WO2010015753A2 - Procede et dispositif pour echanger des donnees entre un lecteur a champ h et un dispositif a champ e - Google Patents

Procede et dispositif pour echanger des donnees entre un lecteur a champ h et un dispositif a champ e Download PDF

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WO2010015753A2
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Bruno Charrat
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    • G—PHYSICS
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • 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
    • H04B5/263—Multiple coils at either side

Definitions

  • the present invention relates to RFID readers
  • Radio Frequency Identification used to exchange data with non-contact portable devices such as contactless smart cards, mobile phones and personal digital assistants equipped with an RFID communication interface.
  • the present invention particularly relates to Near Field Communication (NFC) techniques, as well as to electric field communication techniques that are commonly used to exchange data with non-contact portable devices.
  • NFC Near Field Communication
  • Radio Frequency Identification is a technique for exchanging data between contactless RFID devices and readers. Such devices
  • RFID contactless can be transponders or contactless electronic tags (contactless integrated circuits) and more generally any device comprising an RFID circuit configured to exchange data with a reader, such as mobile phones and personal digital assistants (PDAs) Of type
  • Field B or “Field H”("H-Field) are considered in this application as similar terms. They refer to communication techniques offering a relatively short communication distance and using H-field antennas such as antenna coils or windings. NFC readers and contactless NFC devices will be referred to as “H-field readers” and “H-field devices” in this application. NFC communication techniques generally use RF frequencies and require H-field antennas to be inductively coupled. A magnetic field emitted by a reader is picked up by the field antenna H of a non-contact device, by inductive coupling effect (in accordance with the principle of the primary and secondary windings of a transformer), which gives rise to a signal of 'antenna.
  • the reader generally sends data to the non-contact device by modulating the amplitude of the magnetic field, which causes a data carrier signal to appear within the antenna signal of the non-contact device. Furthermore, the non-contact device sends data to the reader by load modulation, that is to say by modulating the impedance of its antenna with a data carrier load modulation signal.
  • the modulation of the impedance of the antenna of the device causes a modulation of the impedance of the antenna of the reader, by inductive coupling, and the appearance of a modulated signal which is the image of the charge modulation signal data carrier.
  • H-field communication techniques as currently defined by ISO / IEC 14443 and ISO / IEC 15693, use a magnetic field oscillating at 13.56 MHz.
  • NFC communications have a short range of communication, for example from 1 to 10 centimeters.
  • they allow the transfer of electrical energy to the device without contact, so that it can operate in a fully passive manner, without onboard power source.
  • the terms "far field”, “electric field” and “field E"("E-Field”) are considered in this application as similar terms. They designate communication techniques using E-field antennas such as dipole antennas or any other known form of E-field antenna.
  • the typical working frequencies are generally UHF frequencies, ranging for example from a few hundred MHz up to some GHz, but applications using lower frequencies may also be considered.
  • E-field communication techniques are based on a technical effect called “electrical coupling” (also called “radiative coupling” or “radiative coupling”) in contrast to inductive coupling, and are generally used to implement so-called communications " long distance "(" long range ").
  • a conventional passive modulation technique implemented in passive E-field passive devices for sending data to a field reader E is called “backscattering”: the reader emits an electromagnetic wave and the contactless device Reflects the wave to the reader using a data carrier modulation signal that changes the reflectance coefficient of its antenna. Since the E-field signals carry a small amount of energy, the E-field non-contact devices are generally powered by batteries or other type of power supply source.
  • UWB ultra-wide band
  • the current market for RFID identification includes separate application domains using either readers H-field and the corresponding non-contact H-field devices (contactless cards, electronic tags, transponders, NFC mobile telephones or NFC personal assistants, etc.), or E-field readers and the corresponding E-field contactless devices ( contactless cards, electronic tags, transponders, etc.).
  • readers H-field and the corresponding non-contact H-field devices contactless cards, electronic tags, transponders, NFC mobile telephones or NFC personal assistants, etc.
  • E-field readers and the corresponding E-field contactless devices contactless cards, electronic tags, transponders, etc.
  • Document WO 2008/033223 describes in relation to its FIG. 5 a contactless multiplexer device (90) comprising on the one hand a main antenna (82) for establishing a communication with a reader (52) and a multiplicity of proximity antennas (86) for establishing communications with electronic tags or "tags" (88).
  • the proximity antennas (86) are connected to the main antenna (82) by a multiplexer circuit (84).
  • the UHF communication channel between the reader (52) and the main antenna (82) of the multiplexer device 90, on the one hand, and the communication channel between the proximity antennas (86) and tags (88) of the on the other hand, are of the same UHF type with "backscattering" back-modulation and use the same type of protocol, which can be any protocol among the known protocols.
  • document US 2007/115125 describes in connection with FIG. 1 an electronic tagging and RFID identification system comprising cascaded readers / tags devices (a "tag” being a contactless electronic tag intended to be read by a contactless reader), each having a different communication distance depending on its hierarchical level, starting with “nano-tags” (110) for the lowest hierarchical level, and finishing with “macro-tags” "(124) at the top of the hierarchy.
  • a reader / tag device establishes communication with other readers / tags devices as a reader or as a tag in different time phases, corresponding to different communication sessions.
  • a reader / tag operates as a reader during a first communication session to receive data from a lower rank reader / tag, which then functions as a tag.
  • the reader / tag operates as a tag during a second communication session to provide the collected data to the higher-order reader / tag, which functions as a reader, etc. .
  • the accumulation of communications sessions thus makes it possible to "down" or “climb" the information in the hierarchical structure of readers / tags devices.
  • the present invention is more particularly concerned with the transfer of data in a single communication session.
  • FIG. 1 is a simplified representation of the current market for RFID identification applications and shows an H-field RDI reader, an E-field RD2 reader, a H-field portable PD1 device, a E-field PD2 portable device and a device portable PD3 H field and E field (hereinafter referred to as "O / W fields").
  • the RDI reader comprises a tuned H-field antenna and emits an MFLD magnetic field having for example a frequency of about 13.56 MHz.
  • the reader RD2 comprises a field antenna E and emits an electric field EFLD for example at a frequency of approximately 433 MHz, 905 MHz or 2.45 GHz.
  • the portable device PD1 comprises a contactless ICI H-field device and a tuned H-field antenna AIC1 and can exchange data with the RDI reader by inductive coupling and charge modulation.
  • the portable device PD2 comprises an E-field device IC2 and an E-field antenna AIC2, and can exchange data with the RD2 reader by electrical and backscattering coupling.
  • the portable device PD3 comprises an IC3 device with O / W fields, as described by the international application WO 2004/034317, connected to both a tuned field antenna H and a field antenna E.
  • the device IC3 can exchange data with the RDI reader by inductive coupling and load modulation and exchange data with the RD2 reader by electrical coupling and backscattering.
  • Embodiments of the invention relate to a non-contact converter device, comprising a field antenna H configured to receive an external magnetic field, and a field antenna E configured to transmit or receive an electric field, the device being configured to receive data via the field antenna H and return them via the field antenna E during the same communication session, and to receive data via the field antenna E E field antenna and return them via the field antenna H during a single communication session.
  • the non-contact converter device comprises a passive H-field interface circuit connected to the H-field antenna and configured to emulate a non-contact passive integrated circuit for sending data to and receiving data.
  • a field-contactless reader H an active or passive E-field interface circuit connected to the field antenna E and configured to send data and receive data from a passive or active E-field device, and at least one data processing unit configured to transfer data received by the field interface circuit H to the field interface circuit E, and to transfer to the field interface circuit H data received by the field circuit H E-field interface, so that the data received by a first interface circuit is returned by the other interface circuit.
  • the non-contact converter device comprises a voltage extractor circuit providing a supply voltage from the external magnetic field, and is entirely powered by the extracted supply voltage.
  • the non-contact converter device is configured to decode data received via the field antenna H in a first coded form according to a first coding mode, and then to code the data. a second coded form according to a second coding mode, before sending them via the field antenna E.
  • the non-contact converter device is configured to decode the data received via the field antenna E in a third coded form according to a third coding mode, and then to code the data. a fourth coded form according to a fourth coding mode, before sending them via the field antenna H.
  • the contactless converter device is configured to transform the received commands via of the H-field antenna and formatted according to a first protocol in commands formatted according to a second protocol, before sending them via the field antenna E.
  • the contactless converter device is configured to transform the received commands via the field antenna E and formatted in accordance with a second protocol in commands formatted according to a first protocol, before sending them through the H field antenna.
