly adapted to receive an incident electromagnetic signal comprising at least two frequencies and to emit a backscattered electromagnetic signal. This electronic component is such that the or each antenna comprises at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant with non-linear actuation, each of said MEMS components having a specific mechanical resonance frequency belonging to a range of resonance frequencies, the resonant frequency ranges associated with two distinct MEMS components being disjoint.

Avantageusement, le composant électronique sans-fil passif proposé comporte au moins deux composants microélectromécaniques, MEMS, résonants sur une même antenne, les fréquences de résonance des deux composants MEMS résonants appartenant à des plages disjointes, ce qui permet de différencier les réponses des composants MEMS résonants à un signal électromagnétique incident comportant des fréquences choisies.Advantageously, the proposed passive wireless electronic component comprises at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant on the same antenna, the resonance frequencies of the two resonant MEMS components belonging to disjoint ranges, which makes it possible to differentiate the responses of the MEMS components resonant to an incident electromagnetic signal comprising selected frequencies.

Le composant électronique sans-fil passif selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables.The passive wireless electronic component according to the invention may also have one or more of the characteristics below, taken independently or in all technically conceivable combinations.

Il comporte un nombre N d'antennes, N étant supérieur ou égal à deux, chaque antenne comportant au moins deux composants microélectromécaniques, MEMS, résonants à actionnement non-linéaire, chaque antenne ayant une fréquence d'antenne propre, les fréquences d'antenne de deux antennes distinctes étant différentes.It comprises a number N of antennas, N being greater than or equal to two, each antenna comprising at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant with non-linear actuation, each antenna having a specific antenna frequency, the antenna frequencies of two distinct antennas being different.

Au moins un desdits au moins deux composants MEMS résonants est un résonateur capacitif.At least one of said at least two resonant MEMS components is a capacitive resonator.

Au moins un desdits au moins deux composants MEMS résonants est un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance varie en fonction d'une grandeur physique prédéterminée.At least one of said at least two resonant MEMS components is a resonant MEMS sensor whose resonant frequency varies as a function of a predetermined physical quantity.

La grandeur physique prédéterminée est une grandeur physique caractéristique d'un environnement du capteur MEMS résonant parmi la température, la pression d'air ou de gaz, l'humidité.The predetermined physical quantity is a physical quantity characteristic of an environment of the MEMS sensor resonant among temperature, air or gas pressure, humidity.

Le composant électronique sans-fil passif comporte une pluralité de capteurs MEMS résonants, chacun desdits capteurs MEMS résonants ayant une fréquence de résonance variant en fonction d'une grandeur physique distincte, ledit composant électronique passif étant adapté à fournir des mesures d'une pluralité de grandeurs physiques distinctes.The passive wireless electronic component comprises a plurality of resonant MEMS sensors, each of said resonant MEMS sensors having a resonant frequency varying as a function of a distinct physical quantity, said passive electronic component being adapted to provide measurements of a plurality of distinct physical quantities.

Le composant électronique sans-fil passif comporte au moins une paire d'un premier et d'un deuxième composants MEMS résonants, le premier composant MEMS étant un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance varie en fonction d'une première grandeur physique à mesurer et en fonction d'au moins une deuxième grandeur physique, le deuxième composant MEMS de ladite paire étant un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance ne varie pas en fonction de ladite première grandeur physique, la fréquence de résonance du deuxième capteur variant en fonction de ladite au moins une deuxième grandeur physique.The passive wireless electronic component comprises at least a pair of first and second resonant MEMS components, the first MEMS component being a resonant MEMS sensor whose resonant frequency varies as a function of a first physical quantity to be measured and as a function of at least one second physical quantity, the second MEMS component of said pair being a resonant MEMS sensor whose resonance frequency does not vary as a function of said first physical quantity, the resonance frequency of the second sensor varying as a function of said at least one second physical quantity.

Lesdits au moins deux composants MEMS résonants sont connectés en série ou en parallèle.Said at least two resonant MEMS components are connected in series or in parallel.

Ladite au moins une antenne est réalisée sous forme de circuit imprimé sur un substrat, et lesdits composant MEMS sont réalisées sur une ou plusieurs puces en silicium, chaque composant MEMS étant relié à un élément d'antenne par pontage filaire.Said at least one antenna is produced in the form of a printed circuit on a substrate, and said MEMS components are produced on one or more silicon chips, each MEMS component being connected to an antenna element by wire bridging.

Ladite antenne et lesdits au moins deux composants MEMS résonants sont implantés sur un même substrat en silicium.Said antenna and said at least two resonant MEMS components are implanted on the same silicon substrate.

Chaque composant MEMS résonant est formé par une membrane positionnée entre deux électrodes, de forme circulaire et ayant un rayon associé.Each resonant MEMS component is formed by a membrane positioned between two electrodes, of circular shape and having an associated radius.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un système de lecture d'un composant électronique sans-fil passif du type brièvement décrit ci-dessus, le système comportant un dit composant électronique sans-fil passif et un dispositif d'émission et d'analyse de signaux électromagnétiques, configuré pour transmettre ledit signal électromagnétique incident au composant électronique passif et pour recevoir et analyser le signal électromagnétique rétrodiffusé.According to another aspect, the subject of the invention is a system for reading a passive wireless electronic component of the type briefly described above, the system comprising a said passive wireless electronic component and a transmitting device and for analyzing electromagnetic signals, configured to transmit said incident electromagnetic signal to the passive electronic component and to receive and analyze the backscattered electromagnetic signal.

Ce système de lecture a des avantages analogues à ceux du composant électronique sans-fil passif.This reading system has advantages similar to those of the passive wireless electronic component.

Selon un mode de réalisation, le dispositif d'émission et d'analyse comporte un module générateur d'un signal électrique et une antenne d'émission et de lecture d'un signal électromagnétique incident, l'antenne d'émission et de lecture étant également adaptée pour recevoir le signal électromagnétique rétrodiffusé par l'antenne du composant électronique passif, le dispositif d'émission et d'analyse comportant en outre un module de traitement de signal, configuré pour analyser les caractéristiques fréquentielles du signal électromagnétique rétrodiffusé.According to one embodiment, the transmission and analysis device comprises a module generating an electrical signal and an antenna for transmitting and reading an incident electromagnetic signal, the transmission and reading antenna being also adapted to receive the electromagnetic signal backscattered by the antenna of the passive electronic component, the transmission and analysis device further comprising a signal processing module, configured to analyze the frequency characteristics of the backscattered electromagnetic signal.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :

