FR3070563A1 - Circuit de pilotage d'antenne nfc - Google Patents

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STMicroelectronics Rousset SAS
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Abstract

La présente invention concerne un circuit de pilotage à modulation de charge active (ALM) destiné à piloter une antenne de communication en champ proche (NFC) (504) d'un dispositif NFC, le circuit de pilotage ALM comprenant : une première résistance variable (508) reliée à une première borne (310) de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un premier condensateur (352) ; une seconde résistance variable (510) reliée à une seconde borne (312) de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un second condensateur (356) ; et un circuit de commande (522) adapté à programmer les première et seconde résistances variables pour que chacune présente un premier, un deuxième et un troisième niveaux de résistance choisis (M, R, D), le circuit de commande sélectionnant l'un des premier, deuxième et troisième niveaux de résistance à partir de la phase de fonctionnement du circuit NFC.

Description

CIRCUIT DE PILOTAGE D'ANTENNE NFC
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de communication en champ proche NFC (en anglais, Near Field Communications) et notamment un circuit de pilotage et un procédé de pilotage de l'antenne d'un dispositif NFC.
EXPOSE DE L’ART ANTERIEUR
Les téléphones portables et autres types de dispositifs mobiles sont de plus en plus équipés d'interfaces de communication en champ proche NFC, qui leur permettent d'exécuter des fonctions de transpondeur électromagnétique en plus de leurs autres fonctions. Ces dispositifs sont notamment capables d'émuler les fonctions d'un transpondeur électromaqnétique, qu'il soit de type carte sans contact (mode dit d'émulation de carte) ou de type lecteur sans contact (mode dit lecteur). Cette fonctionnalité augmente les possibilités du dispositif mobile en lui permettant d'être utilisé pour diverses applications, par exemple, en tant que porte-monnaie électronique permettant de réaliser des paiements pour accéder à des services tels que les réseaux de transport.
Pour émuler le fonctionnement d'une carte sans contact, le dispositif mobile est généralement équipé d'un circuit intéqré de communication sans contact (CLF : Contactless Front-End),
B16241 - 17-RO-0290 également appelé routeur NFC. Ce routeur est équipé d'une tête d'émission-réception radiofréquence (RF) reliée à une antenne à courte portée pour correspondre aux capacités de communication d'un transpondeur électromagnétique.
En mode d'émulation de carte, il est généralement nécessaire que la fréquence de résonance de 1'antenne se trouve dans une gamme de fréquences relativement limitée. Toutefois, les diverses tolérances mécaniques des composants de l'antenne et de l'inductance de l'antenne elle-même entraînent une tolérance générale pour la fréquence de résonance à cause de laquelle la fréquence peut se trouver en dehors de la gamme de fréquences requise.
Il existe certaines solutions pour accorder la fréquence de résonance d'une antenne NFC après fabrication, mais celles-ci tendent à augmenter la surface, la complexité et/ou le coût du circuit de manière importante. Il existe donc dans la technique un besoin d'une solution alternative pour accorder la fréquence de résonance d'une antenne NFC et pour piloter une antenne NFC afin d'obtenir la fréquence de résonance souhaitée.
RESUME
Un objet de modes de réalisation de la présente description est de répondre à un ou plusieurs besoins de l'art antérieur.
Selon un aspect, on prévoit un circuit de pilotage à modulation de charge active (ALM : Active Load Modulation) destiné à piloter une antenne de communication en champ proche (NFC) d'un dispositif NFC, le circuit de pilotage ALM comprenant : une première résistance variable reliée à une première borne d'une antenne NFC par l'intermédiaire d'un premier condensateur ; une seconde résistance variable reliée à une seconde borne de l'antenne NFC par 1'intermédiaire d'un second condensateur ; et un circuit de commande adapté à programmer les première et seconde résistances variables pour que chacune présente un premier, un deuxième et un troisième niveaux de résistance sélectionnés, le circuit de commande sélectionnant l'un des premier, deuxième et
B16241 - 17-RO-0290 troisième niveaux de résistance à partir de la phase de fonctionnement du circuit NFC.
Selon un mode de réalisation, les première et seconde résistances variables sont configurées de manière à ce que le premier niveau de résistance entraîne pour l'antenne NFC une première fréquence de résonance et le second niveau de résistance entraîne pour l'antenne NFC une seconde fréquence de résonance supérieure à la première fréquence de résonance.
Selon un mode de réalisation, les première et seconde résistances variables sont configurées de manière à ce que la première fréquence de résonance soit inférieure à 14 MHz et que la seconde fréquence de résonance soit supérieure à 14 MHz.
Selon un mode de réalisation, les première et seconde résistances variables sont configurées de manière à ce que le troisième niveau de résistance provoque l'amortissement des oscillations de l'antenne NFC.
Selon un mode de réalisation, le premier niveau de résistance est inférieur à 3 ohms ; le second niveau de résistance est supérieur à 3 ohms et inférieur à 100 ohms ; et le troisième niveau de résistance est supérieur à 25 ohms et est différent du second niveau de résistance.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est adapté à : sélectionner le premier niveau de résistance pendant une première phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à un mode lecteur ; sélectionner le second niveau de résistance pendant une deuxième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant aux périodes des salves d'émission de l'antenne NFC lors d'un mode d'émulation de carte du dispositif NFC ; et sélectionner le troisième niveau de résistance pendant une troisième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à une partie d'une période d'absence d'émission entre les salves d'émission de l'antenne NFC au cours du mode d'émulation de carte.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est par ailleurs configuré pour exécuter une procédure d'accord automatique d'antenne pour déterminer la valeur d'un signal de
B16241 - 17-RO-0290 commande destiné à programmer les première et seconde résistances variables afin qu'elles présentent le second niveau de résistance.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est configuré pour déterminer le signal de commande en réalisant les opérations consistant à : a) sélectionner une valeur initiale du signal de commande pour programmer un niveau de résistance initial des première et seconde résistances variables ; b) détecter l'amplitude et/ou la phase d'un signal présent sur l'antenne NFC au cours d'une salve d'émission ; c) comparer l'amplitude détectée avec une amplitude de référence et/ou comparer la phase détectée avec une phase de référence ; d) modifier la valeur initiale du signal de commande pour modifier le niveau de résistance initial à partir de la comparaison ; et e) répéter les opérations b) à d) une ou plusieurs fois.
