FR3136121A1 - Carte sans contact téléalimentée - Google Patents
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Abstract
Carte sans contact téléalimentée La présente description concerne un dispositif électronique destiné à être connecté à une antenne (9) de capture d'un champ électromagnétique modulé en amplitude, comprenant un premier circuit électronique (30) comprenant un élément capacitif à capacité variable et configuré pour coupler ledit élément capacitif à l'antenne, et pour, par itérations successives, mesurer un premier signal analogique (I_sense) représentatif de la variation de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ou de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne, et modifier la capacité dudit élément capacitif jusqu'à ce que l'amplitude la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne soit maximale. Figure pour l'abrégé : Fig. 3
Description
La présente description concerne de façon générale les cartes sans contact téléalimentées, c'est-à-dire des cartes destinées à échanger des données avec un terminal dont elles tirent leur alimentation.
Le terminal émet un champ magnétique qui est capté par une antenne de la carte sans contact téléalimentée. L'alimentation de la carte sans contact est obtenue à partir du signal capté par l'antenne. Des données peuvent être échangées entre la carte sans contact et le terminal par modulation du champ magnétique émis par le terminal.
Il est généralement souhaitable que le signal capté par l'antenne de la carte sans contact ait l'amplitude la plus élevée possible pour une amplitude donnée du champ magnétique émis par le terminal, notamment pour assurer de bonnes performances de fonctionnement de la carte sans contact, notamment concernant la qualité de la démodulation de données par la carte sans contact. Dans ce but, on cherche généralement à ce que la carte sans contact soit "accordée" avec le terminal, ce qui signifie que la fréquence de résonance de l'ensemble comprenant la carte sans contact et le terminal soit proche ou égale à la fréquence du champ émis par le terminal. Cette fréquence de résonance dépend notamment de la valeur de l’inductance, et au deuxième ordre de la capacité, de l'antenne de la carte sans contact.
Toutefois, les procédés de fabrication actuels des cartes sans contact entraînent une imprécision importante sur la capacité des antennes des cartes sans contact, et donc une imprécision importante sur la fréquence de résonance de l'ensemble comprenant la carte sans contact et le terminal. Il est alors nécessaire de tenir compte de cette imprécision lors de la conception des cartes sans contact pour assurer le bon fonctionnement de la carte sans contact même lorsque la carte sans contact n'est pas correctement accordée avec le terminal.
Un objet d'un mode de réalisation est de prévoir un dispositif électronique pour carte sans contact téléalimentée palliant tout ou partie des inconvénients des dispositifs électroniques existants.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif électronique destiné à être connecté à une antenne de capture d'un champ électromagnétique modulé en amplitude, comprenant un premier circuit électronique comprenant un élément capacitif à capacité variable et configuré pour coupler ledit élément capacitif à l'antenne, et pour, par itérations successives, mesurer un premier signal analogique représentatif de la variation de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ou représentatif de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne, et modifier la capacité dudit élément capacitif jusqu'à ce que l'amplitude la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne soit maximale.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de modification de la fréquence de résonance d'un dispositif électronique destiné à être connecté à une antenne de capture d'un champ électromagnétique, le dispositif électronique comprenant un élément capacitif à capacité variable et configuré pour coupler ledit élément capacitif à l'antenne, le procédé comprenant la répétition des étapes suivantes par le premier circuit électronique :
- mesure d'un premier signal analogique représentatif de la variation de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ou représentatif de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ; et
- modification par itérations successives de la capacité dudit élément capacitif jusqu'à ce que la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne soit maximale.
- mesure d'un premier signal analogique représentatif de la variation de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ou représentatif de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ; et
- modification par itérations successives de la capacité dudit élément capacitif jusqu'à ce que la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne soit maximale.
Selon un mode de réalisation, le dispositif électronique comprend un deuxième circuit électronique de fourniture d'un deuxième signal analogique par redressement et filtrage de la tension aux bornes de l'antenne.
Selon un mode de réalisation, le deuxième signal analogique est un courant et le premier signal analogique est un courant proportionnel au deuxième signal analogique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif ou le procédé comprend la fourniture, par un cinquième circuit, d'un troisième signal binaire à partir de la démodulation du deuxième signal analogique.
Selon un mode de réalisation, le premier circuit électronique comprend :
- un capteur configuré pour mesurer le premier signal analogique ;
- un convertisseur analogique/numérique configuré pour convertir le premier signal analogique en un premier signal numérique ;
- un troisième circuit électronique de fourniture d'un deuxième signal numérique à partir du premier signal numérique ; et
- un quatrième circuit électronique comprenant l'élément capacitif à capacité variable à l'antenne et configuré pour modifier la capacité dudit élément capacitif à partir du deuxième signal numérique.
- un capteur configuré pour mesurer le premier signal analogique ;
- un convertisseur analogique/numérique configuré pour convertir le premier signal analogique en un premier signal numérique ;
- un troisième circuit électronique de fourniture d'un deuxième signal numérique à partir du premier signal numérique ; et
- un quatrième circuit électronique comprenant l'élément capacitif à capacité variable à l'antenne et configuré pour modifier la capacité dudit élément capacitif à partir du deuxième signal numérique.