  • [Fig 1] la figure 1 est une illustration schématique fonctionnelle d'un système comprenant un composant électronique selon un mode de réalisation ;
  • [Fig 2] la figure 2 illustre un premier mode de réalisation d'un composant électronique en vue de dessous ;
  • [Fig 3] la figure 3 représente schématiquement en coupe les composants MEMS dans le premier mode de réalisation ;
  • [Fig 4] la figure 4 représente un circuit électrique équivalent au composant électronique dans le premier mode de réalisation;
  • [Fig 5] la figure 5 illustre schématiquement la variation de la capacité en fonction de la pression d'un capteur MEMS résonant à membrane ;
  • [Fig 6] la figure 6 illustre des graphes de fonctionnement associés au capteur MEMS résonant à membrane ;
  • [Fig 7] la figure 7 représente un graphe de variation de la puissance de la modulation du signal rétrodiffusé reçu en fonction des fréquences de résonance propres aux composants MEMS résonants dans le premier mode de réalisation du composant électronique ;
  • [Fig 8] la figure 8 illustre un deuxième mode de réalisation d'un composant électronique ;
  • [Fig 9] la figure 9 représente schématiquement en coupe une partie de la figure 8 illustrant un composant MEMS et sa connexion à un élément d'antenne ;
  • [Fig 10] la figure 10 illustre un troisième mode de réalisation d'un composant électronique.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description given below, for information only and in no way limiting, with reference to the appended figures, among which:
  • [ Figure 1 ] there figure 1 is a functional schematic illustration of a system comprising an electronic component according to one embodiment;
  • [ Figure 2 ] there figure 2 illustrates a first embodiment of an electronic component in bottom view;
  • [ Figure 3 ] there Figure 3 schematically represents in section the MEMS components in the first embodiment;
  • [ Figure 4 ] there Figure 4 represents an electrical circuit equivalent to the electronic component in the first embodiment;
  • [ Figure 5 ] there Figure 5 schematically illustrates the variation of capacitance as a function of pressure of a resonant membrane MEMS sensor;
  • [ Figure 6 ] there Figure 6 illustrates operating graphs associated with the resonant membrane MEMS sensor;
  • [ Figure 7 ] there Figure 7 represents a graph of variation of the modulation power of the received backscattered signal as a function of the resonance frequencies specific to the resonant MEMS components in the first embodiment of the electronic component;
  • [ Figure 8 ] there figure 8 illustrates a second embodiment of an electronic component;
  • [ Figure 9 ] there Figure 9 schematically represents in section part of the figure 8 illustrating a MEMS component and its connection to an antenna element;
  • [ Figure 10 ] there Figure 10 illustrates a third embodiment of an electronic component.

La figure 1 illustre schématiquement, par des modules fonctionnels, un système 1 de lecture d'un composant électronique sans-fil passif selon un mode de réalisation.There figure 1 schematically illustrates, by functional modules, a system 1 for reading a passive wireless electronic component according to one embodiment.

Le système 1 comporte un composant électronique sans-fil passif 2, dont plusieurs modes de réalisation détaillés seront décrits ci-après, et un dispositif 4 d'émission et d'analyse de signaux électromagnétiques associé au composant électronique sans-fil passif.The system 1 comprises a passive wireless electronic component 2, several detailed embodiments of which will be described below, and a device 4 for transmitting and analyzing electromagnetic signals associated with the passive wireless electronic component.

Le dispositif 4 comporte un module 6 générateur d'un signal électrique et une antenne 8 d'émission et de lecture.The device 4 comprises a module 6 generating an electrical signal and a transmitting and reading antenna 8.

Selon une variante non représentée, le dispositif 4 comporte deux antennes distinctes, une antenne d'émission et une antenne de lecture.According to a variant not shown, the device 4 comprises two separate antennas, a transmitting antenna and a reading antenna.

Le signal électrique est transformé en signal électromagnétique incident Si, également appelé onde électromagnétique incidente, émis par l'antenne 8 d'émission et de lecture. Le signal électromagnétique incident Si comprend au moins deux fréquences, comme décrit plus en détail ci-après.The electrical signal is transformed into an incident electromagnetic signal S i , also called an incident electromagnetic wave, emitted by the transmitting and reading antenna 8. The incident electromagnetic signal S i comprises at least two frequencies, as described in more detail below.

L'antenne 8 d'émission et de lecture est également adaptée pour recevoir un signal électromagnétique Sr rétrodiffusé par l'antenne 14 du composant électronique sans-fil passif 2.The transmission and reading antenna 8 is also adapted to receive an electromagnetic signal S r backscattered by the antenna 14 of the passive wireless electronic component 2.

L'antenne 8 d'émission et de lecture est connectée à un module 10 de traitement de signal, mettant en oeuvre plusieurs fonctionnalités de traitement du signal dont une analyse des caractéristiques fréquentielles du signal électromagnétique rétrodiffusé Sr.The transmission and reading antenna 8 is connected to a signal processing module 10, implementing several signal processing functionalities including an analysis of the frequency characteristics of the backscattered electromagnetic signal S r .

Le dispositif 4 comporte en outre un module 12 de calcul, qui utilise les caractéristiques fréquentielles obtenues pour fournir un résultat, par exemple une valeur de grandeur physique mesurée ou plusieurs valeurs de grandeurs physiques mesurées.The device 4 further comprises a calculation module 12, which uses the frequency characteristics obtained to provide a result, for example a value of measured physical quantity or several values of measured physical quantities.

Les modules 6, 10, 12 sont des modules électroniques.Modules 6, 10, 12 are electronic modules.

Par exemple le module 12 est un processeur de calcul ou un microcontrôleur.For example, module 12 is a calculation processor or a microcontroller.

Le composant électronique passif 2 est un composant sans-fil comportant au moins une antenne 14, à laquelle sont connectés au moins deux composants microélectromécaniques, appelés ci-après MEMS, qui sont des composants résonants à actionnement non-linéaire ayant chacun une fréquence de résonance mécanique propre.The passive electronic component 2 is a wireless component comprising at least one antenna 14, to which are connected at least two microelectromechanical components, hereinafter called MEMS, which are resonant components with non-linear actuation each having a resonant frequency clean mechanics.

Par exemple, les dimensions de l'antenne 14 sont millimétriques, de l'ordre de plusieurs millimètres de longueur et largeur ou diamètre selon la géométrie d'antenne. Les composants MEMS ont des dimensions micro-métriques.For example, the dimensions of the antenna 14 are millimetric, of the order of several millimeters in length and width or diameter depending on the antenna geometry. MEMS components have micro-metric dimensions.

Pour une même antenne, la fréquence de résonance mécanique d'un des composants MEMS est strictement différente de la fréquence de résonance mécanique d'un autre composant MEMS positionnés sur ladite antenne.For the same antenna, the mechanical resonance frequency of one of the MEMS components is strictly different from the mechanical resonance frequency of another MEMS component positioned on said antenna.

En d'autres termes, chaque composant MEMS d'une même antenne a une fréquence de résonance mécanique propre, appelée fréquence de résonance propre par la suite, appartenant à une plage de fréquences de résonance, les plages de fréquences de résonance associées à deux composants MEMS distincts étant disjointes.In other words, each MEMS component of the same antenna has a specific mechanical resonance frequency, called natural resonance frequency hereafter, belonging to a range of resonance frequencies, the ranges of resonance frequencies associated with two components Distinct MEMS being disjointed.

On appelle plage de fréquences de résonance associée à un composant MEMS une plage de fréquences, [f_min, f_max], la fréquence de résonance propre fm appartenant à la plage [f_min, f_max].We call a resonant frequency range associated with a MEMS component a range of frequencies, [f_min, f_max], the natural resonance frequency f m belonging to the range [f_min, f_max].

