EP2697862A1 - Agencement d'antennes emettrice et receptrice de champ electromagnetique - Google Patents

Agencement d'antennes emettrice et receptrice de champ electromagnetique

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Publication number
EP2697862A1
EP2697862A1 EP12715093.6A EP12715093A EP2697862A1 EP 2697862 A1 EP2697862 A1 EP 2697862A1 EP 12715093 A EP12715093 A EP 12715093A EP 2697862 A1 EP2697862 A1 EP 2697862A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
antennas
receiving
transmitting
transmitting antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12715093.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul Caruana
Grégory CAPOMAGGIO
Christophe Buton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales DIS France SA
Original Assignee
Gemalto SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gemalto SA filed Critical Gemalto SA
Priority to EP12715093.6A priority Critical patent/EP2697862A1/fr
Publication of EP2697862A1 publication Critical patent/EP2697862A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2258—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used with computer equipment
    • H01Q1/2275—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used with computer equipment associated to expansion card or bus, e.g. in PCMCIA, PC cards, Wireless USB
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package

Definitions

  • the invention relates to a method for minimizing a disturbance current induced in an electromagnetic field receiving antenna by a transmitting antenna in the vicinity, an antenna arrangement and a device implementing the method.
  • Radiofrequency communication is in principle short-range and performed by coupling and electromagnetic induction range of the order of 0.01 or 1 m.
  • memory cards such as SD (from Sandisk company), communicating watches.
  • Such cards are currently used in a mobile phone card interface to perform a contactless transaction type in particular meeting the ISO / IEC 14443 or 15693 standard, insofar as these phones do not have contactless interfaces when shipped from the factory.
  • the current technology ISO / IEC 14443 and NFC is based on a principle of retro modulation of a signal emitted by a reader.
  • a certain amount of electromagnetic field supplied by a reader must be modulated by the proximity contactless chip object also called PICC (acronym for Proximity Integrated Circuit Card).
  • PICC proximity contactless chip object
  • a minimum field amplitude is required to be modulated by the object.
  • This modulation of the reader carrier must generate two sidebands with an amplitude at least equal to H / 2 0 '5.
  • the coupling factor is directly dependent on the surfaces of the reader antenna and that of the non-contact object.
  • EP1801741 (B1) discloses a method for generating a clean electromagnetic field by a portable data carrier (transponder), in which the transmission of data to a reader is effected in an activated communication mode and in which the transmission The electromagnetic field of the object is seen by the reader as a modulation of the reader's field.
  • the patent application US2010 / 0311328 discloses a contactless card comprising a data transmitting antenna, an energy receiving antenna and a cancellation device.
  • the latter performs a cancellation of a current induced in the transmitting antenna by the transmitting antenna so as to maintain, almost without distortion, a signal received by the receiving antenna and coming from an external reader.
  • the receiving and transmitting antennas are shaped, sized, and positioned relative to one another so that a signal transmitted by one antenna is prevented from inducing voltage in the other antenna. The signal suppression takes place when the energy and data signals have the same amplitudes but are in phase opposition.
  • the object of the invention is to find an easier and more advantageous solution for implementing an emission in objects of particular reduced size in which two distinct antennas can have mutually disturbing inductions.
  • the subject of the invention is therefore a method for minimizing a disturbing current induced in an electromagnetic field receiving antenna, said field being generated by a transmitting antenna located near said receiving antenna;
  • the method is distinguished in that the receiving antenna is arranged with respect to the transmitting antenna so that said current induced by the transmitting antenna is canceled at least partly in the receiving antenna by an opposite induced current also generated by the transmitting antenna.
  • Said antennas are arranged between them being partially facing each other on two substantially parallel horizontal planes;
  • the antennas overlap, with about half of the coupling surface of the receiving antenna substantially covering the coupling surface of the transmitting antenna;
  • the receiving antenna overlaps the transmitting antenna so that the current induced in the receiving antenna generated by a flux produced inside the transmitting antenna is substantially equal to the opposite current induced in the receiving antenna generated by a flux. of opposite direction produced outside the transmitting antenna and received by a receiving antenna portion located outside the transmitting antenna;
  • the invention also relates to an arrangement of emitter and receiver electromagnetic field antennas, said antennas being disposed close to each other;
  • the arrangement is distinguished in that the receiving antenna is arranged with respect to the transmitting antenna so that that said current induced by the transmitting antenna substantially cancels out at least substantially or substantially in the receiving antenna by an opposite induced current also generated by the transmitting antenna.
  • the invention can cancel the induction partly for example greater than 60%, 80% or 90%.
  • the antennas are arranged so that the electromagnetic flux of the transmitting antenna passes through a first coupling surface portion of the transmitting antenna in one direction and an opposite flow passes through a second portion of the coupling surface of the receiving antenna in an opposite sense;
  • the antennas are arranged on the same face of a support or on opposite faces; one of the antennas overlaps the other on half of its coupling surface.
  • the invention also relates to a radio frequency communication device implementing the above method or comprising the antenna arrangement above.
  • the device comprising means for receiving and transmitting an electromagnetic field conveying transmission data being synchronized with said reception;
  • the device is distinguished by a first data receiving antenna and a second data transmitting antenna are arranged in accordance with the above arrangement.
  • the device may be integrated in or constitute an object having a form factor of an integrated circuit card or micro SD card or a watch.
  • the invention a good coupling is achieved between, in particular, a reader and an object of the PICC type (SD card); In addition, it is easy to implement with minimal modification;
  • the invention applies in particular to any usual dual interface chip (with or without oscillator).
  • FIG. 1 illustrates an SD type card comprising the circuit according to one embodiment of the invention
  • Figure 2 illustrates a more detailed view of the RF radio frequency circuit of the previous figure
  • FIG. 3A illustrates a first embodiment of a reception stage of FIG. 2
  • FIG. 3B illustrates a second embodiment of a reception stage of FIG. 2
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of the transmission stage of the FIG.
  • FIG. 5 and 6 illustrate a receiving antenna arranged with respect to a micro SD card and equivalent circuit values of the antenna
  • FIG. 7 illustrates the level of modulation by the radiofrequency component SE (5);
  • FIG. 8 illustrates a filter for extracting the response signal of the component 5 from the carrier of the preceding figure
  • FIG. 9 illustrates a combination circuit of the carrier and the response signal alone
  • Figure 10 illustrates an LC circuit relating to the transmitting antenna
  • FIG. 11 illustrates the values of the reactances X L and X c respectively from the inductance and the capacitance as a function of the frequency
  • FIG. 12 illustrates an arrangement of a transmitting antenna with respect to a micro SD card and an arrangement of the two antennas with each other.
  • Activated communication means contactless communication in which the response of a transponder is effected by emitting an electromagnetic field specific to the transponder, preferably amplified. This emission is in fact obtained by the transmission at a given power of a carrier signal modulated by a transponder signal.
  • the power of amplification and / or operation of the transceiver transceiver is preferably provided by an external power source distinct from the reader.
  • the communication or the contactless circuit is in accordance with ISO / IEC 14443 and / or ISO / IEC 15693 or any other protocol based on an excitation frequency of the electromagnetic field at 13.56 MHz.
  • the circuit is powered by a power source.
  • Figure 1 is shown schematically an embodiment of a contactless communication circuit 1 according to the invention equipping a memory card 1A.
  • any other communicating object can be equipped with it, for example, USB key, PCMCIA card ... phone, PDA, computer.
  • the object may or may not be removable relative to a host device or be fixed permanently including soldered on a printed circuit board.
  • the circuit or object may optionally provide external antenna connections rather than support them.
  • the memory card 1 comprises, in a known manner, contact pads 2, a microcontroller 3, a mass memory 4 (NAND) connected to the microcontroller.
  • the card further comprises a communication processing element 5; It is preferably of the dual interface type (configured to handle a contact type communication, for example ISO 7816-3 and non-contact ISO-14443 (SE)); This component or element 5 (SE) is preferably secure as an integrated circuit chip known from the field of the smart card; It may be provided, if necessary cryptographic and / or anti-fraud, anti-extrusion, etc..
  • the component SE is connected to the microcontroller 3 by an input / output port;
  • the security component SE is connected to an active CL interface circuit 6; This component 6 receives two antennas 7, 8, respectively receiving and transmitting.
  • the invention comprises additional RF means 6, 7, 8 added to the non-contact element SE to compensate for the particularly small size of the antenna since housed in a micro SD card (11x15 mm) or mini SD or in a obj and substantially equivalent size.
  • the transmission means 5, 6, 7, 8 are configured to modulate a carrier signal 25.
