WO1998002840A1 - Demodulateur d'un signal recu dans une bobine par induction electromagnetique - Google Patents

Demodulateur d'un signal recu dans une bobine par induction electromagnetique Download PDF

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WO1998002840A1
WO1998002840A1 PCT/FR1997/001051 FR9701051W WO9802840A1 WO 1998002840 A1 WO1998002840 A1 WO 1998002840A1 FR 9701051 W FR9701051 W FR 9701051W WO 9802840 A1 WO9802840 A1 WO 9802840A1
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coil
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modulation
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PCT/FR1997/001051
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Michel Martin
Didier Serra
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Inside Technologies S.A.
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • 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

  • the present invention relates to the demodulation of an amplitude modulated signal, and more particularly to the demodulation of a signal received in a coil by electromagnetic induction.
  • the present invention relates to a demodulator of such a signal.
  • the transmission of digital data is made by inductive coupling and amplitude modulation, that is to say by means of a
  • FIG. 1 shows the electrical diagram
  • a terminal T for example a contactless smart card reader, is equipped with a transmission coil E forming with a capacitance C E a resonant circuit excited by a voltage Ve oscillating at
  • FIG. 2A represents the appearance of the voltage Ve, the half-waves of which are represented schematically by
  • the coding of digital data can be carried out in various ways.
  • the logic "0" can be coded by a modulation dip of duration Tm followed by a period of ** > no modulation of duration Tl, and the logic "1" coded by a period of non-modulation of duration T2
  • the message fragment that we see in figure? A once decoded, means "0100"
  • the module M for example the integrated circuit of a contactless smart card
  • the module M is equipped with a receiving coil L R forming with a capacitance C R a resonant circuit L R C R tuned to the transmitter circuit L E C E An induced voltage Vc oscillating at the carrier frequency
  • the induced voltage Vc represented by way of example in FIG. 2B, is the image of the excitation voltage Ve and its envelope e has maxima of alternating amplitude a- with minima corresponding to the modulation dips of 0 the excitation voltage.
  • the demodulation of the induced voltage Vc is ensured by a voltage demodulator 1 which delivers a demodulation logic signal S em represents in FIG. 2E
  • the signal S d em is - P ar example at 1 during the modulation dips
  • the signal Sdem is then applied to a decoder circuit (not shown) which delivers the message received in the form of a series of 1 and 0
  • the module M also includes a voltage limiter circuit 2
  • the limiter circuit 2 connected to the terminals of the coil L R , is triggers when the peak value of the voltage Vc reaches a limit Vcmax not to be exceeded (for example 18V in the case of a CMOS integrated circuit) and lets an alternating current Ip flow called load shedding current or limiting current
  • the limiting circuit 2 is essential for the protection of the input stage of the module M, the fact of limiting the voltage Vc represents a handicap for the good reception of the modulated signal in the event of r ort coupling
  • an objective of the present invention is to provide a demodulator circuit which can detect modulation dips of short duration Tm, even when the receiving coil is saturated in voltage, so as to achieve a high data transmission speed.
  • Another objective of the present invention is to provide a demodulator circuit offering an extended reception perimeter, for example of the order of 1 cm to 1.5 m around the emitting coil.
  • the present invention is firstly based on the fact that, when the coil is saturated in voltage due to the intervention of the limiter circuit, an amplitude modulation appears on the limiting current so that this can be used as a signal to be demodulated.
  • the general idea of the present invention is to provide a double demodulator comprising a first demodulator for detecting modulation dips in the induced voltage when the coil is not saturated in voltage (distance d large) and a second demodulator for detecting the modulation dips of the limiting current when the limiter circuit is triggered and the coil saturated in voltage (distance d small)
  • the modulation dips can thus be expected to be of short duration, the second demodulator taking over from the first demodulator when the latter this no longer detects a modulation dip on the induced voltage.
  • the present invention provides a demodulator of an amplitude modulated alternating signal received in a coil by electromagnetic induction, the coil being equipped with a voltage limiter circuit which is triggered when a voltage induced in the coil is greater than a predetermined threshold, the demodulator comprising a first demodulator for demodulating said induced voltage, delivering a first demodulation signal, a second demodulator for demodulating a limiting current appearing when the limiter circuit is triggered, delivering a second demodulation signal, and means for selecting at the output of the demodulator the first or the second demodulation signal.
  • the selection means are arranged to preferentially select the second demodulation signal when the limiter circuit is triggered and the limiting current greater than a predetermined current threshold.
  • the demodulator comprises means for locking the selection means when a modulation dip appears.
  • the locking means are arranged to lock the selection means for the duration of a modulation dip.
  • the locking means are arranged to lock the selection means during the reception of a message transmitted by means of the modulation of the alternating signal.
  • FIG. 1 schematically shows the conventional electric diagram of a data transmission system by modulating amplitude e- ⁇ electromagnetic induction
  • figures 2A through 2E described above represent various electrical signals from transmission and reception of amplitude modulated signal
  • FIG. 3 is the electrical diagram of a data transmission system by amplitude modulation and electromagnetic induction comprising a demodulator according to the invention
  • FIGS. 4A to 4E represent various electrical signals appearing in the system of FIG. 3 in the case of a data transmission made with a weak inductive coupling
  • FIGS. 5A to 5E represent various electrical signals appearing in the system of FIG. 3 in the case of a data transmission made with a strong inductive coupling
  • FIG. 6 is the electrical diagram of a selection circuit which controls the output of the demodulator of Figure 3
  • Figure 7 shows an alternative embodiment of the selection circuit of Figure 6
  • Figure 8 shows another variant of the selection circuit of FIG. 6.
  • FIG. 3 represents the input stage of an electronic module M, provided for the reception of an amplitude modulated signal emitted by a resonant circuit L E C E.
  • the input stage of the module M comprises a tuned circuit L R C R , at a distance d from the resonant circuit L E C E , a limiter circuit 10 of the induced voltage Vc present at the terminals of the coil L R , and a demodulator 50 according to the invention.
