FR2629654A1

FR2629654A1 - Enhancements to very low power battery portable electric devices

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Publication number: FR2629654A1
Application number: FR8804295A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-06
Anticipated expiration: 2008-03-31
Also published as: FR2629654B1

Abstract

A battery portable electric device includes a standby or wake-up circuit 4 of very low current consumption permanently powered alone by the battery 2 and energizable by electromagnetic wake-up waves or signals S emitted remotely, and a work circuit 5 able to perform a useful function in response to its electrical activation from the wake-up circuit, which activation lasts for only a short time and corresponds to a higher current consumption than before, the wake-up circuit comprising an electronic amplifier which itself includes two transistors of symmetrical types defining a positive channel and a negative channel respectively. The symmetry of the said transistors is not rigorous as regards the time for passing between the off state and the on the state and the product gain x passband of the amplifier is relatively low, namely less than the frequency of the wake-up waves or close to this frequency.

Description

Perfectionnements aux disoositif s électaues portatifs 8 Pile à & très faible puissance
L'invention est relative aux dispositifs à pile qui sont montés sur des supports indépendants et portatifs --appelés "badges" dans la suite-- et qui comportent un circuit de veille ou de réveil à très faible consommation de courant seul alimenté en permanence par la pile et excitable par des ondes ou signaux électromagnétiques de réveil émis à distancer et un circuit de travail propre à effectuer une fonction utile en réponse à son activation électrique à partir du circuit de réveil, activation qui dure peu de temps et qui correspond à une consommation de courant plus élevée que la précédente.Improvements to portable electrical devices 8 Battery at & very low power
The invention relates to battery devices which are mounted on independent and portable supports - called "badges" in the following - and which comprise a standby or wake-up circuit with very low current consumption alone, permanently supplied by the battery and excitable by electromagnetic waves or wake-up signals emitted to distance and a working circuit capable of performing a useful function in response to its electrical activation from the alarm circuit, activation which lasts a short time and which corresponds to a higher current consumption than the previous one.

Elle vise plus particulièrement encore, parce que c'est dans leur cas que son application semble devoir offrir le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi les dispositifs du genre en question, ceux dont la fonction utile est l'émission par voie électromagnétique d'un signal codé d'identification correspondant à un code préenregistré. It is aimed more particularly still, because it is in their case that its application seems to offer the most interest, but not exclusively, among the devices of the kind in question, those whose useful function is the emission by electromagnetic way. a coded identification signal corresponding to a prerecorded code.

Les badges du genre ci-dessus défini permettent à leurs porteurs de commander à distance l'ouverture de portes équipées d'organes de verrouillage codés. Badges of the kind defined above allow their holders to remotely control the opening of doors fitted with coded locking members.

I1 suffit en effet d'associer à ces organes - d'une part des moyens propres à émettre par voie élec
tromagnétique des signaux de réveil des badges, si
gnaux susceptibles d'activer les circuits de réveil de
ces badges pour faire émettre en réponse par ceux-ci
des signaux codés d'identification de ces badges, - et d'autre part des moyens propres à recevoir et à
identifier lesdits signaux codés de réponse et & com
mander le déverrouillage et l'ouverture de la porte si
l'identification révèle que ces signaux sont valides.It is indeed sufficient to associate with these bodies - on the one hand, means suitable for transmitting electronically.
magnetic signals awakening badges, if
which may activate the wake-up circuits of
these badges to have issued in response by these
coded identification signals for these badges, and secondly, means suitable for receiving and
identify said coded response signals and & com
request unlocking and opening the door if
identification reveals that these signals are valid.

L'invention a pour but, surtout, de rendre les dispositifs à pile du genre défini ci-dessus tels que leur consommation électrique soit extrêmement réduite, ce qui augmente considérablement leur durée de vie entre deux recharges ou remplacements de pile successifs, tout en réduisant leur prix de revient. The invention aims, above all, to make battery devices of the kind defined above such that their electrical consumption is extremely reduced, which considerably increases their service life between two successive recharges or battery replacements, while reducing their cost price.