Deux plages de fréquences de résonance respectives, [f1_min, f1_max] et [f2_min, f2_max], sont dites disjointes lorsque la borne de fréquence supérieure la plus petite d'une des plages de fréquences, par exemple f1_max, est strictement inférieure à la borne de fréquence inférieure, par exemple f2_min, de l'autre plage de fréquences.Two respective resonance frequency ranges, [f1_min, f1_max] and [f2_min, f2_max], are said to be disjoint when the smallest upper frequency limit of one of the frequency ranges, for example f1_max, is strictly less than the limit lower frequency, for example f2_min, of the other frequency range.

L'antenne 14 est adaptée à fonctionner en réception dans une bande de fréquences dite bande passante d'antenne, [Fa ± Δ], où Fa est la fréquence de résonance électrique de l'antenne, dite fréquence d'antenne par la suite.The antenna 14 is adapted to operate in reception in a frequency band called antenna bandwidth, [ F a ± Δ], where F a is the electrical resonance frequency of the antenna, called antenna frequency by the following.

Par exemple, l'antenne 14 est adaptée à fonctionner dans une bande de fréquences appartenant à la bande de fréquences comprise entre 300MHz et 3GHz, également appelée bande UHF.For example, the antenna 14 is adapted to operate in a frequency band belonging to the frequency band between 300MHz and 3GHz, also called UHF band.

On entend par composant résonant à actionnement non-linéaire un composant dont la force d'actionnement est proportionnelle à un paramètre électrique (par exemple, un voltage d'actionnement), plus particulièrement proportionnelle à un paramètre électrique au carré. Le composant sera alors actionné aux fréquences intermodulées du signal électrique d'actionnement. Par exemple, si le signal électrique Se = A 1 cos 2πf 1 + A 2 cos 2πf 2, la force d'actionnement sera proportionnelle à S e 2

Figure imgb0001
et donc F 3 A 1 A 2 2 cos 2 π f 1 + f 2 + A 1 A 2 2 cos 2 π ( f 1
Figure imgb0002
f 2 )
Figure imgb0003
.By resonant component with non-linear actuation is meant a component whose actuation force is proportional to an electrical parameter (for example, an actuation voltage), more particularly proportional to a squared electrical parameter. The component will then be actuated at the intermodulated frequencies of the electrical actuation signal. For example, if the electrical signal S e = A 1 cos 2πf 1 + A 2 cos 2π f 2 , the actuation force will be proportional to S e 2
Figure imgb0001
and so F 3 HAS 1 HAS 2 2 cos 2 π f 1 + f 2 + HAS 1 HAS 2 2 cos 2 π ( f 1
Figure imgb0002
f 2 )
Figure imgb0003
.

Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le composant électronique sans-fil passif 2 comporte une antenne 14, à laquelle sont connectés un premier composant MEMS résonant à actionnement non-linéaire 16 et un deuxième composant MEMS résonant à actionnement non-linéaire 18.In the embodiment illustrated in figure 1 , the passive wireless electronic component 2 comprises an antenna 14, to which are connected a first resonant MEMS component with non-linear actuation 16 and a second resonant MEMS component with non-linear actuation 18.

Dans un mode de réalisation, les composants MEMS 16 et 18 sont placés sur l'antenne 14, chacun étant connecté à l'antenne 14 en un point de contact.In one embodiment, MEMS components 16 and 18 are placed on antenna 14, each connected to antenna 14 at a contact point.

Selon un mode de réalisation, chacun des composants MEMS résonants 16, 18 est connecté à l'antenne 14 en un même point de contact.According to one embodiment, each of the resonant MEMS components 16, 18 is connected to the antenna 14 at the same contact point.

Selon un autre mode de réalisation, chacun des composants MEMS résonants 16, 18 est connecté à l'antenne 14 en un point de contact distinct.According to another embodiment, each of the resonant MEMS components 16, 18 is connected to the antenna 14 at a separate contact point.

Les composants MEMS résonants 16, 18 sont connectés en parallèle ou en série.The resonant MEMS components 16, 18 are connected in parallel or in series.

Dans un mode de réalisation, l'antenne est réalisée sur un substrat sous forme de circuit imprimé, et chaque composant MEMS est réalisé sur une puce en silicium, les composants MEMS étant connectés à l'antenne au moyen de connexions de pontage filaire ou « wire bonding » en anglais.In one embodiment, the antenna is made on a substrate in the form of a printed circuit, and each MEMS component is made on a silicon chip, the MEMS components being connected to the antenna by means of wire bridging connections or " wire bonding” in English.

Dans un mode de réalisation alternatif, l'antenne 14 et les composants MEMS connectés sont réalisés sur un même substrat en silicium.In an alternative embodiment, the antenna 14 and the connected MEMS components are made on the same silicon substrate.

Dans l'exemple de la figure 2, le composant électronique sans-fil passif 2 comporte une antenne 14.In the example of the figure 2 , the passive wireless electronic component 2 includes an antenna 14.

Dans un mode de réalisation alternatif, le composant électronique sans-fil passif 2 comporte un nombre N d'antennes, N étant supérieur ou égal à deux, comportant chacune au moins deux composants microélectromécaniques, MEMS, résonants à actionnement non-linéaire, chaque antenne ayant une fréquence d'antenne qui lui est propre et qui est différente de la fréquence d'antenne de chacune des N-1 autres antennes.In an alternative embodiment, the passive wireless electronic component 2 comprises a number N of antennas, N being greater than or equal to two, each comprising at least two microelectromechanical components, MEMS, resonant with non-linear actuation, each antenna having an antenna frequency of its own and which is different from the antenna frequency of each of the N-1 other antennas.

Plus généralement, chaque antenne comporte un nombre P de composants MEMS résonants à actionnement non-linéaire, P étant supérieur ou égal à 2.More generally, each antenna comprises a number P of resonant MEMS components with non-linear actuation, P being greater than or equal to 2.

Dans un mode de réalisation, chacun des composants MEMS 16, 18 est un résonateur capacitif.In one embodiment, each of the MEMS components 16, 18 is a capacitive resonator.

Dans un mode de réalisation, au moins un des composants MEMS résonants est un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance mécanique varie en fonction d'une grandeur physique prédéterminée, par exemple un capteur MEMS capacitif.In one embodiment, at least one of the resonant MEMS components is a resonant MEMS sensor whose mechanical resonance frequency varies as a function of a predetermined physical quantity, for example a capacitive MEMS sensor.

Par exemple, la grandeur physique est la température, la pression d'air ou de gaz, l'humidité.For example, the physical quantity is temperature, air or gas pressure, humidity.

Dans le système de lecture d'un composant électronique sans-fil passif 2, le signal électromagnétique incident Si comporte au moins deux fréquences proches, respectivement une première fréquence fe et une deuxième fréquence fe+fm, ces deux fréquences étant dans la bande passante de l'antenne 14. En ajustant la deuxième fréquence par rapport à la première fréquence, l'un ou l'autre des composants MEMS résonants 16, 18 de l'antenne est mis en résonance, cette résonance modulant en amplitude le signal électromagnétique Sr rétrodiffusé par l'antenne.In the reading system of a passive wireless electronic component 2, the incident electromagnetic signal S i comprises at least two close frequencies, respectively a first frequency f e and a second frequency f e +f m , these two frequencies being within the passband of the antenna 14. By adjusting the second frequency relative to the first frequency, one or other of the resonant MEMS components 16, 18 of the antenna is placed in resonance, this resonance modulating in amplitude the electromagnetic signal S r backscattered by the antenna.