Selon un mode de réalisation, le quatrième circuit électronique comprend un convertisseur numérique/analogique à réseau de capacités.
Selon un mode de réalisation, le quatrième circuit électronique comprend un condensateur à capacité variable.
Selon un mode de réalisation, le troisième circuit électronique est configuré, par itérations successives, pour modifier le deuxième signal binaire et déterminer la variation résultante du premier signal binaire.
Un mode de réalisation prévoit également une carte à lecture sans contact comprenant une antenne et un dispositif électronique tel que défini précédemment.
Ces caractéristiques et 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 :
la représente un exemple d'une carte sans contact téléalimentée disposée au voisinage d'un terminal ;
la représente un mode de réalisation d'une carte sans contact téléalimentée disposée au voisinage d'un terminal ;
la représente un mode de réalisation plus détaillé de la carte sans contact de la ;
la représente un mode de réalisation d'un convertisseur numérique/analogique à condensateur de la carte sans contact de la ;
la représente un autre mode de réalisation du convertisseur numérique/analogique à condensateur de la carte sans contact de la ;
la représente un autre mode de réalisation du convertisseur numérique/analogique à condensateur de la carte sans contact de la ;
la représente un autre mode de réalisation du convertisseur numérique/analogique à condensateur de la carte sans contact de la ;
la représente un autre mode de réalisation du convertisseur numérique/analogique à condensateur de la carte sans contact de la ;
la représente un schéma par blocs d'un mode de réalisation d'un procédé d'ajustement de la fréquence de résonance mis en oeuvre par la carte sans contact de la ;
la représente un schéma par blocs d'un mode de réalisation plus détaillé du procédé de la ;
la représente des chronogrammes, obtenus par simulation, d'un signal analogique obtenu à partir du champ électromagnétique capté par l'antenne d'une carte sans contact et d'un signal binaire utilisé lors de la mise en oeuvre du mode de réalisation du procédé d'ajustement de la fréquence de résonance illustré en ; et
la représente des chronogrammes, analogues à ceux de la , pour trois cartes sans contact dont les antennes ont des inductances différentes.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. En outre, on considère ici que les termes "isolant" et "conducteur" signifient respectivement "isolant électriquement" et "conducteur électriquement".
De plus, on appelle "signal binaire" un signal qui alterne entre un premier état constant, par exemple un état bas, noté "0", et un deuxième état constant, par exemple un état haut, noté "1". Les états haut et bas de signaux binaires différents d'un même circuit électronique peuvent être différents. En pratique, les signaux binaires peuvent correspondre à des tensions ou à des courants qui peuvent ne pas être parfaitement constants à l'état haut ou bas.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Sauf précision contraire, les adjectifs numéraux ordinaux, tels que "premier", "deuxième", etc., sont utilisés seulement pour distinguer des éléments entre eux. En particulier, ces adjectifs ne limitent pas les modes de réalisation décrits à un ordre particulier de ces éléments.
La représente une carte sans contact téléalimentée 1 disposée au voisinage d'un terminal 3. Le terminal 3 comprend une antenne 5 et un circuit électronique 7. La carte sans contact 1 comprend une antenne 9 reliée à un circuit 11 de traitement de données par l'intermédiaire d'un circuit de mise en forme 13. Le terminal 3 émet un champ électromagnétique. Ainsi, quand la carte 1 est proche du terminal 3, elle est alimentée par l'antenne 9 et est susceptible de recevoir un signal 15 et d'émettre un signal 17.
Le terminal 3 émet un champ électromagnétique à une fréquence égale, par exemple, à 13,56 MHz, appelé onde porteuse par la suite. Durant une phase de transmission d'un signal du terminal 3 vers la carte 1, le terminal 3 module l'onde porteuse avec un signal de données, et l'onde porteuse modulée est reçue par l'antenne 9 de la carte 1 et le circuit de traitement 11 récupère le signal de données. A titre d'exemple, la transmission d'un signal du terminal 3 vers la carte 1 est réalisée par modulation en amplitude de l'onde porteuse, notamment par modulation en amplitude à 1 bit telle que définie par la norme ISO/IEC 14443. Le circuit de mise en forme 13 fournit un signal analogique VRECT au circuit de traitement 11 obtenu à partir du signal capté par l'antenne 9. Le signal analogique VRECT est démodulé par le circuit de traitement 11 pour la détermination d'un signal binaire. Durant une phase de transmission d'un signal de la carte 1 vers le terminal 3, le circuit de traitement 11 peut faire varier le courant qu'il consomme. Les variations de courant dans l'antenne 9 se traduisent par des variations de l'onde porteuse qui sont alors détectées par le terminal 3.
L'antenne 9 et l'ensemble des circuits électroniques de la carte 1 forme un circuit résonant. Il est souhaitable que la fréquence de résonance de ce circuit résonant soit égale ou proche de la fréquence de l'onde porteuse, afin de bénéficier du phénomène de résonance qui se traduit par une amplification la tension reçue par le circuit de traitement 11. Le circuit résonant de la carte 1 est alors dit accordé.
