WO2004093341A1 - Dispositif et teletransmission par couplage inductif a modulation multi-niveaux - Google Patents

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WO2004093341A1
WO2004093341A1 PCT/FR2004/000842 FR2004000842W WO2004093341A1 WO 2004093341 A1 WO2004093341 A1 WO 2004093341A1 FR 2004000842 W FR2004000842 W FR 2004000842W WO 2004093341 A1 WO2004093341 A1 WO 2004093341A1
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circuit
input
modulation
voltage
output
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PCT/FR2004/000842
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English (en)
Inventor
Patrick Villard
Thierry Thomas
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/77—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for interrogation

Definitions

  • the invention relates to a remote transmission device comprising a portable object provided with an antenna coil inductively coupled to an antenna coil of a fixed station emitting an alternating magnetic field, the portable object comprising multilevel modulation means d a load impedance of the antenna winding of the portable object by binary data signals, to impose k different values on the load impedance, k being strictly greater than 2.
  • Inductive coupling is conventionally used for remote data transmission between a portable object, in particular of the card, ticket, label, etc. type, and a fixed station, for example constituted by a card reader, a label interrogator, etc. , in the field of object identification, access control, electronic toll collection, etc.
  • the portable object In most teletransmission devices of this type, the portable object is passive. It is therefore remotely powered by the fixed station, which has its own power supply circuit, via the inductive coupling which is produced by antennas formed by windings. These devices generally use the principle of load modulation. As shown in FIG. 1, when the portable object, for example constituted by a label 1, is placed close enough to the fixed station, constituted for example by a reader 2, so that there is inductive coupling, the windings d antenna 3 and 4 of label 1 and reader 2 behave like a transformer, of poor quality. The antenna coil 4 of reader 2 emitting an alternating magnetic field, the label 1 interacts on this magnetic field via its antenna coil 3 by emitting a secondary magnetic field, depending on the impedance of the connected circuits to the antenna coil 3.
  • a modification of the secondary impedance Z of this transformer can thus be detected by the reader 2, when it is sufficient in view of the sensitivity of the reader.
  • a binary data signal D controls the value of the impedance present at the terminals of the antenna winding 3 of label 1, the impedance Z being able to take two distinct values, respectively ZO and Z1 depending on whether the data signal D takes binary value 0 or binary value 1.
  • a capacitor Ce can be connected in parallel on the antenna coil 3 and the inductance Z, thus constituting a resonator, the impedance of which can be modified either by resistive modulation, that is to say by modification of the component resistive, either by capacitive modulation, that is to say by modification of the capacitive component of the resonator.
  • the modification of the impedance Z involves a modification of the amplitude of the voltage V across the terminals of the antenna winding 3 and, consequently, a modification of the current flowing through the antenna winding 3 and, therefore, of the magnetic field which 'he emits.
  • the binary data signal D thus modulates the amplitude of the voltage V at the terminals of the antenna winding 3, as shown in FIG. 2, this amplitude taking, for the same magnetic field coming from the reader 2, a first value when the data signal D takes the binary value 0 and a second value, lower than the first in FIG. 2, when the data signal D takes the binary value 1.
  • the latter preferably comprises, as shown in FIG. 3, a rectifying circuit 5, which can be constituted by a diode, a diode bridge or any suitable circuit, connected to the antenna coil output 3.
  • a DC voltage VDD is therefore produced at the output of the rectification circuit 5, from the voltage across the antenna coil 3, induced by the magnetic field emitted by the reader 2.
  • the magnetic field seen by the label 1 varies rapidly with the distance separating the label from the reader 2.
  • the electromotive force induced in the antenna winding 3 of the label 1 can thus vary in large proportions.
  • the label being essentially constituted by an integrated circuit connected to the antenna winding 3, this circuit is generally protected by means of voltage limitation at the terminals of the antenna winding, which makes it possible to use standard low voltage technologies , less expensive than high voltage technologies. It is known to use for this a shunt type regulation circuit, the principle of which is illustrated in FIG. 3.
  • the regulation circuit of FIG. 3 comprises a regulator 6 connected to the output of the rectification circuit 5 and controlling the value of a controlled variable impedance Ze, connected to the terminals of the antenna winding 3.
  • a controlled variable impedance Ze connected to the terminals of the antenna winding 3.
  • the regulator comprises a divider bridge, constituted by two resistors, R1 and R2, connected in series between the output of the rectifier circuit 5 and ground, and an amplifier 7, having an input connected to the midpoint of the divider bridge and another input connected to a reference voltage Vref.
  • the variable impedance is constituted by a transistor T, the control electrode of which is connected to the output of the amplifier 6.
  • the voltage VDD is thus regulated to a value close to Vref "(R1 + R2) / R1, which regulates and limits the voltage across the antenna winding 3.
  • a voltage, variable between two values E0 and E1 is interposed between the VDD output of the rectifier circuit 5 and the input of the regulator 6.
  • All the known teletransmission devices described above only allow binary data to be transferred with a reduced bit rate.
  • many potential applications for example biometric identification, require the transfer of a large amount of information, in a time which must remain low enough for a user to consider the transmission to be almost instantaneous.
  • Increasing the frequency of the data bit signal D could increase the bit rate.
  • such an increase would result in an increase in the necessary bandwidth.