  • the potential reference that is to say the ground, is here given by a diode rectifier bridge Pd connected to the terminals of the coil L and delivering a rectified voltage Vdd used to supply the module M.
  • the limiter circuit 10 comprises , mounted head to tail, a circuit 10-1 limiting the positive half-waves Vcl of the induced voltage Vc and a circuit 10-2 limiting the negative half-waves Vc2.
  • the limiting circuit 10-1 comprises, between a terminal A1 of the Dobme L R and the ground, a resistor R2 in series with a zener diode Z mounted reversed The midpoint of these two elements is connected to the gate G of a PMOS transistor T3, the source S of which is connected to the terminal Al
  • the drain D of the transistor T3 is connected to ground via a resistor R3 and drives the gate G of an NMOS transistor T4 connected by its drain D to the terminal Al and by its source S to the terminal A2 of the coil L R
  • the limiting circuit 10-2 is of the same structure as the circuit 10-1 but is connected in reverse.
  • the transistor T4 lets through the positive alternation Ipl of a current Ip for limiting the voltage Vc then becomes non-conductive In the same way, the negative alternation Ip2 of the limiting current Ip crosses the limiting circuit 10-2 during d 'a negative alternation Vc2 of the induced voltage Vc.
  • the demodulator 50 comprises a first demodulator 20 for demodulating the voltage Vc and a second demodulator 30 for demodulating the limiting current Ip
  • the demodulator 20 has the function of detecting the modulation dips in the voltage induced when the coil L R is not saturated in voltage (distance d large) and the demodulator 30 to detect the modulation dips of the limiting current Ip when the limiter circuit 10 is tripped and the coil L R saturated in voltage (distance d small).
  • the effect of current modulation, of limitation Ip necessary for the operation of the demodulator 30, exists as long as the limiter circuit 10 does not clip the current Ip. In practice, therefore, transistors T4 and T4 ′ of the limiter circuit 10 of a sufficient size will be chosen to absorb the current Ip without saturation (within the limits of normal operating conditions).
  • the demodulator 20 operates here on the positive half-waves Vcl of the induced voltage Vc and comprises as input a diode Dl connected by its anode to the terminal Al of the coil L P.
  • the cathode of the diode Dl is connected to ground via an RC type circuit comprising a capacitance Cl in parallel with a resistor Ri, as well as to the gate G of a PMOS transistor TI whose source S is connected to the terminal Al.
  • a voltage Vcref imposed by the capacitance Cl and representative of the average value of the induced voltage Vc, the time constant of the circuit RlCl being chosen so that Vcref remains constant during the modulation troughs but follows the slow variations of Vc.
  • the diode Dl becomes conducting, the transistor TI closes and a voltage pulse appears on its drain D (the transistor TI functions as a comparator).
  • the drain D of the transistor TI forms the output of the demodulator 20 and delivers a pulsed signal Vul.
  • the pulsed signal Vul is sent to a shaping circuit 21 of the conventional type delivering a logic signal SV1 identical to the signal Sdem illustrated in FIG. 2 ⁇ .
  • the demodulator 20 can, optionally, be combined with a demodulator 20 ′ operating on the negative half-waves Vc2 of the voltage Vc, in order to detect the modulation dip with an accuracy of half a period d ⁇ the carrier frequency Fc.
  • the demodulator 20 ' connected between the terminal A2 of the coil L R and the ground, is identical to the demodulator 20 and is shown in the form of a block in dotted lines. It delivers a pulsed Vu2 signal transformed into a logic signal SV2 by a shaping circuit 21 '.
  • the signals SV1 and SV2 are added in a logic circuit 22 whose output delivers a combined signal SV.
  • the circuit 22 is produced so that the signal SV goes to 1 from the moment when the first of the two signals SV1 or SV2 goes to 1, and to 0 from the moment or the first of the two signals SV1 or SV2 goes to 0.
  • the demodulator 30 of the limiting current Ip receives here as a signal to demodulate the voltage VG4 present on the gate G of the transistor T4 of the limiting circuit 10-1, the transistor T4 controlling the positive alternation Ipl of the limiting current Ip.
  • the voltage VG4 0 is representative of the current Ipl, according to a linear, square or exponential relationship depending on the operating regime of the transistor T4, so that the use of this voltage as signal to be demodulated advantageously avoids a] out of a 5 current sensor.
  • the demodulator 30 has the same structure as the demodulator 20 and comprises at the input a diode D5 receiving on its anode the voltage VG4, a resistor R5, a capacitor C5 and a PMOS transistor T5 arranged like the elements Dl, RI, Cl and TI already described.
  • the demodulator 30 can, optionally, be combined with a demodulator 30 'of the same structure operating on the negative half-waves Ip2 of the current Ip
  • the demodulator 30' receives as input the gate voltage VG4 'of the transistor T4 'of the limiting circuit 10-2 and delivers a pulsed signal V ⁇ 2 sent in a shaping circuit 31'
  • the circuit 31 ' delivers a logic signal SI2 added to the signal SU in a circuit 32 whose output delivers a combined signal SI
  • the signals SV and SI, or the signals SV1 and SU if a single half wave demodulation is chosen are sent to the inputs of a multiplexer, or selector 40, controlled by a selection signal SELECT.
  • FIGS. 4A to 4E illustrate the operation of the demodulator 50 in the case of a weak coupling between the coils L E and L R (distance d large, for example of the order of around ten centimeters to more d 'a meter) and Figures 5A to 5E the operation of the demodulator 50 in the case of a strong coupling (small distance d, less than ten centimeters) More particularly, Figures 4A and 5A represent the curve of the induced voltage Vc in the two above-mentioned cases FIGS.