Selon un autre aspect, la présente invention prévoit un dispositif NFC comprenant : une antenne NFC ; le circuit de pilotage ALM ci-dessus relié à l'antenne NFC ; et une batterie fournissant une tension d'alimentation au circuit de pilotage ALM.
Selon un mode de réalisation, le dispositif NFC comprend en outre un processeur hôte en communication avec le circuit de pilotage ALM.
Selon un autre aspect, on prévoit un procédé de pilotage d'une antenne de communication en champ proche (NFC) d'un dispositif NFC au moyen d'un circuit de pilotage de modulation de charge active, ce procédé comprenant : la génération, par un circuit de commande, d'au moins un signal de commande destiné à programmer des première et seconde résistances variables pour que chacune présente l'un d'un premier, d'un second et d'un troisième niveaux de résistance sélectionnés à partir de la phase de fonctionnement du circuit NFC, la première résistance variable étant reliée à une première borne de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un premier condensateur et la seconde résistance variable étant reliée à une seconde borne de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un second condensateur ; et l'application, par le circuit de commande, du au moins un signal de commande aux première et seconde résistances variables.
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Selon un mode de réalisation, le au moins un signal de commande est généré pour programmer les première et seconde résistances variables : afin de sélectionner le premier niveau de résistance pendant une première phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à un mode lecteur ; afin de sélectionner le second niveau de résistance pendant une deuxième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant aux périodes des salves d'émission de l'antenne NFC lors d'un mode d'émulation de carte du dispositif NFC ; et afin de sélectionner le troisième niveau de résistance pendant une troisième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à une partie d'une période d'absence d'émission entre les salves d'émission de l'antenne NFC au cours du mode d'émulation de carte.
Selon un mode de réalisation, le procédé consiste en outre à exécuter une procédure d'accord automatique d'antenne pour déterminer la valeur du second signal de commande.
Selon un mode de réalisation, la procédure d'accord automatique d'antenne comprend : a) la sélection, au moyen d'une valeur initiale du signal de commande, d'un niveau de résistance initial des première et seconde résistances variables ; b) la détection de l'amplitude et/ou de la phase d'un signal présent sur l'antenne NFC au cours d'une salve d'émission ; c) la comparaison de l'amplitude détectée avec une amplitude de référence et/ou la comparaison de la phase détectée avec une phase de référence ; d) la modification de la valeur initiale du signal de commande pour modifier le niveau de résistance initial à partir de la comparaison ; et e) la répétition des opérations b) à d) une ou plusieurs fois et la mémorisation de la valeur du signal de commande initial modifié.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Ces caractéristiques et leurs avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
B16241 - 17-RO-0290 la figure 1 illustre schématiquement un dispositif NFC adaptés aux communications NFC selon un example de réalisation de la présente invention ;
la figure 2 illustre schématiquement le dispositif NFC de la figure 1 plus en détail selon un example de réalisation de la présente invention ;
la figure 3 illustre schématiquement un example d'une antenne NFC et d'un circuit d'interface de l'antenne NFC ;
les figures 4A et 4B sont des graphes illustrant des caractéristiques de fréquence d'un lecteur NFC selon un example de réalisation ;
la figure 5 illustre schématiquement une antenne NFC et un circuit d'interface et un circuit de pilotage de l'antenne NFC selon un exemple de réalisation de la présente invention ;
la figure 6 illustre schématiquement une résistance variable du circuit de pilotage NFC de la figure 5 plus en détail selon un exemple de réalisation ;
la figure 7 est un chronogramme illustrant des exemples de signaux dans le circuit de la figure 5 selon un exemple de réalisation ;
la figure 8 est un organigramme représentant des opérations d'un procédé de pilotage d'une antenne NFC selon un exemple de réalisation de la présente invention ;
la figure 9A est un graphe représentant une fréquence de résonance d'une antenne NFC en fonction de la résistance d'amortissement selon un exemple de réalisation ;
la figure 9B est un graphe représentant la phase et l'amplitude d'un signal d'antenne RF en fonction d'une fréquence de résonance de l'antenne NFC selon un exemple de réalisation ;
la figure 9C est un graphe représentant la phase et l'amplitude d'un signal d'antenne RF en fonction de la résistance d'amortissement selon un exemple de réalisation ; et la figure 10 est un organigramme représentant des opérations d'un procédé d'accord automatique d'antenne d'une antenne NFC selon un exemple de réalisation.
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DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la présente description, le terme connecté est utilisé pour désigner une connexion électrique directe entre les composants du circuit, tandis que le terme relié est utilisé pour désigner une connexion électrique entre composants du circuit qui peut être directe ou se faire par l'intermédiaire d'un ou plusieurs composants intermédiaires tels que des résistances, des condensateurs, des transistors, etc. Le terme environ implique une gamme de plus ou moins 10 % de. la valeur en question.
La figure 1 illustre schématiquement un dispositif NFC 102, qui est un dispositif adapté aux communications NFC. Par exemple, le dispositif 102 est un dispositif mobile, tel qu'un téléphone portable, un téléphone intelligent, une tablette, un disque dur multimédia ou équivalent, équipé de circuits NFC (non représentés à la figure 1).
Le dispositif NFC 102 est représenté en communication avec un lecteur 104, comprenant un transpondeur NFC 106. Par exemple, le lecteur 104 est positionné au niveau d'une barrière d'entrée d'une zone à accès réglementé, telle qu'un réseau de transports ou équivalent. A titre de variante, le lecteur 104 est positionné au niveau d'un point de vente dans une boutique ou un restaurant. Lorsqu'ils sont utilisés avec un tel lecteur, les circuits NFC du dispositif NFC 102 fonctionnent par exemple en mode d'émulation d'étiquette.