  • This carrier signal is here preferably derived or extracted from the magnetic field received from an external reader.
  • the radio frequency circuit 6 performs functional activities for receiving and transmitting the electromagnetic field below; It notably captures the external RF radio frequency field from a contactless reader to, if necessary, make it compatible with the secure component SE (voltage, etc.); It amplifies the response of the secure element SE intended to be listened to by the external reader.
  • Figure 2 further describes the SE component (5) and its links.
  • the circuit SE of this mode comprises means of connection to an external source of energy.
  • the component SE comprises a contact interface, for example according to the ISO-7816 standard symbolized by a bundle of connections 9; it comprises a supply pad Vcc, and pads La, Lb respectively connected to an active interface 6 and ground.
  • the component SE is configured to modulate an impedance load in response to a reception of the contactless frames received on its pads La, Lb.
  • the active interface 6 comprises a circuit 16 for conditioning the reception signal SRE and a circuit 17 generating pulses for transmitting a transmission signal SEE.
  • Each circuit 16, 17 is connected to the pad (La) of the treatment component 5.
  • the transmission means 5, 17 are configured to modulate a carrier signal.
  • the carrier signal preferably results from a derivation or extraction of the received magnetic field SRE.
  • the method comprises a step of receiving the carrier frequency generated by the reader;
  • the carrier frequency is received by a dedicated receiving antenna 7.
  • the antenna 7 actually receives the electromagnetic field emitted by the reader comprising the modulated carrier frequency.
  • the frequency is in the example of 13.56 MHz but it could be any other depending on the type of communication or protocol based on this frequency of 13.56 MHz short or medium lower range including 10 m, 1 m or 0.1 m or even close to 0.
  • the invention does not exclude generating a carrier signal otherwise for example from a clock signal or internal signal of a host device or object.
  • This reception step also aims to collect the data sent by the reader to the contactless object.
  • An electronic stage comprising a dedicated reception circuit can be developed for this purpose in particular to adapt the voltage.
  • the method may also implement a step of matching through a receive matching stage (16) to adapt the SRE receive signal to the chip 5;
  • the method may cumulatively or alternatively perform in this stage an extraction of a synchronized carrier signal from the receive signal SRE.
  • FIG. 3A is illustrated a first detailed embodiment 16B of the stage 16.
  • the reception stage 16A comprises the reception antenna 7 here connected to the 'La' pad of the chip via a reception circuit described below. after.
  • the signal received by this antenna can be amplified before extraction of the clock signal corresponding to the signal of the carrier;
  • the circuit includes a amplifier 30 connected to the antenna and the output of this amplifier is connected a clock extractor 31;
  • the clock signal obtained at the output of the extractor is sent via a link (K) to a source generator circuit or emission matching stage 17 detailed in FIG. 4.
  • the output of the extractor of FIG. clock 31 is also connected to a logic circuit 35 performing an "AND" function.
  • the stage 16A here also comprises a demodulator 32a receiving the reception signal SRE amplified by the amplifier 30 connected to a comparison circuit 33a for comparing the demodulated signal obtained with a reference voltage (TR).
  • a demodulator 32a receiving the reception signal SRE amplified by the amplifier 30 connected to a comparison circuit 33a for comparing the demodulated signal obtained with a reference voltage (TR).
  • the output signal of the comparator 33a is combined with the clock signal 25 from the clock extractor 31 at a component 35 performing a ⁇ AND logic function; A first branch of the output of the component 35 can pass through an amplifier 36 before being injected into the pad 'La' of the chip 5.
  • a second branch of the output of the component 35 can pass through an inverter and then an amplifier 36 before being connected to the pad A Lb 'of the chip.
  • FIG. 3B is illustrated a second embodiment 16B of this stage 16 and in which the component 5 used is still a chip with dual interface contact and contactless (combi).
  • the same numbers from one figure to another represent identical or substantially similar elements.
  • the clock extraction circuit 31 also connects to a phase shifter 34 before acting on the analog / digital converter 32b.
  • the stage or reception circuit 16B is firstly connected to the receiving antenna 7 connected here to the pad 'La' of the chip.
  • the circuit 16B may comprise a capacitor 13 disposed across the pads' La 'and A Lb' of the chip. This ability makes it possible to have a good quality factor.
  • the resonant circuit of the receiving antenna is realized on the principle of a parallel circuit.
  • the demodulator 32a is replaced by an analog / digital converter 32b
  • the comparator 33a is replaced by a digital comparator 33b with a reference digital value (DR)
  • the pad A Lb ' is connected to the mass instead of receiving the "AND" circuit output signal inverted and amplified respectively by an inverter 37 and an amplifier 36.
  • this circuit comprises a phase shifter 34 on an output branch of the clock extractor 31. This phase shifter then connects to the analog / digital converter 32b.
  • stages 16A or 16B each make it possible to extract the clock signal 25 and to adapt the signal to the chip 5.
  • the carrier signal is directed to the RF input of the Combi chip 5. using the La / Lb interface pads
  • An additional capacitor 18 may be added to the interface to adapt the input impedance.
  • the electronic stages 16A and 16B operate as follows:
  • the signal SRE received by the antenna 7 may be quite small given the small coupling surface of the antenna 7 in a support such as a mini SD card.
  • This signal is amplified by the amplifier 30 before being demodulated by the demodulator 32a or analog / digital converter 32b;
  • a useful signal extracted and calibrated by the comparator is combined by the (AND) gate 35 with the clock signal extracted by the clock extractor 31.
  • the refurbished radiofrequency signal is injected into the component 5 being previously amplified in differential mode by the inverter 37 and the amplifiers 36.
  • the power supply Vcc of the ISO 7816 contact-side chip can be deactivated by a suitable circuit (not shown) during the presence of an electromagnetic field SRE.
  • This last circuit can be included in the circuit 16A or 16B. Actuation can be manual.
  • the latter may preferably have their components (30, 36, 32a %) supplied with voltage by a power supply coming from the contacts 2 in connection with a host device.
  • Circuit 16B operates substantially the same; However, the phase-shifter 34 makes it possible to regulate accurately the triggering of the acquisition of the radiofrequency signal. to convert the envelope of the received signal into a digital signal by the converter 32b.
  • the "Combi" chip 5 can be either powered by its contact pads ISO / IEC 7816 Vdd and Vss, or use the energy provided by the field on its interface pads La, Lb according to the use and electronic assembly of the invention.
  • the chip may also be powered by a voltage that would be generated in the image of the RF field or by the circuit 16 itself which would be powered by the contacts 2 of a host device.
  • the advantage of the latter option is for the component 5 to see its power managed by the stage 16 depending on the presence or absence of the field and if necessary to reset the chip 5.
  • the voltage amplitude VLab is at least 3.3 Vpp (peak-peak volts). This value is necessary for the example chip to detect the 13.56 MHz clock and extract data from the reader.
  • the following table shows the voltage required by two current chips Philips P5CD072 Philips / NXP or Infineon 66CLX800 to detect the clock and data from outside field.
  • Vcc 3v 2, 7v Vmin (Vpp) 3.48 3.53
  • the size of the receiving antenna 7 is as wide as possible within the limit of the available surface area in the object. In the context of a surface available on a micro SD card, the results below have been retained.
  • the inductor is preferably selected to be tuned by a small additional capacitor to limit the size of the capacitor.
  • the receiving antenna may for example have a surface 5 x 5 mm 2 and comprise 4 to 6 turns.
  • the antenna can be set to 13.56 MHz with a quality factor Q of 10.
  • a parallel circuit can be selected to obtain a maximum voltage across the antenna circuit. The following antenna characteristics were selected with the equivalent circuit of Figure 6 with L: 663 nH and R: 1.59 ⁇ ; C not applicable.
  • the expected voltage with this antenna is greater than lVpp (peak-to-peak volt).
  • the minimum field creates a voltage greater than 1Vpp, not enough for the combi chip 5 to detect the signal. Therefore, in the exemplary embodiment with a micro SD card, an amplification stage is preferably introduced. This amplification stage for the reception of the clock is here greater than 10 dB, the voltage gain being equal to 3. This amplification may not be necessary in other circumstances or other chips.
  • the output level of the conditioning stage 16 is between 3 Vpp and 14 Vpp.
  • the gain can be between 5 and 20dB.
  • the power failure of the chip or the RESET function can also be triggered by any means, such as a switch in the host device or on the power supply circuit of the chip.
  • the chip automatically resets when it is turned on. Lateral band and modulation (Fig. 7-10).