  • an increase in bandwidth would require a reduction in the quality factor of the label, to the detriment of the performance of the remote power supply, due to a reduction in the coefficient of overvoltage of the RLC circuit.
  • the object of the invention is to provide a remote transmission device by inductive coupling which does not have these drawbacks, and more particularly a device having a high bit rate without significant modification of the bandwidth.
  • the portable object comprises a rectification circuit connected to the antenna winding of the portable object, a regulation circuit having a first input connected to the circuit output rectifier, a second input connected to a reference voltage and an output connected to a control input of a variable impedance, connected to the terminals of the antenna winding of the portable object, the modulation means comprising a modulation circuit acting on the level of an input voltage of the regulation circuit.
  • the multilevel modulation circuit imposes k different values on the reference voltage of the regulation circuit.
  • the multilevel modulation circuit imposes a voltage drop or inserts a voltage, which can take k distinct values, between the output of the rectification circuit and the first input of the regulation circuit.
  • FIG. 1 illustrates a teletransmission device with inductive coupling according to the prior art.
  • FIG. 2 represents the variations of the voltage V across the antenna winding of a reader of a device according to FIG. 1 as a function of the value of the binary data signal D.
  • Figures 3 to 6 show respectively the principle and alternative embodiments of a device according to the prior art, comprising a voltage regulation.
  • FIG. 7 illustrates a device with multilevel modulation.
  • FIG. 8 represents the variations of the voltage V at the terminals of the antenna winding of a reader of a device according to FIG. 7 as a function of the binary data signals.
  • FIG. 9 illustrates a first particular embodiment of a portable object of a device according to FIG. 7.
  • FIG. 10 represents an alternative embodiment of the modulation of a device according to FIG. 7.
  • FIGS. 11 and 12 illustrate two particular embodiments of a portable object, with voltage regulation and multilevel modulation, of a device according to the invention.
  • FIGS. 13 to 18 illustrate various variant embodiments of the modulation in a portable object according to FIG. 12.
  • the device shown in Figure 7 increases the bit rate, without significantly increasing the bandwidth.
  • This device is distinguished from the device of FIG. 1 by the fact that the load impedance of the antenna winding 3 can take k different values, Z1 ... Zk, k being strictly greater than 2.
  • the binary data signals are encoded, by any suitable means, in the form of n-bit words.
  • the data signals, in the form of n input signals B1 ... Bn, of one bit, are then applied, in parallel, to n control inputs of a load impedance circuit 9.
  • the bit rate can be multiplied by n compared to that of the device according to Figure 1, while maintaining the same transition rate from one amplitude to another of the voltage V and, consequently, a substantially identical bandwidth.
  • the n input bits, B1 ... Bn directly control the value of an impedance connected in parallel with the antenna coil 3.
  • the modulation circuit 9 comprises then dipoles which can be selectively connected to the antenna coil
  • a first resistive dipole comprising a resistor R in series with an electronic switch constituted by a transistor T1, of MOS type, the gate of which receives a first data bit B1, is connected in parallel on the antenna winding 3 and on an initial load resistance R0.
  • Second and third resistive dipoles respectively comprising resistors 2R and 4R and transistors T2 and T3, respectively controlled by bits B2 and B3, are also connected in parallel on the antenna winding 3. Each transistor is respectively conductive or blocked according to the binary value of bit B applied to its grid.
  • the load impedance can thus take 8 different values (RO, RO in parallel on R, on 2R, on 4R, on R and 2R, on R and 4R, on 2R and 4R, on R, 2R and 4R), each value of the load impedance corresponding to a particular amplitude of the voltage V.
  • a load transistor TO is connected in parallel on the antenna winding 3. Its gate is connected to 4 different bias voltages, V1 to V4, via 4 circuits of polarization.
  • Each bias circuit comprises two transistors connected in series and controlled respectively by the bit B1 or its complement B ⁇ and by the bit B2 or its complement B2. Complements of signals B1 and B2 are obtained, in a known manner, by inversion of signals B1 and B2.
  • the bits B1 and B2 control the transistors of the bias circuit connected to V1
  • the bits B1 and B2 control the transistors connected to V2
  • the bits B1 and B2 controlling the transistors connected to V3 and the bits B ⁇ and B2 the transistors connected to V4.
  • the control electrode of the charge transistor T0 can be connected to k different bias voltages by k bias circuits each comprising n transistors connected in series and controlled by the n input bits and their supplements.
  • the load impedance modulation circuit controls one of the voltages used by a regulation circuit, of the shunt type, comprising, as in FIG. 3, a rectification circuit 5, connected at the output of the antenna winding 3, a regulator 6 connected to the output of the rectification circuit 5 and controlling the value of a controlled variable impedance Ze, connected to the terminals of the antenna winding 3.
  • a modulation circuit 10 comprising n inputs receiving bits B1 to Bn respectively, controls the reference voltage Vref, imposing on it k different values, Vref 1 ... Vrefk, associated with k different words of n bits.
  • a modulation circuit 11 comprising n inputs receiving bits B1 to Bn respectively, is connected between the output of the rectification circuit 5 and the first input of the regulator 6.
  • the circuit modulation 11 causes a voltage drop which can take k different values, E1 ... Ek, associated with k different words of n bits.
