FR3085088A1 - Dispositif de detection d'un equipement electronique et de communication a deux antennes de communication en champ proche - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (3) de détection d'approche d'un équipement (S) électronique portable et de communication en champ proche avec une première antenne (1) de communication à haute fréquence et une unité de contrôle et d'alimentation électrique présentant des moyens de mesure d'une variation d'amplitude d'un paramètre électrique représentative d'une détection d'approche de l'équipement (S). Le dispositif comprend une deuxième antenne (2) de communication en champ proche logée dans un espace délimité par la première antenne (1) et associée à des moyens de résonance en étant reliée à l'unité de contrôle par un interrupteur (9) présentant une première position pour une communication en champ proche où la deuxième antenne (2) n'est pas alimentée et une deuxième position pour une détection d'approche où la deuxième antenne (2) est connectée et entre en résonance avec la première antenne (1) active.

Description

La présente invention concerne un dispositif de détection d’approche d’un équipement électronique et de communication à deux antennes de communication en champ proche, une des deux antennes de communication en champ proche étant connectée différemment lors d’une détection ou lors d’une communication.

Dans une application préférentielle non limitative, l’invention s’applique aux dispositifs de rechargement inductif d’équipements électroniques portables, destinés à être embarqués dans un véhicule automobile et comportant un dispositif de communication en champ proche afin de communiquer avec un équipement portable une fois ledit équipement posé sur un élément de support du dispositif.

Dans un tel dispositif de détection et de communication en champ proche, une première antenne de communication en champ proche émet un champ magnétique à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz. La première antenne de communication est disposée sous un élément de support apte à recevoir l’équipement électronique portable. La première antenne est aussi apte à communiquer en champ proche avec l’équipement.

Le dispositif comprend une unité de contrôle et d’alimentation électrique. L’unité de contrôle et la première antenne de communication en champ proche sont reliées électriquement entre elles par une première ligne d’alimentation comprenant au moins un composant discret passif d’adaptation.

L’unité de contrôle présente des moyens de mesure d’une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne de communication représentative d’une détection d’approche d’un équipement électronique portable.

Dans le cas non limitatif d’un véhicule automobile, il est connu de placer un équipement électronique portable sur un élément de support d’un dispositif de détection d’approche et de communication afin que l’équipement électronique puisse communiquer en même temps ou après la période de charge par communication en champ proche ou NFC (« Near Field Communication », en anglais) avec le système électronique embarqué du véhicule, cette communication s’effectuant à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz et préférentiellement de l’ordre de 13,56 MHz.

Cette communication sans fil à faible distance, généralement de l’ordre de quelques millimètres, permet entre autres au véhicule de télécharger un profil d’utilisateur particulier contenu dans l’équipement portable et d’adapter ainsi des éléments du véhicule en fonction de ce profil, par exemple, régler la position du siège conducteur du véhicule, programmer des stations de radio préférées, modifier l’apparence du tableau de bord, ou encore activer la fonction « E-call >> (Emergency call en anglais ou appel d’urgence), etc.

Un tel dispositif de détection et de communication peut être couplé avec un dispositif de rechargement de l’équipement électronique portable. Un tel dispositif de rechargement comprend une antenne radio fréquence dédiée au rechargement inductif, appelée antenne de charge, de type WPC (« Wireless Power Consortium >> en anglais, c’est à dire antenne de rechargement inductif sans fil, selon les standards de ce consortium), permettant un rechargement inductif dans les fréquences de 100 à 200 kHz.

Il est connu de détecter l’approche d’un équipement portable par l’envoi d’une succession de signaux analogiques simples car sans trame généré par le dispositif de charge et émis par l’antenne de charge WPC. Chaque signal analogique consiste en une impulsion de courant ou de tension, émise périodiquement, par exemple toutes les 100 ms, et pendant une durée très courte par souci d’économie d’énergie, par exemple 30 ps. Ces signaux analogiques sont des signaux d’interrogation qui génèrent un champ électromagnétique à proximité de l’antenne de rechargement dite primaire.

Il est aussi possible de détecter l’approche d’un équipement portable, par l’envoi de signaux analogiques simples du même type que les précédents mais à haute fréquence généré par l’unité de contrôle et émis par l’antenne de communication en champ proche, ceci par un dispositif de détection d’approche et de communication NFC à haute fréquence associé ou non avec un dispositif de rechargement.

Ainsi, de tels procédés de détection d’approche utilisés aujourd’hui permettent de détecter la présence d’un équipement électronique portable métallique parasite dans la zone de rechargement ou l’ajout d’un équipement électronique portable sur le dispositif de communication NFC associé ou non à un dispositif de rechargement par induction.

La procédure d’interrogation peut se dérouler comme suit. Le dispositif envoie des signaux d’interrogation répétitifs à basse fréquence pour un dispositif de rechargement ou à haute fréquence pour un dispositif de communication en champ proche. L’unité de contrôle du dispositif mesure la variation d’amplitude au niveau de l’antenne émettrice, c’est-à-dire une diminution de la puissance réactive due à une désadaptation d’impédance au niveau de l’antenne émettrice.

L’équipement électronique portable, par exemple un téléphone portable ou une tablette, change les paramètres électriques de l’antenne de communication en champ proche ainsi que l’impédance vue par le générateur de l’unité de contrôle du dispositif. Une variation de phase due à un changement de phase lié à une désadaptation d’impédance au niveau de l’antenne de communication en champ proche est donc détectée.

