Récepteurs à dispositif d`activation déclenché par radio

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.