L’alimentation de ces blocs doit donc être la moins
bruitée possible sur une large bande de fréquence. Elle
doit avoir un PSR (« Power Supply Rejection ») le plus
élevé possible. Le PSR définit la capacité que présente un
système à minimiser l’impact des variations de la tension
d’alimentation sur le signal de sortie.
2.1 Une demande particulière
Afin de limiter leur consommation, les systèmes RF
fonctionnent dans différents modes. Selon les besoins, les
blocs analogiques, RF et numériques sont soit éteints, soit
en veille, soit actifs [3]. Cette technique réduit
considérablement la consommation de l’émetteur-
récepteur sans dégrader ses performances. Les trois
principaux modes de fonctionnement sont :
• « Power Down Mode » : seuls les blocs qui
permettent le réveil sont actifs, le reste du
système est éteint.
• « Idle Mode » : tout le système est alimenté, il est
à l’écoute d’un signal qui le réveillerait.
• « Active Mode » : émission/réception des
données. Ce mode est utilisé seulement lors de
transactions de données.
Ces modes de fonctionnement impliquent la mise en
place d’une stratégie d’alimentation dynamique avec un
réveil rapide. En effet, le temps de démarrage des
régulateurs doit être inférieur au temps de transmission
d’une trame de données par exemple.
De plus, une application à très faible consommation
comme les réseaux de capteurs sans fils doit présenter
également un faible coût. La puce RF doit donc avoir une
surface la plus faible possible et ne pas nécessiter de
composants externes (pas de capacité de découplage ni
d’inductance pour les régulateurs). L’architecture de
l’alimentation doit être constituée de régulateurs adaptés,
de faibles surfaces et sans composants externes.
2.2 Etat-de-l’Art des stratégies d’alimentation
Actuellement, les régulateurs linéaires de type Low
Drop Out (LDO) sont connectés directement à la batterie
afin d'alimenter les parties RF, analogiques et numériques
[4] [5] [6] (Figure 3). Les avantages d'une telle solution
sont la faible taille de ce genre de circuit et leur faible
coût. Cependant, leur rendement énergétique peu élevé
handicape sévèrement l'autonomie et donc le temps de vie
de la batterie.
LDO LDO
Fonctions
RF Numérique
Vbat
Figure 3. Etat-de-l’Art des stratégies d’alimentation.
Sachant que les fonctions RF représentent environ
50% de la consommation au sein d'un nœud [1], la mise
en place d'une stratégie intelligente dédiée à la RF devient
cruciale pour atteindre l'objectif principal, l'augmentation
de l'autonomie.
2.3 Un réel manque de stratégie
La conception d’un émetteur-récepteur RF est réalisée
à partir d’un cycle de conception en V (méthodologie
descendante/montante). Ainsi, elle permet à différents
groupes au sein d’un même projet d’évoluer du « besoin »
au « produit ». A partir d’un cahier des charges, une
analyse fonctionnelle est effectuée, ce qui permet un
découpage en différentes fonctions. Par la suite, ces
fonctions donneront lieu à des architectures distinctes.
Une fois l’architecture décidée, les concepteurs analysent
chaque bloc unitaire, les conçoivent et les simulent.
Le problème est que l’architecture de l’alimentation
n’est pas étudiée lors de l’analyse fonctionnelle. Les
spécifications et les répartitions des différentes contraintes
n’apparaissent pas dans le cahier des charges. Le
concepteur va donc réaliser et simuler les fonctions RF en
utilisant une alimentation idéale. Il ne prendra pas en
compte les bruits apportés par l’alimentation, l’impédance
ramenée par l’alimentation ni les perturbations des blocs
voisins qui passent par ces chemins.
L’étude d’une stratégie d’alimentation devient donc
indispensable dans la conception de circuits très faibles
consommations afin d’obtenir la meilleure optimisation,
les meilleurs compromis et performances possibles.
3. Proposition d’une stratégie
Pour faciliter la phase de conception des futurs
émetteurs-récepteurs et de leur stratégie d’alimentation,
une démarche de modélisation a été définie et pourra être
appliquée lors de la conception des circuits. Il est
envisageable d’obtenir un modèle spécifique à
l’architecture du circuit tout en étant réutilisable lorsque
certains paramètres (technologiques ou dimensionnels)
seront modifiés.
3.1 Motivations de l’action de modélisation
Bien qu’il soit possible de simuler individuellement
les circuits constituant un émetteur-récepteur, ils ne
peuvent pas être analysés dans le cadre d’un
fonctionnement complet en émission ou en réception en
restant au niveau transistor pour une analyse de réjection
d’alimentation par exemple. En effet, le nombre de nœuds
et la complexité des équations des modèles transistors font
que les capacités des stations de travail s’avèrent
insuffisantes pour ce genre de tâche.
Il est donc à ce niveau nécessaire de procéder à la
modélisation du circuit afin de garantir que le
comportement soit conforme à nos attentes.
Cette démarche de modélisation va permettre d’une
part une vérification rapide de l’ensemble des propriétés
des circuits créés (conception montante) et, d’autre part, la
détermination rapide des principales caractéristiques des
blocs d’alimentation afin qu’ils respectent les
spécifications (conception descendante).