  • FIGS. 4B and 4C respectively represent the positive alternation Vcl of the induced voltage Vc and the pulsed signal Vul (the negative alternation Vc2 and the signal Vu2 being identical to Vcl and Vul to the half period)
  • FIGS. 5B and 5C respectively represent the voltage VG4 and the signal pulsed Vil
  • FIGS. 4D and 5D represent the logic signal SI and FIGS. 4E and 5E the logic signal SV in the two above-mentioned cases
  • the modulation dips of the voltage Vc are well marked (FIG. 4A)
  • the signal Vul ceases to draw during the modulation dips (FIG.
  • VG4 fails to exceed the Viref threshold voltage.
  • the logic signal SI passes to 1 at each dip in the modulation of the voltage VG4 and to 0 during the periods of non-modulation (FIG. 5D).
  • the demodulator 20 since the detection threshold Vcref of the voltage demodulator 20 automatically adjusts to the average value of the induced voltage Vc, the demodulator 20 works well when the distance d is large and the voltage Vc low.
  • the demodulator 50 according to the invention therefore makes it possible to cover an extended reception perimeter, within the limits of the power sent to the transmission coil L E.
  • the idea of the invention is to give priority to the demodulator 30 of the limiting current Ip when the limiting circuit 10 is triggered and the limiting current Ip is greater than a threshold Ips beyond which the modulation modulation dips the induced voltage Vc are likely to be altered.
  • the current Ip can be measured by means of a current sensor or, more advantageously, be deduced from the threshold voltage Viref of the demodulator 30 (FIG.
  • the selection circuit 60 represented in FIG. 6 simply comprises the selector 40 and a comparator 41 or "selection arbitrator" therefore the output delivers the signal SELECT.
  • the comparator 41 receives on its negative input the voltage Viref and on its positive input a reference voltage VRI representing the current threshold Ips, to be chosen according to the electrical characteristics of the system and of the coil L R.
  • the SELECT signal is at 1 and the output of the selector 40 delivers the demodulation signal in voltage SV. Otherwise, the selector 40 delivers the demodulation signal in co urant SI.
  • FIG. 7 represents an improved embodiment 70 of the selection circuit 60. Due to the reduction in the current Ip during the modulation dips, the comparator 41 could indeed switch during a modulation dip, so that the detection of the dip having started with one demodulator would end with the other demodulator To overcome this drawback , the selection is now locked during the modulation dips by means of a latching latch 42 (or “latch") which is triggered on the low level of its clock input CLK and delivering the SELECT signal.
  • the flip-flop 42 receives on its input D the output of the comparator 41 and on its clock input CLK the output of the selector 40 via an inverting gate 43.
  • FIG. 8 shows an embodiment 80 of the selection circuit in which the selection of one of the demodulation signals SV or SI is locked for the entire duration of reception of a message
  • This embodiment is based on the fact that, in practice, the variations in the distance d between the coils L R and L E are very slow compared to the duration of the messages, of the order of ten milliseconds For example, the movement of a user holding in his hand a contactless smart card, which moves the smart card closer to or farther away from the terminal with which the card is in the process of interacting, is very slow compared to the duration of a message We can therefore consider that the demodulator 20 or 30 selected
  • the advantage of this embodiment is to be able to block the demodulator 20 or 30 which was not selected at the start of the message, as well as the comparator 41, in order to reduce the consumption of the module M.
  • This embodiment involves an IS signal ("Instruction Start") generated by the module M when the start of a message is detected, the signal IS being by convention at 0 when no message is received and at 1 otherwise
  • the comparator 41 output is applied to the input D d 'a flip-flop 44 triggering on a falling clock face.
  • the clock input CLK of the flip-flop 44 receives the output of a NAND gate 45 receiving as input the output of the selector 40 and the signal IS inverted, or signal / IS.
  • the output of the comparator 41 is moreover applied to an input of a multiplexer 46, the other input of which receives the output Q of the flip-flop 44.
  • the multiplexer 46 is controlled by the signal / IS and its output delivers the signal SELECT. When the signal / IS is at 1 (no message received) and the output of the selector 40 at 0 (no modulation dip), the output of the multiplexer 46 copies the output of the comparator 41 and the gate 45 is at 1.
  • the circuit 80 is transparent and behaves like circuit 60 in FIG. 6.
  • the voltage demodulator 20 and the current demodulator 30 as they have been described operate according to the principle of demodulation by peak detection but could operate according to other known principles, for example by envelope detection ( by means of diodes and of an RC network) also had by synchronous detection
  • the demodulator 30 of the limiting current could receive as input a signal other than the control voltage VG4 of the transistor T4, for example a signal delivered by a current sensor.
  • the limiter circuit 10 is itself capable of any known embodiment.
  • the system described has a symmetrical structure with respect to ground due to the use of a rectifier bridge Pd for the supply of a supply voltage Vdd.

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Abstract

Démodulateur d'un signal alternatif modulé en amplitude reçu dans une bobine (LR) par induction électromagnétique, la bobine étant équipée d'un circuit (10) limiteur de tension se déclenchant lorsqu'une tension induite (Vc) dans la bobine est supérieure à un seuil prédéterminé (Vcmax), comprenant un premier démodulateur (20, 20') pour démoduler la tension induite (Vc), délivrant un premier signal de démodulation (SV), un deuxième démodulateur (30, 30') pour démoduler un courant de limitation (Ip) apparaissant lorsque le circuit limiteur (10) est actif, délivrant un deuxième signal de démodulation (SI), et des moyens (40 à 41) pour sélectionner le premier (SV) ou le deuxième (SI) signal de démodulation. Application notamment aux cartes à puce sans contact et aux étiquettes électroniques.

Description

DEMODULATEUR D'UN SIGNAL REÇU DANS UNE BOBINE PAR INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE
La présente invention concerne la démodulation d'un signal modulé en amplitude, et plus particulièrement la démodulation d'un signal reçu dans une bobine par induction électromagnétique. 5 La présente invention a pour objet un démodulateur d ' un tel signal .