A cet effet, les circuits de veille des dispositifs du genre en question selon l'invention comprennent encore, d'une façon connue en soi, un amplificateur électronique comportant deux transistors de types symétriques définissant respectivement un canal positif et un canal négatif et ils sont caractérisés en ce que la symétrie desdits transistors n'est pas rigoureuse en ce qui concerne le temps de passage entre l'état bloqué et l'état conducteur et en ce que le produit gain x bande passante de l'amplificateur est relativement faible, savoir inférieur à la fréquence des ondes de réveil ou voisin de cette fréquence. To this end, the standby circuits of the devices of the type in question according to the invention also comprise, in a manner known per se, an electronic amplifier comprising two transistors of symmetrical types respectively defining a positive channel and a negative channel and they are characterized in that the symmetry of said transistors is not rigorous as regards the time of passage between the blocked state and the conductive state and in that the gain x bandwidth product of the amplifier is relatively low, namely lower than the frequency of the wake-up waves or close to this frequency.

Dans des modes de réalisation particulièrement avantageux, on a recours en outre à l'une ou à l'autre des dispositions suivantes - la fréquence des ondes de réveil est de l'ordre de 150
kHz et le degré de dissymétrie des deux transistors
est de l'ordre de 1/100.000, - l'amplificateur est un amplificateur opérationnel, - l'amplificateur est constitué par des portes logiques
inverseuses du type C.MOS utilisées dans leur région
linéaire.In particularly advantageous embodiments, recourse is also had to one or the other of the following arrangements - the frequency of the wake-up waves is of the order of 150
kHz and the degree of asymmetry of the two transistors
is around 1 / 100,000, - the amplifier is an operational amplifier, - the amplifier consists of logic gates
C.MOS type inverters used in their region
linear.

L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. The invention includes, apart from these main provisions, certain other provisions which are preferably used at the same time and which will be more explicitly discussed below.

Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. In what follows, we will describe preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawing in a manner of course not limiting.

La figure 1, de ce dessin, montre schématiquement un badge 'portatif équipé d'un dispositif à pile établi selon l'invention et propre à émettre par voie électromagnétique un signal codé en réponse à un signal électromagnétique d'interrogation. FIG. 1, of this drawing, schematically shows a portable badge equipped with a battery device established according to the invention and suitable for transmitting electromagnetically a coded signal in response to an electromagnetic interrogation signal.

La figure 2 montre encore schématiquement, mais plus en détail, le circuit de veille de ce dispositif. Figure 2 shows again schematically, but in more detail, the standby circuit of this device.

La figure 3 est un graphique explicatif. Figure 3 is an explanatory graph.

Le badge 1 ici considéré se présente avantageusement sous la forme d'une petite carte plastifiée. The badge 1 considered here is advantageously in the form of a small plastic card.

D'une façon connue en soi, il porte - une pile 2 propre à engendrer du courant continu, - une antenne 3 propre à transformer les ondes ou si
gnaux électromagnétiques de réveil S à haute fréquence
qu'elle reçoit en une tension électrique V à la même
fréquence, dont l'amplitude est généralement de l'or
dre de quelques millivolts, - un circuit de veille ou de réveil 4 faible consomma
teur de courant et alimenté en permanence par la pile
2, ledit circuit étant agencé de façon à recevoir la
tension V et à émettre sur sa sortie une tension con
tinue W dont l'amplitude est amplifiée par rapport à
celle de la tension V, par exemple d'environ 1000
fois, - et un circuit de travail 5 alimenté par la tension W
et comprenant une mémoire dans laquelle est enregistré
un code d'identification du badge, ce circuit étant
agencé de façon à émettre, lorsque la tension W dépas
se un seuil prédéterminé, un signal électromagnétique
C codé représentatif du code enregistré.In a manner known per se, it carries - a battery 2 capable of generating direct current, - an antenna 3 capable of transforming the waves or if
high frequency S electromagnetic alarm clocks
that it receives in an electrical voltage V at the same
frequency, the amplitude of which is generally gold
from a few millivolts, - a low-consumption standby or wake-up circuit 4
current and permanently powered by the battery
2, said circuit being arranged to receive the
voltage V and to transmit on its output a voltage con
continuous W whose amplitude is amplified with respect to
that of the voltage V, for example around 1000
times, - and a working circuit 5 supplied by the voltage W
and comprising a memory in which is stored
a badge identification code, this circuit being
arranged to emit when the voltage W exceeds
se a predetermined threshold, an electromagnetic signal
C coded representative of the registered code.

