FR2811108A1 - Dispositif peripherique d'affichage sans contact pour objet portable sans contact - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif périphérique d'affichage pour objet portable sans contact tel qu'une carte à puce (10) permettant d'afficher des informations liées à l'utilisation de cet objet portable. Ce dispositif périphérique comprend au moins une puce, un moyen d'affichage (16) et un moyen de réception (18) d'énergie et des informations, non relié par contact ohmique à l'objet portable. Ce moyen de réception est un enroulement plan jouant le rôle du secondaire d'un transformateur dont le primaire est constitué par l'antenne (14) de l'objet portable, lorsque cette dernière reçoit l'énergie et les informations, en provenance d'un lecteur de l'objet portable, par couplage électromagnétique.
Description
La présente invention concerne les périphériques pour des objets portables
sans contact tels que des cartes à puce, et plus particulièrement un dispositif périphérique
d'affichage sans contact.
Les objets portables, tels que les cartes à puce, à contact ou sans contact, sont largement utilisés de nos jours dans de nombreuses applications. Il s'agit généralement de cartes au format ISO qui sont couplées à des lecteurs, par lesquels elles sont téléalimentées, c'est à dire par lesquels elles reçoivent l'énergie sous forme de champ magnétique et avec lesquels elles communiquent. Ainsi, dans le secteur des transports, de tels systèmes ont été développés par toutes les sociétés autoroutières afin de proposer des abonnements à leurs usagers et de faciliter le paiement aux gares de péage et sont généralement dénommés cartes de télépéage. Les utilisateurs de tels systèmes les présentent aux lecteurs qui sont aux gares de péages. Il y a alors communication entre la carte et le lecteur. Cette communication permet la reconnaissance de l'utilisateur et le débit de la somme
correspondant au droit de péage sur son compte client.
Dans les secteurs des transports publics, des moyens équivalents ont également été mis en oeuvre sous forme de cartes ISO ou sous forme plus réduite comme des tickets. Les cartes d'abonnement sont présentées par les usagers devant des lecteurs afin d'accéder au transport en commun. La communication qui s'établit entre la carte et le lecteur permet la reconnaissance de l'usager et le débit du voyage
sur le compte de ce dernier.
Ces moyens ont aussi été développés comme moyens de paiement. C'est le cas par exemple du porte-monnaie électronique. Ce dernier sert à payer de petites sommes auprès des commerçants. Il est constitué par une carte à puce. Cette carte est chargée en argent dans un distributeur spécialisé. L'utilisateur peut alors l'utiliser pour payer les achats, en la présentant devant un lecteur. La communication entre la carte et le lecteur va engendrer le
débit de la somme correspondant à l'achat.
De nombreuses sociétés ont également développé des moyens d'identification de leur personnel par carte à puce sans contact. Le passage devant un lecteur permet d'identifier le possesseur de la carte qui est alors autorisé ou non à accéder à une zone contrôlée. La même carte peut
également être utilisée par les employés pour " pointer ".
Ces différentes applications ont fait naître le besoin de disposer sur la carte d'un dispositif périphérique d'affichage, permettant à l'utilisateur de prendre connaissance des informations contenues dans la puce, telles que le solde restant à disposition après une transaction dans le cas du porte-monnaie électronique ou le nombre de trajets encore disponibles sur une carte de transport ou bien encore le nombre d'heures travaillées, l'autorisation ou l'interdiction d'accéder à des lieux d'une entreprise pour des employés. Un tel dispositif périphérique peut également servir à fournir à l'utilisateur des informations plus
techniques sur le fonctionnement de la carte.
