WO1997038395A1 - Objet électronique portatif pour l'echange d'informations a distance - Google Patents

Objet électronique portatif pour l'echange d'informations a distance Download PDF

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WO1997038395A1
WO1997038395A1 PCT/FR1997/000583 FR9700583W WO9738395A1 WO 1997038395 A1 WO1997038395 A1 WO 1997038395A1 FR 9700583 W FR9700583 W FR 9700583W WO 9738395 A1 WO9738395 A1 WO 9738395A1
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Jacky Bouvier
Yves Thorigne
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France Telecom
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    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/22—Capacitive coupling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs

Definitions

  • Portable electronic object in particular a memory card, for the remote exchange of information with a terminal by magnetic field modulation.
  • the invention relates to the remote exchange of information between a portable electrical object, in particular an electronic memory card or “chip” card, and a terminal by modulating the magnetic field generated by the terminal.
  • a portable electrical object in particular an electronic memory card or “chip” card
  • the magnetic field generated by the terminal is used to power the electronic components of the portable object, and to simultaneously transmit digital data by modulation.
  • modulation can be considered.
  • frequency or phase modulation is generally used for the transmission of information between the terminal and the object.
  • absorption modulation is generally used in the direction of a transmission from the portable object to the terminal.
  • amplitude modulation which offers the advantage of avoiding the use of phase locked loops and therefore leads to a simple system.
  • a difficulty in amplitude modulation transmission consists in being able to decorrelate correctly the transmitted data information, parasitic information resulting from the variation in the average level of the voltage recovered at the level of the card and caused by variations due to displacement. of the portable object in the magnetic field, in particular when the owner of the object stretches it towards the terminal then the distant.
  • the invention aims to provide a solution to this problem.
  • the invention therefore provides a portable electronic object, in particular a memory card, capable of exchanging information remotely with a terminal by modulating the magnetic field generated by the terminal.
  • this object comprises a filtering and comparison block comprising an input terminal for receiving, during a transmission of information between the terminal and the object, a voltage modulated in amplitude whose average level is likely to vary over time.
  • a voltage source delivers a first continuous and substantially constant bias voltage
  • a resistive / capacitive high-pass filter is connected between the input terminal and the voltage source, this filter having a cut-off frequency between the frequency of variation of the average level of the voltage and the modulation frequency.
  • a comparator is also provided, a first input of which is connected to the voltage source and a second input of which is connected to the terminal corresponding to the capacity and the resistance of the filter.
  • the filtering and comparison block thus makes it possible to eliminate the DC component of the voltage received at the input terminal, to center the modulation around the first bias voltage and to recover, at the output of the comparator, only the modulation, that is to say the information transmitted from the terminal.
  • a capacitor of low value for example 10 pF
  • a filter resistance of very high value by example 10 M ⁇ .
  • the resistance of the filter is preferably composed of two complementary field effect transistors, advantageously having a channel length greater than 100 microns.
  • the filtering and comparison block then comprises at least one auxiliary bias voltage source delivering an auxiliary bias voltage on the gate of one of the complementary transistors.
  • This auxiliary bias voltage is chosen so as to obtain a substantially zero DC voltage difference across the resistor. This makes it possible to maintain the balance of the transistors and to prevent them from depolarizing in the presence of excessively large variations in the level of the voltage received by the portable object.
  • the filtering and comparison block comprises two auxiliary bias voltage sources respectively delivering two auxiliary bias voltages on the two gates of the two complementary transistors, the auxiliary bias voltages being chosen so as to obtain a substantially zero DC voltage difference across the filter resistance.