La figure 2 représente schématiquement le dispositif NFC 102 plus en détail selon un example de réalisation.
Comme le représente la figure, le dispositif 102 comprend par exemple un routeur NFC (NFC ROUTER) 202, également connu dans la technique sous le nom de circuit intégré d'émissionréception en champ proche (CLF) . Le routeur NFC 202 est relié à un circuit d'antenne NFC 204, et le routeur 202 et le circuit d'antenne 204 apportent à eux deux un ensemble de circuits NFC destinés à émuler le comportement d'un transpondeur NFC.
Le routeur NFC 202 est également relié à un processeur hôte (P) 206 du dispositif NFC 102. Le dispositif 206 comprend un ou plusieurs processeurs sous contrôle d'instructions stockées
B16241 - 17-RO-0290 dans une mémoire d'instructions (INSTR MEM) 208. La mémoire d'instructions 208 est par exemple une mémoire Flash et stocke une ou plusieurs applications (non représentées à la figure 2) qui ont été chargées dans le dispositif. Le routeur NFC 202 est également relié à d'autres dispositifs, dont un élément sécurisé (SE : Secure Elément) 210 et un circuit USIM (Universal Subscriber Identification Module, module universel d'identification d'abonné) 212 sont illustrés. L'élément sécurisé 210 est un élément sécurisé embarqué (eSE : embedded Secure Elément) relié au routeur NFC par 1' intermédiaire d'une liaison SWP (Single Wire Protocol : protocole unifilaire) et le circuit USIM 212 est par exemple une carte UICC (Universal Integrated Circuit Card : carte de circuit intégré universelle) reliée au routeur NFC par 1'intermédiaire d'une liaison SWP et est par ailleurs relié au processeur hôte 206. Bien gue cela ne soit pas illustré à la figure 2, il peut y avoir des éléments sécurisés supplémentaires tels qu'une ou plusieurs cartes pSD (Micro Secure Digital).
Le processeur hôte 206 est également relié à une ou plusieurs antennes 214, gui permettent des télécommunications au sein d'un réseau cellulaire, et/ou des communications sans fil selon d'autres normes telles que Wi-Fi, Bluetooth, etc.
Le circuit d'antenne NFC 204 comprend une antenne NFC et des circuits d'interface (non représentés à la figure 2) assurant un accord de fréquence, des interfaces d'entrée/sortie, etc. Le routeur NFC 202 comprend un circuit de pilotage de modulation de charge active (ALM) 216 pour piloter le circuit d'antenne NFC 204. Le circuit de pilotage 216 fournit des données modulées au circuit 204 pour qu'elles puissent être émises et reçoit du circuit 204 des signaux RF reçus par l'intermédiaire de 1’interface NFC sans fil.
Le routeur NFC 202, comprenant le circuit de pilotage 216, est par exemple alimenté par une alimentation telle gu'une batterie (non représentée) du dispositif NFC.
La figure 3 illustre schématiquement le circuit d'antenne NFC 204 de la figure 2 plus en détail selon un exemple caractéristique.
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Le circuit 204 de la figure 3 comprend une antenne NFC 302, représentée par un modèle RLC formé de la connexion en parallèle d'une inductance 304, d'une résistance 306 et d'une capacité 308, reliées entre des bornes d'entrée/sortie différentielles 310, 312 de l'antenne. Le circuit 204 de la figure 3 comprend également une interface d'antenne positionnée entre les bornes d'antenne 310, 312 et les bornes RFI1, RFI2, RFO1 et RFO2 du circuit de pilotage d'antenne (non représentée à la figure 3). Les bornes 310, 312 de l'antenne sont notamment reliées à un circuit d'accord comprenant une résistance 314 et un condensateur 316 reliés en parallèle entre les bornes 310, 312, un condensateur 318 reliant la borne 310 à un nœud 320 et un condensateur 322 reliant la borne 312 à un nœud 324. Les nœuds 320 et 324 sont par exemple respectivement reliés à des bornes de sortie RF RFO1, RFO2 du circuit de pilotage par 1'inter-médiaire d'un filtre d'interférences électromagnétiques EMI (ElectroMagnetic Interférence) formé d'une paire de condensateurs 326, 328 et d'une paire d'inductances 330, 332. Les condensateurs 326 et 328 sont reliés en série entre les nœuds 320 et 324, un nœud intermédiaire 334 entre les condensateurs 326, 328 étant relié à la masse. Les inductances 330, 332 relient respectivement les nœuds 320, 324 aux bornes RFO1, RFO2. Le circuit 204 comprend en outre des composants de découplage permettant à l'antenne de fournir des signaux RF au circuit de pilotage 216. Par exemple, le nœud 320 est relié à la borne d'entrée RF RFI1 du circuit de pilotage d'antenne par 1'inter-médiaire d'une résistance 334. De même, le nœud 324 est par exemple relié à la borne d'entrée RF RFI2 du circuit de pilotage d'antenne par l'intermédiaire d'une résistance 344.
Le circuit 204 comprend également par exemple un ensemble de circuits d'amortissement capacitif CDMP (Capacitive DaMPing) comprenant la connexion en série d'un condensateur d'amortissement 352 et d'une résistance d'amortissement 354 reliés entre le nœud 310 et la masse et la connexion en série d'un condensateur d'amortissement 356 et d'une résistance d'amortissement 358 reliés entre le nœud 312 et la masse. Dans
B16241 - 17-RO-0290 certains modes de réalisation, les résistances 354 et 358 sont intégrées dans le circuit de pilotage 216, un nœud intermédiaire entre le condensateur 352 et la résistance 354 étant prévu au niveau d'une borne CDMP1 du circuit de pilotage et un nœud intermédiaire entre le condensateur 356 et une résistance 358 étant prévu au niveau d'une borne CDMP2 du circuit de pilotage.