  • the modulation circuit 11 comprises two transistors T4 and T5 connected in series between the output voltage VDD of the rectification circuit 5 and the first input of the regulator 6 and respectively controlled by two bits B1 and B2.
  • Different resistors, respectively R4 and R5, are connected in parallel on the transistors T4 and T5.
  • transistor T4 is conductive or blocked and the voltage drop across its terminals is zero or proportional to R4.
  • the voltage drop across the terminals of transistor T5 can be zero or proportional to R5.
  • the voltage drop across the modulation circuit 11 can thus take 4 different values, associated with the 4 different values of a 2-bit word.
  • the resistors R4 and R5 can be replaced by diodes each having a threshold voltage Vd.
  • a first diode D1 is connected in parallel to the transistor T4, while two diodes D2 and D3, connected in series , are connected in parallel on transistor T5.
  • the voltage drop across the modulation circuit 11 can thus take 4 values, 0, Vd, 2Vd or 3Vd, respectively associated with 4 different values of a 2-bit word.
  • the voltage across the antenna coil 3 is then regulated on 4 levels, corresponding respectively to Vref, Vref + Vd, Vref + 2Vd and Vref + 3Vd, associated with the 4 different values of a 2-bit word.
  • the modulation circuit 11 may comprise n transistors, respectively connected in parallel with n associated dipoles, causing different voltage drops across the terminals of the associated transistors when the latter are blocked, the n transistors being connected in series and comprising control electrodes constituting the control inputs of the modulation circuit.
  • the dipoles are constituted by diodes, i diodes in series are associated with a transistor associated with a control input of order i, i being between 1 and n.
  • the modulation circuit 11 illustrated in FIG. 15, three transistors, T6, T7 and T8, of MOS type and whose gate is connected to the drain, are connected in series between the output voltage VDD of the rectification circuit 5 and the first input of the regulator 6.
  • the bit B1 is connected to the substrate of a transistor T6, while the B2 is applied to the substrates of the two transistors T7 and T8.
  • the threshold voltage of a MOS transistor depending on its substrate potential, it is thus possible to modulate the threshold voltage of the transistors T6 to T8 and, consequently, the voltage drop across their terminals.
  • the voltage drop across the modulation circuit 11 can thus be modulated on 4 levels, associated with the 4 different values of a 2-bit word.
  • the modulation circuit 11 can comprise a plurality of transistors connected in series, each transistor, of MOS type, comprising a substrate, a gate, a drain connected to the gate and a source, a command input of order i modulation means, i being between 1 and n, being connected to the substrates of i transistors associated with this control input.
  • modulation circuit 11 it is also possible to replace the modulation circuit 11 by a modulation circuit 12, inserting, between the output of the rectification circuit 5 and the first input of the regulation circuit 6, a voltage having a predetermined value among k different values, associated respectively at k different words of n bits.
  • the modulation circuit 12 comprises n dipoles connected in series.
  • Each dipole only one of which is shown in FIGS. 16 and 17, comprises a voltage source, constituted by a battery 13 (FIG. 16) or by a preloaded capacitor 14 (FIG. 17), connected in series with a transistor T9 whose gate receives bit B1.
  • An additional transistor T10 is connected in parallel to the series circuit formed by the voltage source (13 or 14) and the transistor T9.
  • the gate of the additional transistor T10 is connected to the gate of the transistor T9 by an inverter circuit 15.
  • the voltage inserted by the modulation circuit 12 thus takes k levels, associated with the different words of n bits.
  • an energy source 16 preloaded at a predetermined voltage among k different values, associated respectively with k words of n bits, can be introduced between the output of the rectification circuit 5 and the first input of the regulation circuit 6.
  • the modulation circuit 17 then comprises the energy source 16, a circuit for charging the energy source, a switch 18 connecting the energy source 16 to the charging circuit during a phase and a switch 19 connecting the source of preloaded energy between the output of the rectification circuit 5 and the first input of the regulation circuit 6 during a modulation phase.
  • the load circuit comprises an analog-digital converter 20 whose inputs constitute the control inputs to which the n bits B1 to Bn are applied simultaneously.
  • the converter 20 thus charges the energy source 16 at a voltage depending on the word of n bits applied to its inputs and this voltage is then used, during the modulation phase.
  • the invention also applies when the rectification circuit is not ideal and / or if only a fraction of the output voltage of the rectification circuit 5 is applied to the input of the regulator 6.

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Abstract

Le dispositif de télétransmission comporte un objet portatif (1) muni d'un bobinage d'antenne (3) couplé inductivement à un bobinage d'antenne d'une station fixe (2). L'impédance de charge du bobinage d'antenne (3) de l'objet portatif est modulée sur k niveaux différents par un circuit de modulation (10) multiniveaux. Celui-ci agit sur le niveau d'une tension d'entrée d'un circuit de régulation dont la sortie contrôle une impédance variable (Ze), connectée aux bornes du bobinage d'antenne (3) de l'objet portatif. Dans une première variante, le circuit de modulation multiniveaux impose k valeurs différentes (Vref 1 ... Vrefk) à une tension de référence Vref du circuit de régulation (6). Dans d'autres variantes, il impose une chute de tension ou insère une tension, pouvant prendre k valeurs distinctes, entre la sortie (VDD) d'un circuit de redressement (5) et une entrée du circuit de régulation.