En étudiant, par balayage d'un ensemble de fréquences fm, les caractéristiques spectrales du signal électromagnétique rétrodiffusé, il est déterminé pour quelle deuxième fréquence fe+fm du signal électromagnétique incident Si l'amplitude de la modulation du signal électromagnétique rétrodiffusé Sr varie le plus. Ainsi, le dispositif 4 détecte la fréquence de résonance à laquelle un des composants MEMS résonants de l'antenne mis en résonance.By studying, by scanning a set of frequencies f m , the spectral characteristics of the backscattered electromagnetic signal, it is determined for which second frequency f e +f m of the incident electromagnetic signal S i the amplitude of the modulation of the backscattered electromagnetic signal S r varies the most. Thus, the device 4 detects the resonant frequency at which one of the resonant MEMS components of the antenna resonates.

Les plages des fréquences de résonance des composants MEMS du composant électronique étant disjointes, la lecture permet à la fois de distinguer quel composant MEMS résonant de l'antenne 14 est en résonance et de détecter sa fréquence de résonance.The resonant frequency ranges of the MEMS components of the electronic component being disjoint, the reading makes it possible both to distinguish which resonant MEMS component of the antenna 14 is in resonance and to detect its resonance frequency.

Lorsque le composant MEMS résonant est un capteur MEMS résonant, par exemple capacitif, dont la fréquence de résonance mécanique varie avec une grandeur physique donnée, une valeur de la grandeur physique considérée en est déduite par le module 12 de calcul.When the resonant MEMS component is a resonant MEMS sensor, for example capacitive, whose mechanical resonance frequency varies with a given physical quantity, a value of the physical quantity considered is deduced by the calculation module 12.

Ainsi, avantageusement, dans un mode de réalisation, le composant électronique sans-fil passif 2 comprend une pluralité de capteurs MEMS capacitifs distincts, les différents capteurs ayant chacun une fréquence de résonance mécanique variant avec une grandeur physique distincte. Cela permet de réaliser la mesure d'une pluralité de valeurs de grandeurs physiques distinctes, tout en limitant l'encombrement du composant 2.Thus, advantageously, in one embodiment, the passive wireless electronic component 2 comprises a plurality of distinct capacitive MEMS sensors, the different sensors each having a mechanical resonance frequency varying with a distinct physical quantity. This makes it possible to measure a plurality of values of distinct physical quantities, while limiting the bulk of component 2.

Un premier mode de réalisation d'un composant électronique 20 est décrit en référence aux figures 2 et 3.A first embodiment of an electronic component 20 is described with reference to the figures 2 And 3 .

La figure 2 représente une vue, dite vue du dessous, du composant 20, ce composant comportant une antenne planaire 14 comportant deux boucles rayonnantes imbriquées 22, 24, et un ensemble 30 de composants MEMS.There figure 2 represents a view, called a bottom view, of the component 20, this component comprising a planar antenna 14 comprising two nested radiating loops 22, 24, and a set 30 of MEMS components.

L'antenne 14 est par exemple réalisée sous forme de piste conductrice imprimée sur un substrat 15, par exemple par une technologie de fabrication PCB.The antenna 14 is for example produced in the form of a conductive track printed on a substrate 15, for example by PCB manufacturing technology.

L'ensemble 30 comporte, dans cet exemple, deux composants MEMS 26, 28, qui sont par exemple des capteurs MEMS capacitifs du type à membrane circulaire, connectés en parallèle et représentés schématiquement dans la figure 3.The assembly 30 comprises, in this example, two MEMS components 26, 28, which are for example capacitive MEMS sensors of the circular membrane type, connected in parallel and represented schematically in the Figure 3 .

Comme illustré à la figure 3, chaque capteur MEMS 26, 28 est placé sur un substrat 33 en silicium, et est connecté à la boucle rayonnante 24 via des pistes conductrices 32, 34, et des fils de pontage 35 (wire bonding).As illustrated in Figure 3 , each MEMS sensor 26, 28 is placed on a silicon substrate 33, and is connected to the radiating loop 24 via conductive tracks 32, 34, and bridging wires 35 (wire bonding).

A titre d'exemple non limitatif, l'ensemble 30 est formé sur un substrat 33, de forme parallélépipédique, de base rectangulaire de dimensions millimétriques, par exemple 1,1mm de largeur et 1,7 mm de longueur.By way of non-limiting example, the assembly 30 is formed on a substrate 33, of parallelepiped shape, with a rectangular base of millimetric dimensions, for example 1.1 mm in width and 1.7 mm in length.

Dans ce mode de réalisation, chacun des deux capteurs MEMS 26, 28 est composé d'une membrane circulaire en silicium, séparée d'une électrode fixe par une cavité sous vide d'épaisseur g0 donnée, de préférence comprise entre 1 et 7 micromètres (µm), par exemple égale à 2,5µm.In this embodiment, each of the two MEMS sensors 26, 28 is composed of a circular silicon membrane, separated from a fixed electrode by a vacuum cavity of given thickness g 0 , preferably between 1 and 7 micrometers (µm), for example equal to 2.5µm.

Dans cet exemple, le composant électronique réalise une fonctionnalité de capteur de pression, le premier capteur MEMS 26 étant un capteur configuré pour mesurer la pression, le deuxième capteur MEMS 28 étant un capteur de référence, permettant d'affiner la mesure de pression en fonction de la température. Les deux capteurs MEMS 26, 28, appelés simplement capteurs 26, 28 ci-après, forment une paire composée d'un capteur de mesure et d'un capteur de référence.In this example, the electronic component performs a pressure sensor functionality, the first MEMS sensor 26 being a sensor configured to measure the pressure, the second MEMS sensor 28 being a reference sensor, making it possible to refine the pressure measurement depending on of the temperature. The two MEMS sensors 26, 28, simply called sensors 26, 28 below, form a pair composed of a measurement sensor and a reference sensor.

Le premier capteur 26 est un capteur de pression capacitif, sensible en outre à la température.The first sensor 26 is a capacitive pressure sensor, also sensitive to temperature.

Le deuxième capteur 28 du mode de réalisation de la figure 2 est un capteur dit de référence, du même type que le premier capteur 26, mais dont la fréquence de résonance mécanique ne varie pas en fonction de la pression.The second sensor 28 of the embodiment of the figure 2 is a so-called reference sensor, of the same type as the first sensor 26, but whose mechanical resonance frequency does not vary as a function of the pressure.

Par exemple dans un mode de réalisation, la membrane de ce deuxième capteur 28 est trouée, ce qui la rend insensible à la pression. Les autres caractéristiques du deuxième capteur, par exemple la surface de la membrane et le matériau dans lequel la membrane est réalisée, sont identiques aux caractéristiques du premier capteur.For example in one embodiment, the membrane of this second sensor 28 is perforated, which makes it insensitive to pressure. The other characteristics of the second sensor, for example the surface of the membrane and the material from which the membrane is made, are identical to the characteristics of the first sensor.

Un circuit électrique équivalent du composant électronique formant un système antenne-capteurs de la figure 2 est illustré à la figure 4.An equivalent electrical circuit of the electronic component forming an antenna-sensor system of the figure 2 is illustrated in figure 4 .

