FR3030089A1

FR3030089A1 - Dispositif electronique a fonction radiofrequence

Info

Publication number: FR3030089A1
Application number: FR1462307A
Authority: FR
Inventors: Francois Tailliet; Marc Battista
Original assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Current assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-17
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: CN109634148B; CN205028073U; CN105700391B; CN109634148A; FR3030089B1; CN105700391A; US9544025B2; US20160173171A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif électronique comportant : au moins un circuit (6) de traitement connecté au moins à une borne (28) à un premier potentiel de référence ; au moins un circuit (2) de communication radiofréquence connecté au moins à ladite borne de potentiel de référence ; au moins un premier plot (43) destiné à être porté à un deuxième potentiel de référence d'au moins un circuit électronique (APP) externe au dispositif ; et au moins une première impédance résistive (9) entre ladite borne (28) et ledit premier plot (43).

Description

B13749 - 14-R0-0484FR01 1 DISPOSITIF ÉLECTRONIQUE À FONCTION RADIOFRÉQUENCE Domaine La présente description concerne de façon générale les circuits et systèmes électroniques et, plus particulièrement, les circuits ou dispositifs électroniques susceptibles de fonctionner 5 à la fois en communication radiofréquence et par contact. Exposé de l'art antérieur De plus en plus, des circuits ou dispositifs électroniques sont susceptibles de communiquer avec d'autres circuits ou systèmes, soit de façon filaire par une connexion 10 électrique à contacts, soit sans fil par liaison radiofréquence. Cela concerne par exemple les étiquettes électroniques ayant non seulement une antenne de communication radiofréquence mais également des bornes de contact électrique, les dispositifs dits "dual mode" qui sont susceptibles de fonctionner soit en mode 15 contact soit en mode sans contact comme par exemple des dispositifs à interface NFC (Near Field Communication). Il peut également s'agir de circuits de communication sans contact disposant d'accès filaires normalisés de type I2C ou SPI. Dans ce type de dispositifs, la sensibilité aux 20 perturbations électromagnétiques est accrue par la présence des contacts filaires qui constituent des antennes parasites. 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 2 Résumé Un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des circuits et dispositifs électroniques disposant d'interfaces de communication radiofréquence et filaire.

Un mode de réalisation vise plus particulièrement une solution adaptée aux circuits radiofréquence de type "dual mode". Un mode de réalisation vise une solution compatible avec différents types d'interfaces filaires. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif 10 électronique comportant : au moins un circuit de traitement connecté au moins à une borne à un premier potentiel de référence ; au moins un circuit de communication radiofréquence connecté au moins à ladite borne de potentiel de référence ; 15 au moins un premier plot destiné à être porté à un deuxième potentiel de référence d'au moins un circuit électronique (APP) externe au dispositif ; et au moins une première impédance résistive entre ladite borne et ledit premier plot. 20 Selon un mode de réalisation, ladite première impédance a une résistance supérieure au kilo-ohm. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un premier interrupteur aux bornes de ladite impédance résistive. Selon un mode de réalisation, ledit premier interrupteur 25 est ouvert dans un mode de fonctionnement où le circuit radiofréquence est utilisé. Selon un mode de réalisation, chaque plot de raccordement à un élément externe au dispositif est associé à un circuit de protection contre des décharges électrostatiques. 30 Selon un mode de réalisation, le circuit de protection comporte un transistor, monté en diode, réalisé dans un caisson isolé de ladite borne. Selon un mode de réalisation, lesdits circuits de protection sont connectés directement au premier plot. 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 3 Selon un mode de réalisation, ledit circuit de traitement est relié, par l'intermédiaire d'une deuxième impédance résistive, à un deuxième plot d'application d'un potentiel d'alimentation. 5 Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un deuxième interrupteur aux bornes de ladite deuxième impédance résistive. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, 10 seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente, de façon très schématique, un exemple de système de transmission sans contact du type auxquels 15 s'appliquent les modes de réalisation qui vont être décrits ; la figure 2 est un schéma bloc d'un exemple d'étiquette électronique usuelle pourvue d'interfaces de communication radiofréquence et à contacts ; la figure 3 est un schéma-bloc d'un mode de réalisation 20 d'un dispositif pourvu d'interfaces de communication radiofréquence et à contacts, équipé d'un élément permettant d'améliorer l'immunité aux bruits ; la figure 4 est un schéma-bloc illustrant un mode de réalisation d'un dispositif du type de celui de la figure 2, 25 équipé d'un élément d'immunité aux bruits ; la figure 5 est un schéma électrique illustrant un exemple de circuit de protection contre des décharges électrostatiques ; la figure 6 représente le schéma électrique d'un exemple 30 de réalisation d'un circuit de protection ; La figure 7 est une vue en coupe schématique d'un exemple de réalisation du circuit de protection de la figure 6 ; la figure 8 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif à interfaces avec et sans contact ; et 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 4 les figures 9 et 10 sont des schéma-blocs illustrant deux autres modes de réalisation. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes 5 références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, le fonctionnement des circuits pour les transmissions avec ou sans fil et les structures internes des dispositifs n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec le fonctionnement et les structures usuelles. Sauf précision contraire, les expressions "approxi- mativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