Une fois que l’équipement électronique portable est détecté, l’unité de contrôle du dispositif envoie un ou deux signaux numériques pour identifier la nature de l’équipement électronique portable et sa compatibilité avec le dispositif de communication en champ proche et, le cas échéant, le dispositif de rechargement.

Si la réponse en champ proche à haute fréquence, ou réponse NFC, au signal numérique d’identification en communication en champ proche émise par l’équipement est positive, cet équipement est compatible avec le dispositif de communication NFC.

Le cas échéant, si la réponse, dite réponse WPC, au signal numérique d’identification en rechargement émise par l’équipement est positive, cet équipement est compatible avec le dispositif de rechargement par induction.

En l’absence de réponse de l’équipement électronique portable, cet équipement est considéré comme un élément métallique parasite.

De tels procédés de détection d’approche présentent cependant de très nombreux désavantages. Il n’est pas toujours possible d’obtenir une détection fiable qui soit compatible avec certains équipements électroniques portables. En effet, de nombreux équipements électroniques portables posent des problèmes de détection.

La sensibilité de détection sur le dispositif de communication est peu élevée. De plus la mise en oeuvre des procédés nécessite une consommation électrique accrue sur la zone de détection pour une compatibilité électromagnétique relativement faible. En outre le niveau rayonné des émissions radiofréquences durant la phase de détection ainsi que l’exposition du corps humain aux ondes électromagnétiques sont élevés.

Le problème à la base de la présente invention est, pour un dispositif de communication en champ proche destiné à recevoir un équipement électronique portable sur un élément de support afin que cet équipement soit en communication en champ proche avec le dispositif et, le cas échéant, puisse être rechargé par induction par le dispositif comprenant alors un dispositif de rechargement, d’augmenter la sensibilité du dispositif lors de la détection en approche de l’élément électronique portable.

A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de détection d’approche d’un équipement électronique portable et de communication en champ proche avec ledit équipement, le dispositif comprenant, d’une part, une première antenne de communication en champ proche émettant un champ magnétique à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz, la première antenne de communication étant disposée sous un élément de support apte à recevoir l’équipement électronique portable et la première antenne étant apte à communiquer en champ proche avec l’équipement et, d’autre part, une unité de contrôle et d’alimentation électrique, l’unité de contrôle et la première antenne de communication en champ proche étant reliées électriquement entre elles par une première ligne d’alimentation comprenant au moins un composant discret passif d’adaptation, l’unité de contrôle présentant des moyens de mesure d’une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne de communication représentative d’une détection d’approche d’un équipement électronique portable, remarquable en ce qu’il comprend en outre :

• une deuxième antenne de communication en champ proche logée au niveau de la première antenne de communication dans un espace délimité par la première antenne de communication et étant associée à des moyens de résonance incorporés dans un circuit de résonance en étant reliée à l’unité de contrôle par une deuxième ligne de contrôle et/ou de commande comprenant un interrupteur présentant deux positions avec, dans une première position dite ouverte, la deuxième antenne de communication étant inactive par ouverture du circuit de résonance et, dans une deuxième position, la deuxième antenne de communication étant alimentée via un couplage magnétique par la première antenne et le circuit de résonance étant fermé par l’interrupteur de la deuxième ligne de contrôle et/ou de commande, la deuxième antenne de communication entrant en résonance propre avec elle-même et en couplage résonant avec la première antenne de communication active, et • des moyens de contrôle de l’interrupteur intégrés dans l’unité de contrôle, l’interrupteur étant dans la deuxième position pour une détection d’approche d’un équipement électronique portable et dans la première position pour une communication en champ proche.

Pour la présente invention, la mise en oeuvre de la détection en elle-même reste inchangée et consiste à mesurer la tension ou l’intensité au niveau de la première antenne de communication en champ proche. La présente invention met en place une deuxième antenne de communication en champ proche associée à un circuit de résonance qui permet de changer la couverture en champ proche afin d’ajuster la sensibilité de détection en mode détection tout en ne diminuant pas la stabilité de communication en mode communication.

La résonance de la deuxième antenne, avantageusement sous forme d’une bobine magnétique, permet de couvrir une zone de détection plus limitée que lors d’une détection par la seule première antenne. Cette deuxième antenne est associée à un circuit de résonance qui lui est directement connecté. Un interrupteur commandé par un microcontrôleur dans l’unité de contrôle permet de fermer ou d’ouvrir le circuit de résonance afin d’activer ou non la deuxième antenne en résonance, ceci par couplage magnétique avec la première antenne, dans le premier cas, lors d’une détection et, dans le deuxième cas, lors d’une communication en champ proche.

Il s’ensuit que le rayonnement magnétique émis par le dispositif change de forme en fonction de l’activation ou la désactivation de la deuxième antenne en champ proche alors respectivement en résonance ou non.

Le rayonnement émis par la première antenne avec la deuxième antenne inactive et son circuit de résonance ouvert couvre entièrement la surface de posage qu’est l’élément de support de l’équipement avec une distribution magnétique homogène et moins intense. Ceci est favorable pour un mode communication.

Le rayonnement magnétique émis par la première antenne avec la deuxième antenne en résonance propre et son circuit de résonance fermé, la deuxième antenne étant alimentée via un couplage magnétique par la première antenne couvre une surface moins importante, avantageusement dans une zone médiane du dispositif, pouvant être une zone dédiée au rechargement de l’équipement une fois celui-ci supporté par le dispositif, avec une distribution magnétique concentrée dans cette zone médiane et plus intense.

L’effet technique obtenu est d’augmenter de manière importante la sensibilité du dispositif en mode détection tout en conservant une bonne communication une fois que l’équipement a été détecté.