Description

Dispositif de télétransmission par couplage inductif à modulation multiniveaux
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un dispositif de télétransmission comportant un objet portatif muni d'un bobinage d'antenne couplé inductivement à un bobinage d'antenne d'une station fixe émettant un champ magnétique alternatif, l'objet portatif comportant des moyens de modulation multiniveaux d'une impédance de charge du bobinage d'antenne de l'objet portatif par des signaux binaires de données, pour imposer k valeurs différentes à l'impédance de charge, k étant strictement supérieur à 2.
État de la technique
Le couplage inductif est classiquement utilisé pour la télétransmission de données entre un objet portatif, notamment du type carte, billet, étiquette, etc., et une station fixe, par exemple constituée par un lecteur de cartes, un interrogateur d'étiquettes, etc., dans le domaine de l'identification d'objets, du contrôle d'accès, du télépéage, etc.
Dans la plupart des dispositifs de télétransmission de ce type, l'objet portatif est passif. Il est donc télé-alimenté par la station fixe, qui comporte son propre circuit d'alimentation en énergie, par l'intermédiaire du couplage inductif qui est réalisé par des antennes constituées par des bobinages. Ces dispositifs utilisent généralement le principe de la modulation de charge. Comme représenté à la figure 1 , lorsque l'objet portatif, par exemple constitué par une étiquette 1 , est disposé suffisamment près de la station fixe, constituée par exemple par un lecteur 2, pour qu'il y ait couplage inductif, les bobinages d'antenne 3 et 4 de l'étiquette 1 et du lecteur 2 se comportent comme un transformateur, de mauvaise qualité. Le bobinage d'antenne 4 du lecteur 2 émettant un champ magnétique alternatif, l'étiquette 1 interagit sur ce champ magnétique par l'intermédiaire de son bobinage d'antenne 3 en émettant un champ magnétique secondaire, dépendant de l'impédance des circuits connectés au bobinage d'antenne 3. Ceci induit une tension détectable dans le bobinage d'antenne 4 du lecteur. Une modification de l'impédance Z au secondaire de ce transformateur peut ainsi être détectée par le lecteur 2, lorsqu'elle est suffisante au vu de la sensibilité du lecteur. Un signal de données binaire D contrôle la valeur de l'impédance présente aux bornes du bobinage d'antenne 3 de l'étiquette 1 , l'impédance Z pouvant prendre deux valeurs distinctes, respectivement ZO et Z1 selon que le signal de données D prend la valeur binaire 0 ou la valeur binaire 1.
Une capacité Ce peut être connectée en parallèle sur le bobinage d'antenne 3 et l'inductance Z, constituant ainsi un résonateur, dont l'impédance peut être modifiée soit par modulation résistive, c'est-à-dire par modification de la composante résistive, soit par modulation capacitive, c'est-à-dire par modification de la composante capacitive du résonateur. La modification de l'impédance Z entraîne une modification de l'amplitude de la tension V aux bornes du bobinage d'antenne 3 et, en conséquence, une modification du courant parcourant le bobinage d'antenne 3 et, donc, du champ magnétique qu'il émet. Le signal de données binaire D module ainsi l'amplitude de la tension V aux bornes du bobinage d'antenne 3, comme représenté à la figure 2, cette amplitude prenant, pour un même champ magnétique en provenance du lecteur 2, une première valeur lorsque le signal de données D prend la valeur binaire 0 et une seconde valeur, inférieure à la première sur la figure 2, lorsque le signal de données D prend la valeur binaire 1.
Pour permettre la télé-alimentation de l'étiquette 1 , celle-ci comporte, de préférence, comme représenté à la figure 3, un circuit de redressement 5, qui peut être constitué par une diode, un pont de diodes ou tout circuit approprié, connecté à la sortie du bobinage d'antenne 3. Une tension continue VDD est donc produite à la sortie du circuit de redressement 5, à partir de la tension aux bornes du bobinage d'antenne 3, induite par le champ magnétique émis par le lecteur 2.
Le champ magnétique vu par l'étiquette 1 varie rapidement avec la distance séparant l'étiquette du lecteur 2. La force électromotrice induite dans le bobinage d'antenne 3 de l'étiquette 1 peut ainsi varier dans de grandes proportions. L'étiquette étant essentiellement constituée par un circuit intégré connecté au bobinage d'antenne 3, ce circuit est généralement protégé par des moyens de limitation de la tension aux bornes du bobinage d'antenne, ce qui permet d'utiliser des technologies basse tension standard, moins coûteuses que les technologies haute tension. Il est connu d'utiliser pour cela un circuit de régulation de type shunt, dont le principe est illustré à la figure 3. Le circuit de régulation de la figure 3 comporte un régulateur 6 connecté à la sortie du circuit de redressement 5 et contrôlant la valeur d'une impédance variable commandée Ze, connectée aux bornes du bobinage d'antenne 3. Dans le mode particulier de réalisation illustré à la figure 4, le régulateur comporte un pont diviseur, constitué par deux résistances, R1 et R2, connectées en série entre la sortie du circuit redresseur 5 et la masse, et un amplificateur 7, ayant une entrée connectée au point milieu du pont diviseur et une autre entrée connectée à une tension de référence Vref. L'impédance variable est constituée par un transistor T, dont l'électrode de commande est connectée à la sortie de l'amplificateur 6. La tension VDD est ainsi régulée à une valeur proche de Vref»(R1+R2)/R1 , ce qui régule et limite la tension aux bornes du bobinage d'antenne 3.