La solution couramment utilisée est l'intégration au niveau du lecteur d'un afficheur à cristaux liquides qui informe l'utilisateur de la bonne exécution de la communication et qui lui indique les informations issues de cette communication. Cependant, l'inconvénient de l'afficheur intégré au lecteur est que l'utilisateur ne peut prendre connaissance des informations qu'auprès de ce dernier, en passant la carte devant. Peu gênante quand il s'agit d'une carte d'identification, cette contrainte devient beaucoup plus lourde quand la carte est un porte-monnaie électronique ou une carte de transport. En effet, l'utilisateur souhaite30 pouvoir consulter régulièrement son solde et ceci sans être obligé de se rendre devant un terminal de paiement que constitue le lecteur. Une solution existante consiste en l'utilisation additionnelle d'un badge qui joue à la fois le rôle de lecteur de carte et d'afficheur. En effet, il s'agit d'un étui dans lequel on insère la carte. Le lecteur alimente alors la carte par contact, ce qui permet la communication entre la carte et l'étui. Les informations sont alors affichées sur l'écran de l'étui. Ce dernier est notamment utilisé pour le porte-monnaie électronique et permet de consulter à tout moment le solde restant. L'inconvénient majeur de ces badges est leur encombrement. En effet, leurs dimensions sont étudier pour leur permettre de recevoir une carte à puce au format ISO. Ainsi, contrairement à une carte à puce, ils ne peuvent se glisser dans un portefeuille et
doivent être transportés dans une poche ou dans un sac.
Un autre inconvénient est qu'ils nécessitent une source d'alimentation interne. Cette source est généralement une pile qui permet à l'étui de lire les informations de la carte et de les afficher. Il faut donc renouveler cette source
d'alimentation chaque fois qu'elle est épuisée.
Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en fournissant un dispositif périphérique d'affichage sans contact pour objet portable sans contact, tel qu'une carte à puce, ayant la capacité d'afficher les informations envoyées par le lecteur de l'objet portable ou par l'objet portable lui-même, pendant une durée suffisamment longue pour que l'utilisateur de l'objet portable puisse le consulter à tout moment, même lorsque l'objet portable n'est pas à proximité du lecteur, cet affichage ne nécessitant pour son fonctionnement qu'une faible consommation d'énergie, voire
aucune énergie du tout.
La présente invention concerne un dispositif périphérique d'affichage pour objet portable sans contact tel qu'une carte à puce permettant d'afficher des informations liées à l'utilisation de cet objet portable. Ce dispositif périphérique comprend au moins une puce, un moyen d'affichage et un moyen de réception d'énergie et des informations, non relié par contact ohmique à l'objet portable. Ce moyen de réception est un enroulement plan jouant le râle du secondaire d'un transformateur dont le primaire est constitué par l'antenne de l'objet portable, lorsque cette dernière reçoit l'énergie et les informations, en provenance d'un
lecteur de l'objet portable, par couplage électromagnétique.
Selon un mode de réalisation particulier, ce dispositif périphérique d'affichage est dissociable de l'objet sans
contact et dispose d'un écran à cristaux liquides bistables.
Les buts, objets et caractéristiques de l'invention
ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit
faite en référence aux dessins joints dans lesquels: La figure 1 représente une carte à puce sans contact au format ISO possédant un dispositif périphérique d'affichage integré. La figure 2 représente un schéma fonctionnel du dispositif périphérique d'affichage et des différents
éléments qui le constituent.
La figure 3 représente le schéma électrique d'une carte
à puce sans contact.
La figure 4 représente le schéma électrique d'un
dispositif périphérique d'affichage.
Le dispositif périphérique d'affichage selon l'invention peut donc être installé sur un objet portable sans contact tel qu'une carte à puce. La figure 1 représente ainsi une carte à puce sans contact au format ISO possédant un dispositif périphérique intégré. Cette carte 10 est constituée d'une puce 12. Cette dernière, lorsque la carte est disposée dans le champ du lecteur, entre en communication avec celui-ci par l'intermédiaire de l'antenne de la carte 14. Cette antenne est constituée de spires de circonférences croissantes. Chacune des extrémités de cette antenne est reliée à la puce 12. Le dispositif périphérique d'affichage est constitué d'une puce (non visible sur la figure), d'un écran 16 et d'un enroulement plan 18 relié à la puce du dispositif périphérique d'affichage et constituée de spires de circonférences croissantes. La taille de cet enroulement plan varie en fonction des spécificités de la carte avec
laquelle fonctionne le dispositif périphérique d'affichage.
En effet, ce dernier ne fonctionne que couplé magnétiquement
à la carte, à la fréquence de travail de la puce de la carte.
Selon la figure 2, le dispositif périphérique d'affichage 20 est préférentiellement constitué d'une puce 22, reliée à l'enroulement 18 et à l'écran 16. La puce 22 est constituée de 3 blocs: le bloc analogique 24, le bloc de
décodage de message 26 et le bloc de commande d'affichage 28.