  • this type of portable object comprises a primary rectification and stabilization block which delivers at the output a rectified and stabilized voltage. It is then particularly advantageous to use this stabilized voltage to obtain the necessary bias voltages. More specifically, it is possible to use divider bridge means connected between the output of the primary block and the ground, the resistances of which are low compared to the resistance of the high-pass filter. The dividing bridge connected between the stabilized voltage and the ground can thus be assimilated to substantially constant voltage sources and of very low impedances.
  • FIG. 2 illustrates the transmission of information by amplitude modulation
  • FIG. 3 very schematically illustrates a first embodiment of the object according to the invention
  • FIG. 4 schematically illustrates a second embodiment of an object according to the invention.
  • a portable object such as a memory card
  • a receiving antenna as well as a connected primary block to this antenna and ensuring in particular filtering rectification and stabilization functions.
  • Such a block then delivers a rectified supply voltage VNR and a stabilized rectified supply voltage VDD.
  • VNR rectified supply voltage
  • VDD stabilized rectified supply voltage
  • the average level NM of the recovered voltage VNR is susceptible to variations in accordance with the curve CO, during the movement of the portable object in the magnetic field.
  • the VNR voltage reaches its maximum level when the user approaches his card from the terminal. It has been observed that the variations due to the displacement of the card in the magnetic field have a maximum frequency of a few tens of hertz.
  • the voltage VNR is amplitude modulated around the average level NM (FIG. 2).
  • This modulated VNR voltage includes PC modulation peaks and CRX modulation dips corresponding to the different logic values of the bits transmitted.
  • a filter and comparison block BFC is used such as that illustrated in FIG. 3.
  • This block BFC comprises an input terminal BE receiving the voltage VNR delivered by the block primary BP, as well as a high pass filter FPH consisting of a resistive / capacitive network.
  • the common terminal of these two transistors TN and TP which is connected to a capacitor C connected to the terminal BE, is also connected to the inverting input of an analog comparator CP.
  • the other common terminal of these two transistors is connected to the other input of the comparator CP.
  • the common terminal of the resistors RI and R2 is connected to the gate of the transistor TN with channel N and delivers an auxiliary bias voltage PL2.
  • the common terminal of resistors R2 and R3 is connected to the common terminal of transistors TN and TP which is connected to the non-inverting input of the comparator.
  • the bias voltage delivered at this level by the divider bridge is referenced PLI.
  • resistors R3 and R4 which delivers an auxiliary bias voltage PL3 is connected to the gate of the transistor P channel.
  • the values of the resistors RI to R4 are respectively equal to 175 k ⁇ , 520 k ⁇ , 580 k ⁇ , and 350 k ⁇ .
  • the voltage source which delivers the bias voltage PLI can be considered as a substantially constant voltage source with low impedance.
  • the voltage PLI remains constant even when the voltage VNR varies significantly.
  • the values of the resistors of the divider bridge have also been adjusted so as to obtain auxiliary bias voltages PL2 and PL3 maintaining a good balance of the transistors, that is to say avoiding their depolarization.
  • the resistance values are adjusted so as to obtain an almost zero voltage difference at the drain / source terminals of the complementary transistors.
  • the FPH filter In operation, the FPH filter, whose cutoff frequency, typically 1.5 kHz, is less than the modulation frequency (10 kHz), is polarized by the polarization voltage PLI.
  • the DC component of the VNR voltage is suppressed by the capacitance C and the variation of the voltage VNR centered on the constant bias voltage PLI is recovered at the common resistive / capacitive terminal of the filter.
  • the modulation terminal VNR is recovered at the output terminal BS of the latter, which is processed in a conventional logic block BLL in order to extract the information transmitted therefrom.
  • the portable object also conventionally comprises a memory block BLM.
  • the BFC filtering and comparison block comprises a cascade of several high-pass filters FPH1-FPH3 with a structure identical to that of the FPH filter described with reference to FIG. 3.
  • These filters are all polarized by the voltages PLI, PL2 and PL3 and are mutually connected via analog buffers ("buffer" in English) each formed by an operational amplifier having its output looped back to its inverting input.
  • analog buffers buffer in English