  • the combi chip 5 when the combi chip 5 receives the carrier signal (or the carrier) as well as the data signal, through its La / Lb pads, it generates a charge modulation signal so that to transmit a response to the device or terminal in communication relation with it.
  • the amplitude of the modulation signal Vmod is here about half of the amplitude of the carrier VLAB when the capacitor is well adapted.
  • a capacitor from 10 to 60pF across the points La, Lb of the chip can be used for this purpose. This value may vary depending on the type of chip.
  • the voltages VLAB and Vmod equal to 3.3 volts peak-peak and 1.6 volts peak-peak are obtained.
  • the simplest is to use this signal as it stands and then, preferably, to amplify it in a high power amplification stage before injecting the signal into an adaptation circuit or activation circuit. the transmission 17 before the transmitting antenna 8.
  • Various amplification means known to those skilled in the art can be used.
  • the carrier signal for the transmission is suppressed in order to preserve the digital data 25.
  • a low-pass filter 27 of FIG. 8 it is possible to use for example a low-pass filter 27 of FIG. 8.
  • a 100% modulation is preferably effected by combining the data signal with a carrier 26 at 13.56 MHz. This can be achieved by using the logic (AND) gate 38 or an amplifier buffer 42 or a transistor arrangement performing the same function. After power amplification, the obtained signal 29 is used to power the output antenna 8.
  • the invention provides for amplifying the signal and the carrier only when there is no signal. there is an answer signal.
  • the useful signal 29 is amplified when the data signal is at a high level. When there is no signal, (line of data at a level zero or close to zero), no signal leaves door 38. There is no amplification and loss of unnecessary energy of the carrier alone before powering the transmitting antenna.
  • Figure 4 illustrates a relatively simple preferred embodiment for achieving good results and partly implementing the second option;
  • the matching stage 17 comprises an "AND" logic gate 38 or equivalent circuit for combining a carrier signal 26 (FIG. 9) and a response or transmission signal of the front chip. amplification.
  • the stud l 'of the chip 5 is connected to a demodulator 39 (which can be of the same type as the circuit 27 or 32a) for receiving a modulated response signal of the chip 5; Then, the output of the demodulator 39 connects a comparator 41 which compares the received voltage level to a reference voltage level (TRE) in order to digitize the wanted signal.
  • the output of the comparator 41 carrying the useful response signal of the chip 26 is connected to one of the inputs of the component 38 performing the logic function ⁇ ⁇ 'to combine the carrier signal 25 with the response signal 26 of the chip .
  • the carrier 25 originates from the point K of the reception and extraction matching stage 16A or 16B;
  • the carrier is injected via a link to the other input pad of the component 38 performing the logic function ⁇ ⁇ ';
  • the clock signal is preferably phase shifted by a phase shifter 40 so as to optimally synchronize or block the clock signals with the carrier of the radiofrequency signal generated by a reader device to produce maximum backmodulation.
  • the circuit 17 preferably comprises a buffer circuit or amplifier 42 for amplifying the signal 29 at the output of the component 38 before injecting it into the transmitting antenna 8.
  • the antenna circuit used forms with a capacitor 43 a resonant circuit series.
  • the circuit 17 may preferably be supplied with voltage, for their operation, by a source of energy from the host device via the contacts 2. Other sources known to those skilled in the art are not known. excluded.
  • the circuit 17 operates as below. After the chip has received on its points L1, Lb radiofrequency frames SRE preferably reconditioned beforehand, the response of the chip by charge modulation is received and demodulated in the demodulator 39; Then a useful signal is digitized by the threshold comparator 41 before being injected into the (AND) circuit 38 and combined with a carrier 25 extracted or derived from the received field SRE from the point K. Where appropriate, the circuit 17 may include a clock extractor similar to 31 picking up the signal as in Figures 16A or 16B.
  • the response signal 29 resulting from the circuit 38 is then amplified preferably by the amplifier 42 before being injected into the series 8 resonance transmitting antenna.
  • an output buffer amplifier 42 which preferably delivers a minimum current of 60 to 80 mA under the supply voltage can be used. made. Good results are obtained with a power greater than 200 mW.
  • An advantage of this treatment is in particular to limit the power consumption at the amplification level when there is no response signal of the chip 5. It is indeed unnecessary to amplify the signal of the carrier only when there is no answer or signal to send in the application envisaged.
  • the antennas 7, 8 comprise in the example of the turns arranged flat on the same substrate (or two separate substrates) as illustrated in FIGS. 3 and 13. Any known means of producing an antenna by the man of the art can be used as engraving, ultrasonic wire inlay, etc.
  • the output antenna When the system is powered by a low voltage (3.3V), the output antenna is designed to perform a series resonance. When the system is powered by a strong current, the voltage between the total LC circuit will be relatively low, when a high voltage is present on each component L and C.
  • the curve illustrated in FIG. 11 represents values obtained of reactance XL as a function of the inductance and thus of the reactance values XC as a function of a capacitor according to the frequency in application of the formulas below.
  • the reactances XL and XC are equal.
  • F is the series resonance frequency of the circuit.
  • the voltage across the LC circuit (Fig. 10) is minimal when the current is at maximum. Since the magnetic flux is directly dependent on the intensity of the current, this series resonance is a means of creating a high magnetic field on the transmitting antenna 8 although it is powered by a low voltage.
  • the circuit comprises separate receiving and transmitting antennas;
  • the antennas are arranged between them so that their mutual inductance is minimal or at least partially cancels out.
  • the arrangement is chosen so as to have a current induction in the reception antenna mimine especially less than the gain threshold of the reception stage 16. For example, with a gain of 3, provision is made for arrange the antennas together so that they have a voltage of less than 300 mV).
  • the antenna arrangement can be made to have a current induction in the lower receive antenna in the ratio of 1/100 to the induction of current that would be generated by a reader emitting a level of field of 1.5A / m.
  • the antennas are protected from each other by being separated from one another and / or by shielding.
  • the antennas overlap and electronic protection means such as filters configured to avoid mutual disturbances are provided.
  • the size of the transmitting antenna 8 is larger than the receiving antenna.
  • the antennas are arranged in such a way that the mutual inductance between the two antennas is reduced to a minimum.
  • Different solutions are possible including isolate one antenna with respect to the other, disable one antenna while the other is active and vice versa.
  • this characteristic of minimized mutual induction is obtained by an overlap or superposition of the two antennas.
  • the receiving antenna 7 larger in the example is arranged to have substantially a portion disposed outside the outer periphery of the transmitting antenna; Preferably, the receiving antenna 7 is substantially half astride on one side and within the periphery of the transmitting antenna 8 and half outside the periphery of the transmitting antenna.
  • a portion of the flux F crosses, in a direction X, a portion A of the antenna 7 situated facing the inside of the transmitting antenna 8 generating an induced current ( i) in the antenna 7;
  • another part of the flux F passes through a part B of the antenna 7 situated outside the surface of the transmitting antenna 8 in a direction Y opposite to X, generating an induced current (j) contrary to i).
  • the disturbance induced in the receiving antenna by the transmitting antenna cancels itself at least in large part.
  • the resultant may be substantially zero overall depending on the proper positioning of the antennas and their characteristics.
  • the effectiveness of a self-cancellation may depend on the immediate environment outside the antenna such as, for example, the metallic environment of a telephone or host device of the object 1.
  • the antennas may be on the same face of a substrate being isolated from each other or on opposite faces.
  • Antennas can also be arranged on separate supports parallel to each other.
  • a level matching circuit 16 connected to the combi chip 5 allowing the use of existing chips, including dual interface chips (combi banking) which are already certified and without any modification for simplification and industrial convenience;
  • existing chips including dual interface chips (combi banking) which are already certified and without any modification for simplification and industrial convenience;
  • it is expected the use of the La / Lb antenna interface of the existing combi chip (including the company Infineon SLE 66CLX800PE) to modulate / demodulate;
  • the invention eliminates the use of a chip or NFC type component including an integrated oscillator.
  • a contactless chip meeting the standard to ISO / IEC 14443 and / or ISO / IEC 15693 can be used.
  • the circuit may include a detector configured to provide a signal representative of the presence an external magnetic field and trigger an operating mode among at least one contact mode and contactless mode.
  • one and / or the other of the antennas of the circuit may already be integrated into a host device, the circuit of the invention without the antennas simply being connected to one of the antennas via a connector (not shown) for more adaptability of the circuit to host devices.
  • the invention provides any device or communication device comprising the previously described circuit that is in removable form or not.
  • the invention may also relate to any device comprising a transmitting and receiving antenna separate from each other.
  • a transmitting and receiving antenna separate from each other.