Le fait de placer une deuxième antenne de communication en résonance propre et de l’associer avec la première antenne augmente la puissance reçue par le dispositif en retour de l’équipement portable quand cet équipement est proche du dispositif avec un faisceau de champ magnétique étroit et s’étendant au-dessus d’une portion médiane du dispositif de détection. En mode communication, il est retourné à l’utilisation d’une unique antenne de communication produisant un faisceau de champ magnétique couvrant toute la surface du dispositif.

Il est ainsi possible de réduire les émissions rayonnées ainsi que les risques associés à l’exposition du corps humain, de réduire les fausses détections et de limiter la détection d’un équipement électronique portable métallique dans une zone médiane du dispositif, pouvant correspondre à une zone de rechargement par induction quand le dispositif assure aussi un rechargement de l’équipement portable, ceci afin d’assurer une bonne stabilité de communication.

Avantageusement, les première et deuxième antennes de communication sont portées par un organe plan, la première antenne de communication s’étendant à l’intérieur d’une zone de pourtour de l’organe plan. Porter peut aussi bien signifier que les antennes de communication sont intégrées dans l’organe plan ou supporter extérieurement par cet organe plan.

Avantageusement, l’élément de support, la première antenne de communication et la deuxième antenne de communication ainsi que l’organe plan sont de forme rectangulaire, la deuxième antenne de communication étant disposée symétriquement par rapport à la première antenne de communication en étant encadrée par la première antenne.

Il s’ensuit que la première antenne couvre toute la surface du dispositif recouverte par l’élément de support de l’équipement tandis que la deuxième antenne couvre une zone médiane du dispositif avec un champ magnétique concentré sur cette zone. Les première et deuxième antennes de communication peuvent être avantageusement sous forme de bobines.

Avantageusement, le dispositif comprend au moins une antenne de rechargement par induction émettrice disposée sous l’organe plan et émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, une couche en matériau ferromagnétique étant disposée en dessous de ladite au moins une antenne de rechargement, ladite au moins une antenne de rechargement étant disposée en dessous d’un espace interne délimité par la deuxième antenne de communication.

Il est classique d’associer à un dispositif de détection et de communication en champ proche un dispositif de rechargement par induction. Le problème est qu’un rechargement par induction nécessite un bon positionnement de l’équipement par rapport à l’antenne ou aux antennes de rechargement. Ceci est obtenu par la mise en résonance de la deuxième antenne de communication à haute fréquence lors de la mise en œuvre d’un mode détection du dispositif. Comme la deuxième antenne couvre l’espace optimal de positionnement de l’équipement pour un rechargement, un positionnement adéquat de l’équipement pour le rechargement peut être détecté.

Avantageusement, le dispositif comporte une première plaque de circuit imprimé logeant l’unité de contrôle et d’alimentation électrique, la première plaque de circuit imprimé se trouvant par rapport à ladite au moins une antenne de rechargement à l’opposé des première et deuxième antennes de communication et une deuxième plaque intermédiaire de circuit imprimé se trouvant en dessous de l’élément de support et portant les première et deuxième antennes de communication, la deuxième plaque intermédiaire formant l’organe plan. Les première et deuxième antennes peuvent être gravées sur ou dans la deuxième plaque intermédiaire.

Avantageusement, les moyens de contrôle de l’interrupteur sont intégrés dans l’unité de contrôle, l’interrupteur étant sous la forme d’un transistor.

Avantageusement, les moyens de résonance incorporés dans le circuit de résonance comprennent un condensateur monté en série avec la deuxième antenne de communication dans le circuit de résonance.

Avantageusement, ledit au moins un composant discret passif d’adaptation dans la première ligne d’alimentation est sous la forme d’un premier condensateur et d’une résistance montés en série dans la première ligne d’alimentation, la première ligne d’alimentation comprenant une branche de dérivation entre la résistance et le premier condensateur, la branche de dérivation comprenant un deuxième condensateur et étant reliée à la terre.

L’invention concerne aussi un procédé de détection d’un équipement électronique portable et de communication en champ proche avec ledit équipement par un tel dispositif, des signaux répétitifs analogiques étant envoyés par la première antenne de communication pour une détection d’un équipement électronique portable se trouvant à proximité de l’élément de support et une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne de communication étant suivie, cette variation d’amplitude étant représentative d’une détection d’approche d’un équipement électronique portable, remarquable en ce que, lors de la détection par envoi de signaux répétitifs analogiques, la deuxième antenne de communication est mise en résonance propre par le circuit de résonance et en couplage résonant avec la première antenne afin que le champ magnétique soit concentré au-dessus d’une zone médiane du dispositif et, quand il est détecté une présence de l’équipement sur l’élément de support par variation d’amplitude du paramètre électrique, la deuxième antenne de communication est inactive et son circuit de résonance ouvert et il est envoyé un signal numérique comportant une trame de questionnement de compatibilité de communication en champ proche à l’équipement électronique portable auquel signal numérique l’équipement électronique portable répond quand cet équipement est compatible, le reste de la communication en champ proche entre l’équipement électronique portable se poursuivant avec la deuxième antenne de communication inactive et son circuit de résonance ouvert, et, quand aucune réponse de l’équipement électronique portable n’est reçue par le dispositif, l’équipement est considéré comme élément métallique parasite.

Le procédé selon la présente invention permet de mettre en œuvre deux modes de fonctionnement. Le premier mode est un mode de détection d’un équipement électronique portable. Dans ce mode de détection, avec une concentration du champ magnétique au-dessus de la zone médiane du dispositif avec activation de la première antenne et de la deuxième antenne mise en résonance propre et en couplage résonant avec la première antenne, il est obtenu une sensibilité importante de détection pour obtenir une détection fiable et rapide dans cette zone médiane. Dans ce mode de détection, la bande de fréquence devient très étroite, ce qui est un important facteur de qualité afin d’avoir une fréquence de résonance très sensible à l’état de l’environnement magnétique.