Les procédés de fabrication de cartes sans contact, notamment les procédés de fabrication de l'antenne 9 et des circuits électroniques de la carte 1 entraînent une dispersion importante de la fréquence de résonance des cartes 1 fabriquées selon un même procédé de fabrication.
La est une figure analogue à la et représente un mode de réalisation d'une carte sans contact téléalimentée 20 disposée au voisinage du terminal 3.
La carte 20 comprend l'ensemble des éléments de la carte 1 de la à la différence qu'elle comprend en outre un circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance de la carte 20 recevant un signal Sense provenant du circuit de traitement 11, et comprenant deux bornes de sortie couplées aux bornes de l'antenne 9.
La représente un schéma électrique de l'antenne 9, d’un mode de réalisation du circuit de mise en forme 13 et d'un mode de réalisation du circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance de la carte 20.
Selon un mode de réalisation, le circuit de mise en forme 13 comprend :
- un condensateur C1 couplé en parallèle aux bornes AC2 et AC1 de l'antenne 9 ;
- un pont redresseur 31, par exemple un pont à diodes, comprenant deux entrées couplées, de préférence connectées, respectivement aux bornes AC2 et AC1, une première sortie O1 fournissant le signal VRECT, qui dans le présent mode de réalisation correspond à une tension redressée, et une deuxième sortie O2 reliée à une source d'un potentiel de référence bas Gnd, par exemple la masse de la carte 20 ;
- un condensateur C2 ayant une première armature reliée, de préférence connectée, à la première sortie O1 du pont redresseur 31 et une deuxième armature reliée, de préférence connectée, à la source du potentiel de référence bas Gnd ;
- un pont diviseur de tension 32 comprenant par exemple deux résistances R1 et R2 en série entre la première sortie O1 du pont redresseur 31 et la source du potentiel de référence bas Gnd ;
- un transistor à effet de champ à grille isolée T1, également appelé transistor MOS (sigle anglais pour Metal Oxide Semiconductor), par exemple à canal N, dont le drain est relié, de préférence connecté, à la première sortie O1 du pont redresseur 31 et dont la source est reliée, de préférence connectée, à la source du potentiel de référence bas Gnd ; et
- un amplificateur de différence 33 comprenant une première entrée (+) reliée, de préférence connectée, à un noeud N entre les résistances R1 et R2, une deuxième entrée (-) recevant une tension de référence VREF, et une sortie reliée, de préférence connectée, à la grille du transistor T1.
- un condensateur C1 couplé en parallèle aux bornes AC2 et AC1 de l'antenne 9 ;
- un pont redresseur 31, par exemple un pont à diodes, comprenant deux entrées couplées, de préférence connectées, respectivement aux bornes AC2 et AC1, une première sortie O1 fournissant le signal VRECT, qui dans le présent mode de réalisation correspond à une tension redressée, et une deuxième sortie O2 reliée à une source d'un potentiel de référence bas Gnd, par exemple la masse de la carte 20 ;
- un condensateur C2 ayant une première armature reliée, de préférence connectée, à la première sortie O1 du pont redresseur 31 et une deuxième armature reliée, de préférence connectée, à la source du potentiel de référence bas Gnd ;
- un pont diviseur de tension 32 comprenant par exemple deux résistances R1 et R2 en série entre la première sortie O1 du pont redresseur 31 et la source du potentiel de référence bas Gnd ;
- un transistor à effet de champ à grille isolée T1, également appelé transistor MOS (sigle anglais pour Metal Oxide Semiconductor), par exemple à canal N, dont le drain est relié, de préférence connecté, à la première sortie O1 du pont redresseur 31 et dont la source est reliée, de préférence connectée, à la source du potentiel de référence bas Gnd ; et
- un amplificateur de différence 33 comprenant une première entrée (+) reliée, de préférence connectée, à un noeud N entre les résistances R1 et R2, une deuxième entrée (-) recevant une tension de référence VREF, et une sortie reliée, de préférence connectée, à la grille du transistor T1.
L'ensemble comprenant le pont diviseur de tension 32, l'amplificateur 33, et le transistor MOS T1 forme un circuit 34 de commande de l'impédance vue par l'antenne 9. Un tel circuit 34 de commande de l'impédance vue par l'antenne 9 ayant la structure représentée en correspond à un circuit de commande d'impédance d'antenne (en anglais antenna impedance manager) placé après le pont redresseur 31. Toutefois, le circuit 34 de commande de l'impédance vue par l'antenne 9 peut avoir une structure différente de celle représentée en . Il pourrait s'agir d'un circuit de commande d'impédance d'antenne placé avant le pont redresseur 31.
