Couverture ElectroniqueS n°127

Les systèmes portables, et les radiotéléphones en particulier, sont soumis à des impératifs stricts en matière de gestion de la consommation. Les circuits dévolus à cette tâche mettent en particulier l'accent sur la réduction du courant de veille. Etat des lieux par Atmel, dont la stratégie est basée sur l'intégration de blocs IP dans des circuits Cmos mixtes. Actuellement, l'électronique constitutive d'un appareil portable s'articule autour de systèmes sur une puce (SoC, system-on-chip) ou de systèmes en boîtier (SiP, system-in-package), dont l'alimentation doit obéir à des règles strictes. En fonctionnement, ces systèmes sont contraints d'assurer un traitement performant des données et/ou des signaux en rapport avec les communications en bande large, l'affichage en haute définition ou l'audio de qualité. La difficulté tient au fait qu'ils doivent y parvenir de la manière la plus économique possible sur le plan de la consommation d'énergie. Chaque sous-système requiert sa tension d'alimentation et prélève des courants qui lui sont propres. En veille, la consommation d'énergie du dispositif doit être ramenée au minimum absolu. Quant à la transition d'un mode de veille à un mode opérationnel (un cas représentatif étant la réception d'un appel sur un téléphone portable), elle s'effectuera avec l'objectif non seulement de maximiser l'autonomie de la batterie, mais aussi de prolonger sa durée de vie. Souvent, l'intégration du système de gestion de puissance vient au second plan des préoccupations des concepteurs d'appareils portables. Dans un premier temps, ils sélectionnent des composants discrets afin de s'assurer une certaine marge de man&oelig;uvre au niveau du développement et du débogage. Ce n'est qu'une fois le modèle définitif adopté que se pose réellement la question de réunir tous ces composants discrets dans un circuit intégré. Opter pour cette solution présente en effet de multiples attraits : gain de place sur la carte, liste des composants écourtée, économies d'énergie supplémentaires par le biais d'une commutation ingénieuse, réduction du courant consommé par le système même de gestion de la consommation. Pour relever tous ces défis, Atmel mise sur une famille de circuits ASSP (produit standard pour applications spécifiques) conçus à partir de blocs IP préalablement homologués. Ils sont fabriqués selon une technique Cmos mixte (analogique et numérique) pour un meilleur compromis entre performances et taille des puces élémentaires. Ces ASSP sont éventuellement rapidement transformables en Asic, afin de répondre aux contraintes de gestion de la consommation d'un large éventail d'équipements portatifs comme les radiotéléphones. Le concept général d'un tel ASSP/Asic de gestion de la consommation est indiqué figure 1. Concept d'un circuit intégré de gestion de la consommation (figure 1) Les circuits intégrés de gestion de la consommation comprennent le plus souvent des éléments analogiques consistant principalement en régulateurs de tension, en un échange de batterie et un circuit de contrôle du système. Un exemple de contrôleur évolué pour la gestion de la consommation Le contrôleur AT73C202 d'Atmel met en pratique les principes de conception décrits précédemment (figure 5). Economique et dissipant peu, ce circuit de gestion de la consommation et de batterie offre une interface directe avec les téléphones cellulaires GSM à 2,5 G. Il délivre les diverses tensions d'alimentation utiles pour les sous-systèmes HF, analogique et numérique (DSP, microcontrôleur, mémoires), élaborés à partir des plus récents jeux de puces pour radiotéléphones. Quant au chargeur de batterie interne, il exige un unique transistor PNP externe pour la charge d'accumulateurs lithium-ion ou lithium-polymère. Durant la procédure d'activation, c'est-à-dire lorsque le téléphone est allumé ou lorsqu'un chargeur de batterie est enfiché, le bon fonctionnement est entièrement sous le contrôle d'une machine d'état. Les phases de précharge et de charge rapide sont également prises en compte et exécutées par l'AT73C202 lui-même. Une fois l'opération achevée, la procédure de fin de charge est transférée au logiciel en bande de base. L'AT73C202 renferme aussi un chargeur de batterie de secours et un régulateur à consommation ultra faible, destinés à alimenter l'horloge temps réel (RTC) en bande de base durant le mode de veille. Le mécanisme câblé de démarrage (automate fini du contrôleur de gestion de la consommation) veille au bon fonctionnement du téléphone durant les procédures d'activation et de désactivation, ainsi que durant les multiples situations opérationnelles concrètes dans lesquelles évolue un téléphone portable : branchement et déconnexion du chargeur ou de la batterie, batterie déchargée ou à plat, etc. L'AT73C202 fournit par ailleurs toutes les interfaces actuellement requises dans les téléphones cellulaires : pilotes de sonnerie et de vibreur, surveillance de batterie, pilote pour la Del d'indication de charge, interface pour carte SIM avec transposition du niveau de tension (y compris un régulateur de tension 1,8 V/2,8 V SIM conforme Etsi GSM11.12 et 11.18). L'AT73C202 est implanté sur une puce de grande compacité, dont l'essentiel de la surface est occupé par les éléments analogiques. Il est conditionné dans un boîtier FBGA 49 billes de 5 mm de côté. Le composant procure deux niveaux de programmation de la tension pour le c&oelig;ur en bande de base (1,8 et 2,5 V) et pour les cellules analogiques (2,5 et 2,8 V). Et ce en adéquation avec les exigences des circuits réalisés selon les technologies 0,25 ou 0,18 µm, entre autres. Un mode faible puissance est disponible pour réduire encore la consommation de courant en veille pendant les périodes d'émission silencieuse. Une carte d'évaluation de l'AT73C202 est proposée. Elle permet de caractériser complètement le dispositif et de procéder à toutes les mesures voulues. Cela inclut : les mesures en rapport avec le bruit, le courant de repos, le PSRR et la régulation des transitoires de la tension de la batterie et du courant de sortie. Elle peut aussi servir de point de départ pour élaborer des applications basées sur l'AT73C202. Le contrôleur de gestion de la consommation AT73C202(figure 5) Un circuit évolué pour tééphones portables qui intègre notamment un chargeur de batterie et une série de régulateurs de tension chargés de délivrer les diverses alimentations requises par le système.

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