Le deuxième mode est un mode de communication permettant une couverture magnétique homogène et stable sur toute la surface de posage formé par l’élément de support de l’équipement. La bande de fréquence devient large afin d’accepter un haut débit de communication et garantir une stabilité de résonance pendant l’échange en communication en champ proche.

Les modes de détection et de communication qui requièrent des émissions de champ magnétique qui leur sont propres sont ainsi optimisés. Pour une détection, il est requis un champ magnétique émis par le dispositif qui soit concentré en zone médiane du dispositif avec une bande passante étroite en hautes fréquences tandis que, pour une communication, il est requis un champ magnétique distribué sur toute la surface du dispositif afin d’obtenir une stabilité de communication et assurer par une bande passante élargie en hautes fréquences.

Ceci permet de communiquer avec n’importe quel type d’équipement portable compatible, une fois cet équipement positionné correctement sur le dispositif. La présente invention, de par la mise en œuvre d’une résonance de la deuxième antenne en mode détection et la déconnexion de cette deuxième antenne en mode communication, permet d’obtenir un champ magnétique émis qui soit optimal pour chaque mode.

Avantageusement, quand le dispositif comprend au moins une antenne de rechargement par induction émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, après une détection de présence de l’équipement électronique portable par le dispositif, ladite au moins une antenne de rechargement envoie un signal numérique comportant une trame de questionnement de compatibilité de rechargement basse fréquence vers l’équipement électronique portable, un rechargement par induction débutant après réception d’une réponse de compatibilité effective de l’équipement électronique portable pour le rechargement.

L’invention concerne aussi un véhicule automobile, remarquable en ce qu’il comprend un tel dispositif de détection d’approche d’un équipement électronique portable et de communication en champ proche avec l’équipement.

D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :

- les figures 1a et 1b sont des représentations schématiques d’une vue en coupe d’un dispositif de détection et de communication en champ proche selon la présente invention travaillant respectivement en mode communication en champ proche suite à un mode détection de l’approche d’un équipement électronique portable et en mode de détection, le dispositif comprenant une première antenne de communication et une deuxième antenne de communication placée en résonance lors d’une détection d’approche de l’équipement, le dispositif présentant des antennes de rechargement de l’équipement électronique portable par induction dans cette forme de réalisation,

- la figure 2 est une représentation schématique d’une vue de dessus de deux première et deuxième antennes de communication faisant partie d’un dispositif selon la présente invention, la première antenne entourant la deuxième antenne,

- la figure 3 est une représentation d’un schéma électrique du dispositif selon la présente invention avec une unité de contrôle et d’alimentation raccordée aux première et deuxième antennes de communication, un interrupteur ouvrant ou fermant un circuit de résonance associé à la deuxième antenne de communication,

- la figure 4 montre un graphique à barres illustrant la variation de voltage exprimée en pourcentage pour divers équipements électroniques portables, cette variation étant obtenue par émission d’un signal à haute fréquence respectivement pour un dispositif selon l’état de la technique et un dispositif selon la présente invention,

- les figures 5a et 5b montrent respectivement un spectre de puissance reçue en retour par un dispositif selon l’invention respectivement lors d’un mode de communication en champ proche pour lequel la bande passante est large et la densité spectrale de puissance faible, et lors d’un mode de détection pour lequel la bande passante est étroite et la densité spectrale de puissance forte, la sensibilité de détection d’un équipement portable étant alors renforcée.

Dans ce qui va suivre « au-dessus >> et « en dessous >> sont à interpréter pour un dispositif 3 de communication sur lequel l’équipement S électrique portable est posé, ce qui est la configuration la plus courante d’un ensemble d’un dispositif 3 de communication et d’un équipement S électrique portable. Une autre configuration est cependant possible.

Il sera fait référence à toutes les figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.

En se référant à toutes les figures et plus particulièrement aux figures 1a, 1b, 2 et 3, la présente invention concerne un dispositifs de détection d’approche d’un équipement S électronique portable et de communication en champ proche avec l’équipement S.

Le dispositif 3 comprend une première antenne 1 de communication en champ proche émettant un champ magnétique à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz. La première antenne 1 de communication est disposée sous un élément de support 4 apte à recevoir l’équipement S électronique portable et la première antenne est apte à communiquer en champ proche avec l’équipement S.

Le dispositif 3 comprend aussi une unité de contrôle 5 et d’alimentation électrique, visible à la figure 3. L’unité de contrôle 5 et la première antenne 1 de communication en champ proche sont reliées électriquement entre elles par une première ligne 6 d’alimentation comprenant au moins un composant discret passif d’adaptation C1, R1. L’unité de contrôle 5 présente des moyens de mesure d’une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne 1 de communication représentative d’une détection d’approche d’un équipement S électronique portable, ces moyens n’étant pas visibles aux figures.

Lorsqu’un équipement portable compatible est placé à proximité du dispositif de détection d’approche et de communication en champ proche, cet équipement modifie le champ électromagnétique généré pendant l’émission du signal analogique dit d’interrogation, créant ainsi un couplage par interaction ou perturbation entre, d’une part, la première antenne 1 de communication en champ proche du dispositif et, d’autre part une antenne appropriée de l’équipement portable. Ce couplage par interaction ou perturbation, qui modifie l’intensité du courant circulant dans l’antenne du dispositif, est détecté par l’unité de contrôle du dispositif qui en déduit ainsi qu’un équipement compatible est à proximité du dispositif de détection et de communication.