Dans les modes de réalisation connus des badges du genre indiqué, le circuit de veille 4 comprend en général un amplificateur opérationnel dont le fonctionnement est le plus symétrique possible et pour lequel le produit gain x bande passante est élevé, savoir très supérieur à la fréquence des ondes de réveil, ce qui correspond à un gain très supérieur à 1, ainsi qu'une diode et qu'un circuit résistance-capacité pour redresser et filtrer la tension sortant de l'amplificateur opérationnel. In known embodiments of badges of the type indicated, the standby circuit 4 generally comprises an operational amplifier whose operation is as symmetrical as possible and for which the gain x bandwidth product is high, ie much higher than the frequency of the wake-up waves, which corresponds to a gain much greater than 1, as well as a diode and a resistance-capacitance circuit to rectify and filter the voltage leaving the operational amplifier.

Cette solution présente un certain nombre d'inconvénients, et en particulier les suivants - le circuit de veille considéré est relativement coû
teux vu les deux qualités requises pour son amplifi
cateur opérationnel (valeur élevée du produit gain x
bande passante et symétrie poussée) et qu'il est né
cessaire de prévoir en outre plusieurs composants
additionnels (diode, résistance et capacité), - et surtout le circuit ci-dessus consomme un courant
élevé, savoir de l'ordre de 1 mA, ce qui exige dans la
pratique la recharge ou le remplacement fréquent de la
pile 2, exigence qui constitue une source d'insécurité
pour les commandes à effectuer à l'aide du badge.This solution has a number of drawbacks, and in particular the following - the standby circuit considered is relatively expensive
teux considering the two qualities required for its amplifi
operational cator (high value of the gain product x
bandwidth and symmetry pushed) and that it was born
no longer need to provide several components
additional (diode, resistance and capacitance), - and above all the above circuit consumes a current
high, knowledge of the order of 1 mA, which requires in the
practice frequent recharging or replacement of the
pile 2, a requirement that constitutes a source of insecurity
for orders to be made using the badge.

Pour écarter simultanément ces inconvénients, selon l'invention, on a recours à un amplificateur opérationnel 6 de qualité médiocre, c'est-à-dire - pour lequel le produit gain x bande passante est rela
tivement bas, étant inférieur à la fréquence des ondes
de réveil ou voisin de cette fréquence, --ce qui cor
respond à un gain très faible, pouvant même etre infé
rieur à l'unité--, - et pour lequel la symétrie des deux voies ou canaux de
types respectivement positif et négatif n'est pas ri
goureuse.To simultaneously avoid these drawbacks, according to the invention, use is made of an operational amplifier 6 of poor quality, that is to say - for which the gain x bandwidth product is rela
tively low, being less than the frequency of the waves
wake-up call or near this frequency, - what cor
responds to a very small gain, which can even be inferred
laughing at the unit--, - and for which the symmetry of the two channels or
positive and negative types respectively is not laughed
greedy.

En d'autres termes, les deux transistors constitutifs de l'amplificateur opérationnel, qui sont respectivement du type NPN pour le canal négatif et du type
PNP pour le canal positif, possèdent des temps de passage de l'état bloqué à l'état conducteur qui ne sont pas rigoureusement les mêmes.In other words, the two constituent transistors of the operational amplifier, which are respectively of the NPN type for the negative channel and of the type
PNP for the positive channel, have times of passage from the blocked state to the conductive state which are not strictly the same.