  • the field antenna E is of a sufficiently small size not to prevent the inductive coupling of the field antenna H of the converter device with the field antenna H of a H-field reader. .
  • the contactless converter device is configured to have a field communication distance E not exceeding 10 cm.
  • Embodiments of the invention also relate to a non-contact composite reader comprising a field reader H comprising at least one field antenna H and configured to send and receive data via the field antenna H, and a non-contact converter device as described above, allowing the field reader H to establish a communication session with a field device E, the field antenna H of the contactless converter being inductively coupled to the antenna to H field of the player.
  • Embodiments of the invention also relate to a transaction system comprising a field reader H comprising at least one field antenna H and configured to send and receive data via the field antenna H, a device non-contact converter as described above, the field antenna H of the non-contact converter being inductively coupled to the field antenna H of the reader, and a non-contact field device E having a field antenna E, the reader with field H and the field device E being configured to exchange data via the converter device during the same communication session.
  • Embodiments of the invention also relate to a method of exchanging data between an H-field reader and a E-field device, the reader comprising at least one H-field antenna and configured to send and receive data.
  • the method comprising the steps of providing a non-contact converter device comprising a field antenna H configured to receive a field magnetic emitted by the reader and a field antenna E configured to: transmit or receive an electric field, send data via the field antenna H of the reader; receiving, via the field antenna E of the converter device, the data sent via the field antenna H of the reader; sending, via the field antenna E of the converter device, the data received via the field antenna H of the converter device; and receiving, via the field antenna E of the field device E, the data sent via the field antenna E of the converter device.
  • the method further comprises the steps of: sending data via the antenna of the non-contact device; receiving, via the field antenna E of the converter device, the data sent by the contactless device; sending, via the field antenna H of the converter device, the data received via the field antenna E of the converter device; • and receive, via the H field antenna of the reader, the data sent via the field antenna H of the converter device.
  • the method further comprises the steps of: extracting a supply voltage from the external magnetic field emitted by the field antenna H of the reader, and supplying the converter device with the supply voltage extracted completely .
  • the method further comprises the steps of: decoding the received data via the field antenna H of the converter device in a first coded form according to a first coding mode, and then coding the data in a second coded form according to a second coding mode, before sending them via the field antenna E of the converter device.
  • the method further comprises the steps of: decoding the data received via the field antenna E of the converter device into a third coded form according to a third coding mode, and then coding the data in a fourth encoded form according to a fourth coding mode, before sending them via the field antenna H of the converter device.
  • the method further comprises the step of transforming commands received via the field antenna H of the converter device and formatted in accordance with a first protocol into commands formatted according to a second protocol, before sending them via the field antenna E of the converter device.
  • the method further comprises the step of transforming commands received via the field antenna E of the converter device and formatted in accordance with a second protocol into commands formatted according to a first protocol, before sending them via the field antenna H of the converter device.
  • the method comprises a step of conforming the field antenna E of the converter device, so that it is of a sufficiently small size not to prevent the inductive coupling of the field antenna H of the converter device with the H field antenna of the H-field reader.
  • the method comprises a step of configuring the converter device to have a field communication distance E not exceeding 10 cm.
  • Embodiments of the invention also relate to a method of executing a transaction between a non-contact H-field reader and a non-contact E-field device equipped with a field antenna E, the H-field reader comprising at least one H-field antenna being configured to send and receive data via the H-field antenna, the method comprising the steps of exchanging data between the H-field reader and the field device E according to the data exchange method as described above.
  • FIG. 1 shows conventional H-field and E-field readers as well as H-field, E-field, and conventional O / W field portable devices
  • FIG. 2 shows an embodiment of FIG. a composite reader according to the invention
  • FIG. 3 represents an embodiment of a converter device present in the composite reader of FIG. 2;
  • FIGS. 4A and 4B are flowcharts describing the operation of the converter device;
  • FIG. 5 represents an exemplary architecture of the converter device of FIG. 3
  • FIG. 6 represents another embodiment of a converter device present in the composite reader of FIG. 2
  • FIG. 7 illustrates an application of an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment of a CRD composite reader according to the invention.
  • the CRD composite reader comprises an H-field reader RDI (also called NFC reader) and a CDV converter device according to the invention.
  • the RDI reader comprises a tuned antenna AC1 H field which conventionally emits a magnetic field MFLD.
  • the CDV converter device comprises a tuned antenna AC2 with an H-field and an antenna ATl with an E-field.
  • the antenna AC2 is inductively coupled to the antenna AC1 of the reader RDI.
  • the CDV converter device is configured to receive, via the antenna AC2, DTX data transmitted by the RDI reader via the antenna AC1, and to re-transmit the DTX data via the ATl antenna.
  • the CDV converter device is further configured to receive DTR data via the antenna AT1 and to re-transmit the DTR data via the antenna AC2, so that the reader can receive the DTR data via the antenna AC1.
  • the DTX or DTR data is re-transmitted in "real time", that is to say during the same communication session, in contrast with conventional techniques that include a step of receiving data via a first communication channel during a first communication session, then a data storing step, then a step of establishing a second contactless communication channel and returning the data in the second communication channel during a second communication session .
  • the CDV converter device is configured to apply an excitation signal to the AT1 antenna to emit an EFLD electric field, when the data is to be sent.
  • the CDV converter device may, however, also be configured to use the AT1 antenna in passive mode to receive an electric field emitted by an active H-field device.
  • the CDV converter device may be incorporated into the body of the RDI reader or may be manufactured as an independent device having its own housing or chassis which is attached to the body of the reader in such a way that the AC2 antenna is inductively coupled to the antenna AC1.
  • a portable device PD2 with field E of the type described above comprising a device IC2 with field E (for example an integrated circuit) and an antenna AIC2 with field E, is present near the ATl antenna, and more precisely in the field of communication covered by At the antenna AT1, the reader RDI can establish a communication and exchange data with the portable device PD2 field E during the same communication session.
  • the H-field RDI reader may be configured to execute a conventional E-field transaction (identification, payment, etc.).
  • the RDI reader can also establish in a conventional way, by inductive coupling, a communication with a portable device PD1 H field of the type described above, comprising a device ICI and an AIC1 H field antenna, to perform a transaction at field H (identification, payments, etc.).
  • the CDV converter device can emulate a passive field device E as a UHF tag.
  • an active contactless device PD2 'with field E such as a field reader E, comprising an antenna AIC2' with field E, may be present near the antenna AT1 and exchange data with the reader RDI via the converter device during the same communication session.
  • the CDV converter device can transfer in passive mode to the active device PD2 'the data sent by the RDI reader, for example by using a backscattering technique.
  • FIG. 3 represents an embodiment of the CDV converter device comprising:
  • an H-field NFCI passive interface circuit which emulates a passive H-field contactless device and is connected to the antenna AC2, an EHFI active field interface circuit E, connected to the antenna AT1, configured to emit the EFLD electric field, and
  • At least one data processing unit DPU connected to the UHFI interface circuit and to the NFCI interface circuit.
  • the RDI reader sends DTX data to the E-field portable device PD2 via the CDV converter device and the portable device PD2 sends DTR data to the RDI reader via the CDV converter device.
  • the following steps to transfer DTX and DTR data are performed:
  • the RDI reader transmits a modulated magnetic field carrying data Sl (Cl (DTX)) comprising DTX data encoded in accordance with a first coding mode C1 specific to NFC communications;
  • Step S02 the signal S1 is received and is demodulated by the NFCI interface circuit so as to extract the coded data C1 (DTX), and the NFCI interface circuit supplies the processing unit DPU with the coded data C1. (DTX);
  • Step S03 the processing unit DPU decodes the data C1 (DTX), then codes them in accordance with a second coding mode C2 specific to the E-field communications to form the coded data C2 (DTX), and then supplies the circuit with UHFI interface coded data C2 (DTX);
  • Step S04 the UHFI interface circuit transmits a modulated signal carrying data S2 (C2 (DTX)) comprising the coded data C2 (DTX); and
  • Step S05 the portable device PD2 receives the signal S2, the demodule to extract the coded data
  • Step SI1 the portable dis-positive PD2 transmits a modulated signal S3 (C3 (DTR)) comprising the DTR data coded according to a third coding mode C3 specific to the E-field communications;
  • C3 modulated signal
  • Step S12 the signal S3 is received and demodulated by the interface circuit UHFI in order to extract the coded data C3 (DTR), then the interface circuit DHFI supplies the processing unit DPU with the coded data C3 ( DTR);
  • Step S13 the processing unit DPU decodes the data C3 (DTR), then the codes according to a fourth coding mode C4 specific to the NFC communications to form the coded data C4 (DTR), then provides the coded data C4 ( DTR) to the NFCI interface circuit;
  • Step S14 the NFCI interface circuit transmits a modulated signal S4 (C4 (DTR)) including the coded data C4 (DTR);
  • Step S15 The RDI reader receives the signal S4, demodulates it to extract the coded data C4 (DTR), then decodes and processes the DTR data.
