FR2988195A1 - Dispositif de detection et de communication en champ proche - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de détection et de communication en champ proche (D) pour détecter l'approche d'un dispositif portable intégrant une antenne de communication en champ proche pour communiquer avec ledit dispositif portable, comprenant : . un circuit imprimé (70), comprenant : - une face supérieure (F ), orientée vers le dispositif portable et une face inférieure (F ), - un microcontrôleur (30), - un lecteur en champ proche, et - un module de détection, - une antenne de communication (20) en champ proche, située sur une face (F ) du circuit imprimé (70) ayant une surface (S) et étant reliée au lecteur en champ proche, le dit dispositif de détection et de communication comprenant en outre : . une pluralité de résonateurs (40a, 40c) composés d'enroulements de fils de cuivre, imprimés sur une face (FI) du circuit imprimé, couvrant une surface (S1) sensiblement égale à la surface (S), . lesdits résonateurs (40a, 40c) comprenant des moyens d'ajustement de fréquence afin de résonner à la fréquence de communication en champ proche, . et lesdits résonateurs (40a, 40c) générant une variation de tension à leurs bornes et étant reliés au module de détection pour détecter l'approche du dispositif portable.

Description

L'invention concerne un dispositif de détection et de communication en champ proche. Plus particulièrement, l'invention concerne une antenne de détection d'un système d'accès « main libre » à un véhicule automobile et de communication en champ proche avec ce système, embarquée dans ledit véhicule. Cette antenne de détection et 5 de communication en champ proche, encore appelée antenne NFC (« Near Field Communication », en anglais) détecte l'approche d'un dispositif portable (du type badge ou téléphone portable) porté par un utilisateur, et communique avec ce dispositif portable afin de l'identifier. Si l'utilisateur est reconnu comme étant un utilisateur autorisé à accéder au véhicule, alors le véhicule procède au déverrouillage de ses ouvrants. Plus 10 précisément, la reconnaissance du dispositif portable est réalisée par un lecteur de communication en champ proche, appelé lecteur NFC relié à l'antenne NFC et intégré dans un microcontrôleur. Et le déverrouillage des ouvrants est déclenché par une unité électronique embarquée sur le véhicule, du type BCM (« Body Control Module », ou module de contrôle du châssis) reliée au microcontrôleur. 15 Selon l'art antérieur, une telle antenne NFC embarquée sur un véhicule est située dans une poignée de portière du véhicule et est composée de deux parties : une antenne de détection et une antenne de communication. L'antenne de détection consiste en des enroulements de fil de cuivre enroulés autour de l'antenne de communication. L'antenne de détection est reliée à un microcontrôleur, situé généralement à proximité de 20 l'antenne de détection, et intégré dans la poignée de portière du véhicule. La variation de la tension aux bornes de cette antenne de détection, mesurée par le microcontrôleur permet la détection de l'approche d'un dispositif portable. L'antenne de détection est généralement de grande taille et plus grande que l'antenne de communication pour obtenir une plus grande portée de détection. 25 L'antenne de communication, est composée d'enroulements de fil de cuivre, et peut comporter en plus certains composants tels qu'une capacité d'adaptation. L'antenne de communication est reliée à un lecteur NFC intégré dans le microcontrôleur. Cette antenne de communication communique avec une antenne NFC située dans le dispositif portable, à la fréquence de communication en champ proche, soit à une 30 fréquence de 13.56 MHz. On dit que l'antenne de communication résonne à 13.56 MHz. L'ajustement de la fréquence de l'antenne de communication est réalisé, par exemple, grâce à la capacité d'adaptation. Afin d'éviter tout phénomène de couplage entre l'antenne de détection et l'antenne de communication dû entre autres, à la grande taille de l'antenne de détection, cette dernière ne résonne pas à la fréquence de 13.56 MHz. 35 L'antenne de détection détecte donc l'approche de tout dispositif portable et pas seulement l'approche de dispositifs portables équipés d'une antenne NFC communiquant à 13.56 MHz. On comprend que ceci crée des fausses détections, puisque l'antenne de détection détecte tout type de dispositif portable et pas uniquement les dispositifs portables avec lesquels l'antenne de communication peut communiquer. Il s'ensuit alors une tentative de communication entre l'antenne de communication et le dispositif portable qui va échouer et qui est consommatrice d'énergie. Le principal critère de la performance d'une antenne NFC, embarquée dans un véhicule, est la distance de communication entre cette antenne, que l'on appellera antenne NFC primaire et l'antenne NFC située dans le dispositif portable, que l'on appellera