Le bloc analogique 24 a pour rôle de redresser et réguler le signal alternatif, disponible aux bornes de l'enroulement 18. Ce signal est créé par une fréquence porteuse de 13,56 mégahertz (MHz), qui est la fréquence de couplage entre la carte à puce sans contact et le lecteur, pour générer la tension d'alimentation continue nécessaire au fonctionnement du dispositif périphérique d'affichage. Il met en forme les signaux d'horloge principale issue de cette fréquence porteuse de 13,56 MHz, qui vont permettre le fonctionnement séquentiel du dispositif périphérique d'affichage. Il extrait et met en forme les données superposées selon la modulation d'amplitude à la fréquence porteuse de 13,56 MHz, émises par le lecteur à destination de la puce de la carte sans contact et à destination du dispositif périphérique d'affichage. Il peut modifier l'impédance qu'il présente à l'enroulement 18, en commutant une résistance, à une fréquence sous-porteuse de rétromodulation issue de l'horloge principale, afin de permettre la transmission de données du dispositif périphérique d'affichage vers le lecteur, à l'aide de données modulant cette fréquence sous-porteuse (modulation du couplage avec les antennes en regard). Selon un exemple particulier, la valeur de la fréquence sous-porteuse de rétromodulation est égale à 847 kilohertz (KHz) (norme actuellement utilisée). Il peut aussi être configuré pour recevoir les données qui seraient transmises sur la fréquence
sous-porteuse de rétromodulation par la puce de la carte.
Le dispositif périphérique est équipé également d'un bloc de décodage de message 26. Ce bloc est plus ou moins complexe. Il peut s'agir d'un microcontrôleur, d'un simple décodeur ou encore d'un circuit à logique câblée. Ce bloc a pour fonction de séparer et traiter les messages qui lui sont destinés au milieu de ceux qui transitent sur les fréquences porteuse et sous-porteuse lors de la communication entre le coupleur et la carte sans contact. Le bloc de commande d'affichage 28 est un circuit d'interface permettant de convertir les données reçues par le dispositif périphérique d'affichage en signaux compatibles avec la technologie d'affichage utilisée, constituée par l'écran 16, afin de piloter les segments ou pixels correspondants. En ce qui concerne l'enroulement 18 du dispositif périphérique, les dimensions de celui-ci sont très variables et dépendent de la consommation et de la tension, nécessaires
à l'alimentation du dispositif périphérique.
Ainsi, dans le cas d'un dispositif périphérique d'affichage ayant une consommation d'énergie bien inférieure à celle de la puce de la carte, l'enroulement 18 du dispositif périphérique d'affichage sera de dimensions bien inférieures aux dimensions de l'antenne de la carte sans contact (voir figure 1). Dans le cas d'un dispositif périphérique d'affichage ayant une consommation d'énergie à peine inférieure à la puce de la carte sans contact, l'enroulement peut être éventuellement entrelacé ou superposé à l'antenne de la carte sans contact pour bénéficier d'un
meilleur couplage.
L'écran 16 est préférentiellement un écran à cristaux
liquides.
La figure 3 représente le schéma électrique de la carte à puce sans contact 30. Celle-ci est caractérisée par son antenne de couplage 32, au moins un condensateur 33 permettant à la carte de disposer d'une capacité d'accord intervenant dans le couplage avec le lecteur à la fréquence de 13,56 MHz. Elle comprend également plusieurs résistances, dont au moins une résistance 34 qui peut être commutée grâce à un interrupteur 35, afin de générer une fréquence de
rétromodulation entre la carte à puce et le lecteur.
La figure 4 représente le schéma électrique du dispositif périphérique d'affichage 36. Ce dernier est caractérisé par son enroulement plan 37. Afin de pouvoir prélever, à partir du lecteur, de l'énergie pour permettre le fonctionnement du dispositif périphérique, le principe est d'utiliser le circuit principal accordé de la carte 30 comme le primaire d'un transformateur. L'enroulement plan 37 du dispositif périphérique d'affichage constitue alors le secondaire de ce transformateur et reçoit l'énergie et les informations par couplage électromagnétique. Le dispositif périphérique d'affichage 36 comprend également la résistance 38 qui est commutée grâce à l'interrupteur 40 et modifie ainsi l'impédance afin de générer une fréquence sous-porteuse de rétromodulation. En effet, selon un mode particulier de fonctionnement, on peut faire varier l'impédance du dispositif périphérique d'affichage afin de transmettre une réponse vers le lecteur par rétromodulation. Cette réponse se fait par l'intermédiaire du circuit accordé principal de la carte sans contact. Le dispositif périphérique d'affichage peut aussi dialoguer directement avec la puce de la carte sans contact, suivant le format de rétromodulation et le type
de rétromodulateur incorporé à celui-ci.
