Soutenance de thèse de Mathieu FAYE

Habituellement, les antennes utilisées dans les technologies RFID communiquant en champ proche ont une taille relativement grande. Cela leur permet de fournir assez d’énergie pour le bon fonctionnement des circuits. La réduction de la taille des antennes présente un fort intérêt dans la mesure où elle facilite l’intégration dans des objets de petite dimension. Cependant, elle conduit à une diminution considérable de l’énergie disponible. Une amélioration de l’efficacité de fonctionnement, de tous les dispositifs intégrés à la puce, est primordiale pour pouvoir conserver les mêmes fonctionnalités d’un système passif avec une taille d’antenne qui tend à se réduire. Toutefois, l’optimisation adéquate devra se faire au niveau du système global. Cela assurera une contribution optimale de chaque dispositif inclus dans le circuit mais aussi celle de l’antenne radiofréquence. A cela se rajoute la tendance, au sein des applications associées à ces technologies, à intégrer de plus en plus de données. De ce fait, il est nécessaire d’augmenter les débits de communications. Cette augmentation de débits complexifie l’implémentation des dispositifs de communication. Afin de répondre à ces problématiques, cette thèse avait comme objectif de contribuer à l’optimisation de la récupération d’énergie ainsi qu’à l’amélioration de la communication au sein des systèmes passifs communiquant à 13.56MHz. Sur cette lancée, nous avons mené des études systèmes permettant d’identifier les différents facteurs influents dans la récupération d’énergie et de proposer un système optimisé. Pour l’aspect communication, nous avons étudié et conçu une PLL, basée sur la synchronisation par injection et un algorithme de descente de gradient, permettant de fournir une image sinusoïdale de la porteuse RF. Cela a permis, d’apporter une solution à l’absence de signal RF, durant la modulation ASK. Mais surtout de rendre possible une démodulation quadratique analogique. Grace à cette méthode, nous avons réussi à concevoir un système compatible avec les méthodes de modulation, ASK et PSK, mis en œuvre aux sein des technologies communiquant en champ proche. Un certain nombre de dispositifs associés à la récupération d’énergie ont été conçus à l’aide de la technologie « 130nm-HCMOS9GP » de « STMicroelectronics » et ont permis d’étudier plusieurs variantes de systèmes de récupération d’énergie. La PLL ainsi que le démodulateur ont été conçus avec la technologie « 55nm-UMC55EFLASH » de « United Microelectronics Corporation ». Ensuite ces deux puces ont fait l’objet de tests fonctionnels en simulation et en mesure dans des environnements normalisés.

Near field RFID technologies use to embark loop antennas large enough to provide the amount of energy needed by the all the circuits they are interfaced with. Reducing the size of those antennas facilitates their integration into small sized objects and opens up the possibility of new applications. However, it also reduces the energy transfer capability of the system. In order to keep the same functionalities with this size reduction trend, it is clear that each important part of the integrated circuit need to have a higher efficiency. Although an overall optimization, ensuring an optimal contribution of each of all the parts of the system, is more fitting. In addition to this energy drop, the applications associated with these technologies create an increasing need of high data volume exchange. Thus leading to the necessity of increased data rates. The main objectives of thesis work were the optimization of the power transfer capabilities of 13.56MHz passive RF systems and the improvement of the communication circuits. A thorough study, to identify the key factors in 13.56MHz RF power transfer, have been led. The ultimate goal being the design of an optimized system. For the communication aspect a discrete PLL, based on injection locking and gradient descent algorithm, was studied and designed. Thus introducing a new method of carrier and data recovery in this field. This PLL provides a synchronous clock to the system during OOK modulation and also a sine shaped clock for quadrature demodulation. This method was successfully tested on ASK and PSK modulated RF signals. Two chip have been design and manufactured, using STMicroelectronics 130nm-HCMOS9GP technology for the power recovery system and UMC 55nm-UMC55EFLASH technology for the clock and data recovery system. Measurements have been done within ISO/IEC-10373-6 standard for the power transfer chip, while the clock and data recovery system have been validated with simulation data.