Le fonctionnement électrique de l'antenne est considéré équivalent à un circuit RCL série, les valeurs respectives de résistance R, de capacité C et d'inductance L étant dépendantes des caractéristiques électromagnétiques de l'antenne.The electrical operation of the antenna is considered equivalent to a series RCL circuit, the respective values of resistance R, capacitance C and inductance L being dependent on the electromagnetic characteristics of the antenna.

Le premier capteur 26 a une capacité C1(P,T) qui varie en fonction de la pression et de la température, et le deuxième capteur 28 a une capacité C2(T) qui varie en fonction de la température.The first sensor 26 has a capacitance C 1 (P,T) which varies as a function of the pressure and the temperature, and the second sensor 28 has a capacitance C 2 (T) which varies as a function of the temperature.

Les figures 5 et 6 illustrent le fonctionnement d'un capteur MEMS de pression à membrane, par exemple du premier capteur 26, pour une température T donnée.THE figures 5 And 6 illustrate the operation of a MEMS membrane pressure sensor, for example of the first sensor 26, for a given temperature T.

Le fonctionnement d'un capteur de pression à membrane est illustré schématiquement à la figure 5, pour une température donnée.The operation of a membrane pressure sensor is illustrated schematically in Figure 5 , for a given temperature.

La membrane 23 est assimilée à un composant capacitif de capacité C0 formée entre deux électrodes 25 et 27 lorsque la membrane 23 est au repos, la membrane 23 étant placée sur une cavité 38, vide ou remplie d'air.The membrane 23 is compared to a capacitive component of capacity C 0 formed between two electrodes 25 and 27 when the membrane 23 is at rest, the membrane 23 being placed on a cavity 38, empty or filled with air.

La pression extérieure (pression de l'environnement du capteur), schématisée par des flèches 29 à la figure 4, fait défléchir la membrane et modifie la capacité C(P), où C(0)=C0, entre les deux électrodes 25 et 27.The external pressure (pressure of the environment of the sensor), schematized by arrows 29 on the Figure 4 , causes the membrane to deflect and modifies the capacitance C(P), where C(0)=C 0 , between the two electrodes 25 and 27.

Des graphes de fonctionnement associés, dans un exemple de fonctionnement, sont illustrés à la figure 6.Associated operating graphs, in an operating example, are illustrated in the Figure 6 .

A une température T donnée, la fréquence de résonance du premier capteur 26 évolue en fonction de la pression, entre 0 bar et 1 bar.At a given temperature T, the resonance frequency of the first sensor 26 changes as a function of the pressure, between 0 bar and 1 bar.

Un exemple d'évolution est illustré dans le graphe G1 de la figure 6, dans lequel l'axe des abscisses représente la pression, avec une variation entre 0 bar et 1 bar, et l'axe des ordonnées la fréquence de résonance de la membrane, entre 1,810 MHz et 1,820 MHz.An example of evolution is illustrated in graph G1 of the Figure 6 , in which the abscissa axis represents the pressure, with a variation between 0 bar and 1 bar, and the ordinate axis the resonance frequency of the membrane, between 1.810 MHz and 1.820 MHz.

Le graphe G2 de la figure 6 illustre l'évolution de la capacité C(P) en fonction du temps, l'axe des abscisses du graphe G2 représentant le temps entre 0 et 2,5 µs, l'axe des ordonnées la capacité C(P) en picoFarads. L'évolution de la capacité est sinusoïdale en réponse au signal électromagnétique incident Si.The G2 graph of the Figure 6 illustrates the evolution of the capacitance C(P) as a function of time, the abscissa axis of the G2 graph representing the time between 0 and 2.5 µs, the ordinate axis the capacitance C(P) in picoFarads. The evolution of the capacitance is sinusoidal in response to the incident electromagnetic signal S i .

La variation de la capacité se traduit par une variation du signal électromagnétique rétrodiffusé au cours du temps, permettant de détecter la fréquence de résonance de la membrane du capteur.The variation in capacitance results in a variation of the backscattered electromagnetic signal over time, making it possible to detect the resonance frequency of the sensor membrane.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, les vibrations du deuxième capteur 28 sont indépendantes de la pression, mais dépendantes de la température.In the embodiment of the figure 2 , the vibrations of the second sensor 28 are independent of pressure, but dependent on temperature.

La fréquence de résonance du deuxième capteur 28 est une fréquence de résonance de référence fref dépendante de la température T : f ref T = f c 0 T

Figure imgb0004
The resonance frequency of the second sensor 28 is a reference resonance frequency f ref dependent on the temperature T: f ref T = f vs 0 T
Figure imgb0004

Où T désigne la température, et fc est la fréquence de résonance du premier capteur 26, dépendante de la pression et de la température. En d'autres termes, la fréquence de résonance du deuxième capteur est égale à la fréquence de résonance du premier capteur à pression égale à 0 bar et à même température.Where T designates the temperature, and f c is the resonance frequency of the first sensor 26, dependent on pressure and temperature. In other words, the resonance frequency of the second sensor is equal to the resonance frequency of the first sensor at pressure equal to 0 bar and at the same temperature.

Dans un exemple d'application, la température donnée est la température ambiante, par exemple T0=20 °C. Par exemple, la fréquence de résonance de l'antenne est de Fa=868 MHz.In an application example, the given temperature is the ambient temperature, for example T 0 =20 °C. For example, the resonant frequency of the antenna is F a =868 MHz.

Par exemple, la première fréquence de résonance fc du premier capteur 26 varie dans la plage de fréquences de résonance 1,81 à 1,82 MHz et la deuxième fréquence de résonance du deuxième capteur 28 varie dans la plage de fréquences de résonance 1,02 à 1,07 MHz.For example, the first resonance frequency fc of the first sensor 26 varies in the resonance frequency range 1.81 to 1.82 MHz and the second resonance frequency of the second sensor 28 varies in the resonance frequency range 1.02 at 1.07 MHz.

Dans cet exemple, le système antenne-capteurs est conçu de manière à ce que à 868 MHz, et à pression égale à zéro bar, la puissance du signal électromagnétique rétrodiffusé envoyé par l'antenne est maximale.In this example, the antenna-sensor system is designed so that at 868 MHz, and at a pressure equal to zero bar, the power of the backscattered electromagnetic signal sent by the antenna is maximum.

Dans un mode de réalisation, le dispositif 4 d'émission et d'analyse de signaux électromagnétiques envoie un signal électromagnétique Si de fréquence 868 MHz, modulé en amplitude avec une fréquence de modulation fm variant dans la plage de fréquences [fc (0,T);fc (1,T)].In one embodiment, the device 4 for transmitting and analyzing electromagnetic signals sends an electromagnetic signal S i of frequency 868 MHz, modulated in amplitude with a modulation frequency f m varying in the frequency range [ f c ( 0 ,T ); f c (1 ,T )].

La plage de fréquences [Fa + fc (0,T); Fa + fc (1,T)] est comprise dans la bande passante de l'antenne.The frequency range [ F a + f c (0, T ); F a + f c (1, T )] is included in the bandwidth of the antenna.

Pour chacun des capteurs, la force électrique créée dans la capacité est proportionnelle à la tension aux bornes du capteur au carré.For each of the sensors, the electrical force created in the capacitance is proportional to the voltage across the sensor squared.