  • the data transfer from the RDI reader to the portable device PD2 and vice versa is performed during the same communication session.
  • modulated signals S3 and S4 emitted during steps S11 and S14 are not, at strictly speaking, "emitted” if they consist of a backscattered modulation signal and a load modulation signal as shown in the table below, however the verb "transmit” is used for convenience in the present description.
  • the NFCI communication interface comprises an antenna circuit ACT1, a supply voltage extractor circuit PSEXT1, a clock extractor circuit CKG1, a demodulation circuit DMOD and a modulation circuit MOD.
  • the antenna circuit ACT1 comprises the antenna AC2, as well as other components necessary to tune the antenna AC2 to a working frequency, for example 13.56 MHz, these components being represented in a simplified manner in the form of a capacitor C.
  • an antenna signal in the form of an alternating voltage V A comprising two components, V A ⁇ and V A2 appears across the antenna circuit ACTl.
  • the antenna AC2 may comprise one or more windings, or a first coil configured to receive electrical power and a second coil configured to transmit the data.
  • the voltage extractor circuit PSETX1 conventionally produces a rectified voltage Vcc from the alternating antenna signal V A.
  • the extractor circuit comprises for example a diode or a diode rectifier and a smoothing capacitor (not shown).
  • the clock generator CKG1 conventionally comprises frequency dividers for providing a clock signal CK1 from the antenna signal V A.
  • the demodulation circuit DMOD has an input receiving the antenna signal V R and an output CI1 connected to a port P11 of the processing unit DPU.
  • the demodulation circuit DMOD extracts the coded data C1 (DTX) from the antenna signal and supplies the coded data to the unit DPU via the output ClI.
  • the modulation circuit MOD has an input C12 connected to a port P12 of the unit DPU and modulation outputs connected to the terminals of the antenna circuit ACT1.
  • the modulation circuit MOD receives the coded data C4 (DTR) of the unit DPU and modulates the impedance of the antenna AC2 by using the data encoded as the charge modulation signal S4 (C4 (DTR)).
  • the UHFI communication interface comprises a clock generator CKG2, a modulation circuit UMOD and a demodulation circuit UDMOD.
  • the clock generator CKG2 provides one or more working frequencies CKi, depending on whether the UHFI interface circuit is a conventional E-field interface or a UWB interface, and may include a frequency synthesizer such as a PLL (Lock Loop) loop. phase).
  • the antenna AT1 may be a conventional field E dipole wire antenna configured to transmit and receive an oscillating electric field signal at a determined frequency such as 433 MHz, 905 MHz or 2.45 GHz, or a UWB antenna, for example a antenna shaped petal, or any other type of antenna provided for an E field communication.
  • the converter device is designed to offer a short communication distance, of the order of the communication distance offered by the antenna AC1 of the RDI reader, for example from 1 to 10 cm maximum, for security reasons (confidentiality of the transaction).
  • the antenna AT1 may be small in size and designed so as not to disturb the inductive coupling between the antennas AC1 and AC2.
  • the UMOD modulation circuit has an input C21 connected to a port P21 of the processing unit DPU and an output applying an excitation signal EXS to the antenna AT1.
  • the signal EXS is generated by the UMOD modulation circuit using the working frequency or frequencies CKi, and is modulated by the coded data C2 (DTX) when such data is to be sent.
  • the modulation circuit UMOD may be an IQ modulator (in phase / quadrature phase) and may comprise a modulation stage IQ, a first mixer stage IQ, a second mixer stage IQ and an operational amplifier for amplifying the excitation signal modulated EXS (elements not shown).
  • the demodulation circuit UDMOD comprises an input connected to the antenna AT1 and an output C22 connected to a port P22 of the data processing unit.
  • demodulation circuit UDMOD can be a demodulator
  • IQ may include a low noise amplifier whose input is connected to the antenna AT1.
  • the low noise amplifier may be followed by a first stage mixer, an intermediate frequency gain amplifier and a second stage mixer providing I and Q signals to a digital demodulator, whose output forms the output of the demodulation circuit.
  • the CDV converter device also comprises a data and program memory MEM, to which the processing unit DPU is connected, and a clock generator CKG3 supplying a clock signal CK3 to the unit. data processing.
  • the MEM program memory contains all the programs necessary to undertake the coding and decoding steps that have been described above.
  • the UDMOD demodulator, the UMOD modulator and the clock generator CKG2, as well as the processing unit DPU, the clock generator CKG3 and the memory MEM are powered by the supply voltage Vcc provided by the extractor circuit PSEXT1 of the NFCI interface circuit.
  • the entire CDV converter device is powered by the magnetic field MFLD emitted by the RDI reader.
  • the step S03 of the conversion process described above also includes a step of converting the command format, to convert a command format defined by a protocol or standard to H field in a command format defined by a protocol or an E field standard, a step of reformatting commands.
  • the step S13 comprises a step of converting commands from a command format defined by a protocol or an E-field standard to a command format defined by a protocol or an H-field standard. Reformatting the commands makes it possible to establish a communication session between H-field and E-field entities using the same communication protocol and which could not "understand" in the absence of this reformatting.
  • decoding and encoding instead of being executed by the DPU processing unit during steps S03, S13, are performed by the NFCI and UHFI interface circuits.
  • the RDI reader can also be configured to execute transactions with H-field devices
  • the RDI reader may request H-field or E-field devices to send responses to a query in general interrogation ("inventory" type query for example) in a time-response scale comprising time windows, each device randomly selecting a time window to respond to the query in general interrogation.
  • the RDI reader can be configured to execute transactions with only one device at a time, H (for example PDl) or E (for example PD2).
  • H for example PDl
  • E for example PD2
  • the reader may be configured to give priority to a transaction request transmitted by an H-field device if two requests from an H-field device and a E-field device are received at the same time, or if a device field H and a field device E at the same time respond to a query in general interrogation issued by the reader RDI.
  • FIG. 5 represents a CDV embodiment of the converter device comprising two data processing units DPU1 and DPU2.
  • the processing unit DPU1 is connected to the NFCI interface circuit and the processing unit DPU2 is connected to the interface circuit UHFI.
  • the processing units are connected to each other in order to transfer the data they receive via the antenna AC2 or the antenna AT1 during the same communication session.
  • FIG. 7 shows a mobile phone MP (forming the portable device PD2 mentioned above) comprising a BBP baseband telephone processor and an E-field IC2 device of the type mentioned above.
  • the baseband processor is connected to a GSMA antenna to perform GSM (global mobile communications system) communications and is connected to the IC2 device via a DBUS data bus.
  • the IC2 unit is connected to the AIC2 field antenna E mentioned above.
  • the mobile phone MP thus equipped with the IC2 E field device can be used to execute a transaction with a POS point (point of sale) comprising the CRD composite reader described above, which includes the RDI reader and the CDV converter device.
  • a transaction may include withdrawal of cash, payment of an invoice, access to public transportation, etc.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif convertisseur sans contact (CDV) comprenant une antenne à champ H (AC2) configurée pour recevoir un champ magnétique externe (MFLD) et une antenne active à champ E (AT1) configurée pour émettre ou recevoir un champ électrique (EFLD, EFLD') - Le dispositif est configuré pour envoyer par l ' intermédiaire de l ' antenne à champ E (ATl) des données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2), et pour envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) des données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (AT1).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ECHANGER DES DONNEES ENTRE UN LECTEUR A CHAMP H ET UN DISPOSITIF A CHAMP E
La présente invention concerne des lecteurs RFID
(Radio Frequency Identification) utilisés pour échanger des données avec des dispositifs portables sans contact tels que des cartes à puce sans contact, des téléphones mobiles et des assistants numériques personnels équipés d'une interface de communication RFID.
La présente invention concerne en particulier les techniques de communication à champ proche, ou NFC (Near Field Communication) , ainsi que les techniques de communication à champ électrique qui sont communément utilisées pour échanger des données avec des dispositifs portables sans contact.
L'identification radio fréquence (RFID) est une technique d'échanges de données entre des dispositifs RFID sans contact et des lecteurs. De tels dispositifs
RFID sans contact peuvent être des transpondeurs ou des étiquettes électroniques sans contact (circuits intégrés sans contact) et plus généralement tout dispositif comprenant un circuit RFID configuré pour échanger des données avec un lecteur, tel que des téléphones mobiles et des assistants numériques personnels (PDA) de type
NFC.