  • a small footprint such as an electronic door lock with radiofrequency triggering.
  • a passive operating mode of the lock it is expected that the latter receives a radio frequency signal transmitted by a reader such as a mobile phone or a portable key transmitter.
  • the lock comprises a transmitting antenna arranged according to the invention which is able to read a passive transponder such as a contactless smart card, electronic tag RFID or other.
  • the antenna arrangement of the invention makes it possible to cancel a harmful effect of induction between the antennas without the addition of electronics or means deactivating or filtering the signals perceived by the receiving antenna.
  • the antennas may also be arranged in non-parallel planes, for example perpendicular.
  • the receiving antenna 7 can in particular be located in a plane close to an external or internal turn of the transmitting antenna, the plane of the antenna 8 substantially crossing a mediator of the coupling surface of the receiving antenna for attenuation. of the disturbance by the transmitting antenna.

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Abstract

Agencement d' antennes émettrice et réceptrice de champ électromagnétique La présente invention concerne un procédé pour minimiser un courant perturbateur induit dans une antenne réceptrice (7) de champ électromagnétique, ledit champ étant généré par une antenne émettrice (8) située à proximité de ladite antenne réceptrice; Le procédé se distingue en ce que l'antenne réceptrice (7) est agencée par rapport à l'antenne émettrice (8) de manière que ledit courant induit s'annule au moins en partie dans l'antenne réceptrice. L'invention concerne également un agencement d'antennes et dispositif la comportant.

Description

Agencement d' antennes émettrice et réceptrice de champ électromagnétique
Domaine de l'invention.
L' invention concerne un procédé pour minimiser un courant perturbateur induit dans une antenne réceptrice de champ électromagnétique par une antenne émettrice à proximité, un agencement d' antennes et dispositif mettant en œuvre le procédé.
Elle vise en particulier un dispositif de communication sans contact activée.
Elle vise notamment à spécifier les caractéristiques des signaux, des antennes et principe de cette nouvelle façon d'utiliser la technologie sans contact. La communication radiof réquence est en principe de courte portée et effectuée par couplage et induction électromagnétique de portée de l'ordre de 0,01 voire 1 m.
Elle trouve notamment application dans des objets portables électroniques par exemple des cartes à mémoire telles que de type SD (de la société Sandisk), des montres communicantes .
De telles cartes sont actuellement utilisées dans une interface carte de téléphones portables pour effectuer une transaction de type sans contact répondant notamment à la norme ISO/IEC 14443 ou 15693, dans la mesure où ces téléphones sont dépourvus d' interface sans contact en sortie d'usine.
Art antérieur.
La technologie actuelle ISO/IEC 14443 et NFC (acronyme anglais de « Near Field communication » : communication radiofréquence de proximité) est basée sur un principe de rétro modulation d'un signal émis par un lecteur.
Selon ce principe, une certaine quantité de champ électromagnétique fournie par un lecteur, doit être modulée par l'objet à puce sans contact de proximité également appelé PICC (acronyme anglais de Proximity Integrated Circuit Card) . Afin d'être conforme à la sensibilité du lecteur, une amplitude minimale de champ est requise pour être modulée par l'objet. Cette modulation de la porteuse de lecteur doit générer deux bandes latérales avec une amplitude au moins égale à H/20'5. Pour remplir cette condition, il est nécessaire d'avoir un minimum de couplage entre le lecteur et l'objet pour générer suffisamment de signal de porteur. Le facteur de couplage est directement dépendant des surfaces de l'antenne du lecteur et de celle de l'objet sans contact.
Dans le cas de très petit objet sans contact : par exemple, une carte micro SD, la surface de l'antenne radiofréquence est radicalement trop petite. En outre, ce genre d'objet destiné à être incorporé dans un dispositif hôte tel un téléphone portable. Cette dernière opération réduit encore plus le couplage de l'objet sans contact avec le lecteur à cause de l'environnement métallique du téléphone .
Le brevet EP1801741 (Bl) décrit un procédé de génération d'un champ électromagnétique propre par un support de données portable (transpondeur) , dans lequel la transmission de données à un lecteur s'effectue dans un mode de communication activée et dans lequel la transmission de champ électromagnétique propre de l'objet est vue par le lecteur comme une modulation du champ du lecteur. Toutefois, cette solution ne semble pas être décrite complètement ou ne pas fonctionner correctement comme décrit.
En outre, l'enseignement de ce brevet est très compliqué. Sa mise en œuvre nécessite plus de composants électroniques, notamment des filtres, un oscillateur, un composant NFC. En outre, les contrôleurs NFC actuels requièrent deux antennes, l'une étant dédiée à la récupération d'énergie et l'autre étant dédiée à 1' émission/réception de données.
On connaît également un moyen permettant d'éviter une perturbation mutuelle entre antennes consistant à désactiver l'antenne de réception non utilisée lors de l'émission par l'antenne émettrice.
Ce dernier cas se révèle particulièrement compliqué à gérer, puisque l'objet en question doit synchroniser sa réponse, aussi bien en fréquence qu'en phase, sur le signal émis par le lecteur. Ici, le signal de réception étant momentanément désactivé, l'objet en question doit mettre en œuvre des dispositifs électroniques complexes, coûteux et difficilement integrables dans des facteurs de forme réduits, afin de compenser cette perte de synchronisation, comme par exemple des dispositifs de boucle à verrouillage de phase, plus connu sous l'acronyme anglais de PLL.
La demande de brevet US2010/0311328 décrit une carte sans contact comprenant une antenne émettrice de données, une antenne réceptrice d'énergie et un dispositif de d'annulation. Ce dernier effectue une annulation d'un courant induit dans l'antenne émettrice par l'antenne émettrice de manière à maintenir, presque sans distorsion, un signal reçu par l' antenne réceptrice et provenant d'un lecteur externe. Dans un mode de réalisation les antennes réceptrice et émettrice sont conformées, dimensionnées et positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un signal transmis par une antenne est empêché d'induire une tension dans l'autre antenne. La suppression de signal a lieu lorsque les signaux d'énergie et de données ont les mêmes amplitudes mais sont en opposition de phase.
L'invention a pour but de trouver une solution plus aisée et avantageuse pour mettre en œuvre une émission dans des objets notamment de taille réduite dans lesquels deux antennes distinctes peuvent avoir des inductions mutuelles perturbatrices.
Résumé de l'invention.
A cet effet, l'invention a donc pour objet un procédé pour minimiser un courant perturbateur induit dans une antenne réceptrice de champ électromagnétique, ledit champ étant généré par une antenne émettrice située à proximité de ladite antenne réceptrice ;
Le procédé se distingue en ce que l'antenne réceptrice est agencée par rapport à l'antenne émettrice de manière que ledit courant induit par l'antenne émettrice soit annulé au moins en partie dans l' antenne réceptrice par un courant induit contraire généré également par l'antenne émettrice.
Selon d' autres caractéristiques du procédé :
Lesdites antennes sont agencées entre elles en étant partiellement en regard l'une de l'autre sur deux plans horizontaux sensiblement parallèles ;
Les antennes se chevauchent, la moitié environ de la surface de couplage de l' antenne réceptrice recouvrant sensiblement la surface de couplage de l'antenne émettrice ;
L'antenne réceptrice chevauche l'antenne émettrice de manière que le courant induit dans l' antenne réceptrice généré par un flux produit à l'intérieur de l'antenne émettrice soit sensiblement égal au courant contraire induit dans l'antenne réceptrice généré par un flux de sens opposé produit à l'extérieur de l'antenne émettrice et reçu par une portion d' antenne réceptrice située à l' extérieur de l' antenne émettrice ;
L'invention a également pour objet un agencement d' antennes émettrice et réceptrice de champ électromagnétique, lesdites antennes étant disposées à proximité l'une de l'autre ;
L'agencement se distingue en ce que l'antenne réceptrice est agencée par rapport à l'antenne émettrice de manière que ledit courant induit par l'antenne émettrice s'annule sensiblement au moins en majeure partie ou en quasi totalité dans l' antenne réceptrice par un courant induit contraire généré également par l'antenne émettrice.
Ainsi, l'invention peut annuler l'induction en partie par exemple supérieure à 60 %, 80 % ou 90 %.
Ion d' autres caractéristiques :
Les antennes sont agencées de manière que le flux électromagnétique de l' antenne émettrice traverse une première partie de surface de couplage de l'antenne émettrice dans un sens et un flux opposé traverse une seconde partie de la surface de couplage de l' antenne réceptrice dans un sens opposé ;
Les antennes sont disposées sur une même face d'un support ou sur des faces opposées ; l'une des antennes chevauche l'autre sur la moitié de sa surface de couplage .