L'antenne 302 présente par exemple une inductance de 475 nH environ, une capacité de 5 pF environ et une résistance de 1500 ohms environ. Le condensateur 316 présente par exemple une capacité de 7,5 pF environ, les condensateurs 318 et 322 présentent une capacité de 200 pF environ chacun et la résistance 316 présente une résistance de 1500 ohms environ. Les inductances 330, 332 présentent par exemple chacune une inductance de 75 nH environ et les condensateurs 326, 328 présentent par exemple chacun une capacité de 560 pF environ. Les résistances 334 et 344 présentent par exemple chacune une résistance de 100 ohms environ.
En fonctionnement, en mode d'émulation de carte, le circuit d'antenne NFC 204 fonctionne par exemple au moyen d'une modulation de charge active (ALM) . En particulier, la norme ISO/IEC 14443 définit des cartes à puce sans contact présentant des étiquettes NFC fonctionnant au moyen d'un couplage de proximité. Les étiquettes NFC transmettent des données au lecteur au moyen de signaux à une fréquence de sous-porteuse égale à un diviseur entier de la fréquence de porteuse (généralement égale à 13,56 MHz). Selon la norme, l'étiquette NFC est alimentée par le champ du lecteur et transmet des données en appliquant une modulation de charge passive au signal du lecteur. La plage de fonctionnement est toutefois limitée par le facteur de couplage entre les antennes du lecteur et de l'étiquette. Quand la carte à puce sans contact est émulée sur un dispositif NFC disposant d'une source de puissance telle qu'une batterie, la plage de fonctionnement peut être considérablement augmentée en générant activement un signal à modulation de charge à la fréquence de sous-porteuse, cette technique étant connue sous le nom de modulation de charge active.
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Une difficulté de systèmes utilisant une modulation de charge active est la génération, avec une précision relativement élevée, de la fréquence et de la phase de porteuse lors de l'émulation de carte. Une solution proposée est un procédé de synchronisation de trame impliquant un verrouillage sur la fréquence du signal reçu du lecteur NFC lors des périodes comprise entre les salves d'émission. Les salves d'émission présentent par exemple une période égale à la période du signal de sous-porteuse à, par exemple, 847 MHz. Chaque salve d'émission peut entraîner l'oscillation de l'antenne NFC pendant un certain temps à la suite de la fin de chaque salve d'émission. En conséquence, les condensateurs d'amortissement 352, 356 et les condensateurs d'amortissement 354 et 358 sont reliés aux nœuds 310 et 312 respectivement par 1' intermédiaire de commutateurs correspondants (non représentés à la figure 3) pendant de courtes périodes suivant chaque salve d'émission pour amortir l'oscillation d'antenne et permettre le verrouillage de fréquence avant la salve d'émission suivante. Cette technique est par exemple décrite plus en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique publiée sous la référence US2015/0347892, dont le contenu est considéré comme faisant partie intégrante de la présente invention dans la mesure autorisée par la loi.
Dans les circuits d'antenne NFC tels que celui de la figure 3, la fréquence de résonance réelle de l'antenne 302 peut être relativement éloignée du niveau de fréquence souhaité, alors qu' il existe un besoin grandissant d'antennes NFC présentant une fréquence de résonance comprise dans une bande de fréquence relativement étroite, comme on le décrira à présent en référence aux figures 4A et 4B.
Les figures 4A et 4B illustrent la plage de transaction en mm, en supposant un lecteur NFC présentant des fréquences minimale et maximale de 13,4 et 13,8 MHz respectivement. En effet, il existe un besoin croissant d'antennes NFC capables de communiquer, avec des performances acceptables, avec des lecteurs correspondant à divers différents protocoles et les fréquences de ces lecteurs peuvent varier en conséquence.
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Dans le cas de la figure 4A, en supposant une plage de transaction acceptable de 75 mm, des fréquences de résonance de l'antenne NFC sur une bande de fréquence relativement étendue allant de 13,25 MHz environ à plus de 13,56 MHz sont acceptables pour un lecteur résonant à la fréquence de 13,4 MHz. Toutefois, dans le cas de la figure 4B, dans lequel le lecteur NFC est accordé sur la fréquence de 13,8 MHz, l'antenne NFC pourrait avoir une fréquence de résonance dans une bande de fréquence plus restreinte comprise entre environ 13,4 et 13,56 MHz, soit une bande de 160 kHz environ. Cependant, les tolérances relatives à l'inductance, à la capacité, à la résistance, etc. de l'antenne NFC, qui sont chacune comprise entre 1 et 5 %, peuvent facilement conduire à une variation totale de la fréquence de résonance pouvant atteindre 500 kHz. L'accord d'antenne fournit un mécanisme permettant de ramener la fréquence de résonance à l'intérieur de la bande de fréquence souhaitée. Alors qu'une solution pour accorder la fréquence de résonance pourrait être l'utilisation de capacités variables, de telles solutions tendent à demander une surface relativement grande.
La figure 5 illustre schématiquement le circuit de pilotage d'antenne 216 selon un mode de réalisation de la présente invention, avec une interface d'antenne 502 et une antenne NFC 504 en communication avec un lecteur NFC (READER) 506.
L'interface d'antenne 502 est par exemple semblable à l'interface de la figure 3, et de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références et ne seront pas décrits à nouveaux. Dans l'exemple de la figure 5, les condensateurs d'amor-tissement 352 et 356 sont respectivement reliés entre les bornes d'antenne 310, 312 et les bornes CDMP1 et CDMP2 du circuit de pilotage d'antenne 216. Au sein du circuit de pilotage 216, la borne CDMP1 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance variable 508 et la borne CDMP2 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance variable 510. Les rési-tances variables 508, 510 sont par exemple commandées par un signal de commande numérique CTRL. Dans l'exemple de la figure 5, les résistances variables 508, 510 sont mises en œuvre par des transistors dans un module de
B16241 - 17-RO-0290 commutation (SWITCHING UNIT) 514 du circuit de pilotage d'antenne 216.