Les termes "à champ proche", "à champ magnétique",
"à champ B" ou "à champ H" ("H-Field") sont considérés dans la présente demande comme des termes similaires. Ils désignent des techniques de communication offrant une distance de communication relativement courte et utilisant des antennes à champ H comme des bobines d'antenne ou des enroulements. Les lecteurs NFC et les dispositifs NFC sans contact seront appelés "lecteurs à champ H" et "dispositifs à champ H" dans la présente demande . Les techniques de communication NFC utilisent généralement des fréquences RF et nécessitent que des antennes à champ H soient inductivement couplées. Un champ magnétique émis par un lecteur est capté par l'antenne à champ H d'un dispositif sans contact, par effet de couplage inductif (conformément au principe des enroulements primaire et secondaire d'un transformateur), ce qui fait apparaitre un signal d'antenne. Le lecteur envoie généralement des données au dispositif sans contact en modulant l'amplitude du champ magnétique, ce qui fait apparaitre un signal porteur de données au sein du signal d'antenne du dispositif sans contact. Par ailleurs, le dispositif sans contact envoie des données au lecteur par modulation de charge, c'est-à-dire en modulant l'impédance de son antenne avec un signal de modulation de charge porteur de données. La modulation de l'impédance de l'antenne du dispositif provoque une modulation de l'impédance de l'antenne du lecteur, par couplage inductif, et l'apparition d'un signal modulé qui est l'image du signal de modulation de charge porteur de données .
Les techniques de communication à champ H, telles que définies actuellement par les normes ISO/IEC 14443 et ISO/IEC 15693, utilisent un champ magnétique oscillant à 13,56 MHz. Toutefois, d'autres fréquences de travail dans les domaines des basses ou des hautes fréquences peuvent être utilisées dans des applications qui ne sont pas soumises aux normes en vigueur. Les communications NFC ont une courte portée de communication, par exemple de 1 à 10 centimètres. Par ailleurs, elles permettent le transfert d'énergie électrique au dispositif sans contact, de sorte que celui-ci peut fonctionner d'une manière entièrement passive, sans source d'alimentation embarquée . Les termes "à champ éloigné", "à champ électrique" et "à champ E" ("E-Field") sont considérés dans la présente demande comme des termes similaires. Ils désignent des techniques de communication utilisant des antennes à champ E telles des antennes dipolaires ou toute autre forme connue d'antenne à champ E. Les fréquences typiques de travail sont généralement des fréquences UHF, allant par exemple de quelques centaines de MHz jusqu'à quelques GHz, mais des applications utilisant des fréquences plus basses peuvent également être envisagées.
Les techniques de communication à champ E sont fondées sur un effet technique appelé "couplage électrique" (également appelé "couplage rayonnant" ou "radiative coupling") par contraste avec le couplage inductif, et sont généralement utilisées pour mettre en œuvre des communications dites "longue distance" ("long range"). Une technique de modulation passive classique mises en œuvre dans des dispositifs passifs sans contact à champ E pour envoyer des données à un lecteur à champ E est appelée "rétrodiffusion" ("backscattering" ) : le lecteur émet une onde électromagnétique et le dispositif sans contact réfléchit l'onde vers le lecteur en utilisant un signal de modulation porteur de données qui modifie le coefficient de réflectance de son- antenne. Comme les signaux à champ E transportent une faible quantité d'énergie, les dispositifs sans contact à champ E sont généralement alimentés par piles ou autre type de source d'alimentation en énergie. Encore une autre technique de communication sans contact, connue sous l'acronyme "UWB" (ultra-large bande) , est considérée dans la présente demande comme appartenant aux techniques de communication à champ E. Cette technique utilise des niveaux d'énergie extrêmement faibles et répartit les informations transmises sur une large bande passante, généralement supérieure à 500 MHz. De grandes quantités de données peuvent être envoyées dans des intervalles de temps très courts, souvent inférieurs à la nanoseconde, et de multiples utilisateurs peuvent utiliser le spectre de fréquences en même temps.
En raison des différences technologiques qui existent dans la mise en œuvre d'une communication à champ H par rapport à celle d'une communication à champ E, le marché actuel de l'identification RFID comprend des domaines d'application séparés utilisant soit des lecteurs à champ H et les dispositifs sans contact à champ H correspondants (cartes sans contact, étiquettes électroniques, transpondeurs, téléphones mobiles NFC ou assistants personnels NFC... ), soit des lecteurs à champ E et les dispositifs sans contact à champ E correspondants (cartes sans contact, étiquettes électroniques, transpondeurs, etc.). Ces différents secteurs sont incompatibles au niveau technologique, les dispositifs à champ H étant incapables de communiquer avec les lecteurs à champ E et les dispositifs à champ E incapables de communiquer avec les lecteurs à champ H.
Le document WO 2008/033223 décrit en relation avec sa figure 5 un dispositif multiplexeur (90) sans contact comprenant d'une part une antenne principale (82) pour établir une communication avec un lecteur (52) et une multiplicité d'antennes de proximité (86) pour établir des communications avec des étiquettes électroniques ou "tags" (88) . Les antennes de proximité (86) sont reliées à l'antenne principale (82) par un circuit multiplexeur (84) . Le canal de communication UHF entre le lecteur (52) et l'antenne principale (82) du dispositif multiplexeur 90, d'une part, et le canal de communication entre les antennes de proximité (86) et des tags (88) d'autre part, sont d'un même type UHF avec rétromodulation de type "backscattering" et utilisent le même type de protocole, qui peut être un protocole quelconque parmi les protocoles connus.
Par ailleurs, le document US 2007/115125 décrit en relation avec sa figure 1 un système d'étiquetage électronique et d'identification RFID comprenant des dispositifs lecteurs/tags en cascade (un "tag" étant une étiquette électronique sans contact destinée à être lue par un lecteur sans contact) , chacun ayant une distance de communication différente en fonction de son niveau hiérarchique, à commencer par des "nano-tags" (110) pour le niveau hiérarchique le plus bas, et à finir par des "macro-tags" (124) en haut de la hiérarchie. Un dispositif lecteur/tag établit une communication avec d'autres dispositifs lecteurs/tags en tant de lecteur ou en tant que tag dans des phases temporelles différentes, correspondant à des sessions de communication différentes. Ainsi, un lecteur/tag fonctionne en tant que lecteur au cours d'une première session de communication pour recevoir des données d'un lecteur/tag de rang inférieur, qui fonctionne alors en tant que tag. Puis, une fois que les données ont été collectées, le lecteur/tag fonctionne en tant que tag au cours d'une seconde session de communication pour fournir les données collectées au lecteur/tag de rang supérieur, qui fonctionne en tant que lecteur, etc. Le cumul de sessions de communications permet ainsi de faire "descendre" ou "monter" l'information dans la structure hiérarchisée de dispositifs lecteurs/tags.
La présente invention s'intéresse plus particulièrement au transfert de données en une seule session de communication.
La demande internationale WO 2004/034317 au nom de la demanderesse décrit un dispositif sans contact passif comportant à la fois un circuit d'interface à champ H pour dialoguer avec un lecteur à champ H et un circuit d'interface à champ E pour dialoguer avec un lecteur à champ E. Un tel dispositif représente une sorte de "pont technologique" entre les deux domaines d'application.
La figure 1 est une représentation simplifiée du marché actuel des applications d'identification RFID et représente un lecteur RDI à champ H, un lecteur RD2 à champ E, un dispositif PDl portable à champ H, un dispositif portable PD2 à champ E et un dispositif portable PD3 à champ H et à champ E (désigné ci-après "à champs H/E") . Le lecteur RDI comprend une antenne à champ H accordée et émet un champ magnétique MFLD ayant par exemple une fréquence d'environ 13,56 MHz. Le lecteur RD2 comprend une antenne à champ E et émet un champ électrique EFLD par exemple à une fréquence d'environ 433 MHz, 905 MHz ou 2,45 GHz. Le dispositif portable PDl comprend un dispositif sans contact ICI à champ H et une antenne à champ H accordée AICl et peut échanger des données avec le lecteur RDI par couplage inductif et modulation de charge. Le dispositif portable PD2 comprend un dispositif IC2 à champ E et une antenne AIC2 à champ E, et peut échanger des données avec le lecteur RD2 par couplage électrique et rétrodiffusion . Le dispositif portable PD3 comprend un dispositif IC3 à champs H/E, tel que décrit par la demande internationale WO 2004/034317, connecté à la fois à une antenne à champ H accordée et à une antenne à champ E. Le dispositif IC3 peut échanger des données avec le lecteur RDI par couplage inductif et modulation de charge et échanger des données avec le lecteur RD2 par couplage électrique et rétrodiffusion. En dépit de l'existence d'un tel dispositif IC3 à champs H/E, il apparaît que le marché des lecteurs continue à être divisé entre les deux techniques concurrentes, à champ H et à champ E. La plupart des utilisateurs continuent à être équipés de dispositifs portables mettant en œuvre l'une ou l'autre de ces techniques. Le remplacement des dispositifs portables à champ H et des dispositifs portables à champ E par des dispositifs portables à champs H/E n'est pas envisagé à court terme, peut-être en raison du coût des dispositifs à champs H/E lié à leur complexité.