Comme on peut le voir sur la figure 4, le circuit du dispositif périphérique d'affichage 36 ne présente pas de capacité d'accord. Il ne peut donc fonctionner de manière autonome. Il doit donc bénéficier, par couplage avec le circuit d'antenne principal, de la surtension liée à l'accord
de la carte sans contact avec le lecteur.
Comme dans le cas de tout transformateur, l'impédance présentée par l'électronique du dispositif périphérique d'affichage peut être rapportée en parallèle à l'impédance présentée de la puce sur l'antenne principale de la carte sans contact, en fonction d'une mutuelle de couplage m entre l'antenne principale et l'enroulement plan et du rapport nl/n2, nl étant le nombre de spires de l'antenne de la carte sans contact et n2 le nombre de spires de l'antenne du
dispositif périphérique d'affichage.
Si le dispositif périphérique d'affichage présente une impédance forte ainsi qu'une très faible capacité parasite avant le redresseur, il peut être alimenté lorsque la carte sans contact est présente dans le champ magnétique du lecteur, et ceci sans dégrader de façon significative le
fonctionnement de cette dernière.
Selon un mode de fonctionnement du dispositif périphérique d'affichage, ce dernier exploite les données générées par la puce de la carte sans contact sous forme d'une instruction spécifique et émises par l'antenne principale de cette dernière. Cette instruction est générée une fois la transaction entre la carte sans contact et le
lecteur effectuée.
Selon un autre mode de fonctionnement dudit dispositif périphérique d'affichage, ce dernier peut exploiter des données émises par le lecteur simultanément à l'énergie et transmises en modulation d'amplitude vers la carte sans contact puis émises par l'antenne principale de celle-ci et
qui lui sont destinées.
Selon un mode particulier, l'écran du dispositif périphérique d'affichage est rémanent. En effet, les informations restent afficher sur l'écran après la transaction pour que l'utilisateur puisse en prendre connaissance jusqu'à la transaction suivante. Cet écran rémanent peut être constitué par un écran à cristaux liquides bistables. Cette technologie récemment mise au point, consiste en l'utilisation de cristaux liquides qui ont la capacité de demeurer dans un certain état, sans consommation d'énergie. Ces cristaux liquides n'utilisent l'énergie que
pour changer d'état.
Une alternative à l'utilisation d'un écran à cristaux liquides bistables consiste à utiliser un dispositif périphérique d'affichage qui dispose d'au moins un condensateur de stockage. En effet, pour obtenir une rémanence de l'affichage sur l'écran à cristaux liquides, il faut appliquer une tension aux bornes de l'écran suffisante pour maintenir les cristaux liquides dans leur état. Une des possibilités est d'insérer dans le dispositif périphérique d'affichage une capacité qui se charge lorsque la carte est dans le champ magnétique du lecteur. L'énergie est transmise au condensateur après redressement par l'enroulement plan du dispositif périphérique d'affichage qui reçoit les informations et l'énergie. La charge électrique stockée dans le (ou les condensateurs) permet d'alimenter l'écran et donc de maintenir les cristaux liquides dans leur état durant un temps supérieur à la durée moyenne entre deux passages de la
carte sans contact dans le champ magnétique du lecteur.
Une autre alternative pour rendre l'affichage rémanent est l'utilisation d'une pile. En effet, il est possible de pourvoir le dispositif périphérique d'une pile qui est utilisée pour maintenir l'affichage. Préférentiellement, on utilise une pile dite " pile papier " qui possède une très
faible épaisseur.
Quel que soit le moyen utilisé pour obtenir un affichage rémanent, le rafraîchissement de l'affichage est obtenue exclusivement lors du passage de la carte sans contact dans le champ magnétique du lecteur lorsque les informations
transitent entre ce dernier et la carte sans contact.