Selon l’invention, le dispositif 3 de détection d’approche d’un équipement S électronique portable et de communication en champ proche comprend une deuxième antenne 2 de communication en champ proche logée au niveau de la première antenne 1 de communication dans un espace délimité par la première antenne 1 de communication. Comme il peut être vu aux figures 1a et 1b, les première et deuxième antennes 1,2 de communication sont dans un même plan, la première antenne encerclant au moins partiellement la deuxième antenne. Ceci est aussi visible à la figure 2.

En se référant plus particulièrement à la figure 3, la deuxième antenne est associée à des moyens de résonance C3 incorporés dans un circuit de résonance 7 en étant reliée à l’unité de contrôle 5 par une deuxième ligne 8 de contrôle et/ou de commande. La deuxième ligne 8 comprend, à sa jonction avec le circuit de résonance 7, un interrupteur 9 présentant deux positions.

Dans une première position dite ouverte de l’interrupteur 9, la deuxième antenne 2 de communication n’est pas mise en résonnance propre et son circuit de résonance est ouvert par l’interrupteur 9 commandé par la deuxième ligne 8 de contrôle et/ou de commande. Dans une deuxième position dite fermée de l’interrupteur 9, la deuxième antenne 2 de communication est active en étant alimentée via un couplage magnétique par la première antenne 1 de communication et le circuit de résonance 7 est fermé par l’interrupteur 9 commandé par la deuxième ligne 8 de contrôle et/ou de commande, la deuxième antenne 2 de communication entrant en résonance propre avec elle-même et en couplage résonant avec la première antenne 1 de communication active.

Le dispositif 3 comprend des moyens de contrôle de l’interrupteur 9 intégrés dans l’unité de contrôle 5. L’interrupteur 9 est dans la deuxième position pour une détection d’approche d’un équipement S électronique portable et dans la première position pour une communication en champ proche.

La première antenne 1 de communication qui est la plus externe au dispositif 3 est toujours alimentée et sert principalement pour une communication en champ proche, avec dans ce cas, la deuxième antenne 2 de communication, qui est la plus interne au dispositif 3, alors déconnectée car son circuit de résonance 7 est ouvert. Ceci permet d’obtenir une distribution de champ magnétique large couvrant la totalité du dispositif avec une distribution de densité spectrale de puissance selon une gamme de hautes fréquences comme montré à la figure 5a.

Un spectre est étroit pendant une phase de détection et un spectre est large pendant une phase de communication avec une quantité d’énergie émise restant la même mais sa répartition fréquentielle étant différente entre les deux phases.

Dans un mode de détection, la deuxième antenne 2 est active en étant alimentée via un couplage magnétique par la première antenne 1 de communication et mise en résonance par son circuit de résonance 7 tandis que la première antenne 1 de communication est alimentée. Ceci permet d’obtenir la distribution de champ magnétique différente et plus restreinte, avec une distribution de densité spectrale de puissance selon une gamme de hautes fréquences comme montré à la figure 5b.

La figure 4 montre une variation de voltage VV exprimée en pourcentage pour divers équipements électroniques portables S1 à S19 comparables, par exemple différents téléphones portables mais ceci n’est pas limitatif car la présente invention peut s’appliquer à la détection d’approche d’autres équipements électroniques portables que des téléphones, par exemple des tablettes, des badges électroniques ou des ordinateurs portables.

En fonction des équipements électroniques portables S1 à S19 pris individuellement, il existe une grande variation de voltage lors de la détection de leur approche, les variations de voltage VV oscillant selon les équipements S1 à S19. Pour chaque équipement électronique portable S1 à S19, il est montré deux barres, la barre de gauche Bet étant la variation de voltage obtenue selon un procédé de l’état de la technique et la barre de droite Binv étant la variation de voltage obtenue conformément à un procédé selon la présente invention. Pour raison de clarté, à la figure 4, une seule barre de droite est référencée Binv tandis qu’une seule barre de gauche est référencée Bet pour tous les équipements électroniques portables S1 à S19.

Il est visible, pour un équipement électronique portable S1 à S19 donné, que la variation de voltage est plus forte lors de la mise en oeuvre du procédé selon l’invention, en variant de 20 à 150% que pour un procédé selon l’état de la technique, pour lequel il est obtenu une variation de voltage ne dépassant pas 20%. Il s’ensuit que la sensibilité de détection a été considérablement améliorée fois pour un procédé de détection selon l’invention par rapport à un procédé de détection selon l’état de la technique.

Les figures 5a et 5b montrent la densité spectrale de puissance en dBm étant l’abréviation du rapport de puissance en décibels (dB) entre la puissance mesurée et un milliwatt (mW) en retour respectivement lors d’une communication et d’une détection d’approche de l’équipement électronique portable, le procédé selon l’invention étant mis en oeuvre lors de la détection d’approche avec la deuxième antenne de communication en champ proche mise en résonance propre, ceci pour une gamme de haute fréquence variant de 10 MHz à 17MHz.

La bande passante en communication Band pass com est plus large que la bande passante en détection d’approche Band pass det mais la densité spectrale de puissance est plus élevée dans le mode détection, la flèche verticale orientée vers le haut symbolisant un gain de densité spectrale de puissance passant de -55dBm en mode communication à -48 dBm en mode détection, l’unité dBm étant une abréviation du rapport de puissance en décibels (dB) entre la puissance mesurée et un milliwatt (mW).