En conséquence, il peut être souhaitable de prévoir un procédé et un dispositif permettant aux techniques de communication à champ E et à champ H d'être conjointement utilisées . Des modes de réalisation de l'invention se rapportent à un dispositif convertisseur sans contact, comprenant une antenne à champ H configurée pour recevoir un champ magnétique externe, et une antenne à champ E configurée pour émettre ou recevoir un champ électrique, le dispositif étant configuré pour recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H et les renvoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E au cours d'une même session de communication, et pour recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ E et les renvoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H au cours d'une même session de communication.
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact comprend un circuit d'interface à champ H passif connecté à l'antenne à champ H et configuré pour émuler un circuit intégré sans contact passif afin d'envoyer des données à et recevoir des données d'un lecteur sans contact à champ H, un circuit d'interface à champ E actif ou passif connecté à l'antenne à champ E et configuré pour envoyer des données et recevoir des données d'un dispositif passif ou actif à champ E, et au moins une unité de traitement de données configurée pour transférer au circuit d'interface à champ E des données reçues par le circuit d'interface à champ H, et transférer au circuit d'interface à champ H des données reçues par le circuit d'interface à champ E, de sorte que les données reçues par un premier circuit d'interface sont renvoyées par l'autre circuit d' interface .
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact comprend un circuit extracteur de tension fournissant une tension d'alimentation à partir du champ magnétique externe, et est entièrement alimenté par la tension d'alimentation extraite.
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact est configuré pour décoder des données) reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H sous une première forme codée conformément à un premier mode de codage, puis pour coder les données) sous une deuxième forme codée conformément à un second mode de codage, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l ' antenne à champ E .
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact est configuré pour décoder les données) reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E sous une troisième forme codée conformément à un troisième mode de codage, puis pour coder les données) sous une quatrième forme codée conformément à un quatrième mode de codage, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H. Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact est configuré pour transformer les commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H et formatées conformément à un premier protocole en commandes formatées conformément à un deuxième protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E.
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact est configuré pour transformer les commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E et formatées conformément à un deuxième protocole en commandes formatées conformément à un premier protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de 1 ' antenne à champ H .
Selon un mode de réalisation, l'antenne à champ E est d'une taille suffisamment petite pour ne pas empêcher le couplage inductif de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur avec l'antenne à champ H d'un lecteur à champ H.
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur sans contact est configuré pour présenter une distance de communication à champ E n'excédant pas 10 cm.
Des modes de réalisation de l'invention concernent également un lecteur composite sans contact comprenant un lecteur à champ H comprenant au moins une antenne à champ H et configuré pour envoyer et recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H, et un dispositif convertisseur sans contact tel que décrit ci-dessus, permettant au lecteur à champ H d'établir une session de communication avec un dispositif à champ E, l'antenne à champ H du convertisseur sans contact étant inductivement couplée à l'antenne à champ H du lecteur.
Des modes de réalisation de l'invention concernent également un système de transaction comprenant un lecteur à champ H comprenant au moins une antenne à champ H et configuré pour envoyer et recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H, un dispositif convertisseur sans contact tel que décrit ci-dessus, l'antenne à champ H du convertisseur sans contact étant couplée inductivement à l'antenne à champ H du lecteur, et un dispositif à champ E sans contact ayant une antenne à champ E, le lecteur à champ H et le dispositif à champ E étant configurés pour échanger des données par l'intermédiaire du dispositif convertisseur au cours d'une même session de communication. Des modes de réalisation de l'invention concernent également un procédé d'échange de données entre un lecteur à champ H et un dispositif à champ E, le lecteur comprenant au moins une antenne à champ H et étant configuré pour envoyer et pour recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ Hf le dispositif à champ E étant connecté à une antenne à champ E, le procédé comprenant les étapes consistant à prévoir un dispositif convertisseur sans contact comprenant une antenne à champ H configurée pour recevoir un champ magnétique émis par le lecteur et une antenne à champ E configurée pour : émettre ou recevoir un champ électrique, envoyer des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du lecteur ; recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur, les données envoyées par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du lecteur ; envoyer, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur, les données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur ; et recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif à champ E, les données envoyées par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : envoyer des données par l'intermédiaire de l'antenne du dispositif sans contact ; recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur, les données envoyées par le dispositif sans contact ; envoyer, par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur, les données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur ; • et recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du lecteur, les données envoyées par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : extraire une tension d'alimentation du champ magnétique externe émis par l'antenne à champ H du lecteur, et alimenter entièrement le dispositif convertisseur avec la tension d'alimentation extraite.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : décoder les données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur dans une première forme codée conformément à un premier mode de codage, puis coder les données dans une deuxième forme codée conformément à un second mode de codage, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur .
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : décoder les données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur dans une troisième forme codée conformément à un troisième mode de codage, puis coder les données dans une quatrième forme codée conformément à un quatrième mode de codage, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l'étape consistant à transformer des commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur et formatées conformément à un premier protocole en commandes formatées conformément à un deuxième protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur . Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l'étape consistant à transformer des commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E du dispositif convertisseur et formatées conformément à un deuxième protocole en commandes formatées conformément à un premier protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur .
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à conformer l'antenne à champ E du dispositif convertisseur, de manière que celle-ci soit d'une taille suffisamment petite pour ne pas empêcher le couplage inductif de l'antenne à champ H du dispositif convertisseur avec l'antenne à champ H du lecteur à champ H.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à configurer le dispositif convertisseur pour qu'il présente une distance de communication à champ E n'excédant pas 10 cm. Des modes de réalisation de l'invention concernent également un procédé d'exécution d'une transaction entre un lecteur à champ H sans contact et un dispositif sans contact à champ E équipé d'une antenne à champ E, le lecteur à champ H comprenant au moins une antenne à champ H et étant configuré pour envoyer et pour recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H, le procédé comprenant les étapes consistant à échanger des données entre le lecteur à champ H et le dispositif à champ E conformément au procédé d'échange de données tel que décrit ci-dessus.
Des modes de réalisation de la présente invention seront décrits plus en détail dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures suivantes : - la figure 1 précédemment décrite montre des lecteurs à champ H et à champ E classiques ainsi que des dispositifs portables à champ H, à champ E, et à champs H/E de type classique, - la figure 2 représente un mode de réalisation d'un lecteur composite selon l'invention,
- la figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif convertisseur présent dans le lecteur composite de la figure 2, - les figures 4A et 4B sont des organigrammes décrivant le fonctionnement du dispositif convertisseur,
- la figure 5 représente un exemple d'architecture du dispositif convertisseur de la figure 3, la figure 6 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif convertisseur présent dans le lecteur composite de la figure 2, et
- la figure 7 illustre une application d'un mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 représente de manière simplifiée, sous forme synoptique, un mode de réalisation d'un lecteur composite CRD selon l'invention. Le lecteur composite CRD comprend un lecteur RDI à champ H (également appelé lecteur NFC) et un dispositif convertisseur CDV selon l'invention. Le lecteur RDI comporte une antenne accordée ACl à champ H qui émet de manière classique un champ magnétique MFLD. Le dispositif convertisseur CDV comporte une antenne accordée AC2 à champ H et une antenne ATl à champ E. L'antenne AC2 est inductivement couplée à l'antenne ACl du lecteur RDI. Le dispositif convertisseur CDV est configuré pour recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne AC2, des données DTX émises par le lecteur RDI par l'intermédiaire de l'antenne ACl, et pour réémettre les données DTX par l'intermédiaire de l'antenne ATl. Le dispositif convertisseur CDV est en outre configuré pour recevoir des données DTR par l'intermédiaire de l'antenne ATl et pour réémettre les données DTR par l'intermédiaire de l'antenne AC2, de sorte que le lecteur peut recevoir les données DTR par l'intermédiaire de l'antenne ACl. Les données DTX ou DTR sont réémises en "temps réel", c'est-à-dire au cours d'une même session de communication, par contraste avec les techniques classiques qui comprennent une étape de réception de données via un premier canal de communication au cours d'une première session de communication, puis une étape de stockage des données, puis une étape consistant à établir un second canal de communication sans contact et renvoyer les données dans le second canal de communication au cours d'une seconde session de communication.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif convertisseur CDV est configuré pour appliquer un signal d'excitation à l'antenne ATl afin d'émettre un champ électrique EFLD, quand les données doivent être envoyées. Le dispositif convertisseur CDV peut toutefois être également configuré de manière à utiliser l'antenne ATl en mode passif, pour recevoir un champ électrique émis par un dispositif actif à champ H.