Dans certaines réalisations, la transmission de données numériques est faite par couplage inductif et modulation d'amplitude, c'est-à-dire au moyen d'une
10 bobine d'émission excitée par une tension alternative modulée en amplitude et d'une bobine de réception recopiant par induction la tension d'excitation de la première bobine. Cette technique de transmission de données est utilisable quand la distance entre la bobine
15 d'émission et la bobine de réception est réduite, de l'ordre de quelques centimètres à quelques mètres. Elle convient particulièrement bien aux cartes à puce sans contact et aux étiquettes électroniques.
La figure 1 représente le schéma électrique
20 classique d'une transmission de données par induction et modulation d'amplitude. Un terminal T, par exemple un lecteur de cartes à puce sans contact, est équipé d'une bobine d'émission E formant avec une capacité CE un circuit résonnant excité par une tension Ve oscillant à
25 une fréquence porteuse Fp . Ce circuit résonnant LECE est cour --circuité par un interrupteur électronique I qui module l'amplitude de la tension d'excitation Ve . La figure 2A représente l'aspect de la tension Ve , dont les alternances sont représentées de façon schématique par
30 des traits verticaux. On y voit s'alterner des périodes où la tension Ve est maximale et des périodes de modulation de durée Tm, où la tension Ve est nulle. A partir d'une telle modulation d'amplitude, le codage des données numériques peut être réalisé de diverses manières Par exemple, le "0" logique peut être codé par un creux de modulation de durée Tm suivi d'une période de **> non modulation de durée Tl , et le "1" logique codé par une période de non modulation de durée T2 Dans ce cas, le fragment de message que l'on voit en figure ?A, une fois décodé, signifie "0100"
Au voisinage du terminal T se trouve un module
10 électronique M, par exemple le circuit intègre d'une carte à puce sans contact Le module M est équipe d'une bobine de réception LR formant avec une capacité CR un circuit résonnant LRCR accordé au circuit émetteur LECE Une tension induite Vc oscillant à la fréquence porteuse
15 Fp apparaît aux bornes de la bobine LR La tension induite Vc , représentée à titre d'exemple sur la figure 2B, est l'image de la tension d'excitation Ve et son enveloppe e présente des maxima d'amplitude alternant a-vec des minima correspondant aux creux de modulation de 0 la tension d'excitation. La démodulation de la tension induite Vc est assurée par un démodulateur de tension 1 qui délivre un signal logique de démodulation S em représente sur la figure 2E Par convention, le signal Sdem est- Par exemple à 1 pendant les creux de modulation
25 et à 0 pendant les périodes de non modulation Le signal Sdem est ensuite appliqué à un circuit décodeur (non représenté) qui délivre le message reçu sous forme d'une suite de 1 et de 0
Par ailleurs, comme l'amplitude de la tension
M) induite est susceptible de fluctue- dans de fortes proportions (de quelques volts α la centaine de volts) selon le couplage des bobines LF, LR, c'est à-dire selon la distance d séparant les bobines, le module M comprend également un cαrcuit 2 limiteur de tension Le circuit limiteur 2, connecté aux bornes de la bobine LR , se déclenche lorsque la valeur de crête de la tension Vc atteint une limite Vcmax à ne pas dépasser (par exemple 18V dans le cas d'un circuit intégré CMOS) et laisse circuler un courant alternatif Ip appelé courant de 5 délestage ou courant de limitation
Bien que le circuit limiteur 2 soit indispensable à la protection de l'étage d'entrée du module M, le fait de limiter la tension Vc représente un handicap pour la bonne réception du signal modulé en cas de rort couplage
10 entre les bobines LE et LR . En effet, quand le couplage augmente, l'énergie transmise à la bobine de réception LR augmente mais la tension induite Vc ne peut dépasser la valeur Vcmax imposée par le circuit limiteur 2, de sorte que la bobine atteint un état de saturation en tension. is Par "saturation en tension", on désigne le fait que les creux de modulation de la tension induite Vc s'estompent et peuvent même disparaître complètement si le couplage est très élevé. Pour fixer les idées, les f-gures 2C et 2D représentent l'aspect de la tension Vc en cas de fort
20 couplage. Dans le cas de la figure 2C, les écarts entre les maxima et les minima de la tension Vc sont trop faibles pour être détectés par le démodulateur 1 Dans le cas de la figure 2D, le couplage entre LF et LR est encore plus fort (distance d très courte) et l'on ne
2*î trouve plus aucune trace de modulation d amplitude sur l'enveloppe e de la tension induite Vc Dans les deux cas, le signal de démodulation Sdem reste à 0
Dans l'art antérieur, on pallie cet inconvénient en choisissant la durée Tm des creux de modulation de la
"Ht tension d'excitation Ve suffisamment longue pour que la bobine LR ait le temps de désaturer à chaque creux de modulation. Toutefois, cette solution présente l'inconvénient de ralentir considérablement la vitesse de transmission des données Ains , un objectif de la présente invention est de prévoir un circuit démodulateur qui puisse détecter des creux de modulation de courte durée Tm, même quand la bobine de réception est saturée en tension, de manière à atteindre une vitesse de transmission des données élevée. Un autre objectif de la présente invention est de prévoir un circuit démodulateur offrant un périmètre de réception étendu, par exemple de l'ordre de 1 cm à 1 , 5 m autour de la bobine émettnce. Pour atteindre ces objectifs, la présente invention se base tout d'abord sur le fait que, lorsque la bobine est saturée en tension en raison de l'intervention du circuit limiteur, une modulation d'amplitude apparaît sur le courant de limitation de sorte que celui-ci peut être utilisé comme signal à démoduler. Ainsi, l'idée générale de la présente invention est de prévoir un double démodulateur comprenant un premier démodulateur pour détecter les creux de modulation de la tension induite quand la bobine n'est pas saturée en tension (distance d grande) et un deuxième démodulateur pour détecter les creux de modulation du courant de limitation lorsque le circuit limiteur est déclenché et la bobine saturée en tension (distance d petite) Les creux de modulation peuvent ainsi être prévus de courte durée, le deuxième démodulateur prenant la relève du premier démodulateur lorsque celui-ci ne détecte plus de creux de modulation sur la tension induite.