Lorsque la fréquence de modulation fm est égale à la fréquence de résonance mécanique d'un des capteurs, la force générée est de la forme : F e t = C 0 2 g 0 w r 2 V 0 2 2 + M 2 4 + Msin 2 πf m t M 2 4 cos 4 πf m t

Figure imgb0005
When the modulation frequency f m is equal to the mechanical resonance frequency of one of the sensors, the force generated is of the form: F e t = VS 0 2 g 0 w r 2 V 0 2 2 + M 2 4 + Msin 2 πf m t M 2 4 cos 4 πf m t
Figure imgb0005

Où C0 est la capacité à zéro bar, g0 est l'épaisseur de la cavité, w(r) est la déflection d'un point r du rayon de la membrane due à la pression, V0 est la tension au entre les bornes du circuit électrique équivalent à zéro bar, et M est l'indice de modulation du signal Si.Where C 0 is the capacity at zero bar, g 0 is the thickness of the cavity, w(r) is the deflection of a point r of the radius of the membrane due to the pressure, V 0 is the tension between the terminals of the electrical circuit equivalent to zero bar, and M is the modulation index of the signal S i .

En faisant varier la fréquence fm sur la plage de fréquences [fc (0,T);fc (1,T)], on obtient un maximum de la variation de puissance du signal rétrodiffusé à deux valeurs de fréquence distinctes, correspondant aux fréquences de résonance respectives, i.e. la première fréquence de résonance F1=fc(P,T) du premier capteur de pression et la deuxième fréquence de résonance F2=fref(0,T) du deuxième capteur (capteur de référence).By varying the frequency f m over the frequency range [ f c (0 ,T ); f c (1 ,T )], we obtain a maximum of the power variation of the backscattered signal at two distinct frequency values, corresponding to the respective resonance frequencies, ie the first resonance frequency F 1 =f c (P,T ) of the first pressure sensor and the second resonance frequency F 2 =f ref (0,T) of the second sensor (reference sensor).

La variation de la puissance du signal électromagnétique rétrodiffusé Sr en fonction de la fréquence est illustrée dans le graphe G3 de la figure 7, dans laquelle l'axe des ordonnées représente la puissance du signal électromagnétique rétrodiffusé et l'axe des abscisses la fréquence.The variation of the power of the backscattered electromagnetic signal S r as a function of frequency is illustrated in graph G 3 of the Figure 7 , in which the y-axis represents the power of the backscattered electromagnetic signal and the x-axis the frequency.

Dans l'exemple de la figure 7 ; la fréquence de résonance du deuxième capteur (fréquence de résonance de référence) F2 est inférieure à la première fréquence de résonance F1 du premier capteur de pression.In the example of the Figure 7 ; the resonance frequency of the second sensor (reference resonance frequency) F 2 is lower than the first resonance frequency F 1 of the first pressure sensor.

La deuxième fréquence de résonance (ou fréquence de résonance de référence) fournit une information sur la température de l'environnement dans lequel est placé le composant électronique.The second resonance frequency (or reference resonance frequency) provides information on the temperature of the environment in which the electronic component is placed.

La prise en compte conjointe de la première fréquence de résonance du premier capteur et de la fréquence de résonance de référence permet d'obtenir une évaluation plus précise de la pression, en tenant compte de la température.Jointly taking into account the first resonance frequency of the first sensor and the reference resonance frequency makes it possible to obtain a more precise evaluation of the pressure, taking into account the temperature.

Par exemple, le capteur de référence est caractérisé au préalable en température, et l'évolution de sa fréquence de résonance mécanique en fonction de la température est mémorisée.For example, the reference sensor is characterized beforehand in temperature, and the evolution of its mechanical resonance frequency as a function of the temperature is stored.

De plus, avantageusement, deux mesures de grandeurs physiques sont obtenues, une mesure de température et une mesure de pression.In addition, advantageously, two measurements of physical quantities are obtained, a temperature measurement and a pressure measurement.

La figure 8 illustre un deuxième mode de réalisation d'un composant électronique 40, dans lequel le composant électronique comporte trois composants MEMS résonants à actionnement non linéaire, et plus particulièrement trois capteurs MEMS capacitifs du type à membrane circulaire.There figure 8 illustrates a second embodiment of an electronic component 40, in which the electronic component comprises three resonant MEMS components with non-linear actuation, and more particularly three capacitive MEMS sensors of the circular membrane type.

De manière analogue à la figure 2, la figure 8 illustre une vue schématique du dessous du composant électronique 40.Analogous to the figure 2 , there figure 8 illustrates a schematic view of the bottom of the electronic component 40.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le composant électronique 40 comprend une antenne planaire 14 comportant trois boucles imbriquées.In this second embodiment, the electronic component 40 comprises a planar antenna 14 comprising three nested loops.

Le composant 40 comporte trois boucles d'antenne, 42, 44, 46, chacune comportant un composant MEMS 48, 50, 52, les composants MEMS étant par exemple des capteurs MEMS capacitifs.The component 40 comprises three antenna loops, 42, 44, 46, each comprising a MEMS component 48, 50, 52, the MEMS components being for example capacitive MEMS sensors.

Par exemple, le composant 40 comporte un premier capteur MEMS capacitif 48 de mesure de l'humidité, un deuxième capteur MEMS capacitif 50 de mesure de la température, et un troisième capteur MEMS capacitif 52 de mesure de la pression.For example, component 40 comprises a first capacitive MEMS sensor 48 for measuring humidity, a second capacitive MEMS sensor 50 for measuring temperature, and a third capacitive MEMS sensor 52 for measuring pressure.

Dans ce deuxième mode de réalisation, chaque capteur MEMS capacitif est connecté en un point de contact distinct à l'antenne 14, sur une boucle d'antenne distincte.In this second embodiment, each capacitive MEMS sensor is connected at a separate contact point to the antenna 14, on a separate antenna loop.

Chacun des capteurs MEMS capacitifs est connecté, dans un mode de réalisation, de manière analogue de la manière à la connexion illustrée en figure 3.Each of the capacitive MEMS sensors is connected, in one embodiment, analogously to the connection illustrated in Figure 3 .

La figure 9 illustre la connexion du capteur MEMS 48 à la boucle d'antenne 42 dans le mode de réalisation de la figure 8, la connexion des autres capteurs MEMS 50, 52 aux autres boucles d'antennes étant analogue.There Figure 9 illustrates the connection of the MEMS sensor 48 to the antenna loop 42 in the embodiment of the figure 8 , the connection of the other MEMS sensors 50, 52 to the other antenna loops being similar.

Un composant MEMS 48, sur un substrat 54, est connecté à un élément d'antenne 42 via des pistes conductrices 56, et des fils 58 de pontage filaire (« wire bonding » en anglais).A MEMS component 48, on a substrate 54, is connected to an antenna element 42 via conductive tracks 56, and wire bonding wires 58.

Selon une variante, les premier, deuxième et troisième capteurs MEMS capacitifs 48, 50, 52 sont par exemple connectés en parallèle ou en série en un même point de contact de l'antenne 14.According to a variant, the first, second and third capacitive MEMS sensors 48, 50, 52 are for example connected in parallel or in series at the same contact point of the antenna 14.