Selon un mode de réalisation, le circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance comprend :
- un circuit de mesure 35 fournissant un premier signal numérique S1 représentatif de la variation de puissance électrique reçue par l'antenne 9 ;
- un circuit de traitement 38 recevant le premier signal numérique S1 et fournissant un deuxième signal numérique S2, par exemple sous la forme de signaux binaires Bi, i étant un nombre entier variant de 1 à N, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, par exemple variant de 1 à 20, et égal à 3 à titre d'exemple en figue 3 ; et
- un convertisseur numérique/analogique (Capacitive DAC) 40 à condensateur recevant le deuxième signal numérique S2 et comprenant deux bornes de sortie reliées, de préférence connectées, respectivement aux bornes AC1 et AC2 de l'antenne 9 dans le mode de réalisation illustré en .
- un circuit de mesure 35 fournissant un premier signal numérique S1 représentatif de la variation de puissance électrique reçue par l'antenne 9 ;
- un circuit de traitement 38 recevant le premier signal numérique S1 et fournissant un deuxième signal numérique S2, par exemple sous la forme de signaux binaires Bi, i étant un nombre entier variant de 1 à N, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, par exemple variant de 1 à 20, et égal à 3 à titre d'exemple en figue 3 ; et
- un convertisseur numérique/analogique (Capacitive DAC) 40 à condensateur recevant le deuxième signal numérique S2 et comprenant deux bornes de sortie reliées, de préférence connectées, respectivement aux bornes AC1 et AC2 de l'antenne 9 dans le mode de réalisation illustré en
Dans le mode de réalisation illustré en , le circuit de mesure 35 comprend :
- un transistor MOS T2, par exemple à canal N, dont la grille est reliée, de préférence connectée, à la grille du transistor T1, dont la source est reliée, de préférence connectée, à la source du potentiel de référence bas Gnd, et dont le drain reçoit un courant I_sense ;
- un capteur 36 fournissant un signal analogique ΔI représentatif de la variation de l'intensité du courant I_sense, comprenant une entrée reliée, de préférence connectée, au drain du transistor T2 ; et
- un circuit 37, par exemple un convertisseur analogique/numérique, recevant le signal analogique ΔI et fournissant un signal numérique S1 correspondant à la conversion analogique/numérique de la variation ΔI de l'intensité du courant I_sense.
- un transistor MOS T2, par exemple à canal N, dont la grille est reliée, de préférence connectée, à la grille du transistor T1, dont la source est reliée, de préférence connectée, à la source du potentiel de référence bas Gnd, et dont le drain reçoit un courant I_sense ;
- un capteur 36 fournissant un signal analogique ΔI représentatif de la variation de l'intensité du courant I_sense, comprenant une entrée reliée, de préférence connectée, au drain du transistor T2 ; et
- un circuit 37, par exemple un convertisseur analogique/numérique, recevant le signal analogique ΔI et fournissant un signal numérique S1 correspondant à la conversion analogique/numérique de la variation ΔI de l'intensité du courant I_sense.
Le circuit 37 de fourniture du signal numérique S1, le circuit 38 de fourniture du signal numérique S2, et le convertisseur numérique/analogique 40 peuvent être cadencés par un signal d'horloge, non représenté. Le circuit 37 de fourniture du signal numérique S1 et le circuit 38 de fourniture du signal numérique S2 peuvent être cadencés par des signaux d'horloge de fréquence différentes. A titre d'exemple, le circuit 37 peut fournir des nouvelles valeurs du signal numérique S1 à une première fréquence et le circuit 38 peut fournir des nouvelles valeurs du signal numérique S2 à une deuxième fréquence inférieure strictement à la première fréquence.
Selon un mode de réalisation, le convertisseur numérique/analogique 40 est un convertisseur numérique/analogique à réseau de condensateurs, notamment un convertisseur à réseau unaire, un convertisseur à réseau binaire, ou un réseau C-2C. A titre d'exemple, le convertisseur numérique/analogique 40 fournit une valeur de capacité faible, de préférence une valeur de capacité nulle, lorsque le signal numérique reçu en entrée est à "0".
Les figures 4 à 7 représentent des modes de réalisation du convertisseur numérique/analogique 40 du type à réseau de condensateurs. Chacun de ces convertisseurs numérique/analogique 40 comprend des condensateurs et des interrupteurs SWi, chaque interrupteur SWiétant commandé par le signal binaire Bi, i variant de 1 à N. Chacun de ces convertisseurs numérique/analogique 40 comprend en outre deux bornes de sorties OUT1 et OUT2, la valeur de capacité fournie par le convertisseur 40 étant appliquée entre chaque borne de sortie OUT1 et OUT2 et la source du potentiel de référence bas Gnd ou directement entre les deux borne de sortie. Selon un mode de réalisation, la borne OUT1 peut être couplée, de préférence connectée, à la borne AC2 de l'antenne 9 et la borne OUT2 peut être couplée, de préférence connectée, à la borne AC1 de l'antenne 9.
En , le convertisseur numérique/analogique 40 est du type à réseau binaire. Ceci signifie qu'il utilise des condensateurs de capacités de différentes valeurs. Il comprend par exemple N+1 branches entre la borne OUT1 ou OUT2, une branche contenant un condensateur C0et chaque autre branche contenant un condensateur Cien série avec l'interrupteur SWi. Chaque condensateur Ci, i variant de 0 à N peut avoir une capacité égale à 2i*C.