Le dispositif convertisseur CDV peut être incorporé dans le corps du lecteur RDI ou peut être fabriqué sous la forme d'un dispositif indépendant ayant son propre boîtier ou châssis qui est fixé sur le corps du lecteur d'une manière telle que l'antenne AC2 soit inductivement couplée à l'antenne ACl. Grâce au dispositif convertisseur CDV, si un dispositif portable PD2 à champ E du type décrit ci- dessus, comprenant un dispositif IC2 à champ E (par exemple un circuit intégré) et une antenne AIC2 à champ E, est présent à proximité de l'antenne ATl, et plus précisément dans le champ de communication couvert par l'antenne ATl, le lecteur RDI peut établir une communication et échanger des données avec le dispositif portable PD2 à champ E au cours d'une même session de communication. En conséquence, le lecteur RDI à champ H peut être configuré pour exécuter une transaction classique à champ E (identification, paiement, etc.) .
Par ailleurs, le lecteur RDI peut également établir de manière classique, par couplage inductif, une communication avec un dispositif portable PDl à champ H du type décrit ci-dessus, comprenant un dispositif ICI et une antenne AICl à champ H, pour exécuter une transaction à champ H (identification, paiements, etc.).
Alternativement, le dispositif convertisseur CDV peut émuler un dispositif passif à champ E comme une étiquette UHF. Dans ce cas, un dispositif actif sans contact PD2 ' à champ E, comme un lecteur à champ E, comprenant une antenne AIC2' à champ E, peut être présent à proximité de l'antenne ATl et échanger des données avec le lecteur RDI via le dispositif convertisseur au cours d'une même session de communication. Le dispositif PD2 ' émet un champ électrique EFLD' et le dispositif convertisseur CDV est configuré en mode passif pour recevoir, au moyen de l'antenne AC2, des données envoyées par le dispositif actif PD2 ' . Ces données sont ensuite transférées au lecteur RDI au cours de la même session de communication. Réciproquement, le dispositif convertisseur CDV peut transférer en mode passif au dispositif actif PD2 ' les données envoyées par le lecteur RDI, par exemple en utilisant une technique de rétrodiffusion.
La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif convertisseur CDV comprenant :
- un circuit d'interface passif NFCI à champ H qui émule un dispositif sans contact passif à champ H et est connecté à l'antenne AC2, un circuit d'interface actif UHFI à champ E, connecté à l'antenne ATl, configuré pour émettre le champ électrique EFLD, et
- au moins une unité de traitement de données DPU reliée au circuit d'interface UHFI et au circuit d'interface NFCI.
Le fonctionnement de ces différents éléments sera à présent décrit au moyen d'un exemple, en référence aux organigrammes des figures 4A et 4B. Il est supposé ici que le lecteur RDI envoie des données DTX au dispositif portable PD2 à champ E par l'intermédiaire du dispositif convertisseur CDV et que le dispositif portable PD2 renvoie des données DTR au lecteur RDI par l'intermédiaire du dispositif convertisseur CDV. Les étapes suivantes pour transférer les données DTX et DTR sont exécutées :
Envoi de données DTX du lecteur RDI au dispositif portable PD2 (Figure 4A) :
Étape SOI : le lecteur RDI émet un champ magnétique modulé porteur de données Sl(Cl(DTX)) comprenant des données DTX codées conformément à un premier mode de codage Cl spécifique aux communications NFC ;
- Étape S02 : le signal Sl est reçu et est démodulé par le circuit d'interface NFCI de manière à extraire les données codées Cl(DTX), et le circuit d'interface NFCI fournit à l'unité de traitement DPU les données codées Cl(DTX) ;
- Étape S03 : l'unité de traitement DPU décode les données Cl (DTX) , puis les code conformément à un second mode de codage C2 spécifique aux communications à champ E pour former les données codées C2 (DTX) , puis fournit au circuit d'interface UHFI les données codées C2 (DTX) ; - Étape S04 : le circuit d'interface UHFI émet un signal modulé porteur de données S2(C2 (DTX)) comprenant les données codées C2 (DTX) ; et
- Étape S05 : le dispositif portable PD2 reçoit le signal S2, le démodule afin d'extraire les données codées
C2 (DTX), puis décode et traite les données DTX.
Envoi de données DTR du dispositif portable PD2 au lecteur RDI (Figure 4B) :
- Étape SIl : le dis+positif portable PD2 émet un signal modulé S3(C3 (DTR)) comprenant les données DTR codées conformément à un troisième mode de codage C3 spécifique aux communications à champ E ;
- Étape S12 : le signal S3 est reçu et démodulé par le circuit d'interface UHFI afin d'extraire les données codées C3 (DTR) , puis le circuit d'interface DHFI fournit à l'unité de traitement DPU les données codées C3 (DTR) ;
- Étape S13 : l'unité de traitement DPU décode les données C3 (DTR), puis les code conformément à un quatrième mode de codage C4 spécifique aux communications NFC pour former les données codées C4 (DTR) , puis fournit les données codées C4 (DTR) au circuit d'interface NFCI ;
- Étape S14 : le circuit d'interface NFCI émet un signal modulé S4 (C4 (DTR) ) comprenant les données codées C4 (DTR) ; - Étape S15 : le lecteur RDI reçoit le signal S4, le démodule afin d'extraire les données codées C4 (DTR) , puis décode et traite les données DTR.
Ainsi, le transfert de données du lecteur RDI au dispositif portable PD2 et vice-versa est effectué au cours d'une même session de communication.
Le tableau ci-dessous décrit certains exemples de modulation, de modes de codage et de données qui peuvent être mis en œuvre dans les étapes décrites ci-dessus.
L'homme de l'art notera que les signaux modulés S3 et S4 émis lors des étapes SIl et S14 ne sont pas, à strictement parler, "émis" s'ils consistent en un signal de modulation rétrodiffusé et en un signal de modulation de charge comme indiqué dans le tableau ci-dessous, cependant le verbe "émettre" est utilisé par commodité 5 dans la présente description.
Figure imgf000020_0001
Un mode de réalisation plus détaillé du dispositif convertisseur CDV est représenté sur la figure 5. 0 L'interface de communication NFCI comprend un circuit d'antenne ACTl, un circuit extracteur de tension d'alimentation PSEXTl, un circuit extracteur d'horloge CKGl, un circuit de démodulation DMOD et un circuit de modulation MOD. Le circuit d'antenne ACTl comprend l'antenne AC2, ainsi que d'autres composants nécessaires pour accorder l'antenne AC2 sur une fréquence de travail, par exemple 13,56 MHz, ces composants étant représentés de manière simplifiée sous la forme d'un condensateur C. Lorsque le lecteur RDI émet le champ magnétique MFLD, un signal d'antenne sous la forme d'une tension alternative VA comprenant deux composantes, VAχ et VA2, apparaît aux bornes du circuit d'antenne ACTl. L'antenne AC2 peut comprendre un ou plusieurs enroulements, ou une première bobine configurée pour recevoir l'énergie électrique et une deuxième bobine configurée pour émettre les données.
Le circuit extracteur de tension PSETXl produit de manière classique une tension redressée Vcc à partir du signal d'antenne alternatif VA. Le circuit extracteur comprend par exemple une diode ou un redresseur à diode et un condensateur de lissage (non représentés) . Le générateur d'horloge CKGl comprend classiquement des diviseurs de fréquence pour fournir un signal d'horloge CKl à partir du signal d'antenne VA. Le circuit de démodulation DMOD a une entrée recevant le signal d'antenne VR et une sortie CIl connectée à un port PlI de l'unité de traitement DPU. Le circuit de démodulation DMOD extrait les données codées Cl(DTX) du signal d'antenne et fournit les données codées à l'unité DPU par l'intermédiaire de la sortie ClI. Le circuit de modulation MOD a une entrée C12 connectée à un port P12 de l'unité DPU et des sorties de modulation connectées aux bornes du circuit d'antenne ACTl. Le circuit de modulation MOD reçoit les données codées C4 (DTR) de l'unité DPU et module l'impédance de l'antenne AC2 en utilisant les données codées comme -signal de modulation de charge S4 (C4 (DTR) ).