Ou encore, les temps de réponse de ces deux canaux diffèrent très légèrement de sorte que l'on passe plus rapidement d'un signal bas à un signal haut que d'un signal haut à un signal bas ou inversement. Or, the response times of these two channels differ very slightly so that one goes more quickly from a low signal to a high signal than from a high signal to a low signal or vice versa.

Il résulte de ce léger défaut de symétrie que l'amplification successive des différentes demialternances positives et négatives de la tension alternative d'entrée V à sa naissance (figure 3) se traduit par la production d'une tension W dont la première portion se présente sous une forme alternative pour laquelle les demi-alternances d'une polarité donnée sont légèrement plus amplifiées que les demi-alternances de la polarité opposée. It follows from this slight defect in symmetry that the successive amplification of the different positive and negative half-alternations of the alternating input voltage V at its birth (FIG. 3) results in the production of a voltage W of which the first portion occurs in an alternative form for which the half-waves of a given polarity are slightly more amplified than the half-waves of the opposite polarity.

En d'autres termes, la valeur moyenne de cette première portion de la tension W ne demeure pas constamment nulle, comme celle de la tension V. In other words, the average value of this first portion of the voltage W does not remain constantly zero, like that of the voltage V.

Au contraire elle croit ou décroit constamment dans le même sens, ainsi que visible en A sur la figure 3. On the contrary, it is constantly increasing or decreasing in the same direction, as can be seen in A in Figure 3.

Cette dérive serait peu perceptible si le nombre des alternances de la suite considérée était faible, vu que le défaut de symétrie supposé ci-dessus entre les deux voies de l'amplificateur opérationnel est lui-même très peu accentué. This drift would be hardly noticeable if the number of half-waves in the sequence considered was low, since the lack of symmetry assumed above between the two channels of the operational amplifier is itself very little accentuated.

Mais la dérive en question devient importante pour un grand nombre desdites alternances. But the drift in question becomes important for a large number of said alternations.

C'est ici le cas vu que la fréquence de la tension V est relativement élevée. This is the case here since the frequency of the voltage V is relatively high.

En effet, si cette fréquence est de 150 kHz, le nombre des alternances de cette tension qui se succèdent en une demi-seconde est de 75.000. Indeed, if this frequency is 150 kHz, the number of alternations of this voltage which follow one another in half a second is 75,000.

Dans cette hypothèse, il suffit que le défaut de symétrie entre les deux voies considérées conduise à des différences d'amplitude de 1/75.000 seulement entre deux demi-alternances successives de la tension W pour que la dérive de tension atteigne en une demi-seconde seulement la valeur totale de cette amplitude. In this hypothesis, it suffices that the lack of symmetry between the two channels considered leads to amplitude differences of only 1 / 75,000 between two successive half-vibrations of the voltage W for the voltage drift to reach in half a second only the total value of this amplitude.

C'est cette constatation qui est exploitée selon l'invention : si l'on appelle WO la valeur de seuil de la tension continue susceptible de déclencher le circuit 5, cette valeur est atteinte automatiquement, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 6, au bout d'un temps t0 relativement court consécutif au début de l'apparition de la tension V ; il est facile dans la pratique de réduire ce temps t0 à une petite fraction de seconde. It is this observation which is used according to the invention: if one calls WO the threshold value of the DC voltage capable of triggering the circuit 5, this value is reached automatically, at the output of the operational amplifier 6, at the end of a relatively short time t0 consecutive to the start of the appearance of the voltage V; it is easy in practice to reduce this time t0 to a small fraction of a second.

il est à noter que cette tension continue WO est alors élaborée directement à la sortie de l'amplificateur opérationnel 6 sans qu'il soit aucunement besoin de recourir aux composants supplémentaires de redressement et de filtrage (diode, résistance et capacité) qui étaient requis dans les modes de réalisation antérieurement connus. it should be noted that this DC voltage WO is then produced directly at the output of the operational amplifier 6 without there being any need to resort to the additional rectification and filtering components (diode, resistance and capacitance) which were required in the previously known embodiments.