De manière analogue, chacun de ces capteurs MEMS capacitifs a une fréquence de résonance propre, appartenant à une plage de fréquences de résonance propre, les plages de fréquences de résonance de trois capteurs étant disjointes.Analogously, each of these capacitive MEMS sensors has a specific resonant frequency, belonging to a specific resonant frequency range, the resonant frequency ranges of three sensors being disjoint.

Ainsi, trois grandeurs physiques distinctes sont mesurables, en appliquant le procédé de mesure décrit ci-dessus en référence à la figure 2, par exemple la température, l'humidité et la pression.Thus, three distinct physical quantities are measurable, by applying the measurement method described above with reference to the figure 2 , for example temperature, humidity and pressure.

Bien entendu, la température, l'humidité et la pression sont des exemples de grandeurs physiques mesurables, l'invention s'appliquant de manière analogue pour la mesure d'autres grandeurs physiques.Of course, temperature, humidity and pressure are examples of measurable physical quantities, the invention being applied in a similar manner to the measurement of other physical quantities.

Dans un mode de réalisation, l'antenne 14 est réalisée par impression sur un substrat via une technologie de fabrication de circuit imprimé, et chaque composant MEMS est réalisé sur un substrat en silicium.In one embodiment, the antenna 14 is produced by printing on a substrate via printed circuit manufacturing technology, and each MEMS component is produced on a silicon substrate.

Dans un autre mode de réalisation, l'antenne 14 et la pluralité de capteurs MEMS capacitifs sont implantés sur un même substrat, par exemple un substrat en silicium, en utilisant des technologies de fabrication de microsystèmes. La connexion entre chaque capteur MEMS capacitif et l'antenne est alors réalisée avec des pistes conductrices.In another embodiment, the antenna 14 and the plurality of capacitive MEMS sensors are implanted on the same substrate, for example a silicon substrate, using microsystems manufacturing technologies. The connection between each capacitive MEMS sensor and the antenna is then made with conductive tracks.

La figure 10 illustre un exemple d'un troisième mode de réalisation d'un composant électronique sans-fil passif 60, illustré dans une vue « du dessus ».There Figure 10 illustrates an example of a third embodiment of a passive wireless electronic component 60, illustrated in a “top” view.

Dans ce mode de réalisation, dit à réseau d'antennes, le composant électronique comporte N antennes, N=4 dans l'exemple illustré, référencées 621, 622, 623, 624, la référence générique 62i étant utilisée pour indiquer l'une quelconque de ces antennes.In this embodiment, called an antenna array, the electronic component comprises N antennas, N=4 in the example illustrated, referenced 62 1 , 62 2 , 62 3 , 62 4 , the generic reference 62 i being used for indicate any of these antennas.

Chaque antenne 62i comportant deux boucles imbriquées 64i, 66i, et deux composants MEMS résonants distincts, respectivement 68i, 70i, chaque composant MEMS respectif étant connecté à l'une des boucles d'antenne et ayant une fréquence de résonance propre, appartenant à une plage de fréquences de résonance, les plages de fréquences de résonance étant disjointes pour deux composants MEMS résonants distincts 68i, 70i.Each antenna 62 i comprising two nested loops 64 i , 66 i , and two distinct resonant MEMS components, respectively 68 i , 70 i , each respective MEMS component being connected to one of the antenna loops and having its own resonant frequency , belonging to a resonant frequency range, the resonant frequency ranges being disjoint for two distinct resonant MEMS components 68 i , 70 i .

Dans ce troisième mode de réalisation chaque antenne 62i a une fréquence d'antenne Fa_i propre, les fréquences de résonance de deux antennes distinctes étant strictement différentes.In this third embodiment each antenna 62 i has its own antenna frequency Fa_i, the resonance frequencies of two separate antennas being strictly different.

Dans ce cas, la lecture, par exemple la détection de la mise en résonance d'un composant MEMS résonant 64i, 66i donné se fait en utilisant la fréquence de résonance de l'antenne Fa_i et sa fréquence de résonance propre F1_i, F2_i.In this case, the reading, for example the detection of the resonance of a given resonant MEMS component 64 i , 66 i, is done using the resonance frequency of the antenna Fa_i and its own resonance frequency F1_i, F2_i .

Les fréquence d'antenne Fa_i étant toutes distinctes, il est possible de prévoir, dans une variante, des composants MEMS résonants de mêmes fréquences de résonance associé à des antennes distinctes, i.e. F1_i=F1_j et F2_i=F2_j pour i différente de j.The antenna frequencies Fa_i being all distinct, it is possible to provide, in a variant, resonant MEMS components with the same resonant frequencies associated with distinct antennas, ie F1_i=F1_j and F2_i=F2_j for i different from j.

Ce troisième mode de réalisation est particulièrement adapté, en utilisant des capteurs MEMS résonants, pour l'étude des variations localisées des mêmes grandeurs physiques sur une surface.This third embodiment is particularly suitable, using resonant MEMS sensors, for the study of localized variations of the same physical quantities on a surface.

Dans une variante, les composants MEMS résonants du troisième mode de réalisation sont des résonateurs MEMS à actionnement capacitif, la mise en résonance d'un de ces résonateurs permettant d'identifier l'antenne associée.In a variant, the resonant MEMS components of the third embodiment are capacitively actuated MEMS resonators, the resonance of one of these resonators making it possible to identify the associated antenna.

Les modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple ci-dessus comportent une antenne planaire à boucles imbriquées.The embodiments of the invention given by way of example above comprise a planar antenna with nested loops.

En variante, d'autres types d'antenne sont utilisables, en particulier des antennes planaires ayant une géométrie différente, par exemple patch ou dipôle, ou une antenne non planaire, par exemple une antenne cornet.Alternatively, other types of antenna can be used, in particular planar antennas having a different geometry, for example patch or dipole, or a non-planar antenna, for example a horn antenna.

L'invention a été décrite avec des composants MEMS résonants du type à membrane vibrante. En variante, d'autres types de composants MEMS résonants sont utilisables, par exemple à poutre vibrante.The invention has been described with resonant MEMS components of the vibrating membrane type. Alternatively, other types of resonant MEMS components can be used, for example a vibrating beam.

Ainsi, selon une variante, des composants MEMS résonants de diverses géométries, par exemple à membrane vibrante et à poutre vibrante, sont intégrés sur une même antenne.Thus, according to a variant, resonant MEMS components of various geometries, for example with a vibrating membrane and a vibrating beam, are integrated on the same antenna.

Selon une autre variante, la non-linéarité de vibration du composant MEMS est obtenue par un composant extérieur, par exemple une diode.According to another variant, the vibration nonlinearity of the MEMS component is obtained by an external component, for example a diode.

Avantageusement, un composant électronique selon l'invention est télé-alimenté et présente un encombrement réduit, tout en permettant la mesure de plusieurs grandeurs physiques et/ou une amélioration de la précision de la mesure d'une ou plusieurs des grandeurs physiques mesurées.Advantageously, an electronic component according to the invention is remotely powered and has reduced bulk, while allowing the measurement of several physical quantities and/or an improvement in the precision of the measurement of one or more of the physical quantities measured.