La figure 1 représente, de façon très schématique, un exemple de système de transmission sans contact du type auxquel s'appliquent les modes de réalisation qui vont être décrits. Un lecteur (READER) est susceptible de communiquer sans contact avec un dispositif 1. Le dispositif 1 est, non seulement, équipé d'une antenne reliée à des bornes de circuits radiofréquence 2 (RF) ou tête radiofréquence, mais est également pourvu de circuits 4 d'entrée-sortie à contacts (I/0). Les échanges avec ou sans contact sont traités par un ou des circuits 6 (PROC), généralement numériques, propres au dispositif 1 et qui dépendent de son application. Les circuits 4 d'entrée-sortie sont destinés à être reliés à d'autres fonctions (non représentées) externes au dispositif 1, par exemple des circuits ayant besoin d'utiliser la fonction de communication radiofréquence. La figure 2 est un schéma bloc d'un exemple de dispositif 30 1 connu, sous la forme d'une étiquette électronique pourvue d'interfaces de communication radiofréquence et à contacts. La partie radiofréquence 2 comporte des circuits analogiques (bloc 22, RF ana) de traitement et de conversion des communications entre l'antenne 12 et le ou les circuits numériques 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 5 6 (Digital) de traitement. Des bornes d'entrée-sortie radiofréquence du bloc 22 sont reliées à des plots ACO et AC1 de raccordement de l'antenne 12. Les plots ACO et AC1 sont également reliés à des entrées analogiques d'un pont redresseur 24, chargé 5 d'extraire du champ radiofréquence capté, l'énergie requise au fonctionnement des circuits. Les bornes de sortie redressée du pont 24 définissent les bornes positives 26 et de référence 28 (masse) des circuits analogiques. Un circuit de régulation 3 (Supply mgt) a pour rôle de fournir une tension d'alimentation 10 aux circuits 6, la masse étant commune. Côté numérique, deux plots GPIO et GND de contact à des fonctions externes sont respectivement reliés, par un amplificateur 42 (driver), à une borne d'entrée du circuit 6 et à la masse commune 28 (généralement un plan de masse du circuit intégrant les différentes fonctions 15 du dispositif 1). Dans l'exemple de la figure 2, on suppose une liaison à contact de type à drain ouvert (open drain). Un interrupteur K (typiquement, un transistor MOS), commandé par le circuit 6 par l'intermédiaire d'un amplificateur 44, relie les plots GPIO et GND, pour fournir un état bas en sortie.