Le circuit de pilotage d'antenne 216 comprend également par exemple un récepteur (RECEIVER) 516, un convertisseur analogique-numérique (ADC) 520, un circuit de commande (CONTROL LOGIC) 522, un générateur d'horloge (CLOCK GENERATION) 524 présentant une entrée d'horloge de référence 525, et un pilote d'antenne (ANTENNA DRIVER) 526. Le circuit de commande 522 comprend par exemple une mémoire non-volatile programmable 527 stockant une ou plusieurs valeurs du signal de commande CTRL, comme on le décrira plus en détail ci-dessous.
Pendant une phase de réception de données, le signal reçu par l'intermédiaire de l'antenne 504 est par exemple fourni, par l'intermédiaire des bornes d'entrée RF RFI1, RFI2, au module de commutation 514. Le trajet de ce signal est représenté par une ligne en tirets 528 à la figure 5. Le module de commutation 514 fourni le signal reçu au niveau des bornes RFI1, RFI2 au récepteur 516. Le récepteur 516 effectue par exemple une détection d'enveloppe pour démoduler le signal reçu et fourni le signal démodulé au convertisseur analogique-numérique ADC 520. Le convertisseur ADC 520 convertit le signal démodulé en un signal numérique. Comme on le décrit plus en détail ci-dessous, le convertisseur ADC 520 est également, par exemple, adapté à effectuer des mesures d'amplitude et de phase sur un signal de porteuse émis par l'antenne 504. Le convertisseur ADC 520 fournit à son tour les données numériques résultantes au circuit de commande 522. Le circuit de commande 522 fournit également par exemple des données au pilote d'antenne 526, qui module par exemple les données à partir d'un signal d'horloge fourni par le générateur d'horloge 524 et fournit, au niveau des bornes de sortie RF RFO1, RFO2, un signal d'émission présentant un certain décalage de phase par rapport au signal RF reçu. Le trajet de ce signal est représenté par une ligne en tirets 532 à la figure 5.
Lors d'une phase d'amortissement décrite plus en détail ci-dessous, le circuit de commande 522 commande par exemple les résistances variables 508, 510 pour que chacune présente un niveau
B16241 - 17-RO-0290 de résistance D qui provoque l'amortissement du signal sur l'antenne 504 en préparation d'une phase de verrouillage de fréquence. Par exemple, le niveau de résistance D est compris entre 50 et 500 ohms.
Pendant que le dispositif NFC se trouve en mode d'émulation de carte, mais non en phase d'amortissement, le circuit de commande 522 commande par exemple les résistances variables 508, 510 pour que chacune présente un niveau de résistance R qui modifie la fréquence de résonance de l'antenne NFC vers une bande de fréquence souhaitée. Ce niveau de résistance R est par exemple compris entre 3 et 100 ohms et est par exemple inférieur au niveau de résistance D lors de la phase d'amortissement.
En mode lecteur, le circuit de commande 522 commande par exemple les résistances variables 508, 510 pour que chacune présente un niveau de résistance relativement faible (M) inférieur à 3 ohms et par exemple de 1 ohm environ. En outre, en mode lecteur, le générateur d'horloge 524 fournit un signal d'horloge au pilote d'antenne 526 généré à partir du signal d'horloge de référence reçu à l'entrée 525. Par exemple, bien que cela ne soit pas illustré à la figure 5, l'horloge de référence est générée par un oscillateur à cristal ou à partir d'une horloge de système du dispositif hôte. Dans le cas d'un oscillateur à cristal, un signal d'horloge de 27,12 MHz est par exemple généré par l'oscillateur à cristal et le générateur d'horloge 524 comprend par exemple un ensemble de circuits pour diviser par deux la fréquence de ce signal d'horloge afin de générer la porteuse à 13,56 MHz. Dans le cas d'une horloge système, de tels signaux d'horloge sont de façon caractéristique à 19,2 ou 26 MHz et le générateur d'horloge 524 comprend par exemple une boucle à verrouillage de phase PLL (Phase Locked Loop) pour transformer ce signal en un signal d'horloge à la fréquence de porteuse de 13,56 MHz.
Au cours de la phase de verrouillage de fréquence, le récepteur 516 extrait par exemple un signal d'horloge du signal reçu du lecteur 506 et fournit le signal d'horloge extrait au
B16241 - 17-RO-0290 générateur d'horloge 524. Le générateur d'horloge 524 génère un signal d'horloge à partir du signal d'horloge extrait, qui est fourni au pilote d'antenne 526. Le trajet de l'horloge extraite est représenté par une flèche tiretée 530 à la figure 5.
La figure 6 illustre schématiquement un circuit mettant en œuvre la résistance variable 508 de la figure 5 selon un exemple de réalisation. La résistance variable 510 est par exemple mise en œuvre par un circuit analogue.
La résistance variable 508 comprend par exemple un groupe 602 de transistors et un autre groupe 604 de transistors, les transistors de chacun des groupes 602, 604 étant reliés en parallèle les uns aux autres entre la borne CDMP1 et la masse. Chacun des transistors des groupes 602, 604 est commandé par un bit correspondant du signal de commande CTRL. Par exemple, les transistors sont des transistors MOS à canal n et sont activés par un haut niveau du bit correspondant du signal de commande. Ainsi, lorsque le bit de commande de l'un des transistors est bas, ce transistor fournit un trajet de résistance relativement élevée, par exemple, de plusieurs centaines d'ohms ou davantage, alors que lorsque le bit de commande est haut, ce transistor fournit un trajet de résistance relativement faible égale à sa résistance à l'état passant (ON). Dans des variantes de réalisation, les transistors des groupes 602, 604 pourraient être mis en œuvre par des transistors MOS à canal p.
Les transistors du groupe 602 sont par exemple activés en même temps pour fournir une valeur de résistance M relativement faible de la résistance variable 508 en mode lecteur du dispositif NFC. Par exemple, quand ils sont tous activés, les transistors du groupe 602 présentent par exemple une résistance combinée inférieure ou égale à environ 1 ohm.