En , le convertisseur numérique/analogique 40 est du type à réseau binaire. Il comprend par exemple pour chaque borne OUT1 et OUT2, N+1 branches entre la borne OUT1 ou OUT2 et la source du potentiel de référence bas Gnd, une branche contenant un condensateur C0et chaque autre branche contenant un condensateur Cien série avec l'interrupteur SWi. Chaque condensateur Ci, i variant de 0 à N peut avoir une capacité égale à 2i*C.
Sur les figures 6 et 7, le convertisseur numérique/analogique 40 est du type à réseau en échelle. Ceci signifie que le réseau de condensateurs forme une échelle avec un faible nombre de valeurs élémentaires de capacités. En particulier, le réseau peut être du type C-2C avec deux valeur élémentaires de capacités C et 2C. En , le réseau en échelle est disposé entre les bornes OUT1 et OUT2, tandis que, en , un réseau en échelle est disposé entre chaque borne OUT1 et OUT2 et la source du potentiel de référence bas Gnd.
La représente un mode de réalisation d'un convertisseur numérique/analogique 40 à condensateur comprenant un condensateur CAP à capacité variable dont les armatures sont reliées, de préférence connectées, respectivement aux bornes OUT1 et OUT2 et un convertisseur numérique/analogique en tension 41 recevant le signal numérique S2 et fournissant une tension COM analogique de commande de la capacité du condensateur CAP, la tension COM correspondant à la conversion numérique/analogique du signal numérique S2.
Le fonctionnement du circuit 13 de mise en forme représenté en est le suivant. La tension aux bornes de l'antenne 9 est redressée par le pont redresseur 31 et filtrée par le condensateur C2. L'amplificateur 33 fournit au transistor T1 une tension de grille proportionnelle à la différence entre la tension au noeud N, proportionnelle à la tension VRECT, et la tension de référence VREF. Le transistor T1, traversé par un courant IRECT, est donc plus ou moins passant selon la différence entre la tension au noeud N, et la tension de référence VREF.
La est un schéma par blocs d'un mode de réalisation d'un procédé de fonctionnement du circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance représenté en . Le fonctionnement du circuit 30 est basé sur le principe qu'une variation de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 de l'antenne 9 et donc des propriétés du circuit résonant de la carte 20 entraîne une augmentation ou une diminution de l'intensité moyenne du courant I_sense. Cette augmentation ou diminution est mesurée par le capteur 36. Lorsque l’augmentation du courant devient, petit à petit, nulle, l'intensité moyenne du courant I_sense atteint alors un maximum, la carte sans contact 20 étant alors accordée.
Selon un mode de réalisation, le circuit de traitement 38 modifie à une étape 45 le signal numérique S2, ce qui entraîne une variation de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 de l'antenne 9, et détermine, à une étape 46, de quelle façon varie le signal numérique S1, représentatif de la variation de l'intensité du courant I_sense, suite à la modification du signal numérique S2. Les étapes successives 45 et 46 sont répétées, le circuit 38 appliquant à l'étape 45 un algorithme de variation du signal numérique S2 tenant notamment compte de la variation du signal numérique S1 déterminée à l'étape 46, jusqu'à ce qu'un critère soit rempli, par exemple jusqu'à ce que la variation de l'intensité moyenne du courant I_sense atteigne une valeur nulle, ce qui signifie que l'on atteint alors un maximum.
Différents algorithmes de modification du signal numérique S2 peuvent être mis en oeuvre par le circuit 38. Selon un mode de réalisation, le circuit 38 applique un incrément de même signe au signal numérique 32 à chaque étape 46 tant que la variation résultante du signal numérique S1 déterminée à l'étape 45 correspond à une augmentation de la moyenne du courant I_sense. Selon un mode de réalisation, le circuit 38 peut déterminer la dérivée de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne 9 par rapport à la tension aux bornes de l'antenne et faire varier le signal numérique S2 jusqu'à ce que cette dérivée soit égale à zéro.
La fréquence à laquelle le procédé mis en oeuvre par le circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance est exécuté peut dépendre de l'application envisagée. Selon un mode de réalisation, le procédé mis en oeuvre par le circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance est exécuté une seule fois au cours du processus d'échanges de données entre la carte sans contact 20 et le terminal 3, par exemple au début du processus, ou plusieurs fois au cours du même processus d'échanges de données entre la carte sans contact 20 et le terminal 3.