Aux figures 1a et 1b, il est illustré la forme d’un faisceau de champ magnétique respectivement en mode communication Fcom et en mode détection Fdet. Le faisceau de champ magnétique en mode communication Fcom est plus large et plus aplati que le faisceau de champ magnétique en mode détection Fdet.

Le faisceau de champ magnétique en mode détection Fdet est limité en étant seulement présent dans une zone médiane du dispositif 3 et absent à la périphérie du dispositif 3 tandis que le faisceau de champ magnétique en mode communication Fcom couvre tout le dispositif 3. La forme du faisceau de champ magnétique en mode communication Fcom permet une couverture plus grande du dispositif 3 que pour le faisceau de champ magnétique en mode détection Fdet et est donc adaptée pour une communication en champ proche.

Il s’ensuit une densité spectrale de puissance respectivement en mode communication et détection suivant les courbes des figures 5a et 5b. Un niveau plus élevé de sensibilité de détection est obtenu avec la mise oeuvre de la deuxième antenne 2 de communication encadrée par la première antenne 1 pendant le mode détection que pendant le mode communication.

Comme il est visible aux figures 1a et 1b, les première et deuxième antennes 1,2 de communication sont portées par un organe plan 10, la première antenne 1 de communication s’étendant à l’intérieur d’une zone de pourtour de l’organe plan 10, donc à proximité des bords de l’organe plan 10 pour couvrir toute la surface du dispositif 3 recouverte par l’élément de support 4 portant l’équipement S.

Comme il est visible aux figures 1a et 1b et 2,pour les première et deuxième antennes 1,2 de communication, l’élément de support 4, la première antenne 1 de communication et la deuxième antenne 2 de communication ainsi que l’organe plan 10 peuvent être de forme rectangulaire. La deuxième antenne 2 de communication peut être disposée symétriquement par rapport à la première antenne 1 de communication en étant encadrée par la première antenne 1, c’est-à-dire dans la zone médiane du rectangle dessinée par la première antenne 1 de communication. Ceci n’est pas limitatif et d’autres formes sont aussi possibles comme des formes circulaires, ovales ou plus complexes.

De manière classique, un dispositif 3 de communication en champ proche peut être associé à un dispositif de rechargement par induction de l’équipement S électrique portable alors disposé contre l’élément de support 4 de l’équipement S faisant partie du dispositif 3.

Pour ce faire, en se référant aux figures 1a et 1b, le dispositif 3 peut comprendre au moins une antenne de rechargement 13 par induction émettrice disposée sous l’organe plan 10 et émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz. Aux figures 1a et 1b, il est montré deux antennes de rechargement 13 par induction sous forme d’une bobine respective et reposant sur une couche 12 en matériau ferromagnétique, avantageusement en ferrite.

Il peut cependant avoir plus d’antennes de rechargement 13 que deux, par exemple trois, une troisième antenne de rechargement pouvant être disposée en recouvrant au moins partiellement deux antennes de rechargement 13, la troisième antenne de rechargement pouvant être disposée symétriquement par rapport à ces deux antennes.

Comme précédemment mentionné, pour une ou des antennes de rechargement 13, une couche 12 en matériau ferromagnétique, avantageusement de la ferrite, peut être disposée en dessous de l’antenne ou des antennes de rechargement 13. Cette ou ces antennes de rechargement 13 peuvent être disposées en dessous d’un espace interne délimité par la deuxième antenne 2 de communication.

Le dispositif 3 peut comporter une première plaque de circuit imprimé logeant l’unité de contrôle 5 et d’alimentation électrique, cette première plaque de circuit imprimé n’étant pas illustrée aux figures 1a et 1b. La première plaque de circuit imprimé peut se trouver par rapport à l’antenne ou aux antennes de rechargement 13 à l’opposé des première et deuxième antennes 1,2 de communication.

Une deuxième plaque intermédiaire de circuit imprimé peut se trouver en dessous de l’élément de support 4 et porter les première et deuxième antennes 1,2 de communication, la deuxième plaque intermédiaire formant l’organe plan 10 précédemment mentionné.

En se référant plus particulièrement à la figure 3, les moyens de contrôle de l’interrupteur 9 peuvent être intégrés dans l’unité de contrôle 5, l’interrupteur 9 étant sous la forme d’un transistor.

A cette figures, il est montré les première et deuxième antennes 1,2 de communication en comprenant ou sous la forme d’une bobine respective L1 et L2. La deuxième antenne 2 de communication est associée à un circuit de résonance 7 comprenant des moyens de résonance C3 incorporés dans le circuit de résonance 7 comportant un condensateur C3 monté en série avec la deuxième antenne 2 de communication L2 dans le circuit de résonance 7.

Le ou les composants discrets passifs d’adaptation présents dans la première ligne 6 d’alimentation peuvent être sous la forme d’un premier condensateur C1 et d’une résistance R1 montés en série dans la première ligne 6 d’alimentation. La première ligne 6 d’alimentation peut relier l’unité de contrôle 5 et d’alimentation et la première antenne 1 de communication.

Cette première ligne 6 peut comprendre aussi une branche de dérivation 11 piquée entre la résistance R1 et le premier condensateur C1, la branche de dérivation 11 comprenant un deuxième condensateur C2 et étant reliée à la terre. La deuxième ligne 8 de contrôle et/ou de commande relie l’unité de contrôle 5 et d’alimentation au circuit de résonance 7.

L’invention concerne aussi un procédé de détection d’un équipement S électronique portable et de communication en champ proche avec l’équipement S par un dispositif 3 de détection et de communication en champ proche tel que précédemment décrit.