Une régulation de ce type peut cependant, en l'absence de précautions particulières, entrer en conflit avec une modulation du type illustré à la figure 1.
Plusieurs solutions ont été proposées pour résoudre ce problème :
Limiter la bande passante de la boucle de régulation, constituée par le circuit de redressement 5, le régulateur 6 et l'impédance variable commandée
Ze, de manière à ce que les variations de l'impédance commandée par le signal de données D soient trop rapides pour la régulation. Ceci est possible dans la mesure où les variations de champ sont dues à des mouvements, donc sont des variations basse fréquence.
Réaliser une modulation capacitive en déplaçant la fréquence de résonance du bobinage d'antenne de l'étiquette de part et d'autre de la fréquence du champ en fonction du signal de données D, de manière à maintenir constante la force électromotrice.
Utiliser une entrée du régulateur 6 pour réaliser la modulation par le signal de données D. Ceci peut, par exemple être réalisé en modulant la tension de référence Vref, qui peut prendre deux valeurs VrefO et Vrefl en fonction de la valeur du signal binaire de données D, comme représenté à la figure 5. Dans un autre mode de réalisation (FR-A-2776865), illustré à la figure 6, une tension, variable entre deux valeurs E0 et E1 , en fonction de la valeur du signal binaire de données D, est interposée entre la sortie VDD du circuit redresseur 5 et l'entrée du régulateur 6.
Tous les dispositifs de télétransmission connus décrits ci-dessus ne permettent le transfert de données binaires qu'avec un débit réduit. Or, de nombreuses applications potentielles, par exemple l'identification biométrique, nécessitent le transfert d'une quantité importante d'informations, dans un temps qui doit rester suffisamment faible pour qu'un utilisateur considère que la transmission est quasi-instantanée. Une augmentation de la fréquence du signal binaire de données D pourrait permettre d'augmenter le débit binaire. Cependant, une telle augmentation aurait pour conséquence une augmentation de la bande passante nécessaire. Or, une augmentation de la bande passante nécessiterait une réduction du facteur de qualité de l'étiquette, au détriment des performances de la télé-alimentation, en raison d'une réduction du coefficient de surtension du circuit RLC.
Le document WO-A-89/10030 décrit l'utilisation d'une modulation sur 4 niveaux de la résistance série du bobinage d'antenne d'une unité couplée inductivement à l'antenne d'une station fixe d'un dispositif de transmission de données. Cette modulation est réalisée par l'intermédiaire de transistors connectant sélectivement des résistances au bobinage d'antenne, sous le contrôle des données binaires à transmettre. Ce dispositif présente cependant un inconvénient. En effet, les impédances de charge dépendent du niveau du champ si celui-ci n'est pas constant.
Objet de l'invention
L'invention a pour but un dispositif de télétransmission par couplage inductif ne présentant pas ces inconvénients et, plus particulièrement un dispositif ayant un débit binaire élevé sans modification significative de la bande passante.
Selon l'invention, ce but est atteint par un dispositif selon les revendications annexées et, plus particulièrement, par le fait que l'objet portatif comporte un circuit de redressement connecté au bobinage d'antenne de l'objet portatif, un circuit de régulation ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit de redressement, une seconde entrée connectée à une tension de référence et une sortie connectée à une entrée de contrôle d'une impédance variable, connectée aux bornes du bobinage d'antenne de l'objet portatif, les moyens de modulation comportant un circuit de modulation agissant sur le niveau d'une tension d'entrée du circuit de régulation.
Selon un premier développement de l'invention, le circuit de modulation multiniveaux impose k valeurs différentes à la tension de référence du circuit de régulation.
Selon un autre développement de l'invention, le circuit de modulation multiniveaux impose une chute de tension ou insère une tension, pouvant prendre k valeurs distinctes, entre la sortie du circuit de redressement et la première entrée du circuit de régulation.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 illustre un dispositif de télétransmission à couplage inductif selon l'art antérieur.
La figure 2 représente les variations de la tension V aux bornes du bobinage d'antenne d'un lecteur d'un dispositif selon la figure 1 en fonction de la valeur du signal de données binaire D. Les figures 3 à 6 représentent respectivement le principe et des variantes de réalisation d'un dispositif selon l'art antérieur, comportant une régulation de tension.
La figure 7 illustre un dispositif à modulation multiniveaux. La figure 8 représente les variations de la tension V aux bornes du bobinage d'antenne d'un lecteur d'un dispositif selon la figure 7 en fonction des signaux de données binaires.
La figure 9 illustre un premier mode particulier de réalisation d'un objet portatif d'un dispositif selon la figure 7. La figure 10 représente une variante de réalisation de la modulation d'un dispositif selon la figure 7.
Les figures 11 et 12 illustrent deux modes particuliers de réalisation d'un objet portatif, avec régulation de tension et modulation multiniveaux, d'un dispositif selon l'invention. Les figures 13 à 18 illustrent diverses variantes de réalisation de la modulation dans un objet portatif selon la figure 12.