antenne NFC secondaire. En effet, la portée de la communication en champ proche (c'est-à-dire à une fréquence de 13.56 MHz) s'étend de 0 cm (les deux objets communiquant entre eux sont alors en contact) jusqu'à un maximum de 10 cm. On comprend qu'il y a un avantage à pouvoir communiquer avec le dispositif portable à la distance maximale permise par une communication NFC, l'utilisateur n'ayant alors pas besoin de rapprocher le dispositif portable vers la poignée de portière, encore moins à le mettre en contact avec la poignée de portière du véhicule, pour établir la communication. La distance de communication NFC est directement liée à la taille de l'antenne de communication et à la puissance de cette antenne de communication, fournie par le microcontrôleur. Or, la puissance fournie par le microcontrôleur à l'antenne de communication impacte directement la consommation électrique du véhicule. Et lors des phases d'arrêt du véhicule, cette consommation électrique doit être minimisée, afin de ne pas décharger la batterie. Toute augmentation de puissance afin d'augmenter la distance de communication de l'antenne de communication est à proscrire. La taille de l'antenne de communication est aussi limitée, puisque cette antenne de communication, l'antenne de détection et l'électronique associée (microcontrôleur, lecteur NFC, etc.), c'est-à-dire le dispositif de détection et de communication en champ proche est généralement intégré dans un espace très restreint de la poignée de portière du véhicule. L'intégration des deux parties de l'antenne NFC primaire, c'est-à-dire de l'antenne de détection et de l'antenne de communication est souvent difficile en raison du manque de place dans l'espace alloué d'une poignée de portière de véhicule. Ainsi, il n'est pas possible, ni d'augmenter la taille de l'antenne de communication, ni d'amplifier la puissance fournie à cette antenne, dans le but d'accroitre la distance de communication avec l'antenne NFC secondaire du dispositif portable. Il est connu de l'art antérieur, de disposer une ferrite en dessous de l'antenne 35 NFC primaire, la dite ferrite étant située côté véhicule. Cette ferrite réfléchit la partie de champ électromagnétique de l'antenne de communication qui est dirigé vers le véhicule. La réflexion du champ électromagnétique vers l'extérieur du véhicule a pour conséquence d'augmenter sensiblement la distance de communication de l'antenne de communication. Cependant, l'ajout d'une ferrite est d'un coût non négligeable et n'est pas toujours réalisable dans l'espace restreint de la poignée de portière dédié au dispositif de détection et de communication en champ proche.
L'invention propose donc un dispositif de détection et de communication en champ proche permettant de pallier ces inconvénients. En l'occurrence, l'invention a pour but un dispositif de détection et de communication en champ proche comprenant une antenne NFC primaire, pour détecter un dispositif portable et pour communiquer en champ proche avec ledit dispositif portable 10 permettant : - d'augmenter la distance de communication en champ proche sans impacter ni la taille de l'antenne NFC primaire, ni sa puissance, - de s'affranchir de l'antenne de détection, - détecter uniquement les dispositifs portables intégrant une antenne 15 NFC et non pas tout type de dispositifs portables, réduisant ainsi le nombre de fausses détections. L'invention propose un dispositif de détection et de communication en champ proche pour détecter l'approche d'un dispositif portable intégrant une antenne de communication en champ proche pour communiquer avec ledit dispositif portable, le 20 dispositif de détection et de communication en champ proche comprenant : - un circuit imprimé, comprenant : - une face supérieure, orientée vers le dispositif portable et une face inférieure orientée du côté opposé à la face supérieure, - un microcontrôleur, 25 - un lecteur en champ proche, et - un module de détection, - une antenne de communication en champ proche, située sur une face du circuit imprimé ayant une surface et un centre, et étant reliée au lecteur en champ proche, 30 le dit dispositif de détection et de communication en champ proche comprenant en outre : - une pluralité de résonateurs composés d'enroulements de fils de cuivre, imprimés sur une face du circuit imprimé, couvrant une surface sensiblement égale à la surface de l'antenne de communication, - lesdits résonateurs comprenant des moyens d'ajustement de fréquence afin de résonner à la fréquence de communication en champ proche, - et lesdits résonateurs générant une variation de tension à leur borne et étant reliés au module de détection pour détecter l'approche du dispositif portable. De manière préférentielle, l'antenne de communication est située sur la face supérieure du circuit imprimé qui est orientée vers le dispositif portable et en ce que la pluralité de résonateurs est située sur la face inférieure du circuit imprimé.