20 Afin d'assurer la protection contre des décharges électrostatiques (touché d'un objet ou des doigts d'un opérateur, notamment lors de l'assemblage du dispositif), on prévoit des circuits de protection 81, 82 et 83 (ESD). Typiquement, ces circuits sont constitués, dans leur version la plus simple, d'un 25 transistor bipolaire monté en diode et reliant chaque plot GPIO, ACO, AC1 à la masse 28. Dans un tel circuit, les plots de contact GPIO et GND avec leurs conducteurs de connexion internes au dispositif ou les lignes de connexion aux fonctions externes forment une antenne parasite, de type dipôle électromagnétique, susceptible d'introduire des perturbations électromagnétiques. En particulier, si une perturbation est captée par le plan de masse (soit directement par le plot GND, soit en raison de son court-circuit avec le plot GPIO quand l'interrupteur K est passant), cela se traduit par une perturbation de mode commun côté partie 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 6 radiofréquence, c'est-à-dire que le potentiel des deux plots ACO et AC1 varient simultanément. De telles perturbations sont préjudiciables au fonctionnement du dispositif, en particulier lorsqu'il fonctionne en mode étiquette électronique (TAG).

5 Des problèmes similaires se posent pour d'autres types de connexions côté numérique, d'alimentation positive dans le existe côté numérique, par des circuits de traitement normalisés, par exemple par la ligne cas où un plot correspondant plots de raccordement à des par exemple de type I2C ou SPI, 10 etc. La figure 3 est un schéma bloc d'un mode de réalisation d'un dispositif 1, pourvu d'interfaces de communication radiofréquence et à contacts, équipé d'un élément permettant d'améliorer l'immunité aux bruits provenant de la partie numérique 15 et, en particulier, des plots de raccordement aux fonctions numériques. On retrouve un ou plusieurs circuits radiofréquence 2 (RF) destinés à être connectés à une antenne 12, un ou plusieurs circuits numériques 6 (PROC), un ou plusieurs circuits 4 (I/O) 20 d'entrée-sortie côté numérique, connectés à des plots, par exemple ici deux plots 41 (de données) et 43 (par exemple de masse). Le nombre de plots dépend de l'application et du besoin de communication entre les circuits 6 et les autres fonctions ou circuits électroniques APP, externes au dispositif 1. Dans 25 l'exemple de la figure 3, on suppose un dispositif 1 alimenté par l'énergie captée par l'antenne et régulée par un circuit 3. Toutefois, comme on le verra par la suite, ce qui va être décrit s'applique également au cas où une alimentation positive (ou négative) est fournie par le bloc 4 provenant d'un raccordement à 30 un autre plot. Selon ce mode de réalisation, une impédance résistive 9 (R) est intercalée entre le plot 43 de masse et la ligne de masse 28 commune aux circuits 2 et 6. L'élément 9 a une impédance nettement supérieure aux résistances parasites présentes dans le 35 dispositif. Typiquement, la valeur de la résistance R est d'au 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 7 moins un kilo-ohm, par exemple comprise entre 1 et 20 kilo-ohms, de préférence de quelques kilo-ohms. Le rôle de la résistance R est d'augmenter l'impédance entre le plot 43 et le noeud interne 28 du dispositif 1 (plus 5 généralement entre tous les plots de raccordement à d'autres circuits électroniques externes au dispositif et les noeuds internes du dispositif 1). Ainsi, les bruits apportés par les plots sont atténués et ne perturbent pas les transmissions radiofréquences et, en particulier, n'introduisent pas de mode 10 commun. On peut considérer que les potentiels de référence du noeud 28 et du plot 43 sont alors différents. Le plot 43 de masse se retrouvant isolé du plan de masse 28 par la résistance R et connecté cependant à des circuits du bloc 4, il a besoin d'être protégé contre d'éventuelles décharges 15 électrostatiques. Par conséquent, on prévoit des circuits 8 (ESD) de protection reliant les différents plots au plot 43 (et non à la masse 28 du dispositif 1). La figure 4 est un schéma-bloc illustrant un mode de réalisation d'un dispositif du type de celui de la figure 2, 20 équipé d'un élément d'immunité aux bruits. Par rapport à la figure 2, une résistance 9 (R) est intercalée entre le plot 43 (GND) et la ligne de masse 28 du dispositif. Le substrat (bulk) du transistor MOS constitutif de 25 l'interrupteur K est directement connecté à la source du transistor, donc au plot GND. On notera qu'il convient d'isoler le substrat du transistor du plan de masse du circuit intégré (donc du noeud 28). En pratique, on réalisera l'interrupteur K dans un caisson isolé du substrat du circuit intégré.