Description de modes particuliers de réalisation.
Le dispositif représenté à la figure 7 permet d'augmenter le débit binaire, sans augmenter de façon significative la bande passante. Ce dispositif se distingue du dispositif de la figure 1 par le fait que l'impédance de charge du bobinage d'antenne 3 peut prendre k valeurs différentes, Z1...Zk, k étant strictement supérieur à 2. Les signaux binaires de données sont codés, par tout moyen approprié, sous la forme de mots de n bits. Les signaux de données, sous la forme de n signaux d'entrée B1...Bn, d'un bit, sont alors appliqués, en parallèle, à n entrées de commande d'un circuit 9 d'impédance de charge. Les k valeurs différentes de l'impédance de charge sont ainsi associées à k différents mots de n bits, avec k=2n.
Les amplitudes de la tension V aux bornes du bobinage d'antenne 3 et du courant dans le bobinage d'antenne sont ainsi modulées sur k niveaux, par exemple sur 4 niveaux différents pour des données codées sous la forme de mots de 2 bits (n=2 et k=4) comme représenté à la figure 8. Le débit binaire peut être multiplié par n par rapport à celui du dispositif selon la figure 1 , tout en conservant le même rythme de transition d'une amplitude à l'autre de la tension V et, en conséquence, une bande passante sensiblement identique.
Dans les modes particuliers de réalisation des figures 9 et 10, les n bits d'entrée, B1...Bn, contrôlent directement la valeur d'une impédance connectée en parallèle avec la bobine d'antenne 3. Le circuit de modulation 9 comporte alors des dipôles pouvant être connectés sélectivement au bobinage d'antenne
3, de manière à constituer k résistances de charge différentes, associées à k différents mots de n bits.
Dans l'étiquette de la figure 9, un premier dipôle résistif, comportant une résistance R en série avec un interrupteur électronique constitué par un transistor T1 , de type MOS, dont la grille reçoit un premier bit B1 de données, est connecté en parallèle sur le bobinage d'antenne 3 et sur une résistance de charge initiale R0. Des second et troisième dipôles résistifs, comportant respectivement des résistances 2R et 4R et des transistors T2 et T3, respectivement contrôlés par les bits B2 et B3, sont également connectés en parallèle sur le bobinage d'antenne 3. Chaque transistor est respectivement conducteur ou bloqué selon la valeur binaire du bit B appliqué sur sa grille. Dans l'exemple représenté à la figure 9, l'impédance de charge peut ainsi prendre 8 valeurs différentes (RO, RO en parallèle sur R, sur 2R, sur 4R, sur R et 2R, sur R et 4R, sur 2R et 4R, sur R, 2R et 4R), chaque valeur de l'impédance de charge correspondant à une amplitude particulière de la tension V. La tension V est ainsi modulée sur 8 niveaux (k=8) à partir de mots de 3 bits (n=3). Plus généralement, l'impédance de charge peut être modulée sur k niveaux avec n bits d'entrée (k=2n) contrôlant simultanément n transistors de n dipôles résistifs.
Dans le circuit de modulation de la figure 10, un transistor de charge TO est connecté en parallèle sur le bobinage d'antenne 3. Sa grille est connectée à 4 tensions de polarisation différentes, V1 à V4, par l'intermédiaire de 4 circuits de polarisation. Chaque circuit de polarisation comporte deux transistors connectés en série et contrôlés respectivement par le bit B1 ou son complément BÏ et par le bit B2 ou son complément B2. Les compléments des signaux B1 et B2 sont obtenus, de manière connue, par inversion des signaux B1 et B2. Ainsi, sur la figure 10, les bits B1 et B2 contrôlent les transistors du circuit de polarisation connecté à V1 , tandis que les bits BÏ et B2 contrôlent les transistors connectés à V2, les bits B1 et B2 contrôlant les transistors connectés à V3 et les bits BÏ et B2 les transistors connectés à V4. Pour chaque mot de 2 bits, seul un des circuits de polarisation est conducteur, et définit la tension de polarisation appliquée à la grille du transistor de charge T0 et, en conséquence, la résistance de celui-ci, qui définit l'impédance de charge du bobinage d'antenne 3. Plus généralement, l'électrode de commande du transistor de charge T0 peut être connectée à k tensions de polarisation différentes par k circuits de polarisation comportant chacun n transistors connectés en série et contrôlés par les n bits d'entrée et leurs compléments.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus présentent cependant le même inconvénient que le dispositif selon le document WO-A-89/10030. En effet, les impédances de charge Z1-Zk dépendent du niveau du champ si celui-ci n'est pas constant.
Pour remédier à cet inconvénient, le circuit de modulation de l'impédance de charge selon l'invention contrôle une des tensions utilisées par un circuit de régulation, de type shunt, comportant, comme sur la figure 3, un circuit de redressement 5, connecté à la sortie du bobinage d'antenne 3, un régulateur 6 connecté à la sortie du circuit de redressement 5 et contrôlant la valeur d'une impédance variable commandée Ze, connectée aux bornes du bobinage d'antenne 3.
Dans une première variante de réalisation, illustrée à la figure 11 , un circuit de modulation 10, comportant n entrées recevant respectivement les bits B1 à Bn, contrôle la tension de référence Vref, lui imposant k valeurs différentes, Vref 1...Vrefk, associées à k différents mots de n bits.