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Abstract

La carte à mémoire comprend un bloc de filtrage et de comparaison (BFC) comportant une borne d'entrée (BE) pour recevoir, lors d'une transmission d'informations entre le terminal et la carte, une tension (VNR) modulée en amplitude dont le niveau moyen est susceptible de varier temporellement, une source de tension délivrant une première tension de polarisation (PL1) continue et sensiblement constante, un filtre passe-haut résistif/capacitif (FPH) connecté entre la borne d'entrée et la source de tension et ayant une fréquence de coupure comprise entre la fréquence de variation du niveau moyen de la tension et la fréquence de modulation, et un comparateur (CP) dont une première entrée est reliée à la source de tension et dont une deuxième entrée est reliée à la borne commune de la capacité et de la résistance du filtre.

Description

OBJECT ELECTRONIQUE PORTATI F POUR L' ECHANGE D ' INFORMATIONS A DISTANCE
Objet électronique portatif, en particulier une carte à mémoire, pour l'échange d'informations à distance avec un terminal par une modulation de champ magnétique.
L'invention concerne l'échange d'informations à distance entre un objet électrique portatif, en particulier une carte électronique à mémoire ou carte à "puce", et un terminal par une modulation du champ magnétique généré par le terminal. Dans ce genre d'échange de données à distance, le champ magnétique généré par le terminal sert à alimenter les composants électroniques de l'objet portatif, et à transmettre simultanément des données numériques par une modulation.
Différentes sortes de modulation peuvent être envisagées. Actuellement, on utilise généralement une modulation de fréquence ou de phase pour la transmission des informations entre le terminal et l'objet. Dans le sens d'une transmission de l'objet portatif vers le terminal, on utilise généralement une modulation par absorption. Pour une transmission depuis le terminal vers l'objet portatif, on peut également envisager un autre type de modulation, à savoir une modulation par amplitude ce qui offre l'avantage d'éviter d'utiliser des boucles à verrouillage de phase et conduit donc à un système simple.
Cependant, une difficulté de la transmission par modulation d'amplitude consiste à pouvoir décorréler correctement les informations de données transmises, des informations parasites résultant de la variation du niveau moyen de la tension récupérée au niveau de la carte et occasionnée par les variations dues au déplacement de l'objet portatif dans le champ magnétique, notamment lorsque le possesseur de l'objet tend celui-ci vers le terminal puis l'en éloigne.
L'invention vise à apporter une solution à ce problème. L'invention propose donc un objet électronique portatif, en particulier une carte à mémoire, capable d'échanger à distance des informations avec un terminal par une modulation du champ magnétique généré par le terminal. Selon une caractéristique générale de l'invention, cet objet comprend un bloc filtrage et de comparaison comportant une borne d'entrée pour recevoir, lors d'une transmission d'informations entre le terminal et l'objet, une tension modulée en amplitude dont le niveau moyen est susceptible de varier temporellement. Une source de tension délivre une première tension de polarisation continue et sensiblement constante, et un filtre passe-haut résistif/capacitif est connecté entre la borne d'entrée et la source de tension, ce filtre ayant une fréquence de coupure comprise entre la fréquence de variation du niveau moyen de la tension et la fréquence de modulation. Il est également prévu un comparateur dont une première entrée est reliée à la source de tension et dont une deuxième entrée est reliée à la borne cornmune de la capacité et de la résistance du filtre. Le bloc de filtrage et de comparaison permet ainsi d'éliminer la composante continue de la tension reçue au niveau de la borne d'entrée, de centrer la modulation autour de la première tension de polarisation et de récupérer, en sortie du comparateur, uniquement la modulation c'est-à-dire les informations transmises depuis le terminal. De façon à obtenir la fréquence voulue pour le filtre tout en optimisant l'encombrement des composants, il s'est avéré préférable de choisir une capacité de faible valeur, par exemple 10 pF, associée à une résistance de filtre de très forte valeur, par exemple 10 MΩ. La résistance du filtre est de préférence composée de deux transistors complémentaires à effet de champ, ayant avantageusement une longueur de canal supérieure à 100 microns. En combinaison, le bloc de filtrage et de comparaison comporte alors au moins une source de tension de polarisation auxiliaire délivrant une tension de polarisation auxiliaire sur la grille de l'un des transistors complémentaires. Cette tension de polarisation auxiliaire est choisie de façon à obtenir une différence de tension continue sensiblement nulle aux bornes de la résistance. Ceci permet de maintenir l'équilibre des transistors et d'éviter que ceux-ci se dépolarisent en présence de variations trop importantes du niveau de la tension reçue par l'objet portatif. Selon un mode préféré de réalisation, le bloc de filtrage et de comparaison comporte deux sources de tension de polarisation auxiliaires délivrant respectivement deux tensions de polarisation auxiliaires sur les deux grilles des deux transistors complémentaires, les tensions de polarisation auxiliaires étant choisies de façon à obtenir une différence de tension continue sensiblement nulle aux bornes de la résistance du filtre.
Généralement ce type d'objet portatif comprend un bloc primaire de redressement et de stabilisation qui délivre en sortie une tension redressée et stabilisée. Il est alors particulièrement avantageux d'utiliser cette tension stabilisée pour obtenir les tensions de polarisation nécessaires. Plus précisément, on peut utiliser des moyens de pont diviseur connectés entre la sortie du bloc primaire et la masse, dont les résistances sont faibles par rapport à la résistance du filtre passe-haut. Le pont diviseur connecté entre la tension stabilisée et la masse peut être ainsi assimilé à des sources de tension sensiblement constantes et d'impédances très faibles.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre très schématiquement la variation de la tension récupérée au niveau d'un objet portatif lors du déplacement de celui-ci dans le champ magnétique,