Il est à noter également que, l'amplificateur opérationnel 6 ici considéré présentant un produit gain x bande passante relativement faible, sa consommation en courant est elle-même très faible : elle peut être réduite à une valeur inférieure à 10 microampères. It should also be noted that, the operational amplifier 6 considered here having a relatively low gain x bandwidth product, its current consumption is itself very low: it can be reduced to a value less than 10 microamps.

Ce double résultat du faible prix de revient et de la faible consommation est tout à fait surprenant si l'on observe qu'il est.obtenu en remplaçant un composant de grande qualité par un composant du même genre, mais de qualité médiocre, et qui eût été mis au rebut par les techniciens mettant en oeuvre l'art antérieur. This double result of the low cost price and the low consumption is quite surprising if we observe that it is obtained by replacing a high quality component by a component of the same kind, but of poor quality, and which would have been discarded by technicians implementing the prior art.

On voit encore sur la figure 2 des résistances de polarisation 7,8,9 associées, d'une façon connue en elle-même, aux entrées de l'amplificateur opérationnel et formant avec lui le circuit de veille ou de réveil 4. FIG. 2 also shows polarization resistors 7,8,9 associated, in a manner known in itself, with the inputs of the operational amplifier and forming with it the standby or wake-up circuit 4.

L'émission de signaux codés C par le circuit 5 est effectuée dès que le seuil WO est atteint par la tension W appliquée sur l'entrés de ce circuit. The transmission of coded signals C by the circuit 5 is carried out as soon as the threshold WO is reached by the voltage W applied to the inputs of this circuit.

Cette émission peut consommer un courant électrique beaucoup plus intense que la veille du circuit 4, l'intensité de ce circuit pouvant être de l'ordre de quelques mA, mais la durée d'uné telle émission est très courte, puisqu'elle peut entre d'une fraction de seconde seulement. This emission can consume a much more intense electric current than the day before circuit 4, the intensity of this circuit can be of the order of a few mA, but the duration of such an emission is very short, since it can between only a fraction of a second.

L'ensemble peut être agencé de façon telle que ladite émission de signaux codés C par le badge soit renouvelée systématiquement en réponse aux différents signaux d'interrogation S reçus par son antenne 3. The assembly can be arranged in such a way that said transmission of coded signals C by the badge is systematically renewed in response to the various interrogation signals S received by its antenna 3.

il peut également être agencé de façon à retourner systématiquement à son état de veille après chaque émission de signal codé C, et ce pendant une durée d'extinction ou de sommeil prédéterminée qui peut être par exemple de l'ordre de 20 à 30 secondes, avant qu'une nouvelle émission de signal codé C soit possible. it can also be arranged so as to systematically return to its standby state after each transmission of coded signal C, and this for a predetermined duration of extinction or sleep which can be for example of the order of 20 to 30 seconds, before a new C coded signal transmission is possible.

Cette mesure permet d'éviter une consommation trop élevée de courant par le badge, lorsque celui-ci demeure quelque temps à proximité de la porte dont on désire commander l'ouverture, et plus précisément de l'organe émetteur des signaux d'interrogation. This measure makes it possible to avoid excessive consumption of current by the badge, when the latter remains for some time near the door for which it is desired to command the opening, and more precisely of the organ emitting interrogation signals.

Dans la pratique, le degré de dissymétrie adopté pour le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel dépend à la fois de la fréquence des ondes de réveil et du temps de réponse que l'on désire entre le début de l'apparition de la tension V et le franchissement du seuil WO par la tension W : c'est ainsi que l'exemple numérique donné ci-dessus, correspondant à un temps de réponse de l'ordre de la demi-seconde, est-applicable à la commande de l'ouverture d'une porte, mais qu'il existe d'autres applications pour lesquelles des temps de réponse beaucoup plus longs, par exemple de l'ordre de 10 secondes ou même de la minute, sont tout à fait acceptables, et d'autres au contraire pour lesquelles on préférera une réponse plus rapide. In practice, the degree of dissymmetry adopted for the operation of the operational amplifier depends on both the frequency of the wake-up waves and the response time that is desired between the start of the appearance of the voltage V and crossing the WO threshold by the voltage W: this is how the numerical example given above, corresponding to a response time of the order of half a second, is applicable to the control of the opening of a door, but that there are other applications for which much longer response times, for example of the order of 10 seconds or even a minute, are entirely acceptable, and others at on the contrary for which we would prefer a faster response.