Dans le mode de réalisation illustré en , le paramètre physique mesuré par le circuit de mesure 35 est le courant I_sense qui est sensiblement proportionnel au courant IRECT traversant le transistor T1. Le courant IRECT traversant le transistor T1 dépend de la tension VRECT entre le drain et la source du transistor T1, cette tension VRECT correspondant à la tension aux bornes de l'antenne 9 qui a été redressée et filtrée. C'est pourquoi les variations du courant I_sense sont représentatives de variations de la fréquence de résonance de la carte 20 si on considère que l'amplitude du champ électromagnétique capté par l'antenne 9 ne varie sensiblement pas au cours de l'exécution du procédé d'adaptation de la fréquence de résonance par le circuit 30. Toutefois, il est clair qu'un autre paramètre physique que le courant I_sense peut être utilisée, notamment selon la structure du circuit de mise en forme 13. Selon un mode de réalisation, le paramètre physique mesuré est la tension redressée et filtrée VRECT, une tension proportionnelle à la tension VRECT, le courant traversant l'antenne 9, un courant proportionnel au courant traversant l'antenne 9, la tension aux bornes de l'antenne 9, ou une tension proportionnelle à la tension aux bornes de l'antenne 9.
La est un schéma-bloc illustrant un mode de réalisation plus détaillé du procédé mis en oeuvre par le circuit de traitement 38.
A l'étape 50, le circuit de traitement 38 est commandé pour débuter une opération d'adaptation de la fréquence de résonance de la carte 20. Le procédé se poursuit à l'étape 52.
A l'étape 52, le circuit de traitement 38 commande une variation du signal numérique S2 qui entraîne une variation de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 de l'antenne 9. A titre d'exemple, en , l'étape 52 conduit à une augmentation (+ΔC) de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2. Ceci entraîne une variation du courant I_sense. Le procédé se poursuit à l'étape 54.
A l'étape 54, le circuit de traitement 38 analyse le signal S1 pour savoir si la variation du courant I_sense est positive ou négative et fournit en fonction du résultat un nouveau signal S2. On utilise un algorithme pour détecter de cette façon un maximum. Le procédé se poursuit à l'étape 56.
A l'étape 56, le circuit de traitement 38 détermine si l'opération d'adaptation est terminée. Si le circuit de traitement 38 détermine que l'opération d'adaptation n'est pas terminée, le procédé se poursuit à l'étape 52 lorsqu'une augmentation du courant a été déterminée à l'étape 54, ou se poursuit à une étape 58 lorsqu'une diminution du courant a été déterminée à l'étape 54.
A l'étape 58, le circuit de traitement 38 commande une variation du signal numérique S2 qui entraîne une diminution (-ΔC) de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2. Le procédé se poursuit à l'étape 54.
Les étapes 52, 58, 54, et 56 sont répétées jusqu'à ce que, à l'étape 56, le circuit de traitement 38 détermine que l'opération d'adaptation est terminée. Selon un mode de réalisation, à chaque étage 52 et 58, le même décalage positif ou négatif est appliqué au signal numérique S2, entraînant un même variation, positive ou négative, de la capacité appliquée par le circuit 40 entre les bornes AC1 et AC2 de l'antenne 9. Selon un autre mode de réalisation, à chaque étage 52 et 58, le décalage, positif ou négatif, appliqué au signal numérique S2 peut dépendre de la dernière variation mesurée du signal numérique S1 ou de dernières variations mesurées du signal numérique S1.
A l'étape 56, selon un mode de réalisation, l'arrêt de l'opération d'adaptation peut être interrompue par exemple lorsqu'une diminution de l'intensité moyenne du courant I_sense est déterminée après qu'une augmentation de l'intensité moyenne du courant I_sense a été déterminée, ce qui signifie que l'intensité moyenne du courant I_sense est passée par un maximum. Le circuit de traitement 38 peut alors commander le signal numérique S2 à la valeur pour laquelle l'intensité moyenne mesurée du courant I_sense est maximale. A titre de variante, il peut être souhaitable que le circuit de traitement 38 commande le signal numérique S2 à une valeur différente de la valeur pour laquelle l'intensité moyenne mesurée du courant I_sense est maximale. En effet, il peut être souhaitable que la fréquence de résonance de la carte 20 soit légèrement différente de la fréquence du champ électromagnétique émis par le terminal 10. A titre d'exemple, le circuit de traitement 38 peut alors commander le signal numérique S2 à une valeur décalée d'un décalage donné par rapport à la valeur pour laquelle l'intensité moyenne mesurée du courant I_sense est maximale.
A l'étape 56, selon un autre mode de réalisation, l'arrêt de l'opération d'adaptation peut être interrompue par exemple après un nombre donné de répétitions des étapes 52, 58, 54, et 56 au cours desquelles une augmentation de l'intensité moyenne du courant I_sense est toujours détectée.
Des premières simulations ont été réalisées. Pour les premières simulations, le circuit de traitement 11 et le circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance ont les structures représentées sur les figures 3 et 4 et le procédé mise en oeuvre par le circuit de traitement 38 correspond au procédé illustré en .
La représente, en fonction du temps, une courbe d'évolution du courant I_sense en partie haute de la et une courbe d'évolution du signal numérique S2 après conversion numérique/analogique en partie basse de la . Les instants t0, t1, t2, t3, et t4 sont des instants successifs.