Les transistors du groupe 604 sont activés pour présenter soit le niveau de résistance d'amortissement D, soit le niveau de résistance R pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée de l'antenne NFC. Par exemple, les transistors du groupe 604 permettent la sélection d'une résistance dans une plage relativement étendue, par exemple, dans une plage s'étendant de 3
B16241 - 17-RO-0290 à plusieurs centaines d'ohms. Les transistors du groupe 604 peuvent chacun présenter une même résistance à l'état passant ON ou pourraient présenter des résistances à 1'état passant ON variables permettant la sélection d'un plus grand éventail de résistances.
Dans l'exemple de la figure 6, le groupe 602 comprend quatre transistors, le groupe 604 comprend cinq transistors et le signal de commande CTRL est un signal sur 9 bits, un bit commandant la grille de chaque transistor. Cependant, dans des variantes de réalisation, le groupe 602 pourrait comprendre au moins un transistor et le groupe 604 pourrait comprendre au moins deux transistors, et le signal de commande CTRL présente un nombre de bits correspondant. En outre, plutôt que d'être déterminée par la seule résistance à l'état passant ON des transistors, la résistance de chaque trajet pourrait également être déterminée par une résistance fixe mise en œuvre par exemple par une polyrésistance en série avec chaque transistor.
La figure 7 est un chronogramme illustrant des exemples d'un signal de données DATA émis par l'antenne NFC 504, la combinaison du signal de données avec la fréquence de sousporteuse, le signal RF modulé résultant S(t) appliqué à l'antenne, le signal S’(t) présent sur l'antenne, un signal DAMP commandant les phases d'amortissement d'une antenne NFC, un signal LOCK commandant les phases de verrouillage de fréquence et de phase de l'antenne NFC et le signal de commande CTRL.
Comme le représentent les figures, le signal de données est par exemple codé sur la sous-porteuse au moyen d'un codage Manchester dans lequel la phase de la sous-porteuse est à 0° pour les bits 1 et à 180° pour les bits 0. Ainsi, le signal S(t) comprend des salves à la fréquence d'émission, égale par exemple à 13,56 MHz, séparées par des pauses. Le signal S’(t) présente, compte tenu des caractéristiques de l'antenne, une amplitude qui croît et décroît progressivement à la suite de chaque front du signal de données et de sous-porteuse. Cependant, les pauses entre salves d’émission sont à utiliser pour le verrouillage de fréquence, l'amortissement étant ainsi appliqué peu après chaque
B16241 - 17-RO-0290 salve, comme le représente le signal DAMP. Le signal de commande CTRL est à une valeur programmant le niveau de résistance D pendant ces périodes d'amortissement. Cependant, en dehors de ces périodes d'amortissement, le signal de commande CTRL est à une valeur programmant le niveau de résistance R pour régler la fréquence de résonance de l'antenne NFC 504 afin qu'elle se trouve dans une plage de fréquence souhaitée.
Dans certains modes de réalisation, pour réduire les effets de charge de transpondeur lors des salves d'émission, la fréquence de résonance en mode d'émulation de carte est commandée pour être supérieure à celle de la fréquence de fonctionnement du lecteur. Par exemple, elle est commandée pour se trouver dans la plage de 14 à 16 MHz et par exemple de 14 à 15 MHz. La fréquence de résonance en mode lecteur du dispositif NFC est par exemple commandée pour être 13,56 MHz ou aux environs de cette valeur.
La figure 8 est un organigramme représentant des opérations d'un procédé de pilotage d'une antenne NFC utilisant une modulation ALM selon un exemple de réalisation de la présente invention.
L'étape 901 implique la génération par le circuit 522 d'un signal de commande CTRL pour programmer les résistances variables 508, 510 afin que chacune présente l'un de premier, second et troisième niveaux de résistance M, R, D choisis à partir de la phase de fonctionnement du circuit NFC. Cette phase de fonctionnement, représentée par exemple par un signal numérique, est par exemple reçue par le circuit de commande 522 en tant que paramètre d'entrée.
A l'étape 902, le circuit de commande applique le signal de commande généré à la première et à la seconde résistances variables pour programmer leurs niveaux de résistance.
Le niveau de résistance R de chacune des résistances variables 508, 510, et plus particulièrement la valeur du signal de commande CTRL permettant d'obtenir une fréquence de résonance souhaitée de 1’antenne NFC, est par exemple déterminé pendant une phase d'accord automatique à partir de la détection de l'amplitude
B16241 - 17-RO-0290 et/ou de la phase du signal présent sur l'antenne NFC 504, comme on va à présent le décrire en référence aux figures 9A à 9C.
La figure 9A est un graphe représentant la fréquence de résonance de l'antenne NFC 504 de la figure 5 en fonction de la résistance d'amortissement selon un exemple de réalisation. On constate que la fréquence de résonance varie relativement linéairement avec la résistance d'amortissement, d'une fréquence proche de 14,2 MHz pour une résistance d'amortissement de 20 ohms à une fréquence proche de 15,05 MHz pour une résistance d'amortissement de 50 ohms.
La figure 9B est un graphe représentant la phase et l'amplitude d'un signal d'antenne RF en fonction d'une fréquence de résonance de l'antenne NFC selon un exemple de réalisation. On constate que, à mesure que la fréquence augmente de 14,4 à 15 MHz, la phase diminue d'un niveau proche de -101° à un niveau proche de -108,5°, et l'amplitude augmente d'un niveau proche de 1,9 V à un niveau proche de 2,4 V.
La figure 9C est un graphe représentant la phase et l'amplitude d'un signal d'antenne RF en fonction de la résistance d'amortissement selon un exemple de réalisation. On constate qu'à mesure que la résistance d'amortissement varie de 20 à 50 ohms, la phase et l'amplitude varient de façon similaire à leur variation quand on a fait passer la fréquence de résonance de 14,4 à 15 MHz.