30 Des circuits 81, 82 et 83 de protection électrostatique sont prévus entre les plots 41, ACO et AC1 et le plot 43 (GND). Ces circuits sont isolés du plan de masse 28. La figure 5 est un schéma électrique illustrant un exemple de circuits 82 et 83 de protection ESD.

3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 8 Ces circuits sont chacun constitués, par exemple, d'un transistor bipolaire monté en diode reliant le plot ACO, respectivement AC1, à la borne, ligne ou plan de masse 28 du dispositif 1. Une telle structure de circuit de protection ESD 5 est en elle-même connue. D'autres constitutions de circuits de protection ESD pourront être utilisées. Toutefois, en fonction des composants utilisés, on veillera à ce que le circuit de protection soit "isolé" du plan de masse 28, c'est-à-dire en pratique que le 10 transistor formant ce circuit de protection soit dans un caisson isolé du substrat du circuit intégré portant le plan de masse. La figure 6 représente le schéma électrique d'un exemple de réalisation d'un circuit de protection ESD reliant le plot 43 à l'un des plots 41, ACO ou AC1. Dans cet exemple, on utilise un 15 transistor bipolaire 100 de type NPN dont la base 100b est directement connectée à l'émetteur 100e. La figure 7 représente un exemple de réalisation d'un tel transistor dans un substrat 101 portant, en face arrière, le plan de masse (non représenté) du circuit intégré. Le transistor 20 100 est réalisé dans un caisson délimité latéralement par des tranchées d'isolement 102 (par exemple en silicium de type N-) et horizontalement par une région 103 également de type N-. Le substrat 104, ici de type P- du transistor 104 est contenu dans le caisson et des zones 105, 106 de type N+ et 107 de type P+ 25 définisses les collecteur 100c, base 100b et émetteur 100e. La figure 8 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif à interfaces avec et sans contact. En figure 8, ainsi que dans les figures qui vont suivre, l'antenne 12 n'a, pour simplifier, pas été représentée.

30 Par rapport au mode de réalisation de la figure 4, la connexion au plot 41 est de type CMOS, c'est-à-dire que le dispositif comporte, en plus des plots 41 (GPIO) et 43 (GND), un plot 45 (Vdd) destiné à recevoir une tension positive. Côté circuits 4, l'amplificateur 44 commande une paire de transistors 35 CMOS (transistor P et transistor N connectés en série entre les 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 9 plots 45 et 43 avec le plot 41 connecté au point milieu de cette association en série). Un circuit de protection ESD 85 relie le plot 45 au plot 43. Dans les modes de réalisation des figures 4 et 8, 5 l'impédance 9 peut être constituée d'une simple résistance série entre le plot 43 et la masse 28. Les figures 9 et 10 sont des schéma-blocs illustrant deux autres modes de réalisation, appliqués à des dispositifs susceptibles de fonctionner soit en mode radiofréquence en étant 10 autoalimentés par l'antenne 12 (par l'énergie captée par celle-ci), soit dans un mode I2C (ou plus généralement tout autre mode de communication filaire avec des circuits externes) en étant alimentés par des circuits externes au dispositif. Ainsi, à la différence des modes de réalisation précédents, les circuits 6 15 sont alimentés soit par la partie radiofréquence (circuit de régulation 3), soit par un plot 45 (Vdd), un régulateur 35 optionnel étant alors intercalé entre ce plot 45 et la borne d'alimentation positive des circuits 6. Dans l'exemple représenté, appliqué à une communication 20 de type I2C, des plots 47 (SCL) et 49 (SDA), respectivement de synchronisation et de données, propres au standard I2C, sont reliés par des amplificateurs 46, respectivement 48, aux circuits 6. Le plot 49 est par ailleurs relié, par un transistor MOS N, au plot 43 à la manière du plot 41 du mode de réalisation de la 25 figure 4, le bus de donnée SDA du standard I2C requérant un fonctionnement à drain ouvert. Les plots 47 et 49 sont par ailleurs reliés au plot 43 par des circuits 87 et 89 de protection ESD. Afin d'éviter qu'en mode I2C, un courant important ne circule dans la résistance 9, ce qui engendre des pertes, on 30 prévoit de préférence un interrupteur 92 (par exemple, un transistor MOS, de préférence de type N) court-circuitant cette résistance 92, c'est-à-dire reliant directement le plot 43 à la masse 28. L'interrupteur 92 est commandé par un signal cmd provenant des circuits 6 pour être passant en mode I2C et ouvert 35 en mode radiofréquence. Ainsi, en mode radiofréquence, on filtre 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 10 les perturbations susceptibles de provenir des circuits connectés aux plots 43, 45, 47 et 49 et, en mode I2C, on évite une dissipation d'énergie dans la résistance 9. Dans l'exemple de la figure 9, la ligne d'alimentation 5 positive n'est pas protégée contre d'éventuelles perturbations. Dans certaines applications, cela peut suffire. En effet, le bruit susceptible de provenir des connexions par contact provient surtout de la connexion de masse. Dans l'exemple de la figure 10, on prévoit en plus de 10 limiter les perturbations susceptibles de provenir de la ligne d'alimentation positive. Ainsi, on insère une impédance résistive 94 (R') entre le plot 45 et le circuit de régulation 35. Cette impédance, de préférence une résistance, joue le même rôle que la résistance R côté masse en filtrant les perturbations provenant 15 du plot 45. De préférence, un interrupteur 96, par exemple un transistor MOS, ici de type P, est prévu pour court-circuiter la résistance R' en mode filaire, c'est-à-dire lorsque l'alimentation provient de la borne 45. L'interrupteur 96 est commandé par un signal cmd2, de préférence identique au signal cmd.