Une opération d'adaptation de la fréquence de résonance débute à l'instant t0. Le circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance commande une augmentation d'une unité du signal S2, ce qui entraîne une augmentation de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 d'un incrément de capacité. Le circuit 30 détermine si l’intensité I-sense a augmenté ou diminué. A l'instant t1, le circuit 30 d'adaptation de la fréquence de résonance commande une nouvelle augmentation d'une unité du signal S2, ce qui entraîne une augmentation de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 d'un incrément de capacité. Le circuit 30 compare l'intensité moyenne du courant I_sense après l'instant t1 à l'intensité moyenne du courant I_sense avant l'instant t1 et détermine que l'intensité moyenne du courant I_sense a diminué.
A l'instant t2, le circuit 30 commande une diminution d'une unité du signal S2, ce qui entraîne une diminution de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 d'un incrément de capacité. Le circuit 30 compare l'intensité moyenne du courant I_sense après l'instant t2 à l'intensité moyenne du courant I_sense avant l'instant t2 et détermine que l'intensité moyenne du courant I_sense a augmenté.
Le circuit 30 commande alors, au cours dix itérations successives, une diminution d'une unité du signal S2, ce qui entraîne, à chaque fois, une diminution de la capacité appliquée entre les bornes AC1 et AC2 d'un incrément de capacité. Aux neuf premières itérations, une augmentation de l'intensité moyenne du courant I_sense est déterminée par le circuit 30, cette augmentation étant toutefois de moins en moins importante, et à la dixième itération une légère diminution de l'intensité moyenne du courant I_sense est déterminée par le circuit 30 après l'instant t3. Le circuit 30 détermine donc que l'intensité moyenne du courant I_sense est passée par un maximum. L'opération d'adaptation est alors terminée après que, à l'instant t4, circuit 30 a commandé une augmentation du signal S2 d'une unité.
Des deuxièmes simulations ont été réalisées. Pour les deuxièmes simulations, les circuits de traitement 11 et les circuits 30 d'adaptation de la fréquence de résonance ont les structures représentées sur les figures 3 et 4 et ne différent que par la structure de l'antenne 9. Le procédé mise en oeuvre par le circuit de traitement 38 correspond au procédé illustré en .
La représente, en fonction du temps :
- une courbe d'évolution de l'intensité I_ID du courant I_sense pour une configuration de l'antenne 9 qui permet l'obtention d'une fréquence de résonance initiale pour la carte 20 adaptée à la fréquence de l'onde porteuse ;
- une courbe d'évolution de l'intensité I_MAX du courant I_sense pour une configuration de l'antenne 9 entraînant une fréquence de résonance initiale maximale pour la carte 20 ;
- une courbe d'évolution de l'intensité I_MIN du courant I_sense pour une configuration de l'antenne 9 entraînant une fréquence de résonance initiale minimale pour la carte 20 ;
- une courbe d'évolution S2_ID du signal numérique S2, après conversion numérique/analogique, correspondant à l'intensité mesurée I_ID ;
- une courbe d'évolution S2_MAX du signal numérique S2, après conversion numérique/analogique, correspondant à l'intensité mesurée I_MAX ; et
- une courbe d'évolution S2_MIN du signal numérique S2, après conversion numérique/analogique, correspondant à l'intensité mesurée I_MIN.
- une courbe d'évolution de l'intensité I_ID du courant I_sense pour une configuration de l'antenne 9 qui permet l'obtention d'une fréquence de résonance initiale pour la carte 20 adaptée à la fréquence de l'onde porteuse ;
- une courbe d'évolution de l'intensité I_MAX du courant I_sense pour une configuration de l'antenne 9 entraînant une fréquence de résonance initiale maximale pour la carte 20 ;
- une courbe d'évolution de l'intensité I_MIN du courant I_sense pour une configuration de l'antenne 9 entraînant une fréquence de résonance initiale minimale pour la carte 20 ;
- une courbe d'évolution S2_ID du signal numérique S2, après conversion numérique/analogique, correspondant à l'intensité mesurée I_ID ;
- une courbe d'évolution S2_MAX du signal numérique S2, après conversion numérique/analogique, correspondant à l'intensité mesurée I_MAX ; et
- une courbe d'évolution S2_MIN du signal numérique S2, après conversion numérique/analogique, correspondant à l'intensité mesurée I_MIN.
Les instants t'0, t'1, t'2, t'3, et t'4 sont des instants successifs. Le procédé d'adaptation de la fréquence de résonance débute pour chaque deuxième simulation à l'instant t'0. Pour la configuration de l'antenne 9 entraînant une fréquence de résonance initiale pour la carte 20 adaptée à la fréquence de l'onde porteuse, le circuit 30 commande à l'instant t'0 une augmentation du signal numérique S2_ID, puis à l'instant t'1 une diminution du signal numérique S2_ID, pour enfin maintenir après l'instant t'2 le signal numérique S2_ID à la valeur qu'il avait avant l'instant t'0. Comme la carte 20 est déjà accordée au terminal 3, l'intensité moyenne du courant I_ID après l'instant t'2 est sensiblement la même qu'à l'instant t'0.