Ainsi, les figures 9A à 9C démontrent l'existence d'une relation croissante monotone entre l'amplitude du signal d'antenne RF et la fréquence de résonance ainsi qu'entre l'amplitude du signal d'antenne RF et la résistance d'amor-tissement. Il existe de surcroît une relation décroissante monotone entre la phase du signal d'antenne RF et la fréquence de résonance ainsi qu'entre la phase du signal d'antenne RF et la résistance d'amortissement. En conséquence, la connaissance de l'amplitude et/ou de la phase correspondant à la fréquence de résonance souhaitée de l'antenne NFC et la détection de l'ampli-tude et/ou de la phase lors de l'application d'un signal connu à l'antenne permettent d'accorder l'antenne NFC à une fréquence de résonance souhaitée. Par exemple,
B16241 - 17-RO-0290 en supposant que l'on souhaite une fréquence de résonance de 14,7 MHz, ceci correspond à une amplitude proche de 2,2 V et à une phase proche de -105°. Ainsi, en réglant le signal de commande CTRL des résistances variables 508, 510 jusqu'à l'obtention d'une amplitude proche de 2,2 V et/ou d'une phase proche de -105°, il est possible de porter la fréquence de résonance au niveau souhaité. Un procédé de réalisation d'une opération d'accord de ce type va à présente être décrit en référence à la figure 10.
La figure 10 est un organigramme représentant des opérations d'un procédé d'accord automatique d'antenne d'une antenne NFC mis en œuvre par le circuit de pilotage 216 de la figure 5.
A l'étape 1001, l'amplitude et/ou la phase du signal RF présent sur l'antenne NFC est détectée lors de l'application d'un signal présentant une phase et une amplitude données à l'antenne, par exemple lors d'une salve d'émission. Par exemple, lors de l'auto-étalonnage de l'antenne, le pilote d'antenne 526 pilote l'antenne à partir du signal d'horloge de référence fourni sur la ligne d'entrée 525. Initialement, le signal de commande CTRL est par exemple utilisé pour régler les résis-tances variables 508, 510 à un niveau de résistance intermédi-aire proche du milieu entre les niveaux de résistance maximal et minimal de chaque résistance.
Par exemple, comme le représente la figure 5, le signal RF sur l'antenne est reçu par l'intermédiaire des bornes d'entrée RF RFI1, RFI2 du circuit de pilotage 216 et traité par le récepteur 516 et le convertisseur ADC 520 pour générer un signal numérique représentant le signal RF présent au niveau de l'antenne. Le convertisseur ADC 520 effectue également par exemple une mesure d'amplitude et de phase du signal RF et délivre l'amplitude et la phase résultantes au circuit de commande 522.
A l'étape 1002, l'amplitude détectée est comparée à une amplitude de référence et/ou la phase détectée est comparée à une phase de référence. L'amplitude de référence et la phase de référence correspondent à la fréquence de résonance souhaitée. L'amplitude de référence et/ou la phase de référence sont par
B16241 - 17-RO-0290 exemple représentées par des valeurs numériques stockées dans la mémoire non-volatile 527 du circuit de commande 522.
A l'étape 1003, le signal de commande CTRL est modifié à partir du résultat de la comparaison effectuée à l'étape 1002. Par exemple, dans le cas d'une détection d'amplitude, si l'amplitude détectée est inférieure à l'amplitude de référence, le signal de commande est modifié pour augmenter la résistance des résistances variables 508, 510 et si l'amplitude détectée est supérieure à l'amplitude de référence, le signal de commande est modifié pour réduire la résistance des résistances variables 508, 510. Dans le cas d'une détection de phase, si la phase détectée est inférieure à la phase de référence, le signal de commande est modifié pour réduire la résistance des résistances variables 508, 510 et si la phase détectée est supérieure à la phase de référence, le signal de commande est modifié pour augmenter la résistance des résistances variables 508, 510.
A l'étape 1004, on détermine si l'opération d'accord est terminée. Dans certains modes de réalisation, l'opération d'accord se termine après un nombre donné d'itérations en fonction du nombre de niveaux de résistance qui sont programmables. Dans d'autres modes de réalisation, l'opération d'accord continue jusqu'à ce que l'on détecte que le signal de commande s'est stabilisé sur une ou deux valeurs. Si l'opération d'accord n'est pas encore terminée, les opérations 1001 à 1004 sont répétées. Une fois l'opération d'accord terminée, au cours d'une opération 1005, le signal de commande final déterminé est stocké en mémoire, comme la mémoire non volatile 527 de la figure 5.
Un avantage des modes de réalisation décrits ici est que la fréquence de résonance de l'antenne NFC peut être commandée de manière relativement simple au moyen de résistances variables qui jouent également un rôle d'amortissement avant les phases de verrouillage en fréquence. Ainsi, l'accord de fréquence peut être assuré avec une augmentation relativement faible de la surface.
Au moins un mode de réalisation ayant été décrit à titre d'illustration, diverses modifications et améliorations sont à la portée de l'homme de l'art. Par example, des exemples particuliers
B16241 - 17-RO-0290 d'algorithmes ont été décrits en relation avec la figure 10 pour déterminer un signal de commande de résistance afin d'obtenir une fréquence de résonance souhaitée, mais l'homme de l'art comprendra aisément que d'autres algorithmes pourraient être utilisés, tels 5 qu'une approche de force brute.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS
    1. Circuit de pilotage à modulation de charge active (ALM) destiné à piloter une antenne de communication en champ proche (NFC) (504) d'un dispositif NFC, le circuit de pilotage ALM comprenant :
    une première résistance variable (508) reliée à une première borne (310) de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un premier condensateur (352) ;
    une seconde résistance variable (510) reliée à une seconde borne (312) de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un second condensateur (356) ; et un circuit de commande (522) adapté à programmer les première et seconde résistances variables pour que chacune présente un niveau sélectionné parmi des premier, deuxième et troisièmes niveaux de résistance (M, R, D) , le circuit de commande sélectionnant l'un des premier, deuxième et troisième niveaux de résistance à partir de la phase de fonctionnement du circuit NFC.