L'invention a également pour objet un dispositif de communication radiofréquence mettant en œuvre le procédé ci-dessus ou comprenant l'agencement d'antennes ci- dessus .
En particulier, dans le cas d'une communication du type sans-contact activée, le dispositif comprenant des moyens de réception et d'émission d'un champ électromagnétique véhiculant des données l'émission étant synchronisée avec ladite réception ; Le dispositif se distingue en une première antenne de réception de données et une seconde antenne d' émission de données sont agencées conformément à l'agencement ci-dessus.
Le dispositif peut être intégré dans ou constituer un objet ayant un facteur de forme d'une carte à circuit intégré ou carte de type micro SD ou une montre.
Grâce à l' invention on réalise un bon couplage entre notamment un lecteur et un objet de type PICC (carte SD) ; En outre, il est facile à mettre en œuvre avec un minimum de modification ; L'invention s'applique notamment à toute puce à interface duale habituelle (avec ou sans oscillateur) .
Brève description des figures.
La figure 1 illustre une carte de type SD comprenant le circuit conforme à un mode de réalisation de l'invention
La figure 2 illustre une vue plus détaillée du circuit radiofréquence RF de la figure précédente ;
La figure 3A illustre un premier mode de réalisation d'un étage de réception de la figure 2
- La figure 3B illustre un second mode de réalisation d' un étage de réception de la figure 2 figure 4 illustre un mode de réalisation étage d' émission de la figure
Les figures 5 et 6 illustrent une antenne de réception agencée par rapport à une carte micro SD et des valeurs de circuit équivalents de l' antenne - La figure 7 illustre le niveau de modulation par le composant radiofréquence SE (5) ;
La figure 8 illustre un filtre d' extraction du signal de réponse du composant 5 à partir de la porteuse de la figure précédente ;
- La figure 9 illustre un circuit de combinaison de la porteuse et du signal de réponse seul ;
La figure 10 illustre un circuit LC relatif à l'antenne d'émission ;
- La figure 11 illustre des valeurs des réactances XL et Xc à partir respectivement de l'inductance et de la capacité en fonction de la fréquence ;
- La figure 12 illustre un agencement d'une antenne d'émission par rapport à une carte micro SD et un agencement des deux antennes entre elles .
Description détaillée.
Par communication activée, on entend une communication sans contact dans laquelle la réponse d'un transpondeur s'effectue par émission d'un champ électromagnétique propre au transpondeur, de préférence amplifié. Cette émission est en fait obtenue par l'émission à une puissance déterminée d'un signal porteur modulé par un signal du transpondeur.
L'énergie de l'amplification et/ou de fonctionnement du transpondeur émetteur / récepteur est de préférence fournie par une source d' énergie externe distincte du lecteur . Typiquement, la communication ou le circuit sans contact sont conformes à la norme ISO/IEC 14443 et/ou ISO/IEC 15693 ou tout autre protocole s ' appuyant sur une fréquence d'excitation du champ électromagnétique à 13.56 MHz. Le circuit est alimenté par une source de courant.
A la figure 1 est schématisé un exemple de réalisation d'un circuit de communication sans contact 1 conforme à l'invention équipant une carte à mémoire 1A. Toutefois, tout autre objet communiquant peut à priori en être équipé, par exemple, clé USB, carte PCMCIA... téléphone, PDA, ordinateur.
L'objet peut ou non être amovible par rapport à un dispositif hôte ou y être fixé à demeure notamment soudé sur une carte à circuit imprimé. Le circuit ou l'objet peut le cas échéant prévoir des connexions d' antenne externes plutôt que de les supporter.
La carte à mémoire 1 comprend de manière connue des plots de contact 2, un microcontrôleur 3, une mémoire de masse 4 (NAND) reliée au microcontrôleur. La carte comprend en outre un élément de traitement de communication 5 ; Il est de préférence de type à interface duale (configuré pour gérer une communication de type contact, par exemple ISO 7816-3 et sans contact ISO-14443 (SE)); Ce composant ou élément 5 (SE) est de préférence sécurisé comme une puce de circuit intégré connue du domaine de la carte à puce ; Il peut être doté, le cas échéant de fonctionnalités cryptographique et/ou anti-fraude, antiintrusion, etc. Le composant SE est relié au microcontrôleur 3 par un port d'entrée/sortie ; Le composant de sécurité SE est connecté à un circuit 6 d'interface CL actif ; Ce composant 6 reçoit deux antennes 7, 8, respectivement de réception et d'émission.
Dans son principe, on observe que l' invention comprend des moyens RF supplémentaires 6, 7, 8 ajoutés à l'élément sans contact SE afin de compenser la taille particulièrement réduite de l'antenne puisque logée dans une carte micro SD ( 11x15 mm) ou mini SD ou dans un obj et d'encombrement sensiblement équivalent.
Selon une caractéristique d'un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'émission 5, 6, 7, 8 sont configurés pour moduler un signal porteur 25. Ce signal porteur est ici de préférence dérivé ou extrait du champ magnétique reçu d'un lecteur externe.
Dans l'exemple, le circuit radiofréquence 6 réalise des activités fonctionnelles de réception et d' émission du champ électromagnétique ci-après ; Il capte notamment le champ radiofréquence RF externe provenant d'un lecteur sans contact pour, si nécessaire, le rendre compatible au composant sécurisé SE (tension, etc.) ; Il amplifie la réponse de l'élément sécurisé SE destinée à être écoutée par le lecteur externe.
La figure 2 décrit plus en détail le composant SE (5) et ses liaisons . Le circuit SE de ce mode comprend des moyens de connexion à une source d'énergie externe. Dans l'exemple, le composant SE comprend une interface à contact, par exemple conforme au standard ISO-7816 symbolisé par un faisceau de connexions 9 ; il comprend un plot d'alimentation Vcc, et des plots La, Lb reliés respectivement à une interface active 6 et à la masse. Le composant SE est configuré pour moduler une charge d' impédance en réponse à une réception des trames sans contact reçues sur ses plots La, Lb.
L'interface active 6 comprend un circuit 16 de conditionnement du signal de réception SRE et un circuit 17 générateur de puises pour émettre un signal d' émission SEE . Chaque circuit 16, 17 est relié au plot (La) du composant de traitement 5.
Conformément à un mode de réalisation de l' invention, les moyens d'émission 5, 17 sont configurés pour moduler un signal porteur. Le signal porteur résulte de préférence d' une dérivation ou extraction du champ magnétique reçu SRE .
Horloge et réception des données.
Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comprend une étape de réception de la fréquence porteuse générée par le lecteur ; La fréquence porteuse est reçue par une antenne de réception dédiée 7. L' antenne 7 reçoit en fait le champ électromagnétique émis par le lecteur comprenant la fréquence porteuse modulée. La fréquence est dans l'exemple de 13,56 MHz mais elle pourrait être tout autre selon le type de communication ou protocole s ' appuyant sur cette fréquence de 13.56 MHz de courte ou moyenne portée inférieure notamment à 10 m, 1 m ou 0,1 m voire même proche de 0.
Toutefois, l'invention n'exclut pas de générer un signal porteur autrement par exemple à partir d'un signal d'horloge ou signal interne d'un dispositif hôte ou de 1' obj et .
Cette étape de réception a également pour objectif de collecter les données envoyées par le lecteur à l'objet sans contact. Un étage électronique comprenant un circuit de réception dédié peut être élaboré dans ce but notamment pour adapter la tension.
Le procédé peut également mettre en œuvre une étape d' adaptation à travers un étage d' adaptation de réception (16) pour adapter le signal de réception SRE à la puce 5 ; Le procédé peut cumulativement ou alternativement effectuer dans cet étage une extraction d'un signal de porteuse synchronisée 25 du signal de réception SRE.
A la figure 3A est illustré un premier mode de réalisation 16B détaillé de l'étage 16. L'étage de réception 16A comprend l'antenne de réception 7 ici relié au plot 'La' de la puce via un circuit de réception décrit ci-après.
Le signal reçu par cet antenne peut être amplifié avant extraction du signal d'horloge correspondant au signal de la porteuse ; A cet effet, le circuit comprend un amplificateur 30 relié à l'antenne et à la sortie de cet amplificateur est relié un extracteur d'horloge 31 ;
Le signal d'horloge obtenu 25 en sortie de l'extracteur est envoyé par une liaison (K) sur un circuit générateur de puise ou étage d'adaptation d'émission 17 détaillé à la figure 4. La sortie de l'extracteur d'horloge 31 est par ailleurs également reliée à un circuit logique 35 réalisant une fonction « ET ».