Ces différents éléments du circuit d'interface NFCI sont alimentés par la tension Vcc extraite du champ magnétique par le circuit PSEXTl.
L'interface de communication UHFI comprend un générateur d'horloge CKG2, un circuit de modulation UMOD et un circuit de démodulation UDMOD. Le générateur d'horloge CKG2 fournit une ou plusieurs fréquences de travail CKi, selon que le circuit d'interface UHFI est une interface à champ E classique ou une interface UWB, et peut comprendre un synthétiseur de fréquence comme une boucle PLL (boucle à verrouillage de phase) . L'antenne ATl peut être une antenne filaire dipôle à champ E classique configurée pour émettre et recevoir un signal à champ électrique oscillant à une fréquence déterminée telle que 433 MHz, 905 MHz ou 2,45 GHz, ou une antenne UWB, par exemple une antenne en forme de pétale, ou encore toute autre type d'antenne prévue pour une communication à champ E.
Dans un mode de réalisation, le dispositif convertisseur est conçu pour offrir une courte distance de communication, de l'ordre de la distance de communication offerte par l'antenne ACl du lecteur RDI, par exemple de 1 à 10 cm au maximum, pour des raisons de sécurité (confidentialité de la transaction) . Par ailleurs, l'antenne ATl peut être petite taille et conçue de manière à ne pas perturber le couplage inductif entre les antennes ACl et AC2.
Le circuit de modulation UMOD a une entrée C21 connecté à un port P21 de l'unité de traitement DPU et une sortie appliquant un signal d'excitation EXS à l'antenne ATl. Le signal EXS est généré par le circuit de modulation UMOD en utilisant la fréquence ou les fréquences de travail CKi, et est modulé par les données codées C2 (DTX) lorsque de telles données doivent être envoyées. Le circuit de modulation UMOD peut être un modulateur IQ (en phase/en quadrature de phase) et peut comprendre un étage de modulation IQ, un premier étage mélangeur IQ, un deuxième étage mélangeur IQ et un amplificateur opérationnel pour amplifier le signal d'excitation modulé EXS (éléments non représentés). Le circuit de démodulation UDMOD comprend une entrée connectée à l'antenne ATl et une sortie C22 connectée à un port P22 de l'unité de traitement de données. Le
• circuit de démodulation UDMOD peut être un démodulateur
IQ et peut comprendre un amplificateur à faible bruit, dont l'entrée est connectée à l'antenne ATl. L'amplificateur à faible bruit peut être suivi d'un premier mélangeur d'étage, d'un amplificateur à gain de fréquence intermédiaire et d'un deuxième mélangeur d'étage fournissant des signaux I et Q à un démodulateur numérique, dont la sortie forme la sortie du circuit de démodulation .
En sus de ces éléments, le dispositif convertisseur CDV comprend également une mémoire de données et de programmes MEM, à laquelle l'unité de traitement DPU est reliée, et un générateur d'horloge CKG3 fournissant un signal d'horloge CK3 à l'unité de traitement de données. La mémoire de programmes MEM contient tous les programmes nécessaires pour entreprendre les étapes de codage et de décodage qui ont été décrites ci-dessus. Conformément à un aspect optionnel mais avantageux d'un mode de réalisation de l'invention, le démodulateur UDMOD, le modulateur UMOD et le générateur d'horloge CKG2, de même que l'unité de traitement DPU, le générateur d'horloge CKG3 et la mémoire MEM sont alimentés par la tension d'alimentation Vcc fournie par le circuit extracteur PSEXTl du circuit d'interface NFCI. En d'autres termes, lorsque le dispositif convertisseur CDV est positionné près du lecteur RDI ou à l'intérieur du corps du lecteur, l'intégralité du dispositif convertisseur CDV est alimentée par le champ magnétique MFLD émis par le lecteur RDI.
Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que divers autres modes de réalisation du dispositif convertisseur peuvent être prévus. Par exemple, dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape S03 du traitement de conversion décrit ci-dessus comprend également une étape de conversion du format de commandes, pour convertir un format de commandes défini par un protocole ou une norme à champ H en un format de commandes défini par un protocole ou une norme à champ E, soit une étape de reformatage de commandes. Réciproquement, l'étape S13 comprend une étape consistant à convertir des commandes d'un format de commandes défini par un protocole ou une norme à champ E en un format de commandes défini par un protocole ou une norme à champ H. Une telle étape de reformatage des commandes permet d'établir une session de communication entre des entités à champ H et à champ E n'utilisant par le même protocole de communication et qui ne pourraient pas se "comprendre" en l'absence de ce reformatage.
Inversement, dans d'autres modes de réalisation, le décodage et codage, au lieu d'être exécutés par l'unité de traitement DPU pendant les étapes S03, S13, sont exécutés par les circuits d'interface NFCI et UHFI. Le lecteur RDI peut aussi être configuré pour exécuter des transactions avec des dispositifs à champ H
(ici PDl) et des dispositifs à champ E (ici PD2) dans des applications de type identification d'étiquettes où une pluralité d'étiquettes à champ H et d'étiquettes à champ E est présente à proximité du lecteur RDI. Si une collision intervient entre un dispositif portable à champ H comme PDl et un dispositif portable à champ E comme PD2, en réponse à une requête d'interrogation envoyée par le lecteur RDI pour déterminer quels dispositifs sont présents dans le champ d'interrogation, des moyens d' anticollision classiques peuvent être implémentés. Par exemple, le lecteur RDI peut demander à des dispositifs à champ H ou à champ E d'envoyer des réponses à une requête en interrogation générale (requête de type "inventory" par exemple) dans une échelle de réponse temporelle comprenant des fenêtres temporelles, chaque dispositif sélectionnant de manière aléatoire une fenêtre temporelle pour répondre à la requête en interrogation générale.
Inversement, dans des transactions point à point où l'inventaire et la sélection multiple de dispositifs sans contact doivent être évités pour des raisons de sécurité
(transaction de paiement ou équivalent) , le lecteur RDI peut être configuré pour n'exécuter des transactions qu'avec un seul dispositif à la fois, à champ H (par exemple PDl) ou à champ E (par exemple PD2) . Par exemple, le lecteur peut être configuré pour donner la priorité à une requête de transaction émise par un dispositif à champ H si deux requêtes d'un dispositif à champ H et un dispositif à champ E sont reçues en même temps, ou si un dispositif à champ H et un dispositif à champ E répondent en même temps à une requête en interrogation générale émise par le lecteur RDI.
L'architecture du dispositif convertisseur CDV est également susceptible de divers modes de réalisation. A titre d'exemple, la figure S représente un mode de réalisation CDV du dispositif convertisseur comprenant deux unités de traitement de données DPUl et DPU2. L'unité de traitement DPUl est reliée au circuit d'interface NFCI et l'unité de traitement DPU2 est reliée au circuit d'interface UHFI. Les unités de traitement sont reliées l'une à l'autre pour transférer au cours d'une même session de communication les données qu'elles reçoivent par l'intermédiaire de l'antenne AC2 ou de l'antenne ATl. La présente invention est également susceptible de diverses applications. A titre d'exemple, la figure 7 représente un téléphone mobile MP (formant le dispositif portable PD2 mentionné ci-dessus) comprenant un processeur téléphonique en bande de base BBP et un dispositif IC2 à champ E du type mentionné ci-dessus. Le processeur en bande de base est connecté à une antenne GSMA pour exécuter des communications GSM (système mondial de communications mobiles) et est relié au dispositif IC2 par l'intermédiaire d'un bus de données DBUS. L'unité IC2 est connectée à l'antenne AIC2 à champ E mentionnée ci-dessus. Le téléphone mobile MP ainsi équipé du dispositif IC2 à champ E peut être utilisé pour exécuter une transaction avec un point POS (point de vente) comprenant le lecteur composite CRD décrit ci- dessus, lequel comprend le lecteur RDI et le dispositif convertisseur CDV. Une telle transaction peut comprendre un retrait d'espèces, le paiement d'une facture, l'accès à un transport public, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif convertisseur sans contact (CDV), comprenant : une antenne à champ H (AC2) configurée pour recevoir un champ magnétique externe (MFLD) , et - une antenne à champ E (ATl) configurée pour émettre ou recevoir un champ électrique (EFLD, EFLD'), le dispositif étant configuré pour recevoir des données (DTX) par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) et les renvoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) .au cours d'une même session de communication, et pour recevoir des données (DTR) par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) et les renvoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) au cours d'une même session de communication.