Des signaux répétitifs analogiques sont envoyés par la première antenne 1 de communication pour une détection d’un équipement électronique portable S se trouvant à proximité de l’élément de support 4. Une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne 1 de communication est suivie, cette variation d’amplitude étant représentative d’une détection d’approche d’un équipement S électronique portable.

Selon la présente invention, lors de la détection par envoi de signaux répétitifs analogiques, la deuxième antenne 2 de communication est alimentée via un couplage magnétique avec la première antenne 1 et mise en résonance propre avec elle-même et par conséquent en couplage résonant avec la première antenne 1 afin que le champ magnétique soit concentré au-dessus d’une zone médiane du dispositif 3.

Quand il est détecté une présence de l’équipement S sur l’élément de support 4 par variation d’amplitude du paramètre électrique, la deuxième antenne 2 de communication est inactive et son circuit de résonance 7 ouvert par l’interrupteur 9 et il est envoyé un signal numérique comportant une trame de questionnement de compatibilité de communication en champ proche à l’équipement S électronique portable auquel signal numérique l’équipement S électronique portable répond quand cet équipement S est compatible.

Le reste de la communication en champ proche entre l’équipement S électronique portable se poursuit alors avec la deuxième antenne 2 de communication inactive et son circuit de résonance 7 ouvert. Dans le cas où aucune réponse de l’équipement S électronique portable n’est reçue par le dispositif 3, l’équipement S est considéré comme élément métallique parasite.

Le procédé selon l’invention prévoit donc un mode de détection et un mode de communication, le mode de détection étant le mode par défaut. En effet, la mise en oeuvre du mode de détection par défaut permet de détecter si un équipement S électronique portable est déjà positionné sur l’élément de support 4 du dispositif 3 de communication en champ proche, le paramètre électrique suivi présentant une amplitude ne variant pas et au niveau d’une amplitude représentative d’un équipement S déjà positionné.

Si c’est le cas, le mode de détection est remplacé par le mode de communication. Si ce n’est pas le cas, le mode de détection est poursuivi jusqu’à détection de l’approche d’un équipement S électronique portable. La sélection d’un mode en communication comme le mode par défaut ne serait pas optimale pour une détection et présenterait les mêmes défauts qu’un procédé de l’état de la technique.

Comme mentionné précédemment, le dispositif 3 peut comprendre au moins une antenne de rechargement 13 par induction émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, le dispositif remplissant alors aussi la fonction de rechargement par induction.

Dans ce cas, après une détection de présence de l’équipement S électronique portable par le dispositifs, l’antenne ou les antennes de rechargement 13 peuvent envoyer un signal numérique comportant une trame de questionnement de compatibilité de rechargement basse fréquence, dénommé aussi signal WPC, vers l’équipement S électronique portable, un rechargement par induction débutant après réception d’une réponse de compatibilité effective de l’équipement S électronique portable pour le rechargement avec le dispositif 3.

La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, pour des dispositifs 3 de détection et de communication en champ proche installés dans des véhicules automobiles assurant aussi, le cas échéant, un rechargement par induction d’un équipement portable S appliqué contre le dispositif 3 de détection et de communication.

La présente invention concerne donc aussi un véhicule automobile embarquant un tel dispositif 3 de détection d’approche d’un équipement S électronique portable et de communication en champ proche avec l’équipement S électronique portable.

De nos jours, certains véhicules automobiles sont pourvus d'un dispositif de rechargement permettant la recharge par induction d'une batterie d'un équipement électronique portable d'utilisateur tel que, par exemple, un téléphone portable.

Le dispositif de communication utilise fréquemment un mode de communication en champ proche permettant d'assurer une communication avec un ou plusieurs équipements électroniques.

Le protocole de communication en champ proche permet l'échange de trames entre des équipements jusqu'à une distance d'environ 10 centimètres et à haute fréquence. Cette technologie de communication en champ proche est utilisée dans de nombreux secteurs. Notamment, il est connu de prévoir une zone de communication en champ proche à proximité d'un tableau de bord d'un véhicule automobile.

Le conducteur peut approcher de cette zone un équipement de communication en champ proche tel qu'un smartphone, une tablette, un badge électronique ou tout autre appareil équipé d'un module de communication en champ proche, de sorte à établir une communication en champ proche entre l'appareil et un calculateur du véhicule automobile. Cette communication peut servir par exemple à autoriser le démarrage du véhicule automobile via un téléphone portable sécurisé, à effectuer un appairage entre l'appareil de communication en champ proche et le calculateur du véhicule automobile, cet appairage permettant d'établir une connexion Bluetooth dans l'habitacle, ou à tout autre usage.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif (3) de détection d’approche d’un équipement (S) électronique portable et de communication en champ proche avec ledit équipement (S), le dispositif comprenant, d’une part, une première antenne (1) de communication en champ proche émettant un champ magnétique à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz, la première antenne (1) de communication étant disposée sous un élément de support (4) apte à recevoir l’équipement (S) électronique portable, la première antenne (1) étant apte à communiquer en champ proche avec l’équipement (S) et, d’autre part, une unité de contrôle (5) et d’alimentation électrique, l’unité de contrôle (5) et la première antenne (1) de communication en champ proche étant reliées électriquement entre elles par une première ligne (6) d’alimentation comprenant au moins un composant discret passif d’adaptation (01, R1), l’unité de contrôle (5) présentant des moyens de mesure d’une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne (1) de communication représentative d’une détection d’approche d’un équipement (S) électronique portable, caractérisé en ce qu’il comprend en outre :