Dans une seconde variante de réalisation, illustrée à la figure 12, un circuit de modulation 11 , comportant n entrées recevant respectivement les bits B1 à Bn, est connecté entre la sortie du circuit de redressement 5 et la première entrée du régulateur 6. Le circuit de modulation 11 provoque une chute de tension pouvant prendre k valeurs différentes, E1 ...Ek, associées à k différents mots de n bits.
Dans un mode de réalisation illustré à la figure 13, le circuit de modulation 11 comporte deux transistors T4 et T5 connectés en série entre la tension VDD de sortie du circuit de redressement 5 et la première entrée du régulateur 6 et respectivement contrôlés par deux bits B1 et B2. Des résistances différentes, respectivement R4 et R5, sont connectées en parallèle sur les transistors T4 et T5. Selon la valeur du bit B1 , le transistor T4 est conducteur ou bloqué et la chute de tension à ses bornes est nulle ou proportionnelle à R4. De même, la chute de tension aux bornes du transistor T5 peut être nulle ou proportionnelle à R5. La chute de tension aux bornes du circuit de modulation 11 peut ainsi prendre 4 valeurs différentes, associées aux 4 valeurs différentes d'un mot de 2 bits.
Les résistances R4 et R5 peuvent être remplacées par des diodes ayant chacune une tension de seuil Vd. Comme représenté à la figure 14, une première diode D1 est connectée en parallèle sur le transistor T4, tandis que deux diodes D2 et D3, connectées en série, sont connectées en parallèle sur le transistor T5. La chute de tension aux bornes du circuit de modulation 11 peut ainsi prendre 4 valeurs, 0, Vd, 2Vd ou 3Vd, respectivement associées à 4 valeurs différentes d'un mot de 2 bits. La tension aux bornes du bobinage d'antenne 3 est alors régulée sur 4 niveaux, correspondant respectivement à Vref, Vref+Vd, Vref+2Vd et Vref+3Vd, associés aux 4 valeurs différentes d'un mot de 2 bits.
Plus généralement, le circuit de modulation 11 peut comporter n transistors, respectivement connectés en parallèle avec n dipôles associés, provoquant des chutes de tension différentes aux bornes des transistors associés lorsque ceux- ci sont bloqués, les n transistors étant connectés en série et comportant des électrodes de commande constituant les entrées de commande du circuit de modulation. Lorsque les dipôles sont constitués par des diodes, i diodes en série sont associées à un transistor associé à une entrée de commande d'ordre i, i étant compris entre 1 et n.
Dans une autre variante de réalisation du circuit de modulation 11 , illustrée à la figure 15, trois transistors, T6, T7 et T8, de type MOS et dont la grille est connectée au drain, sont connectés en série entre la tension VDD de sortie du circuit de redressement 5 et la première entrée du régulateur 6. Le bit B1 est connecté au substrat d'un transistor T6, tandis que le B2 est appliqué sur les substrats des deux transistors T7 et T8. La tension de seuil d'un transistor MOS dépendant de son potentiel de substrat, il est ainsi possible de moduler la tension de seuil des transistors T6 à T8 et, en conséquence, la chute de tension à leurs bornes. Comme précédemment la chute de tension aux bornes du circuit de modulation 11 peut ainsi être modulée sur 4 niveaux, associés aux 4 valeurs différentes d'un mot de 2 bits. Plus généralement, le circuit de modulation 11 peut comporter une pluralité de transistors connectés en série, chaque transistor, de type MOS, comportant un substrat, une grille, un drain connecté à la grille et une source, une entrée de commande d'ordre i des moyens de modulation, i étant compris entre 1 et n, étant connectée aux substrats de i transistors associés à cette entrée de commande.
II est également possible de remplacer le circuit de modulation 11 par un circuit de modulation 12, insérant, entre la sortie du circuit de redressement 5 et la première entrée du circuit de régulation 6, une tension ayant une valeur prédéterminée parmi k valeurs différentes, associées respectivement à k différents mots de n bits.
Dans une variante de réalisation, le circuit de modulation 12 comporte n dipôles connectés en série. Chaque dipôle, dont un seul est représenté aux figures 16 et 17, comporte une source de tension, constituée par une pile 13 (figure 16) ou par une capacité préchargée 14 (figure 17), connectée en série avec un transistor T9 dont la grille reçoit le bit B1. Un transistor additionnel T10 est connecté en parallèle sur le circuit série constitué par la source de tension (13 ou14) et le transistor T9 . La grille du transistor additionnel T10 est connectée à la grille du transistor T9 par un circuit inverseur 15. La tension insérée par le circuit de modulation 12 prend ainsi k niveaux, associés aux différents mots de n bits.
Dans le mode particulier de réalisation illustré à la figure 18, une source d'énergie 16 préchargée à une tension prédéterminée parmi k valeurs différentes, associées respectivement à k mots de n bits, peut être introduite entre la sortie du circuit de redressement 5 et la première entrée du circuit de régulation 6. Le circuit de modulation 17 comporte alors la source d'énergie 16, un circuit de charge de la source d'énergie, un commutateur 18 connectant la source d'énergie 16 au circuit de charge pendant une phase de précharge et un commutateur 19 connectant la source d'énergie préchargée entre la sortie du circuit de redressement 5 et la première entrée du circuit de régulation 6 pendant une phase de modulation. Le circuit de charge comporte un convertisseur analogique-numérique 20 dont les entrées constituent les entrées de commande sur lesquelles sont appliqués simultanément les n bits B1 à Bn.