20 Un avantage des modes de réalisation qui ont été décrits est qu'il est désormais possible de limiter l'influence de connexions par contacts à des circuits électroniques sur une réception radiofréquence. Un autre avantage est que les solutions décrites sont 25 compatibles avec le fonctionnement usuel des dispositifs radiofréquences. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le choix de la valeur à donner à la 30 résistance R ou aux résistances R et R' dépend de l'application et d'un compromis entre le niveau de perturbation attendu et, sans interrupteur de court-circuit de cette ou ces résistance, des pertes acceptables en mode contact. De plus, bien que les modes de réalisation aient été décrits en relation avec des exemples 35 particuliers, ils se transposent sans difficulté à tout dispositif 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 11 conçu pour partager des circuits électroniques 6 entre un mode de fonctionnement radiofréquence et un mode de fonctionnement par contacts. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation qui ont été décrits est à la portée de l'homme du 5 métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif électronique comportant : au moins un circuit (6) de traitement connecté au moins à une borne (28) à un premier potentiel de référence ; au moins un circuit (2) de communication radiofréquence 5 connecté au moins à ladite borne de potentiel de référence ; au moins un premier plot (43) destiné à être porté à un deuxième potentiel de référence d'au moins un circuit électronique (APP) externe au dispositif ; et au moins une première impédance résistive (9) entre 10 ladite borne (28) et ledit premier plot (43).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite première impédance (9) a une résistance supérieure au kilo-ohm.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant 15 un premier interrupteur (92) aux bornes de ladite impédance résistive (9).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit premier interrupteur (92) est ouvert dans un mode de fonctionnement où le circuit radiofréquence (2) est utilisé. 20
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque plot de raccordement à un élément externe au dispositif est associé à un circuit (81, 82, 83, 85, 87, 89) de protection contre des décharges électrostatiques.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le 25 circuit de protection comporte un transistor, monté en diode, réalisé dans un caisson isolé de ladite borne (28).
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel lesdits circuits de protection (81, 82, 83, 85, 87, 89) sont connectés directement au premier plot (43). 30
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit circuit de traitement (6) est relié, par l'intermédiaire d'une deuxième impédance résistive (94), à un deuxième plot (45) d'application d'un potentiel d'alimentation. 3030089 B13749 - 14-R0-0484FR01 13
9. Dispositif selon la revendication 8, comportant un deuxième interrupteur (96) aux bornes de ladite deuxième impédance résistive (94).