Dans la pratique, la fréquence des ondes de réveil est en général inférieure à 20 MHz. In practice, the frequency of the wake-up waves is generally less than 20 MHz.

En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'un dispositif à pile dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Following which, and whatever the embodiment adopted, there is a battery device whose constitution and operation result sufficiently from the above.

Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus, notamment en ce que son prix de revient est faible et en ce que sa consommation de courant est également très réduite. This device has many advantages over those previously known, in particular in that its cost price is low and in that its current consumption is also very reduced.

Dans la pratique, cette réduction de consommation permet d'augmenter considérablement la durée de vie des badges considérés entre deux recharges successives ou deux remplacements successifs de la pile : c'est ainsi que, si cette pile est constituée par une petite batterie au lithium de 200 mAh, et pour un usage correspondant à une centaine d'émissions de signaux codés C par jour, la durée de vie du badge peut atteindre plusieurs années alors que, avec les modes de réalisation antérieurement connus, il était rare que cette durée de vie dépasse la journée ou tout au plus la semaine. In practice, this reduction in consumption makes it possible to considerably increase the life of the badges considered between two successive recharges or two successive battery replacements: this is how, if this battery is constituted by a small lithium battery of 200 mAh, and for a use corresponding to a hundred transmissions of coded C signals per day, the lifetime of the badge can reach several years whereas, with the previously known embodiments, it was rare that this lifetime exceeds the day or at most the week.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs dé-jà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où l'amplificateur opérationnel ci-dessus décrit serait remplacé par un ensemble électronique équivalent à deux canaux très légèrement dissymétriques et constitué par exemple à l'aide de portes logiques inverseuses du type C.MOS travaillant dans leurs régions linéaires. As it goes without saying, and as it moreover already results from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all the variants, in particular those where the operational amplifier described above would be replaced by an electronic assembly equivalent to two very slightly asymmetrical channels and constituted for example by means of inverting logic gates of type C .MOS working in their linear regions.

Claims

1. Portable electric device with battery comprising a standby or wake-up circuit (4> with very low current consumption only permanently supplied by the battery (2) and excitable by waves or electromagnetic wake-up signals (S) emitted remotely and received by an appropriate antenna (3), and a working circuit (5) capable of performing a useful function in response to its electrical activation from the wake-up circuit, activation which lasts a short time and which corresponds to consumption of higher current than the previous one, the wake-up circuit comprising an electronic amplifier (6) which itself comprises two transistors of symmetrical types respectively defining a positive channel and a negative channel, characterized in that the symmetry of said transistors is not not rigorous with regard to the passage time between the blocked state and the conducting state and in that the gain x bandwidth product of the amplifier (6) is relatively low, namely inf below or near the frequency of the wake-up waves.

2. Device according to claim 1, characterized in that the amplifier (6) is an operational amplifier.

3. Device according to claim 1, characterized in that the amplifier (6) is constituted by inverting logic gates of the C.MOS type used in their linear region.

4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the useful function of the working circuit (5) is the emission by electromagnetic means of a coded identification signal (C) corresponding to a prerecorded code.

5. Device according to claim 4, characterized in that it comprises means for systematically returning the standby circuit (4) to its standby state after each transmission of coded signal (C), and this for a period of sleep predetermined before a new coded signal transmission (C) is possible.

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the frequency of the wake-up waves is of the order of 150 kHz and in that the degree of asymmetry of the two transistors is of the order of 1 / 100,000 .

7. Portable badge equipped with an electric battery device according to any one of the preceding claims.