Le convertisseur 20 charge ainsi la source d'énergie 16 à une tension dépendant du mot de n bits appliqué sur ses entrées et cette tension est ensuite utilisée, pendant la phase de modulation.
L'invention s'applique également lorsque le circuit de redressement n'est pas idéal et/ou si seule une fraction de la tension de sortie du circuit de redressement 5 est appliquée à l'entrée du régulateur 6.

Claims

Revendications
1. Dispositif de télétransmission comportant un objet portatif (1) muni d'un bobinage d'antenne (3) couplé inductivement à un bobinage d'antenne (4) d'une station fixe (2) émettant un champ magnétique alternatif, l'objet portatif (1) comportant des moyens de modulation multiniveaux d'une impédance de charge du bobinage d'antenne de l'objet portatif par des signaux binaires de données, pour imposer k valeurs différentes (Z1...Zk) à l'impédance de charge, k étant strictement supérieur à 2, dispositif caractérisé en ce que l'objet portatif comporte un circuit de redressement (5) connecté au bobinage d'antenne (3) de l'objet portatif (1), un circuit de régulation (6) ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit de redressement (5), une seconde entrée connectée à une tension de référence (Vref) et une sortie connectée à une entrée de contrôle d'une impédance variable (Ze), connectée aux bornes du bobinage d'antenne (3) de l'objet portatif (1 ), les moyens de modulation comportant un circuit de modulation agissant sur le niveau d'une tension d'entrée du circuit de régulation.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les signaux binaires de données sont codés sous la forme de mots de données de n bits pour former n signaux d'entrée (B1...Bn) d'un bit, appliqués en parallèle à n entrées de commande des moyens de modulation, k valeurs différentes (Z1...Zk) de l'impédance de charge étant associées à k différents mots de n bits, le nombre k de valeurs distinctes étant égal à 2n.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de modulation (10) permet d'imposer à la tension de référence (Vref) k valeurs différentes (Vrefl Vrefk), associées à k différents mots de n bits.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première entrée du circuit de régulation (6) est connectée à la sortie du circuit de redressement (5) par l'intermédiaire du circuit de modulation (11), contrôlé par les n signaux d'entrée (B1...Bn) et provoquant, entre la sortie du circuit de redressement (5) et la première entrée du circuit de régulation (6), une chute de tension ayant une valeur prédéterminée parmi k valeurs distinctes (E1...Ek), associées à k différents mots de n bits.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de modulation (11) comporte n transistors (T4, T5), respectivement connectés en parallèle avec n dipôles associés provoquant des chutes de tension différentes aux bornes des transistors (T4, T5) associés lorsque ceux-ci sont bloqués, les n transistors (T4, T5) étant connectés en série et comportant des électrodes de commande constituant les entrées de commande (B1...Bn) des moyens de modulation.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dipôles sont constitués par des résistances (R4, R5).
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dipôles sont constitués par des diodes (D1 , D2, D3), i diodes en série étant associées à un transistor associé à une entrée de commande d'ordre i, i étant compris entre 1 et n.
8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de modulation (11) comporte une pluralité de transistors (T6, T7, T8) connectés en série, chaque transistor, de type MOS, comportant un substrat, une grille, un drain connecté à la grille et une source, une entrée de commande (B1 , B2) d'ordre i des moyens de modulation, i étant compris entre 1 et n, étant connectée aux substrats de i transistors associés à cette entrée de commande.
9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première entrée du circuit de régulation est connectée à la sortie du circuit de redressement par l'intermédiaire du circuit de modulation (12), contrôlé par les n signaux d'entrée
(B1...Bn) et insérant, entre la sortie du circuit de redressement (5) et la première entrée du circuit de régulation (6), une tension ayant une valeur prédéterminée parmi k valeurs différentes, associées respectivement à k différents mots de n bits.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit de modulation (12) comporte n dipôles connectés en série et comportant chacun une source de tension (13, 14), connectée en série avec un premier transistor (T9) ayant une électrode de commande constituant une des entrées de commande (B1 ) des moyens de modulation, et un transistor additionnel (T10), connecté en parallèle sur le circuit série constitué par la source de tension (13, 14) et le premier transistor (T9) et ayant une entrée de commande connectée à l'électrode de commande du premier transistor (T9) par un circuit inverseur (15).
11. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de modulation (17) comporte une source d'énergie (16), des moyens de charge de la source d'énergie à une tension prédéterminée parmi k valeurs différentes, associées respectivement à k différents mots de n bits, des moyens (19) d'insertion de la source d'énergie (16) chargée entre la sortie du circuit de redressement (5) et la première entrée du circuit de régulation (6).
12. Dispositif selon la revendication 11 , caractérisé en ce que les moyens de charge comportent un convertisseur analogique-numérique (20) ayant n entrées constituées par les entrées de commande (BL.Bn) des moyens de modulation et une sortie connectée aux bornes de la source d'énergie (16) pendant une phase de charge.
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