L'étage 16A comprend ici également un démodulateur 32a recevant le signal de réception SRE amplifié par l'amplificateur 30 relié à un circuit de comparaison 33a pour comparer le signal obtenu démodulé à une tension de référence (TR) .
Ensuite, le signal de sortie du comparateur 33a est combiné avec le signal d'horloge 25 venant de l'extracteur d'horloge 31 au niveau d'un composant 35 réalisant une fonction Λ ET ' logique ; Une première branche de la sortie du composant 35 peut passer par un amplificateur 36 avant d'être injecté dans le plot ' La ' de la puce 5.
Une seconde branche de la sortie du composant 35 peut passer par un inverseur puis un amplificateur 36 avant d'être branché sur le plot ALb' de la puce.
A la figure 3B est illustré un second mode de réalisation 16B de cet étage 16 et dans lequel le composant 5 utilisé est encore une puce à interface duale contact et sans- contact (combi) . Les mêmes numéros d'une figure à l'autre représentent des éléments identiques ou sensiblement similaires . Dans cette variante, le circuit d'extraction d'horloge 31 se connecte également à un déphaseur 34 avant d' agir sur le convertisseur analogique/ numérique 32b.
L'étage ou circuit de réception 16B est d'une part branché à l'antenne de réception 7 reliée ici au plot 'La' de la puce. Le circuit 16B peut comprendre un condensateur 13 disposé aux bornes des plots 'La' et ALb' de la puce. Cette capacité permet d'avoir un bon facteur de qualité. Le circuit résonant de l'antenne de réception est réalisé sur le principe d'un circuit parallèle.
A la différence avec le circuit 16A, le démodulateur 32a est remplacé par un convertisseur analogique/digital 32b, le comparateur 33a est remplacé par un comparateur digital 33b avec une valeur digitale de référence (DR) et le plot ALb' est branché à la masse au lieu de recevoir le signal de sortie de circuit « ET » inversé et amplifié respectivement par un inverseur 37 et un amplificateur 36.
En outre, ce circuit comprend un déphaseur 34 sur une branche de sortie de l'extracteur d'horloge 31. Ce déphaseur se branche ensuite sur le convertisseur analogique/numérique 32b.
Ainsi, ces étages 16A ou 16B permettent chacun d'extraire le signal d'horloge 25 et d'adapter le signal à la puce 5. Après réception et amplification, le signal porteur est dirigé sur l'entrée RF de la puce Combi 5 en utilisant les plots d'interface La / Lb. Un condensateur supplémentaire 18 peut être ajouté à l'interface afin d'adapter l'impédance d'entrée. Les étages électroniques 16A et 16B fonctionnent de la manière ci-après :
Le signal SRE reçu par l'antenne 7 peut être assez faible compte tenu de la petite surface de couplage de l'antenne 7 dans un support tel qu'une mini carte SD.
Ce signal est amplifié par l'amplificateur 30 avant d'être démodulé par le démodulateur 32a ou convertisseur analogique/numérique 32b ; Un signal utile extrait et calibré par le comparateur est combiné par la porte (ET) 35 avec le signal d'horloge extrait par l'extracteur d'horloge 31. En sortie de la porte 35, le signal radiofréquence reconditionné est injecté dans le composant 5 en étant au préalable amplifié en mode différentiel grâce à l'inverseur 37 et aux amplificateurs 36.
Parallèlement, l'alimentation Vcc de la puce côté contact ISO 7816 peut être désactivée par un circuit adéquat (non représenté ) pendant la présence d' un champ électromagnétique SRE. Ce dernier circuit peut être compris dans le circuit 16A ou 16B. L' actionnement peut être manuel .
Ces derniers peuvent avoir de préférence leurs composants (30, 36, 32a...) alimentés en tension par une alimentation provenant des contacts 2 en relation avec un dispositif hôte .
Le circuit 16B fonctionne sensiblement pareil ; Toutefois le déphaseur 34 permet de régler de manière précise les déclenchements d' acquisition du signal radiofréquence afin de convertir l'enveloppe du signal reçu en signal numérique par le convertisseur 32b.
La puce « Combi » 5 peut être soit alimentée par ses plots de contacts ISO/IEC 7816 Vdd et Vss, soit utiliser de l'énergie procurée par le champ sur ses plots d'interface La, Lb selon l'utilisation et le montage électronique de l'invention. La puce peut aussi être alimentée par une tension qui serait générée à l' image du champ RF ou par le circuit 16 lui-même qui serait alimenté par les contacts 2 d'un dispositif hôte.
L'avantage de cette dernière option est pour le composant 5 de voir son alimentation gérée par l'étage 16 en fonction de la présence ou non du champ et le cas échéant de réinitialiser la puce 5.
À ce stade, l'amplitude de tension VLab est au moins de 3.3 Vpp (Volts crête-crête) . Cette valeur est nécessaire pour que la puce de l'exemple détecte l'horloge de 13,56 MHz et puisse extraire des données provenant du lecteur.
A titre d'exemple, le tableau suivant indique la tension requise par deux puces actuelles exemple P5CD072 de Philips / NXP ou 66CLX800 de la société Infineon pour détecter l'horloge et les données provenant de champ extérieur .
Puce Puce sans contact Puce sans contact Vcc =
Vcc = 3v 2, 7v Vmin (Vpp) 3,48 3,53
Vmax (Vpp) 6,87 6,22
Duty Cycle (%) 7,7 7,7
Antenne de réception (fig. 5, 6) .
La dimension de l' antenne de réception 7 est aussi large que possible dans la limite de la surface disponible dans l'objet. Dans le cadre d'une surface disponible sur une carte micro SD, les résultats ci-dessous ont été retenus. L'inductance est de préférence sélectionnée de façon à être accordée par un condensateur supplémentaire de faible valeur afin de limiter la taille du condensateur.
L'antenne de réception peut par exemple avoir une surface 5 x 5 mm2 et comprendre 4 à 6 spires. L'antenne peut être réglée à 13,56 MHz avec un facteur de qualité Q de 10. Un circuit parallèle peut être sélectionné de manière à obtenir une tension maximale aux bornes du circuit d'antenne. Les caractéristiques suivantes d'antenne ont été sélectionnées avec le circuit équivalent de la figure 6 avec L : 663 nH et R : 1, 59 ΚΩ ; C n'étant pas applicable .
Les performances de l'antenne mesurées avec une telle antenne avec le schéma équivalent de la figure 6 sont données dans la table ci-dessous.
Ls = 663 nH ; Rs = 1,59 ΚΩ ; Cl = 180 pF ; C2 = 18 pF ; Rc = 270 ΚΩ ; Cp = 9,5 pF ; Rp = 1 ΜΩ . Intensité du champ Puce sans contact Vcc =
2, 7v
1, 5 A/m 1,01 Vpp
4,5 A/m 3,00 Vpp
7,5 A/m 5,09 Vpp
La tension attendue avec cette antenne est supérieure à lVpp (Volt crête à crête) . Le champ minimum crée une tension supérieure à lVpp, pas assez pour la puce combi 5 de détecter le signal. C'est pourquoi, dans l'exemple de réalisation avec une carte micro SD, on a de préférence introduit un étage d' amplification. Cet étage d'amplification pour la réception de l'horloge est ici supérieur à 10 dB, le gain en tension étant égal à 3. Cette amplification peut ne pas être nécessaire dans d'autres circonstances ou d'autres puces.
Le niveau de sortie de l'étage de conditionnement 16 est compris entre 3 Vpp et 14 Vpp. Le gain peut être compris entre 5 et 20dB.
La coupure d' alimentation de la puce ou la fonction RESET peuvent être déclenchée aussi par tout moyen, tel un interrupteur dans le dispositif hôte ou sur le circuit d'alimentation de la puce. La puce se réinitialise automatiquement lors de sa mise sous tension. Bande latérale et modulation (fig. 7-10) .
Dans l'exemple (fig. 9), lorsque la puce combi 5 reçoit le signal porteur (ou la porteuse) ainsi que le signal de données, par le biais de ses plots La /Lb, elle génère un signal de modulation de charge afin de transmettre une réponse au dispositif ou terminal en relation de communication avec elle. L'amplitude du signal de modulation Vmod est ici environ la moitié de l'amplitude de la porteuse VLAB lorsque le condensateur est bien adapté .
Un condensateur de 10 à 60pF aux bornes des points La, Lb de la puce peut être utilisé à cet effet. Cette valeur peut varier selon le type de puce. Ainsi on obtient les tensions VLAB et Vmod égales respectivement à 3,3 Volts crête-crête et à 1,6 Volts crête-crête.