Le dispositif périphérique d'affichage sans contact selon l'invention peut être intégré dans la carte sans contact au cours de sa fabrication, il est dans ce cas indissociable de cette dernière. Il peut également être rapporté à une carte sans contact préexistante, notamment grâce à un adhésif et est dans ce cas dissociable de la carte
sans contact.
Dans le cas o le dispositif périphérique d'affichage sans contact est dissociable de la carte sans contact, le
rafraîchissement de l'affichage n'est possible que si celui-
ci est à proximité de la carte sans contact lorsqu'elle est placée dans le champ magnétique du lecteur. En effet, le dispositif selon l'invention doit être placé directement sur la carte ou très près de celle-ci. Le dispositif périphérique d'affichage selon l'invention constitue donc un dispositif périphérique sans contact qui est indépendant et non relié électriquement à la puce de la carte sans contact. L'intérêt de l'indépendance du dispositif périphérique d'affichage est qu'il n'a d'incidence, ni sur la fonctionnalité de la carte sans contact, ni sur les transactions qui sont réalisées entre cette dernière et le lecteur. Ainsi, dans le cas o le dispositif périphérique d'affichage est indépendant physiquement de la carte sans5 contact, un dysfonctionnement de l'un des deux dispositifs n'a pas d'influence sur l'autre. Il suffit de changer le dispositif défaillant. Un tel dispositif peut être appliquée sur les cartes de téléphone qui à terme vont devenir sans contact. Il pourrait également être adaptée pour les cartes de paiement autoroutier si, dans l'avenir, celles-ci étaient susceptibles
de stocker dans leur mémoire un crédit d'argent ou un nombre de passages aux péages.
Claims (12)
1. Dispositif périphérique d'affichage pour objet portable sans contact tel qu'une carte à puce 10 permettant d'afficher des informations liées à l'usage dudit objet portable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une puce, un moyen d'affichage 16 et un moyen de réception 18 d'énergie et desdites informations non relié par contact ohmique audit objet portable, ledit moyen de réception étant un enroulement plan jouant le rôle du secondaire d'un transformateur dont le primaire est constitué par l'antenne 14 dudit objet portable, lorsque cette dernière reçoit l'énergie et les informations, en provenance d'un lecteur dudit objet portable, par couplage électromagnétique.
2. Dispositif périphérique d'affichage selon la revendication 1, dans lequel ledit enroulement plan reçoit ladite énergie et lesdites informations lorsque ledit objet
portable est couplé avec un lecteur dudit objet portable.
3. Dispositif périphérique d'affichage selon la revendication 2, dans lequel l'énergie et lesdites informations transmises par l'antenne dudit objet portable,
sont générées par ledit lecteur d'objet portable.
4. Dispositif périphérique d'affichage selon la revendication 2, dans lequel lesdites informations transmises par l'antenne dudit objet portable, sont générées par la puce
dudit objet portable.
5. Dispositif périphérique d'affichage selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel ledit moyen
d'affichage est rémanent, de telle sorte que les informations restent affichées sur ledit moyen d'affichage pendant une
durée supérieure au délai moyen entre deux transactions.
6. Dispositif périphérique d'affichage selon la revendication 5, dans lequel le moyen d'affichage rémanent
est un écran à cristaux liquides bistables.
7. Dispositif périphérique d'affichage selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend
au moins un moyen de stockage d'énergie.
8. Dispositif périphérique d'affichage selon la revendication 7, dans lequel ledit moyen de stockage
d'énergie est un condensateur.
9. Dispositif périphérique d'affichage selon l'une des
revendications 7 ou 8, dans lequel le moyen d'affichage est
rendu rémanent grâce à l'énergie stockée dans ledit moyen de
stockage d'énergie.
10. Dispositif périphérique d'affichage selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est
intégré audit objet portable, ledit enroulement plan étant
dans le même plan que ladite antenne dudit objet portable.
11. Dispositif périphérique d'affichage selon l'une des
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est dissociable
dudit objet portable.
12. Dispositif périphérique d'affichage selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il peut
envoyer une réponse audit lecteur d'objet portable par rétromodulation, par l'intermédiaire dudit enroulement plan,
couplé à l'antenne dudit objet portable.
Priority Applications (13)
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