  2. 2. Circuit de pilotage ALM selon la revendication 1, dans lequel les première et seconde résistances variables (508, 510) sont configurées de manière à ce que le premier niveau de résistance (M) entraîne pour l'antenne NFC une première fréquence de résonance et le second niveau de résistance (R) entraîne pour l'antenne NFC une seconde fréquence de résonance supérieure à la première fréquence de résonance.
  3. 3. Circuit de pilotage ALM selon la revendication 2, dans leguel les première et seconde résistances variables (508, 510) sont configurées de manière à ce gue la première fréquence de résonance soit inférieure à 14 MHz et que la seconde fréquence de résonance soit supérieure à 14 MHz.
  4. 4. Circuit de pilotage ALM selon l'une guelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les première et seconde résistances variables (508, 510) sont configurées de manière à ce que le troisième niveau de résistance (D) provoque l'amortissement des oscillations de l'antenne NFC.
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  5. 5. Circuit de pilotage ALM selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel :
    le premier niveau de résistance (M) est inférieur à 3 ohms ;
    le second niveau de résistance (R) est supérieur à 3 ohms et inférieur à 100 ohms ; et le troisième niveau de résistance (D) est supérieur à 25 ohms et est différent du second niveau de résistance.
  6. 6. Circuit de pilotage ALM selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit de commande (522) est adapté à :
    sélectionner le premier niveau de résistance (M) pendant une première phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à un mode lecteur ;
    sélectionner le second niveau de résistance (R) pendant une deuxième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant aux périodes des salves d'émission de l'antenne NFC lors d'un mode d'émulation de carte du dispositif NFC ; et sélectionner le troisième niveau de résistance (D) pendant une troisième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à une partie d'une période d'absence d'émission entre les salves d'émission de l'antenne NFC au cours du mode d'émulation de carte.
  7. 7. Circuit de pilotage ALM selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit de commande (522) est par ailleurs configuré pour exécuter une procédure d'accord d'antenne automatique pour déterminer la valeur d'un signal de commande pour programmer les première et seconde résistances variables afin qu'elles présentent le second niveau de résistance (R) ·
  8. 8. Circuit de pilotage ALM selon la revendication 7, dans lequel le circuit de commande est configuré pour déterminer le signal de commande en effectuant les opérations consistant à :
    a) sélectionner une valeur initiale du signal de commande pour programmer un niveau de résistance initial des première et second résistances variables ;
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    b) détecter l'amplitude et/ou la phase d'un signal présent sur l'antenne NFC (504) au cours d'une salve d'émis-sion ;
    c) comparer l'amplitude détectée avec une amplitude de référence et/ou comparer la phase détectée avec une phase de référence ;
    d) modifier la valeur initiale du signal de commande pour modifier le niveau de résistance initial à partir de la comparaison ; et
    e) répéter les opérations b) à d) une ou plusieurs fois.
  9. 9. Dispositif NFC comprenant :
    une antenne NFC (504) ;
    un circuit de pilotage ALM selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 relié à l'antenne NFC ; et une batterie fournissant une tension d'alimentation au circuit de pilotage ALM.
  10. 10. Dispositif NFC selon la revendication 9, comprenant en outre un processeur hôte (206) en communication avec le circuit de pilotage ALM.
  11. 11. Procédé de pilotage d'une antenne de communication en champ proche (NFC) (504) d'un dispositif NFC au moyen d'un circuit de pilotage (216) de modulation de charge active (ALM), le procédé comprenant :
    la génération, par un circuit de commande (522), d'au moins un signal de commande (CTRL[8..O]) destiné à programmer des première et seconde résistances variables (508, 510) pour que chacune présente l'un d'un premier, d'un second et d'un troisième niveaux de résistance (M, R, D) sélectionnés à partir de la phase de fonctionnement du circuit NFC, la première résistance variable (508) étant reliée à une première borne (310) de l'antenne NFC par l'intermédiaire d'un premier condensateur (352) et la seconde résistance variable (510) étant reliée à une seconde borne (312) de l'antenne NFC par 1'inter-médiaire d'un second condensateur (356) ; et l'application, par le circuit de commande, du au moins un signal de commande (CTRL) aux première et seconde résistances variables.
    B16241 - 17-RO-0290
  12. 12. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le au moins un signal de commande (CTRL) est généré pour programmer les première et seconde résistances variables (508, 510) :
    afin de sélectionner le premier niveau de résistance (M) pendant une première phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à un mode lecteur ;
    afin de sélectionner le second niveau de résistance (R) pendant une deuxième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant aux périodes des salves d'émission de l'an-tenne NFC lors d'un mode d'émulation de carte du dispositif NFC ; et afin de sélectionner le troisième niveau de résistance (D) pendant une troisième phase de fonctionnement du dispositif NFC correspondant à une partie d'une période d'absence d'émission entre les salves d'émission de l'antenne NFC au cours du mode d'émulation de carte.
  13. 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, consistant en outre à exécuter une procédure automatique d'accord d'antenne pour déterminer la valeur du second signal de commande.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la procédure d'accord automatique d'antenne comprend :
    a) la sélection, au moyen d'une valeur initiale du signal de commande, d'un niveau de résistance initial des première et second résistances variables (508, 510) ;
    b) la détection de l'amplitude et/ou de la phase d'un signal présent sur l'antenne NFC au cours d'une salve d'émission ;
    c) la comparaison de l'amplitude détectée avec une amplitude de référence et/ou la comparaison de la phase détectée avec une phase de référence ;
    d) la modification de la valeur initiale du signal de commande pour modifier le niveau de résistance initial à partir de la comparaison ; et
    e) la répétition des opérations b) à d) une ou plusieurs fois et le stockage de la valeur du signal de commande initial modifié.
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