Dans un premier mode de réalisation, les moyens d'ajustement de fréquence comprennent une capacité d'adaptation. Dans un deuxième mode de réalisation, les moyens d'ajustement de fréquence sont constitués par un nombre d'enroulements de fil de cuivre. Préférentiellement, la pluralité de résonateurs est répartie de façon homogène 15 sur la surface de l'antenne de communication. Et plus précisément, la pluralité de résonateurs est distribuée de façon symétrique par rapport à un axe longitudinal et par rapport à un axe transversal traversant l'antenne de communication en son centre. L'invention concerne tout dispositif de détection et de communication en champ proche intégré dans une poignée de portière de véhicule. 20 L'invention concerne aussi tout véhicule automobile comprenant un dispositif de détection et de communication en champ proche tel que décrit ci-dessus. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique de dessus d'un dispositif de 25 détection et de communication en champ proche, selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue schématique de dessus d'un dispositif de détection et de communication en champ proche, selon l'invention, - la figure 3 représente une vue schématique de côté d'un dispositif de détection et de communication en champ proche, avec et sans les 30 résonateurs de l'invention, - la figure 4 représente une vue schématique d'un résonateur du dispositif de détection et de communication en champ proche, selon l'invention, - les figures 5a, et 5b représentent des vues schématiques d'un dispositif de détection et de communication en champ proche, selon une première et deuxième variante de l'invention. Selon l'art antérieur (cf. figure 1), un dispositif de détection et de 5 communication en champ proche D comprend une antenne NFC primaire A et un microcontrôleur 30, intégrant un lecteur de communication en champ proche, appelé lecteur NFC 60 et un module de détection 50. L'antenne NFC primaire A comprend : - une antenne de communication 20, consistant en des enroulements de fil de cuivre sur une surface S, 10 - une antenne de détection 10, consistant en des enroulements de fil de cuivre autour de l'antenne de communication 20. Chacune de ces antennes est reliée au microcontrôleur 30. L'antenne de communication 20 est reliée au lecteur NFC 60 du microcontrôleur 30, et l'antenne de détection 10 est reliée au module de détection 50 du microcontrôleur 30. Le 15 microcontrôleur 30 (cf. figure 3) est intégré dans un circuit imprimé 70, dont une face supérieure FS est située sous l'antenne NFC primaire A. Le dispositif de détection et de communication en champ proche D est situé dans un espace restreint, par exemple dans une poignée de portière P de véhicule. La face supérieure FS du circuit imprimé 70 et l'antenne de communication 70 se trouvent du côté de la poignée de portière P qui est 20 orientée vers l'extérieur du véhicule. En référence à la figure 1, selon l'art antérieur, lorsqu'un dispositif portable (non représenté), porté par un utilisateur s'approche de l'antenne de détection 10, la tension aux bornes de celle-ci varie (diminution ou augmentation). Cette variation de tension est détectée par le module de détection 50 du microcontrôleur 30, qui active alors 25 l'antenne de communication 20. L'activation de l'antenne de communication 20 crée un champ électromagnétique B1 (cf. figure 3) autour de cette antenne de communication 20, qui correspond à une zone de communication en champ proche avec le dispositif portable. Cette zone de communication en champ proche est caractérisée par une distance maximale dmAxi de communication (cf. Figure 3) entre l'antenne de 30 communication 20 et une antenne NFC secondaire intégrée dans le dispositif portable (non représentée). Si le dispositif portable est situé, vis-à-vis de l'antenne de communication 20 à une distance inférieure à cette distance maximale dmAxi de communication, alors une communication en champ proche peut s'opérer entre les deux antennes (antennes de communication et antenne NFC secondaire), en l'occurrence un 35 échange d'identifiant est réalisé entre les deux antennes, ce qui permet d'identifier le dispositif portable et de déclencher le déverrouillage des ouvrants du véhicule (si le dispositif portable est reconnu comme autorisé à accéder au véhicule).
Si le dispositif portable est à une distance supérieure à la distance maximale dmAxi de communication, alors aucune communication n'est possible entre l'antenne de communication 20 et l'antenne NFC secondaire du dispositif portable et le déverrouillage des ouvrants du véhicule ne peut pas être réalisé.