À cette étape, deux options sont envisagées. La première plus simple est d'utiliser ce signal tel qu'il se présente puis, de préférence, de l'amplifier dans un étage d'amplification forte puissance avant d'injecter le signal dans un circuit d'adaptation ou d' activation de l'émission 17 avant l'antenne émettrice 8. Différents moyens d'amplification connus de l'homme de l'art peuvent être utilisés .
Dans un autre exemple (fig. 8) conforme à une seconde option, le signal porteur pour l' émission est supprimé afin de conserver les données numériques 25. A cet effet, on peut utiliser par exemple un filtre passe-bas 27 de la figure 8. Par la suite (fig. 9), on effectue une modulation de préférence à 100 % par en combinant le signal de données 25 avec une porteuse 26 à 13,56 MHz. Ceci peut être réalisé à l'aide la porte (ET) logique 38 ou d'un tampon amplificateur 42 ou d'un montage à transistor réalisant la même fonction. Après une amplification de puissance, le signal obtenu 29 est utilisé pour alimenter l'antenne de sortie 8.
Ainsi, plutôt que d'amplifier l'ensemble comprenant la porteuse 25 et le signal 26 ou la porteuse seule 25 même quand il n'y a pas de signal, l'invention prévoit d' amplifier le signal et la porteuse uniquement lorsqu' il y a du signal de réponse. Par exemple, ici sur la figure 9 le signal 29 utile est amplifié quand le signal de donnée est à un niveau haut. Lorsqu'il n'y a pas de signal, (ligne de donnée à un niveau zéro ou proche de zéro), aucun signal ne sort de la porte 38. Il n' y a pas d' amplification et perte d' énergie inutile de la porteuse seule avant d'alimenter l'antenne d'émission.
La figure 4 illustre une option préférée de réalisation relativement simple permettant d'obtenir de bons résultats et mettant en œuvre pour partie la seconde option; Selon cette option préférée, l'étage d'adaptation 17 comprend une porte logique « ET » 38 ou circuit équivalent pour combiner un signal de porteuse 26 (fig.9) et un signal de réponse 25 ou d'émission de la puce 5 avant amplification.
Plus en détail dans le circuit 17, le plot lLa' de la puce 5 est connecté à un démodulateur 39 (qui peut être du même type que le circuit 27 ou 32a) pour recevoir un signal de réponse modulé de la puce 5 ; Ensuite, la sortie du démodulateur 39 relie un comparateur 41 qui compare le niveau de tension reçue à un niveau de tension de référence (TRE) ceci afin de numériser le signal utile. La sortie du comparateur 41 portant le signal de réponse utile de la puce 26 se trouve branchée sur l'une des entrées du composant 38 réalisant la fonction ΛΕΤ' logique pour combiner le signal de porteuse 25 avec le signal de réponse 26 de la puce.
La porteuse 25 provient du point K de l' étage d'adaptation de réception et d'extraction 16A ou 16B ; La porteuse est injectée via une liaison à l'autre plot d'entrée du composant 38 réalisant la fonction ΛΕΤ' logique ; Le signal d'horloge est de préférence déphasé par un déphaseur 40 de manière à synchroniser ou caler de manière optimale les signaux d' horloge avec la porteuse du signal radiof réquence générée par un dispositif lecteur afin de produire une rétro-modulation maximale.
Le circuit 17 comprend de préférence un circuit tampon ou amplificateur 42 pour amplifier le signal 29 en sortie du composant 38 avant de l' injecter dans l'antenne d'émission 8. Le circuit d'antenne utilisé forme avec un condensateur 43 un circuit résonant série.
Certains composants de l' étage 17 peuvent de préférence être alimentés en tension, pour leur fonctionnement, par une source d' énergie provenant du dispositif hôte via les contacts 2. D'autres sources connues de l'homme de l'art ne sont pas exclues . Le circuit 17 fonctionne comme ci-après . Après que la puce ait reçu sur ses points La, Lb des trames radiofréquences SRE de préférence reconditionnées au préalable, la réponse de la puce par modulation de charge est reçue et démodulée dans le démodulateur 39 ; Puis un signal utile est numérisé par le comparateur de seuil 41 avant d'être injecté dans le circuit (ET) 38 et combiné à une porteuse 25 extraite ou dérivée du champ reçu SRE provenant du point K. Le cas échéant, le circuit 17 peut comprendre un extracteur d'horloge similaire à 31 prélevant le signal comme aux figures 16A ou 16B.
Le signal de réponse 29 résultant du circuit 38 est ensuite amplifié de préférence par l'amplificateur 42 avant d'être injecté dans l'antenne émettrice à résonance série 8.
Puissance de l'amplification tampon de sortie.
De manière à compenser la faible surface de l'antenne émettrice dans la carte SD (ou autre substrat), on peut utiliser un amplificateur tampon de sortie 42 qui délivre de préférence un courant minimum allant de 60 à 80 mA sous la tension d'alimentation apportée. De bons résultats sont obtenus avec une puissance supérieure à 200 mW.
Un avantage de ce traitement est notamment de limiter la consommation d'énergie au niveau de l'amplification lorsqu' il n'y a pas de signal réponse de la puce 5. Il est en effet inutile d' amplifier le signal de la porteuse seul quand il n'y a pas de réponse ou de signal à émettre dans l'application envisagée.
Antenne de sortie & accord de fréquence (fig. 10, 11) .
Les antennes 7, 8 comprennent dans l'exemple des spires disposées à plat sur un même substrat (ou deux substrats distincts) comme illustré sur les figures notamment 3 et 13. Tout moyen connu de réalisation d'antenne par l'homme de l'art peut être utilisé comme la gravure, l'incrustation de fil par ultrason, etc.
Lorsque le système est alimenté par une basse tension (3,3 V), l'antenne de sortie est conçue de manière à réaliser une résonance série. Lorsque le système est alimenté par un courant fort, la tension entre le circuit LC total sera relativement faible, quand une tension élevée est présente sur chaque composant L et C.
La courbe illustrée à la figure 11 représente des valeurs obtenues de réactance XL en fonction de l' inductance et ainsi des valeurs de réactance XC en fonction d'un condensateur selon la fréquence en application des formules ci-dessous.
Au point d'intersection entre les deux courbes, les réactances XL et XC sont égales. F est la fréquence de résonance série du circuit. À ce point, la tension aux bornes du circuit LC (fig. 10) est minime quand l'intensité du courant est maximale. Comme le flux magnétique est directement dépendant de l'intensité du courant, cette résonance série est un moyen de créer un champ magnétique élevé sur l'antenne émettrice 8 bien qu' elle soit alimentée par une faible tension .
Cela constitue un moyen d' augmenter la puissance du signal du transpondeur 5 malgré la petite dimension de l'antenne sur le substrat.
Caractéristiques de l'antenne d'émission (fig. 12) .
Selon le mode de réalisation de l' invention, le circuit comprend des antennes distinctes de réception et d'émission ; Les antennes sont agencées entre elles de manière que leur inductance mutuelle soit minime ou s'annule au moins en partie. De préférence, on choisit l'agencement de manière à avoir une induction de courant dans l' antenne de réception mimine notamment inférieure à au seuil du gain de l'étage de réception 16. Par exemple, avec un gain de 3 on prévoit d' agencer les antennes entre elles de manière à avoir une tension inférieure à 300 mV) .
Par exemple, l'agencement d'antennes peut être effectué de manière à avoir une induction de courant dans l'antenne de réception inférieure dans les proportions de 1/100 à l'induction de courant qui serait générée par un lecteur émettant une niveau de champ de l,5A/m. Dans une variante (non représentée) , les antennes sont protégées l'une de l'autre en étant écartées l'une de l'autre et/ou par blindage.
Dans une autre variante, les antennes se chevauchent et on prévoit des moyens électroniques de protection tels des filtres configurés pour éviter des perturbations mutuelles .
Dans le mode avantageux de réalisation, la dimension de l'antenne émettrice 8 est plus grande que l'antenne de réception. L'antenne est par exemple située sur le côté arrière de la SD corne illustrée à la figure 12. Ses caractéristiques utilisées dans l'exemple sont : L = 1,05 μΗ ; R = 939 Ω ; C = 2,69 pF.
Afin d'éviter la diaphonie entre les antennes du fait d'un couplage entre elles inévitable, on procède à un agencement des antennes de telle manière que l' inductance mutuelle entre les deux antennes soit réduite au minimum. Différentes solutions sont possibles notamment isoler une antenne par rapport à l'autre, désactiver une antenne pendant que l'autre est active et vis versa.