Plus particulièrement, la présente invention prévoit un démodulateur d'un signal alternatif modulé en amplitude reçu dans une bobine par induction électromagnétique, la bobine étant équipée d'un circuit limiteur de tension se déclenchant lorsqu'une tension induite dans la bobine est supérieure à un seuil prédéterminé, le démodulateur comprenant un premier démodulateur pour démoduler ladite tension induite, délivrant un premier signal de démodulation, un deuxième démodulateur pour démoduler un courant de limitation apparaissant lorsque le circuit limiteur est déclenché, délivrant un deuxième signal de démodulation, et des moyens pour sélectionner à la sortie du démodulateur le premier ou le deuxième signal de démodulation.
Avantageusement, les moyens de sélection sont agencés pour sélectionner préférentiellement le deuxième signal de démodulation quand le circuit limiteur est déclenché et le courant de limitation supérieur à un seuil de courant prédéterminé.
Selon un mode de réalisation, le démodulateur comprend des moyens pour verrouiller les moyens de sélection lors de l'apparition d'un creux de modulation. Selon un mode de réalisation, les moyens de verrouillage sont agencés pour verrouiller les moyens de sélection pendant la durée d'un creux de modulation.
Selon un mode de réalisation, les moyens de verrouillage sont agencés pour verrouiller les moyens de sélection pendant la réception d'un message transmis au moyen de la modulation du signal alternatif.
Ces caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détails dans la description suivante d'un exemple de réalisation d'un démodulateur selon l'invention, en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 précédemment décrite représente de façon schématique le schéma électrique classique d'un système de transmission de données par modulation d'amplitude e-~ induction électromagnétique, les figures 2A à 2E précédemment décrites représentent divers signaux électriques d'émission et de réception du signal modulé en amplitude,
- la figure 3 est le schéma électrique d'un système de transmission de données par modulation d'amplitude et induction électromagnétique comprenant un démodulateur se on l'invention,
- les figures 4A à 4E représentent divers signaux électriques apparaissant dans le système de la figure 3 dans le cas d'une transmission de données faite avec un faible couplage inductif,
- les figures 5A à 5E représentent divers signaux électriques apparaissant dans le système de la figure 3 dans le cas d'une transmission de données faite avec un fort couplage inductif,
- la figure 6 est le schéma électrique d'un circuit de sélection qui pilote la sortie du démodulateur de la figure 3, la figure 7 représente une variante de réalisation du circuit de sélection de la figure 6, et la figure 8 représente une autre variante de réalisation du circuit de sélection de la figure 6.
La figure 3 représente l'étage d'entrée d'un module électronique M, prévu pour la réception d'un signal modulé en amplitude émis par un circuit résonant LECE . L'étage d'entrée du module M comprend un circuit accordé LRCR, à une distance d du circuit résonant LECE, un circuit limiteur 10 de la tension induite Vc présente aux bornes de la bobine LR, et un démodulateur 50 selon l'invention. La référence de potentiel, c'est-à-dire la masse, est ici donnée par un pont redresseur à diodes Pd connecté aux bornes de la bobine L et délivrant une tension redressée Vdd utilisée pour alimenter le module M. Le circuit limiteur 10 comprend, montés tête-bêche, un circuit 10-1 limiteur des alternances positives Vcl de la tension induite Vc et un circuit 10-2 limiteur des alternances négatives Vc2. Le circuit limiteur 10-1 comprend, entre une borne Al de la Dobme LR et la masse, une résistance R2 en série avec une diode zéner Z montée inversée Le point milieu de ces deux éléments est connecté à la grille G d'un transistor PMOS T3 dont la source S est connectée à la borne Al Le drain D du transistor T3 est connecté à la masse par 1 ' intermédiaire d'une résistance R3 et attaque la grille G d'un transistor NMOS T4 connecté par son drain D à la borne Al et par sa source S à la borne A2 de la bobine LR Le circuit limiteur 10-2 est de même structure que le circuit 10-1 mais est connecté en sens inverse. Il comprend entre la borne A2 de la bobine LR et la masse une diode zéner Z', une résistance R2 ' , un transistor PMOS T3 ' et une résistance R3 ' agencés comme décrit précédemment, et un transistor NMOS T4 ' connecté par son drain D à la borne A2 et par sa source S à la borne Al. Ainsi, lorsqu'une alternance positive Vcl de la tension induite Vc atteint la valeur de conduction Vz de la diode zéner Z, le transistor T3 devient conducteur et un courant circule dans la résistance R3. Une tension VG4 apparaît sur la grille du transistor T4 qui devient progressivement conducteur. Le transistor T4 laisse traverser l'alternance positive Ipl d'un courant Ip de limitation de la tension Vc puis redevient non conducteur De la même manière, l'alternance négative Ip2 du courant de limitation Ip traverse le circuit limiteur 10-2 au cours d'une alternance négative Vc2 de la tension induite Vc .
Selon l'invention, le démodulateur 50 comprend un premier démodulateur 20 pour démodulei la tension Vc et un deuxième démodulateur 30 pour démoduler le courant de limitation Ip Le démodulateur 20 a pour fonction de détecter les creux de modulation de la tension induite quand la bobine LR n'est pas saturée en tension (distance d grande) et le démodulateur 30 de détecter les creux de modulation du courant de limitation Ip lorsque le circuit limiteur 10 est déclenché et la bobine LR saturée en tension (distance d petite) . On notera ici que l'effet de modulation du courant, de limitation Ip, nécessaire au fonctionnement du démodulateur 30, existe tant que le circuit limiteur 10 n'écrête pas le courant Ip. En pratique, on choisira donc des transistors T4 et T4 ' du circuit limiteur 10 d'une dimension suffisante pour absorber sans saturation le courant Ip (dans les limites des conditions normales de fonctionnement).