2. Dispositif convertisseur sans contact selon la revendication 1, comprenant :
- un circuit d'interface à champ H passif (NFCI) connecté à l'antenne à champ H (AC2) et configuré pour émuler un circuit intégré sans contact passif afin d'envoyer des données à et recevoir des données d'un lecteur sans contact à champ H (RDI) ,
- un circuit d'interface à champ E actif ou passif (UHFI) connecté à l'antenne à champ E (ATl) et configuré pour envoyer des données et recevoir des données d'un dispositif passif ou actif à champ E (PD2, PD2 ' , MP), et
- au moins une unité de traitement de données (DPU, DPUl, DPU2) configurée pour :
- transférer au circuit d'interface à champ E (UHFI) des données reçues par le circuit d'interface à champ H (NFCI), et - transférer au circuit d'interface à champ H (NFCI) des données reçues par 'le circuit d'interface à champ E (UHFI) , de sorte que les données reçues par un premier circuit d'interface sont renvoyées par l'autre circuit d' interface .
3. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant un circuit extracteur de tension (PSEXTl) fournissant une tension d'alimentation (Vcc) à partir du champ magnétique externe (MFLD) , et entièrement alimenté par la tension d'alimentation extraite (Vcc).
4. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 à 3, configuré pour décoder des données (Cl(DTX)) reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) sous une première forme codée conformément à un premier mode de codage (Cl), puis pour coder les données (C2 (DTX) ) sous une deuxième forme codée conformément à un second mode de codage (C2), avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) .
5. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 à 4, configuré pour décoder les données (C3 (DTR) ) reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) sous une troisième forme codée conformément à un troisième mode de codage (C3) , puis pour coder les données (C4 (DTR) ) sous une quatrième forme codée conformément à un quatrième mode de codage (C4) , avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) . β. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 à 5, configuré pour transformer les commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) et formatées conformément à un premier protocole en commandes formatées conformément à un deuxième protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) .
7. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 à 6, configuré pour transformer les commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) et formatées conformément à un deuxième protocole en commandes formatées conformément à un premier protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) .
8. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 à I1 dans lequel l'antenne à champ E
(ATl) est d'une taille suffisamment petite pour ne pas empêcher le couplage inductif de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur avec l'antenne à champ H (ACl) d'un lecteur à champ H (RDI) .
9. Dispositif convertisseur sans contact selon l'une des revendications 1 à 8, configuré pour présenter une distance de communication à champ E n'excédant pas 10 cm.
10. Lecteur composite sans contact (CRD) comprenant : - un lecteur à champ H (RDI) comprenant au moins une antenne à champ H (ACl) et configuré pour envoyer et recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H,
- un dispositif convertisseur sans contact (CDV) selon l'une des revendications 1 à 9, permettant au lecteur à champ H d'établir une session de communication avec un dispositif à champ E, l'antenne à champ H (AC2) du convertisseur sans contact étant inductivement couplée à l'antenne à champ H (ACl) du lecteur.
11. Système de transaction comprenant :
- un lecteur à champ H (RDI) comprenant au moins une antenne à champ H (ACl) et configuré pour envoyer et recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H,
- un dispositif convertisseur sans contact (CDV) selon l'une des revendications 1 à 9, l'antenne à champ H (AC2) du convertisseur sans contact étant couplée inductivement à l'antenne à champ H (ACl) du lecteur, et
- un dispositif à champ E sans contact (PD2, PD2 ' , MP) ayant une antenne à champ E (AIC2, AIC2 ' ) , le lecteur à champ H (RDI) et le dispositif à champ E (PD2, PD2', MP) étant configurés pour échanger des données par l'intermédiaire du dispositif convertisseur (CDV) au cours d'une même session de communication.
12. Procédé d'échange de données entre un lecteur à champ H (RDI) et un dispositif à champ E (PD2, PD2 ' , MP), le lecteur (RDI) comprenant au moins une antenne à champ H (ACl) et étant configuré pour envoyer et pour recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H, le dispositif à champ E (PD2, PD2 ' , MP) étant connecté à une antenne à champ E (AIC2, AIC2 ' ) , procédé comprenant les étapes consistant à :
- prévoir un dispositif convertisseur sans contact (CDV) comprenant une antenne à champ H (AC2) configurée pour recevoir un champ magnétique (MFLD) émis par le lecteur (RDI) et une antenne à champ E (ATl) configurée pour émettre ou recevoir un champ électrique (EFLD, EFLD ' ) ,
- envoyer des données (DTX) par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (ACl) du lecteur (RDI), - recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (AC2) du dispositif convertisseur, les données envoyées par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (ACl) du lecteur (RDI),
- envoyer, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur, les données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur, et
- recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (AIC2, AIC2') du dispositif à champ E (PD2, PD2 ' , MP), les données envoyées par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur.
13. Procédé d'échange de données selon la revendication 12, comprenant en outre les étapes consistant à :
- envoyer des données (DTR) par l'intermédiaire de l'antenne (AIC2, AIC2 ' ) du dispositif sans contact (IC2) ,
- recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur, les données envoyées par le dispositif sans contact (IC2) ,
- envoyer, par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur, les données reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur, et - recevoir, par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (ACl) du lecteur, les données envoyées par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur.
14. Procédé d'échange de données selon l'une des revendications 12 et 13, comprenant en outre les étapes consistant à :
- extraire une tension d'alimentation (Vcc) du champ magnétique externe (MFLD) émis par l'antenne à champ H
(ACl) du lecteur, et
- alimenter entièrement le dispositif convertisseur avec la tension d'alimentation extraite (Vcc) .
15. Procédé d'échange de données selon l'une des revendications 12 à 14, comprenant en outre les étapes consistant à :
- décoder les données (Cl(DTX)) reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur dans une première forme codée conformément à un premier mode de codage (Cl) , puis
- coder les données (C2 (DTX) ) dans une deuxième forme codée conformément à un second mode de codage (C2), avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur.
16. Procédé d'échange de données selon l'une des revendications 12 à 15, comprenant en outre les étapes consistant à : - décoder les données (C3 (DTR) ) reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur dans une troisième forme codée conformément à un troisième mode de codage (C3) , puis
- coder les données (C4 (DTR) ) dans une quatrième forme codée conformément à un quatrième mode de codage
(C4), avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur.
17. Procédé d'échange de données selon l'une des revendications 12 à 16, comprenant en outre l'étape consistant à transformer des commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur et formatées conformément à un premier protocole en commandes formatées conformément à un deuxième protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur.
18. Procédé selon l'une des revendications 12 à 17, comprenant en outre l'étape consistant à transformer des commandes reçues par l'intermédiaire de l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur et formatées conformément à un deuxième protocole en commandes formatées conformément à un premier protocole, avant de les envoyer par l'intermédiaire de l'antenne à champ H (AC2) du dispositif convertisseur.
19. Procédé selon l'une des revendications 12 à 18, comprenant une étape consistant à conformer l'antenne à champ E (ATl) du dispositif convertisseur, de manière que celle-ci soit d'une taille suffisamment petite pour ne pas empêcher le couplage inductif de l'antenne à champ H
(AC2) du dispositif convertisseur avec l'antenne à champ
H (ACl) du lecteur à champ H (RDI) .
20. Procédé selon l'une des revendications 12 à 19, comprenant une étape consistant à configurer le dispositif convertisseur pour qu'il présente une distance de communication à champ E n'excédant pas 10 cm.
21. Procédé d'exécution d'une transaction entre un lecteur à champ H sans contact (CRD) et un dispositif sans contact à champ E (PD2, PD2 ' , MP) équipé d'une antenne à champ E (AIC2, AIC2 ' ) , le lecteur à champ H (RDI) comprenant au moins une antenne à champ H (ACl) et étant configuré pour envoyer et pour recevoir des données par l'intermédiaire de l'antenne à champ H, le procédé comprenant les étapes consistant à échanger des données entre le lecteur à champ H et le dispositif à champ E (PD2, PD2 ' , MP) conformément au procédé d'échange de données selon l'une des revendications 12 à 20.
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