- la figure 2 illustre la transmission d'informations par modulation d'amplitude, - la figure 3 illustre très schématiquement un premier mode de réalisation de l'objet selon l'invention, et,
- la figure 4 illustre schématiquement un second mode de réalisation d'un objet selon l'invention.
Classiquement un objet portatif, tel qu'une carte à mémoire, comporte une antenne de réception ainsi qu'un bloc primaire connecté à cette antenne et assurant notamment des fonctions de redressement de filtrage et de stabilisation. Un tel bloc délivre alors une tension d'alimentation redressée VNR et une tension d'alimentation redressée stabilisée VDD. Comme illustré sur la figure 1, le niveau moyen NM de la tension récupérée VNR est susceptible de variations conformément à la courbe CO, lors du déplacement de l'objet portatif dans le champ magnétique. Ainsi, dans une application du type "portillon automatique", la tension VNR atteint son niveau maximum lorsque l'utilisateur approche sa carte du terminal. Il a été observé que les variations dues au déplacement de la carte dans le champ magnétique ont une fréquence maximum de quelques dizaines de hertz.
Pour la transmission des informations depuis le terminal vers la carte, la tension VNR est modulée en amplitude autour du niveau moyen NM (figure 2). Cette tension VNR modulée comporte des pics de modulation PC et des creux de modulation CRX correspondant aux différentes valeurs logiques des bits transmis.
Afin de bien décorréler les informations de données transmises, des informations parasites dues aux variations du niveau de tension, c'est-à-dire afin de bien faire la différence entre une variation du niveau de tension due à la modulation et une variation du niveau de tension due au déplacement de la carte dans le champ magnétique, on utilise un bloc de filtrage et de comparaison BFC tel que celui illustré sur la figure 3. Ce bloc BFC comporte une borne d'entrée BE recevant la tension VNR délivrée par le bloc primaire BP, ainsi qu'un filtre passe- haut FPH constitué d'un réseau résistif/capacitif.
La résistance du filtre est constituée ici de deux transistors complémentaires à effet de champ TN et TP réalisés en technologie CMOS et ayant chacun une longueur de canal au moins supérieure à
100 μm, de préférence de l'ordre de 150 μm.
La borne commune de ces deux transistors TN et TP, qui est reliée à une capacité C connectée à la borne BE, est également connectée à l'entrée inverseuse d'un comparateur analogique CP. L'autre borne commune de ces deux transistors complémentaires est reliée à l'autre entrée du comparateur CP.
Un pont diviseur formé de quatre résistances R1-R4 connectées en série entre la masse et la borne de sortie du bloc primaire (qui délivre également la tension stabihsée VDD), constitue trois sources de tension auxiliaires de polarisation.
Plus précisément, la borne commune des résistances RI et R2 est reliée à la grille du transistor TN à canal N et délivre une tension de polarisation auxiliaire PL2.
La borne commune des résistances R2 et R3 est reliée à la borne commune des transistors TN et TP qui est connectée à l'entrée non inverseuse du comparateur. La tension de polarisation délivrée à ce niveau par le pont diviseur est référencée PLI.
Enfin, la borne commune des résistances R3 et R4 qui délivre une tension de polarisation auxiliaire PL3 est reliée à la grille du transistor TP à canal P.
Alors que la tension VDD délivrée est de l'ordre de 3 V, les valeurs des résistances RI à R4 sont respectivement égales à 175 kΩ, 520 kΩ, 580 kΩ, et 350 kΩ.
Ces résistances sont faibles par rapport à la résistance drain/ source des transistors complémentaires qui est de l'ordre de 10 MΩ.
En conséquence, la source de tension qui délivre la tension de polarisation PLI peut être considérée comme une source de tension sensiblement constante à impédance faible. Il en résulte que la tension PLI demeure constante même lorsque la tension VNR varie de façon importante.
Par ailleurs, les valeurs des résistances du pont diviseur ont été également ajustées de façon à obtenir des tensions de polarisation auxiliaires PL2 et PL3 maintenant un bon équilibre des transistors c'est-à-dire évitant leur dépolarisation. En pratique, on ajuste les valeurs des résistances de façon à obtenir une différence de tension quasi nulle aux bornes drain/source des transistors complémentaires.
En fonctionnement, le filtre FPH, dont la fréquence de coupure, typiquement 1,5 kHz, est inférieure à la fréquence de la modulation (10 kHz), est polarisé par la tension de polarisation PLI . La composante continue de la tension VNR est supprimée par la capacité C et l'on récupère à la borne commune résistive/capacitive du filtre, la variation de la tension VNR centrée sur la tension de polarisation constante PLI.
Cette tension PLI étant par ailleurs également injectée dans le comparateur CP, on récupère à la borne de sortie BS de ce dernier la modulation de la tension VNR que l'on traite dans un bloc logique classique BLL afin d'en extraire les informations transmises. Bien entendu outre ce bloc logique classique BLL, l'objet portatif comporte également de façon classique un bloc mémoire BLM. Afin d'améliorer encore les performances du dispositif selon l'invention et d'obtenir une meilleure indépendance vis-à-vis des variations du niveau moyen de la tension d'alimentation, on peut utiliser avantageusement le mode de réalisation illustré sur la figure 4.
Plus précisément, sur ce mode de réalisation, le bloc de filtrage et de comparaison BFC comporte une cascade de plusieurs filtres passe-haut FPH1-FPH3 de structure identique à celle du filtre FPH décrit en référence à la figure 3. Ces filtres sont tous polarisés par les tensions PLI, PL2 et PL3 et sont mutuellement connectés par l'intermédiaire de tampons ("buffer" en langue anglaise) analogiques formés chacun d'un amplificateur opérationnel ayant sa sortie rebouclée sur son entrée inverseuse. La présence de ces tampons analogiques permet une diminution d'impédance jusqu'à une valeur de quelques kΩ.

