NXP Semiconductors ICRF Caen Proposition de sujet de thèse en coopération avec le laboratoire XLIM Récepteurs à dispositif d’activation déclenché par radio Présentation du sujet Le sujet proposé ici est lié au domaine de l’émission/réception radio de courte portée (inférieure à 100 mètres). Les systèmes sans fils de réseaux de capteurs constituent le premier domaine d’application, les récepteurs à très longue durée de veille (plusieurs années) peuvent également tirer parti de cette étude ainsi que toutes les applications où le récepteur en veille ne doit pas être détectable. Le problème est le suivant : Pour remplir sa fonction, le capteur doit être capable de recevoir des signaux provenant du monde extérieur. Dans le cas le plus simple, ceci est obtenu par l’activation permanente de son récepteur, ce qui se traduit par la consommation d’une certaine puissance. Dans la grande majorité des applications, cette consommation de puissance est critique (soit parce que l’alimentation est fournie par une batterie, soit parce que l’alimentation a un mauvais rendement). Pour réduire la consommation, il est couramment fait appel à une technique consistant à ne « réveiller » le récepteur que de temps en temps et à le laisser éteint le reste du temps. Cette technique de réveil périodique, pour être très efficace, doit employer une période très grande, ce qui augmente le temps de réponse du système, ou faire appel à un mécanisme de synchronisation qui peut être assez complexe et n’est pas toujours applicable. Dans tous les cas une certaine consommation résiduelle du système demeure. La solution que nous proposons d’étudier ici permet potentiellement de n’avoir aucune consommation résiduelle. Elle est basée sur l’utilisation d’un dispositif de réception dit passif qui, de façon très schématique, consiste à utiliser l’énergie fournie par l’onde radio parvenant au récepteur pour déclencher la mise en route du système. Un récepteur classique peut alors être activé et assurer la réception des données. Les récepteurs passifs sont déjà connus ; le plus célèbre d’entre eux étant certainement le poste à galène. Plus modernes, et utilisant aussi un principe passif, les « RF tags » sont capables de répondre aux signaux d’un émetteur assez puissant (et sophistiqué) en utilisant seulement l’énergie que leur envoi ce dernier. Cependant leur portée n’excède guère 10 mètres. Les procédés actuels de fabrication des semi-conducteurs permettent d’obtenir des performances tout à fait remarquables, tant pour la réception haute fréquence, que pour l’électronique digitale à très faible consommation. Ceci offre des pistes nouvelles pour ce type de récepteur et c’est ce qui à notre sens constitue tout l’intérêt de se sujet pour une thèse. Déroulement La thèse pourra être précédée par un stage (stage de Master, Master-pro, ou de 3 éme année d’école d’ingénieur). Sujet de stage Le stage sera fait en collaboration avec l’activité SSL (Solid State Lighting). Il s’agira, après s’être familiarisé avec les différentes activités de ce secteur, d’établir le cahier des charges d’un système de télécommande d’éclairage domestique par radio et de proposer une première architecture. Dans cette application l’émetteur est contenu dans le bouton de commande et le récepteur est placé à proximité de la lampe. Dans sa version la plus simple ce système permet de commander l’allumage, l’extinction, et de régler l’intensité lumineuse. Une version plus évoluée serait capable de signaler à un poste central de gestion une défaillance de la source lumineuse (effective ou imminente grâce à un système de surveillance des paramètres « vitaux » des diodes électroluminescentes). Dans ce dernier cas le dispositif devrait permettre une communication bidirectionnelle. Un aspect particulier de ce sujet est que la consommation en veille doit être faible du fait du mauvais rendement de la conversion de tension (220V alternatif vers environ 3 V continu pour une radio classique). Une consommation en veille nulle serait bien sûr idéale. Ce stage constitue donc une introduction parfaite pour le sujet de thèse, et la prise en compte du cahier des charges pour l’application SSL assure un débouché réel et pertinent pour le travail qui sera fait. Thèse Le plan et l’orientation des travaux de thèse seront définis à l’issue du stage. Nous pouvons néanmoins déjà suggérer une liste non exhaustive des thèmes qui seront abordés : Standards WPAN (Zigbee, Bluetooth, Wifi) Etablissement d’un cahier des charges pour une ou plusieurs applications. Bilan de liaison. Structure des récepteurs. Récepteurs à très basse consommation. Circuits détecteurs, multiplieurs de tension, convertisseurs... Conception de circuits (CMOS ou BICMOS) Antennes. (Surface, forme, constitution, intégration dans l’application......) Stockage d’énergie électrique. Compatibilité électromagnétique, origine des radiations Stratégies d’activation (décodage de message, faux réveils, temps de latence....). Stratégie d’autotest. Systèmes d’autoalimentions (Captage d’énergie et conversion pour circuits sans pile). Fiabilité des circuits. ... Profil requis Le sujet que nous proposons nécessite d’avoir une assez bonne aptitude à traiter des problèmes dont aussi bien les éléments de l’énoncé que ceux des solutions appartiennent à des domaines différents. En effet nous allons traiter d’antennes, d’électronique haute et basse fréquence, de conversion de tension continue, de traitement du signal, de circuits logiques, de protocoles de communication, de stockage d’énergie électrique, etc. Le (la) thésard(e) doit donc avoir une certaine culture en physique, avoir l’esprit de synthèse et être inventif. Un DUT Mesures Physiques ou équivalent serait probablement un bon point pour le candidat.