Pour la configuration de l'antenne 9 correspondant à l'intensité mesurée I_MIN, l'intensité moyenne du courant I_MIN juste avant l'instant t'0 est inférieure à l'intensité moyenne du courant I_ID juste avant l'instant t'0. Le circuit 30 commande à l'instant t'0 une augmentation du signal numérique S2_ID, qui se poursuit pendant neuf itérations successives jusqu'à l'instant t'3 auquel le circuit 30 commande une diminution du signal numérique S2_MIN, puis maintient le signal numérique S2_MIN à un niveau constant. La courbe d'évolution du courant I_MIN recouvre alors sensiblement la courbe d'évolution du courant I_ID.
Pour la configuration de l'antenne 9 correspondant à l'intensité mesurée I_MAX, l'intensité moyenne du courant I_MAX juste avant l'instant t'0 est inférieure à l'intensité moyenne du courant I_ID juste avant l'instant t'0. Le circuit 30 commande à l'instant t'0 une augmentation du signal numérique S2_MAX, puis à l'instant t'1 une diminution du signal numérique S2_MAX qui se poursuit pendant quatorze itérations successives jusqu'à l'instant t'4 après lequel le circuit 30 maintient le signal numérique S2_MIN à un niveau constant. La courbe d'évolution du courant I_MAX recouvre alors sensiblement la courbe d'évolution du courant I_ID.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L’homme de l’art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à l’homme de l’art. Dans le mode de réalisation décrit précédemment, le signal numérique S1 fourni par le circuit 37 est représentatif de la variation ΔI de l'intensité du courant I_sense. A titre de variante, le capteur peut être configuré mesurer directement l'intensité du courant I_sense et le circuit 37 peut être configuré pour fournir le signal numérique S1 représentatif de l'intensité du courant I_sense. Dans ce cas, la modification par itérations successives de la capacité dudit élément capacitif est réalisée jusqu'à ce que le signal numérique S1 soit maximum.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l’homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.
Claims (10)
- Dispositif électronique destiné à être connecté à une antenne (9) de capture d'un champ électromagnétique modulé en amplitude, comprenant un premier circuit électronique (30) comprenant un élément capacitif à capacité variable et configuré pour coupler ledit élément capacitif à l'antenne, et pour, par itérations successives, mesurer un premier signal analogique (ΔI ; I_sense) représentatif de la variation de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ou représentatif de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne, et modifier la capacité dudit élément capacitif jusqu'à ce que l'amplitude la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne soit maximale.
- Dispositif électronique selon la revendication 1, dans lequel le dispositif électronique comprend un deuxième circuit électronique (13) de fourniture d'un deuxième signal analogique (IRECT) par redressement et filtrage de la tension aux bornes de l'antenne (9).
- Dispositif électronique selon la revendication 2, dans lequel le deuxième signal analogique (IRECT) est un courant et dans lequel le premier signal analogique (I_sense) est un courant proportionnel au deuxième signal analogique.
- Dispositif électronique selon la revendication 2 ou 3, comprenant la fourniture, par un cinquième circuit (11), d'un troisième signal binaire à partir de la démodulation du deuxième signal analogique.
- Dispositif électronique selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le premier circuit électronique (30) comprend :
- un capteur (36) configuré pour mesurer le premier signal analogique (ΔI ; I_sense) ;
- un convertisseur analogique/numérique (37) configuré pour convertir le premier signal analogique (ΔI ; I_sense) en un premier signal numérique (S1) ;
- un troisième circuit électronique (38) de fourniture d'un deuxième signal numérique (S2) à partir du premier signal numérique ; et
- un quatrième circuit électronique (40) comprenant l'élément capacitif à capacité variable à l'antenne (9) et configuré pour modifier la capacité dudit élément capacitif à partir du deuxième signal numérique. - Dispositif électronique selon la revendication 5, dans lequel le quatrième circuit électronique (40) comprend un convertisseur numérique/analogique à réseau de capacités.
- Dispositif électronique selon la revendication 5, dans lequel le quatrième circuit électronique (40) comprend un condensateur à capacité variable.
- Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le troisième circuit électronique (38) est configuré, par itérations successives, pour modifier le deuxième signal binaire (S2) et déterminer la variation résultante du premier signal binaire (S1).
- Carte (20) à lecture sans contact comprenant une antenne (9) et un dispositif électronique selon l'une quelconque des revendication 1 à 8.
- Procédé de modification de la fréquence de résonance d'un dispositif électronique destiné à être connecté à une antenne (9) de capture d'un champ électromagnétique, le dispositif électronique comprenant un élément capacitif à capacité variable et configuré pour coupler ledit élément capacitif à l'antenne, le procédé comprenant la répétition des étapes suivantes par le premier circuit électronique (30) :
- mesure d'un premier signal analogique (ΔI ; I_sense) représentatif de la variation de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ou représentatif de la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne ; et
- modification par itérations successives de la capacité dudit élément capacitif jusqu'à ce que la puissance électrique instantanée reçue par l'antenne soit maximale
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