Claims

REVENDICATIONS
1. Objet électronique portatif, en particulier une carte à mémoire, capable d'échanger à distance des informations avec un terminal par une modulation du champ magnétique généré par le terminal, caractérisé par le fait qu'il comprend un bloc de filtrage et de comparaison (BFC) comportant une borne d'entrée (BE) pour recevoir, lors d'une transmission d'informations entre le terminal et l'objet, une tension (VNR) modulée en amplitude dont le niveau moyen est susceptible de varier temporellement, une source de tension délivrant une première tension de polarisation (PLI) continue et sensiblement constante, un filtre passe-haut résistif/capacitif (FPH) connecté entre la borne d'entrée et la source de tension et ayant une fréquence de coupure comprise entre la fréquence de variation du niveau moyen de la tension et la fréquence de modulation, et un comparateur (CP) dont une première entrée est reliée à la source de tension et dont une deuxième entrée est reliée à la borne commune de la capacité et de la résistance du filtre.
2. Objet selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résistance du filtre est composée de deux transistors complémentaires à effet de champ (TN, TP), et par le fait que le bloc de filtrage et de comparaison comporte au moins une source de tension de polarisation auxiliaire délivrant une tension de polarisation auxiliaire (PL2) sur la grille de l'un des transistors complémentaires, ladite tension de polarisation auxiliaire étant choisie de façon à obtenir une différence de tension continue sensiblement nulle aux bornes de la résistance.
3. Objet selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le bloc de filtrage et de comparaison comporte deux sources de tensions de polarisation auxiliaires délivrant respectivement deux tensions de polarisation auxiliaires (PL2, PL3) sur les deux grilles des deux transistors complémentaires, les tensions de polarisation auxiliaires étant choisies de façon à obtenir une différence de tension continue sensiblement nulle aux bornes de la résistance.
4. Objet selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un bloc primaire (BP) de redressement et de stabilisation, connecté à l'antenne de l'objet portatif , et délivrant une tension redressée et stabilisée (VDD), et par le fait que les sources de tension de polarisation comportent des moyens de pont diviseur (Rl- R4) connectés entre la sortie du bloc primaire et la masse, dont les résistances sont faibles par rapport à la résistance du filtre passe-haut.
5. Objet selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de pont diviseur comprennent une première résistance (RI) connectée entre la sortie du bloc primaire et la grille de l'un des transistors complémentaires (TN), une deuxième résistance (R2) connectée en série entre la première résistance et l'une des bornes communes des deux transistors complémentaires, une troisième résistance (R3) connectée en série entre la deuxième résistance et la grille de l'autre transistor complémentaire, et une quatrième résistance (R4) connectée en série entre la troisième résistance et la masse, et par le fait que l'autre borne commune des deux transistors complémentaires est reliée à la deuxième entrée du comparateur.
6. Objet selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la longueur des canaux des transistors (TN, TP) est supérieure à 100 microns.
7. Objet selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une cascade de plusieurs filtres passe-haut (FPH1-FPH3) mutuellement connectés par des tampons analogiques (Al, A2), le premier filtre étant connecté à la borne d'entrée et le dernier filtre étant connecté à la deuxième entrée du comparateur.
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FR96/04178 1996-04-03

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