   • une deuxième antenne (2) de communication en champ proche logée au niveau de la première antenne (1) de communication dans un espace délimité par la première antenne (1) de communication et étant associée à des moyens de résonance (C3) incorporés dans un circuit de résonance (7) en étant reliée à l’unité de contrôle (5) par une deuxième ligne (8) de contrôle et/ou de commande comprenant un interrupteur (9) présentant deux positions avec, dans une première position dite ouverte, la deuxième antenne (2) de communication étant inactive par ouverture du circuit de résonance (7) et, dans une deuxième position, la deuxième antenne (2) de communication étant alimentée via un couplage magnétique par la première antenne (1) et le circuit de résonance (7) étant fermé par l’interrupteur (9) de la deuxième ligne (8) de contrôle et/ou de commande, la deuxième antenne (2) de communication entrant en résonance propre avec elle-même et en couplage résonant avec la première antenne (1) de communication active, et • des moyens de contrôle de l’interrupteur (9) intégrés dans l’unité de contrôle (5), l’interrupteur (9) étant dans la deuxième position pour une détection d’approche d’un équipement (S) électronique portable et dans la première position pour une communication en champ proche.
2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première et deuxième antennes (1,2) de communication sont portées par un organe plan (10), la première antenne (1) de communication s’étendant à l’intérieur d’une zone de pourtour de l’organe plan (10).
3. 3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément de support (4), la première antenne (1) de communication et la deuxième antenne (2) de communication ainsi que l’organe plan (10) sont de forme rectangulaire, la deuxième antenne (2) de communication étant disposée symétriquement par rapport à la première antenne (1) de communication en étant encadrée par la première antenne (1).
4. 4. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une antenne de rechargement (13) par induction émettrice disposée sous l’organe plan (10) et émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, une couche (12) en matériau ferromagnétique étant disposée en dessous de ladite au moins une antenne de rechargement (13), ladite au moins une antenne de rechargement (13) étant disposée en dessous d’un espace interne délimité par la deuxième antenne (2) de communication.
5. 5. Dispositif selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une première plaque de circuit imprimé logeant l’unité de contrôle (5) et d’alimentation électrique, la première plaque de circuit imprimé se trouvant par rapport à ladite au moins une antenne de rechargement (13) à l’opposé des première et deuxième antennes (1,2) de communication et une deuxième plaque intermédiaire de circuit imprimé se trouvant en dessous de l’élément de support (4) et portant les première et deuxième antennes (1,2) de communication, la deuxième plaque intermédiaire formant l’organe plan (10).
6. 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de l’interrupteur (9) sont intégrés dans l’unité de contrôle (5), l’interrupteur (9) étant sous la forme d’un transistor.
7. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de résonance (C3) incorporés dans le circuit de résonance (7) comprennent un condensateur (C3) monté en série avec la deuxième antenne (2) de communication dans le circuit de résonance (7).
8. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un composant discret passif d’adaptation (C1, R1) dans la première ligne (6) d’alimentation est sous la forme d’un premier condensateur (C1) et d’une résistance (R1) montés en série dans la première ligne (6) d’alimentation, la première ligne (6) d’alimentation comprenant une branche de dérivation (11) entre la résistance (R1) et le premier condensateur (C1), la branche de dérivation (11) comprenant un deuxième condensateur (C2) et étant reliée à la terre.
9. 9. Procédé de détection d’un équipement (S) électronique portable et de communication en champ proche avec ledit équipement (S) par un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, des signaux répétitifs analogiques étant envoyés par la première antenne (1) de communication pour une détection d’un équipement électronique portable (S) se trouvant à proximité de l’élément de support (4) et une variation d’amplitude d’un paramètre électrique au niveau de la première antenne (1) de communication étant suivie, cette variation d’amplitude étant représentative d’une détection d’approche d’un équipement (S) électronique portable, caractérisé en ce que, lors de la détection par envoi de signaux répétitifs analogiques, la deuxième antenne (2) de communication est mise en résonance propre par le circuit de résonance (7) et en couplage résonant avec la première antenne (1) afin que le champ magnétique soit concentré au-dessus d’une zone médiane du dispositif (3) et, quand il est détecté une présence de l’équipement (S) sur l’élément de support (4) par variation d’amplitude du paramètre électrique, la deuxième antenne (2) de communication est inactive et son circuit de résonance (7) ouvert et il est envoyé un signal numérique comportant une trame de questionnement de compatibilité de communication en champ proche à l’équipement (S) électronique portable auquel signal numérique l’équipement (S) électronique portable répond quand cet équipement (S) est compatible, le reste de la communication en champ proche entre l’équipement (S) électronique portable se poursuivant avec la deuxième antenne (2) de communication inactive et son circuit de résonance (7) ouvert, et, quand aucune réponse de l’équipement (S) électronique portable n’est reçue par le dispositif (3), l’équipement (S) est considéré comme élément métallique parasite.
10. 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, quand le dispositif (3) comprend au moins une antenne de rechargement (13) par induction émettant un champ magnétique à une basse fréquence sélectionnée entre 30 à 300 kHz, après une détection de présence de l’équipement (S) électronique portable par le dispositif (3), ladite au moins une antenne de rechargement (13) envoie un signal numérique comportant une trame de questionnement de compatibilité de rechargement basse fréquence vers l’équipement (S) électronique portable, un rechargement par induction débutant après réception d’une réponse de compatibilité effective de l’équipement (S) électronique portable pour le rechargement.
11. 11. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (3) de détection d’approche d’un équipement (S) électronique portable et de communication en champ proche avec l’équipement (S) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.