Le démodulateur 20 fonctionne ici sur les alternances positives Vcl de la tension induite Vc et comprend en entrée une diode Dl connectée par son anode à la borne Al de la bobine LP . La cathode de la diode Dl est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un circuit de type RC comprenant une capacité Cl en parallèle avec une résistance Ri, ainsi qu'à la grille G d'un transistor PMOS TI dont la source S est connectée à la borne Al. Sur la grille G du transistor TI , on trouve une tension Vcref imposée par la capacité Cl et représentative de la valeur moyenne de la tension induite Vc , la constante de temps du circuit RlCl étant choisie de manière que Vcref reste constante pendant les creux de modulation mais suive les variations lentes de Vc . A chaque alternance positive Vcl, lorsque la tension Vc est supérieure à Vcref, la diode Dl devient passante, le transistor TI se ferme et une impulsion de tension apparaît sur son drain D (le transistor TI fonctionne comme un comparateur) . Le drain D du transistor TI forme la sortie du démodulateur 20 et délivre un signal puisé Vul. Le signal puisé Vul est envoyé dans un circuit de mise en forme 21 de type classique délivrant un signal logique SV1 identique au signal Sdem illustré en la figure 2Ξ.
Comme illustré sur la figure 3, le démodulateur 20 peut, de façon optionnelle, être combiné avec un démodulateur 20' fonctionnant sur les alternances négatives Vc2 de la tension Vc , afin de détecter les creux de modulation avec une précision d'une demi-période d≥ la fréquence porteuse Fc . Le démodulateur 20', connecté entre la borne A2 de la bobine LR et la masse, est identique au démodulateur 20 et est représenté sous 5 forme d'un bloc en traits pointillés. Il délivre un signal puisé Vu2 transformé en un signal logique SV2 par un circuit de mise en forme 21' . Les signaux SV1 et SV2 sont additionnés dans un circuit logique 22 dont la sortie délivre un signal combiné SV. Pour bénéficiei de
10 la démodulation double alternance, le circuit 22 est réalisé de manière que le signal SV passe à 1 dès 1 ' instant où le premier des deux signaux SV1 ou SV2 passe à 1, et à 0 dès l'instant ou le premier des deux signaux SV1 ou SV2 passe à 0.
15 Le démodulateur 30 du courant de limitation Ip reçoit ici comme signal à démoduler la tension VG4 présente sur la grille G du transistor T4 du circuit limiteur 10-1, le transistor T4 contrôlant l'alternance positive Ipl du courant de limitation Ip. La tension VG4 0 est représentative du courant Ipl, selon une relacion linéaire, au carré ou exponentielle selon le régime de fonctionnement du transistor T4 , de sorte que l'utilisation de cette tension comme signal à démoduler permet avantageusement d'éviter l'a]out d'un capteur de 5 courant. Le démodulateur 30 a la même structure que le démodulateur 20 et comprend en entrée une diode D5 recevant sur son anode la tension VG4 , une résistance R5 , une capacité C5 et un transistor PMOS T5 agencés comme les éléments Dl, RI, Cl et TI déjà décrits. Quand le
H) cncuit limiteur 10-1 est déclenché, une tension Viret représentative de la valeur moyenne de la tension VC4 (et par conséquent de la valeur moyenne du courant Ip) apparaît sur la grille G du transistor T5 et le drain D de ce transistor délivre un signal puisé Vil. Le signal
>5 Vil est envoyé dans un circuit classique 31 de mise en forme qui délivre un signal logique SU représentatif de la modulation du courant Ip
Comme dans le cas du démodulateur 20, le démodulateur 30 peut, de façon optionnelle, être combiné avec un démodulateur 30' de même structure fonctionnant sur les alternances négatives Ip2 du courant Ip Le démodulateur 30' reçoit en entrée la tension de grille VG4 ' du transistor T4 ' du circuit limiteur 10-2 et délivre un signal puisé Vι2 envoyé dans un circuit de mise en forme 31' Le circuit 31' délivre un signal logique SI2 additionné au signal SU dans un circuit 32 dont la sortie délivre un signal combiné SI
Selon l'invention, les signaux SV et SI, ou les signaux SV1 et SU si l'on choisit une démodulation simple alternance, sont envoyés sur les entrées d'un multiplexeur, ou sélecteur 40, piloté par un signal de sélection SELECT.
Les figures 4A à 4E illustrent le fonct • onnement du démodulateur 50 dans le cas d'un faible couplage entre les bobines LE et LR (distance d grande, par exen.ple de l'ordre de la dizaine de centimètres à plus d'un mètre) et les figures 5A à 5E le fonctionnement du démodulateur 50 dans le cas d'un fort couplage (distance d faible, inférieure à la dizaine de centimètres) Plus particulièrement, les figures 4A et 5A représentent la courbe de la tension induite Vc dans les deux cas susmentionnés Les figures 4B et 4C représentent respectivement l'alternance positive Vcl de la tension induite Vc et le signal puisé Vul (l'alternance négative Vc2 et le signal Vu2 étant identiques à Vcl et Vul à la demi période près) Les figures 5B et 5C représentent respectivement la tension VG4 et le signal pulεé Vil Enfin, les figures 4D et 5D représentent le signal logique SI et les figures 4E et 5E le signai logique SV dans les deux cas susmentionnés Lorsque le couplage entre les bobines est faible et que le circuit limiteur 10 ne fonctionne pas, les creux de modulation de la tension Vc sont bien marqués (figure 4A) Le signal Vul cesse de puiser pendant les creux de modulation (figure 4C) , un creux de modulation étant détecté lorsque la valeur de crête d'une alternance positive Vcl ne parvient pas à dépasser le seuil Vcref (figure 4B) Le signal logique SV passe a 1 à chaque creux de modulation et à 0 pendant les périodes de non modulation (figure 4D) . Par contre, le signal SI reste à 0 (figure 4E) , le circuit limiteur 10 n'étant pas déclenché
Lorsque le couplage entre les bobines est élevé et que le circuit limiteur 10 est déclenché, les creux de modulation de la tension Vc s'estompent (figure 5A) et le démodulateur de tension 20, 20' n'est plus utilisable, le signal SV restant à 0 (figure 5E) . Par contre, la tension VG4 représentative du courant de limitation Ip oscille et présente une modulation d'amplitude (figure 5B) détectée par le démodulateur 30 qui délivre le signal puisé Vil
(figure 5C) . Le signal Vil cesse de puiser pendant les creux de modulation de la tension VG4 , lorsque la tension
VG4 ne parvient pas à dépasser la tension de seuil Viref.