Selon un mode préféré, cette caractéristique de mutuelle induction minimisée est obtenue par un chevauchement ou superposition des deux antennes. L'antenne de réception 7 plus grande dans l'exemple est agencée de manière à avoir sensiblement une partie disposée en dehors de la périphérie externe de l'antenne d'émission ; De préférence l'antenne de réception 7 est sensiblement montée à cheval à moitié sur un côté et à l' intérieur de la périphérie de l'antenne d'émission 8 et à moitié en dehors de la périphérie de l'antenne d'émission.
Ainsi, grâce à cette disposition particulière, on a deux antennes dont la résultante de l' inductance mutuelle est globalement nulle ou du moins minimisée.
Lorsque l'antenne d'émission émet un champ électromagnétique, une partie du flux F traverse dans un sens X une partie A de l' antenne 7 située en regard de l'intérieur de l'antenne d'émission 8 générant un courant induit (i) dans l'antenne 7 ; En même temps, une autre partie du flux F traverse une partie B de l'antenne 7 située en dehors de la surface de l' antenne d' émission 8 dans un sens Y contraire à X générant un courant induit (j) contraire à (i) .
Ainsi par un chevauchement partiel des antennes, on diminue au moins la valeur d'une perturbation provoquée par l'antenne émettrice 8 sur l'antenne réceptrice 7.
La perturbation induite dans l'antenne réceptrice par l'antenne émettrice s'annule d'elle-même au moins en grande partie. La résultante peut être sensiblement globalement nulle selon le positionnement adéquate des antennes et leurs caractéristiques.
L'efficacité d'une auto-annulation peut dépendre de l'environnement immédiat extérieur à l'antenne comme par exemple, l'environnement métallique d'un téléphone ou dispositif hôte de l'objet 1. Les antennes peuvent être sur une même face d'un substrat en étant isolée l'une de l'autre ou sur des faces opposées. Les antennes peuvent être aussi agencées sur des supports distincts parallèles entre eux.
L' invention peut prévoir de mettre en œuvre des éléments suivants pour les avantages décrits :
Des moyens de récupération ou d' extraction de la porteuse du champ magnétique reçu pour permettre une fonction active de modulation sans oscillateur avec des puces classique sans contact (non NFC) ; un agencement d' antennes séparées à mutuelle inductance nulle ou quasi nulle simplifiant le circuit ;
La mise en œuvre de deux sortes de résonance (de préférence de type parallèle pour la réception) et de préférence de type série pour l' émission pour une meilleure efficacité ;
Un circuit d'adaptation de niveau 16 connecté à la puce 5 combi permettant l'usage des puces existantes, notamment les puces à interface duale (combi bancaire) qui sont déjà certifiées et sans aucune modification par simplification et par commodité industrielle ; En particulier, on prévoit l'usage de l'interface antenne La/Lb de la puce combi existante (notamment de la société Infineon SLE 66CLX800PE) pour moduler/démoduler ;
En outre, l'invention s'affranchit du recours à une puce ou composant de type NFC avec notamment un oscillateur intégré. Par exemple, une puce sans contact répondant à la norme à la norme ISO/IEC 14443 et /ou ISO/IEC 15693 peut être utilisée.
Le circuit peut comprendre un détecteur configuré pour fournir un signal représentatif de la présence d'un champ magnétique externe et déclencher un mode de fonctionnement parmi au moins un mode contact et mode sans-contact.
En variante, l'une et/ou l'autre des antennes du circuit peut être déjà intégrée (s) dans un dispositif hôte, le circuit de l'invention sans les antennes venant simplement se brancher à l'une des antennes via un connecteur (non représenté) pour plus d' adaptabilité du circuit à des dispositifs hôtes.
Ainsi, l'invention prévoit tout dispositif ou appareil de communication comprenant le circuit décrit précédemment qu' il soit sous forme amovible ou pas .
L' invention peut concerner également tout dispositif comprenant une antenne émettrice et réceptrice distinctes l'une de l'autre. Ainsi par exemple, dans un encombrement réduit tel qu'une serrure de porte électronique à déclenchement radiofréquence . On prévoit, dans un mode de fonctionnement passif de la serrure, que cette dernière reçoit un signal radiofréquence émis par un lecteur tel un téléphone portable ou une clé portable émettrice.
Dans un autre mode de fonctionnement activé ou non, la serrure comprend une antenne émettrice agencée conformément à l'invention qui est apte à lire un transpondeur passif tel qu'une carte à puce sans contact, étiquette électronique RFID ou autre.
Grâce à l'agencement d'antenne de l'invention, l'émission d'un champ de lecture par l'antenne émettrice disposée à proximité de l'antenne réceptrice, induit un courant perturbateur résultant minimal voir nul ou quasi nul dans l'antenne de réception. Ainsi, l'agencement de l'invention permet d'annuler un effet néfaste d'induction entre les antennes sans ajout d'électronique ou moyens désactivant ou filtrant les signaux perçu par l'antenne de réception.
Les antennes peuvent également être agencées dans des plans non parallèles par exemple perpendiculaires. L'antenne réceptrice 7 peut notamment être située dans un plan proche d'une spire externe ou interne de l'antenne émettrice, le plan de l'antenne 8 croisant sensiblement une médiatrice de la surface de couplage de l'antenne réceptrice pour une atténuation optimale de la perturbation par l'antenne émettrice.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour minimiser un courant perturbateur induit dans une antenne réceptrice (7) de champ électromagnétique, ledit champ étant généré par une antenne émettrice (8) située à proximité de ladite antenne réceptrice, caractérisé en ce que l'antenne réceptrice (7) est agencée par rapport à l'antenne émettrice (8) de manière que ledit courant induit par l'antenne émettrice soit annulé au moins en partie dans l'antenne réceptrice par un courant induit contraire généré également par l'antenne émettrice.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites antennes (7, 8) sont agencées entre elles en étant partiellement en regard l'une de l'autre sur deux plans horizontaux sensiblement parallèles.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les antennes (7, 8) se chevauchent, la moitié environ de la surface de couplage de l'antenne réceptrice recouvrant sensiblement la surface de couplage de l'antenne émettrice.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne réceptrice chevauche l'antenne émettrice de manière que le courant (i) induit dans l'antenne réceptrice généré par un flux produit à l'intérieur de l'antenne émettrice soit sensiblement égal au courant contraire (j) induit dans l'antenne réceptrice généré par un flux de sens opposé produit à l'extérieur de l'antenne émettrice et reçu par une portion d' antenne réceptrice située à l'extérieur de l'antenne émettrice.
5. Agencement d' antennes émettrice et réceptrice de champ électromagnétique, lesdites antennes étant disposées à proximité l'une de l'autre, caractérisé en ce que l'antenne réceptrice est agencée par rapport à l'antenne émettrice de manière que ledit courant induit par l'antenne émettrice s'annule sensiblement au moins en majeure partie ou en quasi totalité dans l'antenne réceptrice par un courant induit contraire généré également par l'antenne émettrice.
6. Agencement d'antennes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites antennes sont agencées entre elles en étant (7, 8) partiellement en regard l'une de l'autre sur deux plans horizontaux sensiblement parallèles.
7. Agencement d'antennes selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que l'une des antennes chevauche l'autre sur la moitié de sa surface de couplage.
8. Agencement d'antennes selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les antennes sont agencées de manière que le flux électromagnétique de l'antenne émettrice traverse une première partie de surface de couplage de l'antenne émettrice dans un premier sens et un flux opposé traverse une seconde partie de la surface de couplage de l'antenne réceptrice dans un sens opposé au premier sens .
9. Agencement d'antennes selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les antennes (7,8) sont disposées sur une même face d'un support ou sur des faces opposées .
10. Dispositif de communication radiofréquence mettant en œuvre le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou comprenant un agencement d'antennes conforme à une des revendications 5 à 9.
11. Dispositif de communication selon la revendication précédente, la communication étant du type sans-contact activée (1), le dispositif comprenant des moyens de réception et d'émission d'un champ électromagnétique véhiculant des données (5, 6, 7, 8) ladite émission étant synchronisée avec ladite réception, caractérisé en qu' il comprend une première antenne (7) de réception de données et une seconde antenne (8) d'émission de données conformes respectivement à l' antenne émettrice et réceptrice .
12. Dispositif de communication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré dans ou constitue un objet ayant un facteur de forme d'une carte à circuit intégré ou carte de type micro SD ou une montre.
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