Ce dispositif de détection et de communication en champ proche D est connu de l'homme du métier et ne sera pas plus détaillé ici. Comme expliqué précédemment, l'inconvénient majeur d'un tel dispositif de détection et de communication en champ porche D réside dans l'impossibilité d'augmenter la distance maximal dmAxi de communication sans impacter la taille dudit dispositif, sa consommation électrique ou encore sans ajouter de composants coûteux. Comme illustré à la figure 2, le dispositif de détection et de communication en champ proche D, selon l'invention, comprend une pluralité de résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d. Ces résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d sont constitués d'enroulements de fil de cuivre imprimés sur une face du circuit imprimé 70 (non représenté à la figure 1). Ces résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d sont passifs, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas alimentés en courant. De manière préférentielle, comme illustré à la figure 3, ils sont imprimés sur une face inférieure FI du circuit imprimé 70. Cette face inférieure FI est opposée à la face supérieure FS du circuit imprimé 70 au dessus de laquelle se trouve l'antenne de communication 20. Dans le cas où le circuit imprimé est constitué par une pluralité de couches, il est aussi possible d'intégrer les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d entre deux couches successives du circuit imprimé 70, par exemple en dessous de la première couche sur laquelle se trouve l'antenne de communication 20. La pluralité de résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d couvre une surface S1 sensiblement égale à la surface S de l'antenne de communication 20.
Ces résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d réfléchissent la partie du champ électromagnétique B1, crée par l'antenne de communication 20 et qui est orientée vers le véhicule. Plus précisément, les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d réfléchissent cette partie de champ électromagnétique B1 vers l'extérieur du véhicule. Le nouveau champ électromagnétique B2 ainsi crée par la présence des résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d (cf. figure 3) est orienté principalement vers l'extérieur du véhicule et est plus étendu que le champ magnétique B1 crée par l'antenne de communication 20 sans la présence des résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d. Il s'ensuit que la nouvelle distance maximale dmAx2 du nouveau champ magnétique B2 est nettement supérieure à la distance maximale dmAxi obtenue sans les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d. Selon l'invention, la nouvelle distance maximale dmAx2de communication en champ proche ainsi obtenue est de l'ordre de 30 % à 50 % plus grande que la distance maximale dmAxi de communication obtenue sans les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d de l'invention.
Selon un mode préférentiel de réalisation, les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d sont répartis de manière homogène sur la face inférieure FI du circuit imprimé 70. Plus précisément (cf. figure 2), la répartition des résonateurs est symétrique vis-à-vis des axes longitudinal X-X' et transversal Y-Y' traversant l'antenne de communication 20 en son centre O. Ainsi, la réflexion du champ électromagnétique B1 crée par l'antenne de communication 20 est homogène sur la surface S de l'antenne de communication 20. Et, le gain en distance maximale de communication est réparti de manière uniforme dans les directions de propagation du nouveau champ magnétique B2. Il est important de noter qu'il est souhaitable de ne pas intégrer les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d sur la même face du circuit imprimé 70 que celle où est située l'antenne de communication 20, en l'occurrence, dans notre exemple, sur la face supérieure Fs. Cette proximité immédiate entre l'antenne de communication 20 et les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d perturbe le champ magnétique B1 en réduisant la zone de détection en champ proche, ce qui n'est pas souhaitable.
Selon un deuxième aspect de l'invention, chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d est relié au module de détection 50 et l'antenne NFC primaire ne comprend pas d'antenne de détection 10. Le module de détection 50 détecte la variation de tension AVa, AVb, AVc, AVd aux bornes de chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d (cf. figure 2). Ces variations de tension AVa, AVb, AVc, AVd sont représentatives de l'approche d'un dispositif portable à proximité des résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d. Ainsi, l'antenne de détection 10 n'est plus nécessaire, elle peut être supprimée, en la remplaçant par la mesure de tension aux bornes de chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d. Dans un premier mode de réalisation, chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d comprend des moyens d'ajustement de fréquence, tels qu'une capacité d'adaptation Ca, Cb, Cc, Cd (cf. Figure 4). Ces capacités d'adaptation sont calibrées de manière à ce que chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d résonne à la fréquence de communication en champ proche, c'est-à-dire à la fréquence de 13,56 MHz. Dans un deuxième mode de réalisation, alternativement, l'impédance de chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d, est calibrée de telle sorte que les résonateurs résonnent à 30 13.56 MHz. Cette impédance est calibrée en ajustant par exemple, pour chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d, le nombre d'enroulements de fils de cuivre. Ainsi, les variations de tension AVa, AVb, AVc, AVd mesurées aux bornes des résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d, lors de la mise en oeuvre du premier ou deuxième mode de réalisation décrits ci-dessus, permettent uniquement la détection de l'approche d'une 35 antenne de communication communiquant à 13.56 MHz, c'est-a-dire dire l'approche d'un dispositif portable intégrant une antenne NFC secondaire.