Claims (13)

Composant électronique sans-fil passif comportant au moins une antenne, la ou chaque antenne ayant une fréquence d'antenne associée, et comprenant au moins un composant microélectromécanique résonant, ayant une fréquence de résonance et connecté à un point de contact de ladite antenne, formant un ensemble antenne-résonateur adapté à recevoir un signal électromagnétique incident comportant au moins deux fréquences et à émettre un signal électromagnétique rétrodiffusé, caractérisé en ce que la ou chaque antenne (14, 621, ..., 624) comporte au moins deux composants microélectromécaniques (16, 18, 26, 28,48, 50, 52, 681-684, 701-704), MEMS, résonants à actionnement non-linéaire, chacun desdits composants MEMS ayant une fréquence de résonance mécanique propre appartenant à une plage de fréquences de résonance, les plages de fréquences de résonance associées à deux composants MEMS distincts étant disjointes.Passive wireless electronic component comprising at least one antenna, the or each antenna having an associated antenna frequency, and comprising at least one resonant microelectromechanical component, having a resonant frequency and connected to a contact point of said antenna, forming an antenna-resonator assembly adapted to receive an incident electromagnetic signal comprising at least two frequencies and to emit a backscattered electromagnetic signal, characterized in that the or each antenna (14, 62 1 , ..., 62 4 ) comprises at least two microelectromechanical components (16, 18, 26, 28,48, 50, 52, 68 1 -68 4 , 70 1 -70 4 ), MEMS, resonants with non-linear actuation, each of said MEMS components having a specific mechanical resonance frequency belonging to a resonant frequency range, the resonant frequency ranges associated with two distinct MEMS components being disjoint. Composant selon la revendication 1, comportant un nombre N d'antennes, N étant supérieur ou égal à deux, chaque antenne comportant au moins deux composants microélectromécaniques, MEMS, résonants à actionnement non-linéaire, chaque antenne ayant une fréquence d'antenne propre, les fréquences d'antenne de deux antennes distinctes étant différentes.Component according to claim 1, comprising a number N of antennas, N being greater than or equal to two, each antenna comprising at least two microelectromechanical, MEMS, resonant components with non-linear actuation, each antenna having its own antenna frequency, the antenna frequencies of two separate antennas being different. Composant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins un desdits au moins deux composants MEMS résonants est un résonateur capacitif.Component according to claim 1 or 2, wherein at least one of said at least two resonant MEMS components is a capacitive resonator. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins un desdits au moins deux composants MEMS résonants est un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance varie en fonction d'une grandeur physique prédéterminée.Component according to any one of claims 1 to 3, in which at least one of said at least two resonant MEMS components is a resonant MEMS sensor whose resonance frequency varies as a function of a predetermined physical quantity. Composant selon la revendication 4, dans lequel ladite grandeur physique prédéterminée est une grandeur physique caractéristique d'un environnement du capteur MEMS résonant parmi la température, la pression d'air ou de gaz, l'humidité.Component according to claim 4, in which said predetermined physical quantity is a physical quantity characteristic of an environment of the MEMS sensor resonant among temperature, air or gas pressure, humidity. Composant selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, comportant une pluralité de capteurs MEMS résonants, chacun desdits capteurs MEMS résonants ayant une fréquence de résonance variant en fonction d'une grandeur physique distincte, ledit composant électronique passif étant adapté à fournir des mesures d'une pluralité de grandeurs physiques distinctes.Component according to any one of claims 4 or 5, comprising a plurality of resonant MEMS sensors, each of said resonant MEMS sensors having a resonant frequency varying as a function of a physical quantity distinct, said passive electronic component being adapted to provide measurements of a plurality of distinct physical quantities. Composant selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comportant au moins une paire d'un premier et d'un deuxième composants MEMS résonants, le premier composant MEMS étant un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance varie en fonction d'une première grandeur physique à mesurer et en fonction d'au moins une deuxième grandeur physique, le deuxième composant MEMS de ladite paire étant un capteur MEMS résonant dont la fréquence de résonance ne varie pas en fonction de ladite première grandeur physique, la fréquence de résonance du deuxième capteur variant en fonction de ladite au moins une deuxième grandeur physique.Component according to any one of claims 4 to 6, comprising at least a pair of first and second resonant MEMS components, the first MEMS component being a resonant MEMS sensor whose resonant frequency varies as a function of a first physical quantity to be measured and as a function of at least a second physical quantity, the second MEMS component of said pair being a resonant MEMS sensor whose resonance frequency does not vary as a function of said first physical quantity, the resonance frequency of the second sensor varying as a function of said at least one second physical quantity. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel lesdits au moins deux composants MEMS résonants sont connectés en série ou en parallèle.Component according to any one of claims 1 to 7, wherein said at least two resonant MEMS components are connected in series or in parallel. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ladite au moins une antenne est réalisée sous forme de circuit imprimé sur un substrat, et lesdits composant MEMS sont réalisées sur une ou plusieurs puces en silicium, chaque composant MEMS étant relié à un élément d'antenne par pontage filaire.Component according to any one of claims 1 to 8, in which said at least one antenna is produced in the form of a printed circuit on a substrate, and said MEMS component is produced on one or more silicon chips, each MEMS component being connected to an antenna element by wire bridging. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ladite antenne et lesdits au moins deux composants MEMS résonants sont implantés sur un même substrat en silicium.Component according to any one of claims 1 to 8, in which said antenna and said at least two resonant MEMS components are implanted on the same silicon substrate. Composant selon la revendication 9 ou 10, dans lequel chaque composant MEMS résonant est formé par une membrane positionnée entre deux électrodes, de forme circulaire et ayant un rayon associé.Component according to claim 9 or 10, in which each resonant MEMS component is formed by a membrane positioned between two electrodes, of circular shape and having an associated radius. Système de lecture d'un composant électronique passif, comportant un composant électronique passif conforme aux revendications 1 à 11 et un dispositif d'émission et d'analyse (4) de signaux électromagnétiques, configuré pour transmettre ledit signal électromagnétique incident au composant électronique passif et pour recevoir et analyser le signal électromagnétique rétrodiffusé.System for reading a passive electronic component, comprising a passive electronic component according to claims 1 to 11 and a device for transmitting and analyzing electromagnetic signals, configured to transmit said incident electromagnetic signal to the passive electronic component and to receive and analyze the backscattered electromagnetic signal. Système selon la revendication 12, dans lequel ledit dispositif d'émission et d'analyse (4) comporte un module (6) générateur d'un signal électrique et une antenne (8) d'émission et de lecture d'un signal électromagnétique incident (Si), l'antenne (8) d'émission et de lecture étant également adaptée pour recevoir le signal électromagnétique (Sr) rétrodiffusé par l'antenne (14) du composant électronique passif (2,20, 40, 60), le dispositif (4) d'émission et d'analyse comportant en outre un module (10) de traitement de signal, configuré pour analyser les caractéristiques fréquentielles du signal électromagnétique rétrodiffusé (Sr).System according to claim 12, in which said transmission and analysis device (4) comprises a module (6) generating an electrical signal and an antenna (8) for transmitting and reading an incident electromagnetic signal (S i ), the antenna (8) transmission and reading being also adapted to receive the electromagnetic signal (S r ) backscattered by the antenna (14) of the passive electronic component (2,20, 40, 60), the transmission device (4) and the analysis further comprising a signal processing module (10), configured to analyze the frequency characteristics of the backscattered electromagnetic signal (Sr).
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