Couverture ElectroniqueS n°127

Dans les diverses bandes ISM jusqu'à 2,4 GHz, le facteur économique justifie le fort niveau d'intégration dont bénéficient les circuits d'émission-réception. Le paroxysme est atteint avec les systèmes sur une puce associant dans un même boîtier : la radio, le microcontrôleur et la mémoire. Dans le cadre d'une transmission de données par voie radio à courte, voire à très courte distance, de nombreux systèmes exploitent avec profit les bandes dites ISM (Industrielle, scientifique, médicale). Encore que ce sigle semble aujourd'hui bien restrictif. En effet, dans le spectre fréquentiel alloué, les applications les plus hétéroclites se côtoient dans les domaines industriel (le contrôle-commande de capteurs ou d'actionneurs, la télérelève de compteurs, la programmation de machines-outils…), de la domotique (les alarmes, la gestion de l'éclairage, du chauffage ou de la climatisation, la fermeture des volets et portails …), de l'automobile (la mesure distante de la pression des pneumatiques, les alarmes, le verrouillage centralisé à distance…), de l'informatique (les manettes de jeux, souris et claviers) et des loisirs (les casques sans fil, les jouets…). Cet engouement est justifié par les attraits inhérents à une connectivité RF vis-à-vis de sa contrepartie filaire, et ce hors situations où elle se révèle tout simplement indispensable. Les portées ambitionnées s'échelonneront généralement entre quelques mètres et plusieurs centaines de mètres, voire 1 km. Les débits resteront tout aussi modestes, puisqu'ils excéderont rarement quelques centaines de kbits/s, 1 Mbit tout au plus. Quant à l'usage d'une bande libre de droits, sans acquisition d'une quelconque licence auprès des administrations locales, elle se révèle tout bénéfice pour accélérer la mise sur le marché des produits. Les bandes de fréquences sans licence dévolues à ce panel d'applications sont diverses, et parfois différemment attribuées selon les régions géographiques. Les plus usitées sont celles des 433 et 868 MHz pour l'Europe, des 315 et 915 MHz pour le continent nord-américain. Quant au 2,4 GHz, dont l'adoption est généralisée, il sert de support à de nombreux standards du sans-fil comme Wi-Fi, Bluetooth ou ZigBee. Précisons d'emblée qu'il ne sera pas ici question ni de Wi-Fi, dont les débits et la couverture sont d'une autre dimension, ni même de Bluetooth, ce dernier ayant fait l'objet d'un dossier particulier (Electronique n° 139, p. 88). A contrario, nous évoquerons le cas de ZigBee, ou encore de techniques propriétaires telles que le WirelessUSB de Cypress, dont les contraintes de coût et de consommation sont sensiblement identiques. ZigBee : l'offre prend forme L'offre en circuits ZigBee, si elle n'est pas aujourd'hui pléthorique, est concrète. Avec le niveau d'intégration autorisé par une technologie Cmos submicronique, le coût de réalisation d'une liaison ZigBee se révèle déjà attractif. Ainsi, le CC2430 en Cmos 0,18 µm, introduit par Chipcon en fin d'année dernière, constitue un système sur une puce regroupant toutes les briques matérielles et logicielles requises. Soit : un transceiver 2,4 GHz conforme IEEE 802.15.4, un microcontrôleur 8 bits de type 8051, de la mémoire flash avec la pile de protocoles. Le tout dans un petit boîtier de 7 mm de côté, qui peut trouver sa place dans toutes les configurations de n&oelig;uds ZigBee (coordinateurs, routeurs et produits « fin de ligne » ou end devices). Quant à son successeur, le CC2431 destiné à la mise en réseau de capteurs sans fil, il présente l'originalité d'embarquer un c&oelig;ur matériel, licencié auprès de Motorola, ajoutant une fonction de localisation rapide et assez précise (de l'ordre de 2 m en milieu fermé). Avec sa famille MC1321x, dont les éléments se distinguent selon la configuration mémoire, Freescale dispose également d'une solution complète. Cette dernière prend la forme de systèmes en boîtier (SiP, system-in-package) réunissant un transceiver compatible IEEE 802.15.4 et un microcontrôleur d'architecture HCS08. De son côté, le ML7065 d'Oki Semiconductor inclut la radio 2,4 GHz et assure la gestion des couches PHY et MAC, ainsi que le chiffrement selon l'algorithme AES (Advanced encryption standard). Ce circuit requiert néanmoins un microcontrôleur externe avec lequel il communique par l'intermédiaire d'un port série SPI. Parmi les autres acteurs qui lorgnent sur le marché, nous citerons Atmel, Ember qui a tout récemment conclu un accord avec STMicroelectronics pour le développement d'une plate-forme ZigBee commune, ou l'américain Integration Associates, par le biais du rachat de son compatriote CompXs. Dans la même bande sans licence des 2,4 GHz, sont également mises en &oelig;uvre des technologies propriétaires, telles celles de Nordic Semiconductor ou Cypress. Ainsi, le WirelessUSB de ce dernier a été introduit en 2002. Il n'a depuis cessé d'évoluer afin de proposer une connectivité sans fil aux périphériques PC, aux souris, claviers et manettes de jeux, ou autres applications en modes point-à-point ou point-à-multipoint. Affichant initialement un débit de 62,5 kbits/s pour une liaison radio n'excédant pas 10 m, le WirelessUSB a par la suite été décliné en deux variantes LR (Long range) et, plus récemment, LP (Low power). Dans le premier cas, la distance de communication est plus proche de 50 m, dans le second la consommation a été quasiment divisée par deux à puissance d'émission constante. En outre, les deux modes de fonctionnement implantés, GFSK et DSSS, permettent dorénavant d'atteindre des débits de 1 Mbit/s et 250 kbits/s respectivement.

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