Bien sûr, la détection peut être réalisée en fixant un seuil à la variation de tension AVa, AVb, AVc, AVd de chaque résonateur 40a, 40b, 40c, 40d. Ou bien, la détection peut être réalisée en fixant un seuil aux valeurs obtenues par la multiplication et/ou l'addition des variations de tensions AVa, AVb, AVc, AVd entres elles, ou à toute valeur obtenue à partir de ces variations de tensions AVa, AVb, AVc, AVd à l'aide de toute autre formule mathématique, selon la précision de détection souhaitée. Un avantage du dispositif de détection et de communication en champ proche D selon l'invention réside dans le fait que les résonateurs 40a, 40b, 40c, 40d étant de plus petite taille que l'antenne de communication 20, il n'y a pas de phénomène de couplage 10 entre lesdits résonateurs et l'antenne de communication 20. D'autres variantes du dispositif de détection et de communication en champ proche D sont possibles. En particulier, le nombre de résonateurs et leur disposition peuvent varier. Ceci est illustré aux figures 5a et 5b. A la figure 5a, le dispositif de détection et de communication en champ proche D ne comprend que deux 15 résonateurs 40a et 40b, disposés de manière symétrique par rapport aux axes longitudinal X-X' et transversal Y-Y' traversant l'antenne de communication 20 en son centre 0. A la figure 5b, le dispositif de détection et de communication en champ proche D comprend neuf résonateurs de 40a à 40i, disposés de manière symétrique par rapport aux axes longitudinal X-X' et transversal Y-Y'.
20 De même, la forme des résonateurs peut être diverse : carrée, rectangulaire, ovale, ronde, etc. Le dispositif de détection et de communication selon l'invention, permet donc : - non seulement d'augmenter la distance maximale de communication en champ proche entre le dispositif portable et l'antenne NFC primaire 25 embarquée dans le véhicule, mais aussi, - de détecter uniquement la présence d'un dispositif portable comprenant une antenne de communication en champ proche (ce qui n'était pas possible avec la solution de l'art antérieur, puisque l'antenne de détection 10, étant donnée sa taille, n'était pas calibrée à 13.56 MHz, pour 30 éviter tout phénomène de couplage avec l'antenne de communication 20), - et par conséquent de s'affranchir de la présence de l'antenne de détection. Bien sûr, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) pour détecter l'approche d'un dispositif portable intégrant une antenne de communication en champ proche pour communiquer avec ledit dispositif portable, le dispositif de détection et de communication en champ proche (D) comprenant : - un circuit imprimé (70), comprenant : - une face supérieure (Fa), orientée vers le dispositif portable et une face inférieure (F1) orientée du côté opposé à la face supérieure (Fa), - un microcontrôleur (30), - un lecteur en champ proche (60), et - un module de détection (50), - une antenne de communication (20) en champ proche, située sur une face (Fs) du circuit imprimé (70) ayant une surface (S) et un centre (0), et étant reliée au lecteur en champ proche (60), le dit dispositif de détection et de communication en champ proche (D) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une pluralité de résonateurs (40a, 40b, 40c, 40d) composés d'enroulements de fils de cuivre, imprimés sur une face (F1) du circuit imprimé, couvrant une surface (S1) sensiblement égale à la surface (S) de l'antenne de communication (20), - lesdits résonateurs (40a, 40b, 40c, 40d) comprenant des moyens d'ajustement de fréquence afin de résonner à la fréquence de communication en champ proche, - et lesdits résonateurs (40a, 40b, 40b, 40c) générant une variation de tension à leurs bornes (AVa, AVb, AVc, AVd) et étant reliés au module de détection (50) pour détecter l'approche du dispositif portable.
  2. 2. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'antenne de communication (20) est 30 située sur la face supérieure (Fs) du circuit imprimé (70) qui est orientée vers le dispositif portable et en ce que la pluralité de résonateurs (40a, 40b, 40c, 40d) est située sur la face inférieure (F1) du circuit imprimé (70).
  3. 3. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'ajustement de fréquence comprennent une capacité d'adaptation (Ca, Cb, Cc, Cd).
  4. 4. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) selon la 5 revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'ajustement de fréquence sont constitués par un nombre d'enroulements de fil de cuivre.
  5. 5. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de résonateurs (40a, 40b, 40c, 40d) est répartie de façon homogène sur la surface (S) de 10 l'antenne de communication (20).
  6. 6. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de résonateurs (40a, 40b, 40c, 40d) est distribuée de façon symétrique par rapport à un axe longitudinal (X-X') et par rapport à un axe transversal (Y-Y') traversant l'antenne de 15 communication (20) en son centre (0).
  7. 7. Dispositif de détection et de communication en champ proche (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré dans une poignée de portière (P) de véhicule.
  8. 8. Véhicule automobile comprenant un dispositif de détection et de 20 communication en champ proche (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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