Le signal logique SI passe à 1 à chaque creux de modulation de la tension VG4 et à 0 pendant les périodes de non modulation (figure 5D) .
Ainsi, grâce à l'invention, il est toujours possible de sélectionner à la sortie du sélecteur 40 un signal de démodulation valable SV ou SI, que la bobine LR soit saturée en tension ou non II est donc possible de prévoir des creux de modulation de courte durée et d'atteindre une vitesse αe transmission des données élevée Par ailleurs, comme le seuil de détection Vcref du démodulateur de tension 20 s'ajuste automatiquement à la valeur moyenne de la tension induite Vc, le démodulateur 20 fonctionne bien quand la distance d est grande et la tension Vc faible. Le démodulateur 50 selon l'invention permet donc de couvrir un périmètre de réception étendu, dans les limites de la puissance envoyée dans la bobine d'émission LE .
On décrira maintenant en se référant aux figures 6, 7 et 8 divers exemples de réalisation d'un circuit de sélection dont le rôle est de sélectionner à la sortie du démodulateur 50 l'un des deux signaux de démodulation SV et SI. Ici, l'idée de l'invention est de donner la priorité au démodulateur 30 du courant de limitation Ip quand le circuit limiteur 10 est déclenché et que le courant de limitation Ip est supérieur à un seuil Ips au delà duquel les creux de modulation de la tension induite Vc sont susceptibles d'être altérés. Dans ce but, le courant Ip peut être mesuré au moyen d'un capteur de courant ou, plus avantageusement, être déduit de la tension de seuil Viref du démodulateur 30 (figure 3' qui est représentative de la valeur moyenne de la tension VG4 et par conséquent de la valeur moyenne du courant de limitation Ip. Ainsi, le circuit de sélection 60 représenté en figure 6 comprend simplement le sélecteur 40 et un comparateur 41 ou "arbitre de séleccion" donc lα sortie délivre le signal SELECT. Le comparateur 41 reçoit sur son entrée négative la tension Viref et sur son entrée positive une tension de référence VRI représentant le seuil de courant Ips, à choisir en fonction des caractéristiques électriques du système et de la bobine LR . Quand la tension Viref est inférieure au seuil VRI, le signal SELECT est à 1 et la sortie du sélecteur 40 délivre le signal de démodulation en tension SV . Dans le cas contraire, le sélecteur 40 délivre le signal de démodulation en courant SI .
La figure 7 représente un mode de réalisation perfectionné 70 du circuit de sélection 60. En raison de la diminution du courant Ip pendant les creux de modulation, le comparateur 41 pourrait en effet basculer au cours d'un creux de modulation, de sorte que la détection du creux ayant commencé avec un démodulateur se terminerait avec l'autre démodulateur Pour pallier cet inconvénient, la sélection est maintenant verrouillée pendant les creux de modulation au moyen d'une bascule à verrouillage 42 (ou "latch") se déclenchant sur niveau bas de son entrée d'horloge CLK et délivrant le signal SELECT. La bascule 42 reçoit sur son entrée D la sortie du comparateur 41 et sur son entrée d'horloge CLK la sortie du sélecteur 40 par l'intermédiaire d'une porte inverseuse 43. Quand la sortie du sélecteur 40 est à 1 (pas de creux de modulation; la bascule 42 est transparente et la sortie Q recopie la sortie du comparateur 41. Quand la sortie du sélecteur 40 passe à 1 (apparition d'un creux de modulation) l-*ι sortie de la porte î verseuse 43 passe à 0 et la sortie Q est verrouillée pour la durée du creux de modulation. La figure 8 représente un mode de réalisation 80 du circuit de sélection dans lequel la sélection de l'un des signaux de démodulation SV ou SI est verrouillée pendant toute la durée de réception d un message Ce mode de réalisation repose sur le fait que, dans la pratique, les variations de la distance d entre les bobines LR et LE sont très lentes devant la durée des messages, de l'ordre de la dizaine de millisecondes. Par exemple, le mouvement d'un utilisateur tenant dans sa main une carte à puce sans contact, qui rapproche ou éloigne la carte à pues du terminal avec lequel la carte est en tram de dialoguer, est très lent devant la durée d'un message On peut donc considérer que le démodulateur 20 ou 30 sélectionné par le comparateur 41 à l'instant de la détection du premier creux de modulation reste opérationnel pendant toute la durée du message. L'intérêt de ce mode de réalisation est de pouvoir bloquer le démodulateur 20 ou 30 qui n'a pas été sélectionné au début du message, ainsi que le comparateur 41, afin de diminuer la consommation du module M. Ce mode de réalisation fait intervenir un signal IS ("Instruction Start") généré par le module M lorsque le début d'un message est détecté, le signal IS étant par convention à 0 quand aucun message n'est reçu et à 1 dans le cas contraire La sortie du comparateur 41 est appliquée sur l'entrée D d'une bascule 44 se déclenchant sur front descendant d'horloge. L'entr e d'horloge CLK de la bascule 44 reçoit la sortie d'une porte NON ET 45 recevant en entrée la sortie du sélecteur 40 et le signal IS inversé, ou signal /IS. La sortie du comparateur 41 est par ailleurs appliquée sur une entrée d'un multiplexeur 46 dont l'autre entrée reçoit la sortie Q de la bascule 44. Le multiplexeur 46 est piloté par le signal /IS et sa sortie délivre le signal SELECT. Quand le signal /IS est à 1 (pas de message reçu) et la sortie du sélecteur 40 à 0 (pas de creux de modulation) , la sortie du multiplexeur 46 recopie la sortie du comparateur 41 et la porte 45 est à 1. Le circuit 80 est transparent et se comporte comme le circuit 60 de la figure 6. Quand un creux de modulation est détecté par le démodulateur 20, 30 sélectionné par le comparateur 41, la sortie du sélecteur 40 passe à 1 (SV et SI étant par convention à 1 quand un creux est détecté) et la sortie de la porte 45 passe à 0 La bascule 44 reçoit un ront descendant d'horloge CLK et mémorise sur sa sortie Q l'état du comparateur 41 Quand, ensuite, le signal /IS passe à 0, le multiplexeur 46 sélectionne la sortie Q et l'envoie sur l'entrée de sélection du sélecteur 40. Ainsi, l'état dans lequel se trouve le comparateur 41 à 1 ' instant où un creux de modulation apparaît est mémorisé pour toute la durée du message, jusqu'à l'instant ou le signal /IS repasse à 1. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que îa présente invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, le démodulateur de tension 20 et le démodulateur de courant 30 tels qu'ils ont été décrits fonctionnent selon le principe de la démodulation par détection de crête mais pourraient fonctionner selon d'autres principes connus, par exemple par détection d'enveloppe (au moyen de diodes et d'un réseau RC) eu encore par détection synchrone Par ailleurs, le démodulateur 30 du courant de limitation pourrait recevoir en entrée un autre signal que la tension de commande VG4 du transistor T4 , par exemple un signal délivré par un capteur de courant. D'autre part, le circuit limiteur 10 est lui-même susceptible de tout mode de réalisation connu. Enfin, le système décrit présente une structure symétrique vis à vis de la masse en raison de l'utilisation d'un pont redresseur Pd pour la fourniture d'une tension d'alimentation Vdd. Il va de soit que si le module était alimenté d'une autre manière, la structure générale du système pourrait être différente. La démodulation pourrait par exemple être faite entre les deux bornes Al, A2 de la boeme LA au lieu d'être réalisée sur des alternances positives ou négatives de la tension induite Vc .

Claims

REVENDICATIONS
1. Démodulateur (50) d'un signal alternatif modulé en amplitude reçu dans une bobine (LR) par induction électromagnétique, la bobine étant équipée d'un circuit (10) limiteur de tension se déclenchant lorsqu'une tension induite (Vc) dans la bobine est supérieure à un seuil prédéterminé (Vcmax) , caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier démodulateur (20, 20') pour démoduler ladite tension induite (Vc) , délivrant un premier signal de démodulation (SV) ,
- un deuxième démodulateur (30, 30') pour démoduler un courant de limitation (Ip) apparaissant lorsque le circuit limiteur (10) est déclenché, délivrant un deuxième signal de démodulation (SI), - des moyens (40, 41) pour sélectionner à la sortie du démodulateur le premier (SV) ou le deuxième (SI) signal de démodulation.
2. Démodulateur selon la revendication 1, dans lequel les moyens de sélection (40, 41) sont agencés pour sélectionner préférentiellement le deuxième signal de démodulation (SI) quand le circuit limiteur (10) est déclenché et le courant de limitation (Ip) supérieur à un seuil de courant (Ips) prédéterminé.
3. Démodulateur selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant des moyens (42, 43, 44, 45) pour verrouiller les moyens de sélection (40, 41) lors de l'apparition d'un creux de modulation.
4. Démodulateur selon la revendication 3, dans lequel les moyens de verrouillage (42, 43) sont agencés pour verrouiller les moyens de sélection pendant la durée d'un creux de modulation. ,-,
5 Démodulateur selon la revendication 3, dans lequel les moyens de verrouillage (44, 45, 46) sont agencés pour verrouiller les moyens de sélection pendant la réception d'un message transmis au moyen de la
5 modulation dudit signal alternatif
6. Démodulateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième démodulateur (30,
30') reçoit comme signal à démoduler une tension de commande (VG4, VG4 ' ) d'un transistor (T4, T4 ' ) contrôlant
10 le courant de limitation (Ip, Ipl, Ip2)
7 Démodulateur selon la revendication 6, dans lequel
- le deuxième démodulateur (30, 30') comprend des moyens (D5, T5) pour comparer l'amplitude de ladite
15 tension de commande (VG4) à une tension de référence variable (Viref) représentative de la valeur moyenne de la tension de commande (VG4) , et lesdits moyens de sélection comprennent un comparateur (41) recevant en entrée ladite tension de 20 référence variable (Viref) et une tension de référence (VRI) représentant ledit seuil de courant (Ips)
8. Démodulateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier démodulateur (20, 20') comprend des moyens (TI) pour comparer l'amplitude 25 de la tension induite (Vc) dans la bobine à une tension de référence variable (Vcref) représentative de la valeur moyenne de la tension induite.
9 Démodulateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier démodulateur (20,
K) 20') comprend un démodulateur (20) des alternances positives (Vcl) de la tension induite et un démodulateur (20') des alternances négatives Vc2) de la tension induite .
10 Démodulateur selon l'une des revendications !"> précédentes, dans lequel le deuxième démodulateur (30, 30') comprend un démodulateur (30) des a] ternances positives (Ipl) du courant de limitation (Ip) et un démodulateur (30') des alternances négatives (Ip2) du courant de limitation.
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