WO2024121090A1 - Dispositif de communication en champ proche destiné à être intégré dans un véhicule automobile - Google Patents

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WO2024121090A1
WO2024121090A1 PCT/EP2023/084207 EP2023084207W WO2024121090A1 WO 2024121090 A1 WO2024121090 A1 WO 2024121090A1 EP 2023084207 W EP2023084207 W EP 2023084207W WO 2024121090 A1 WO2024121090 A1 WO 2024121090A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turns
antenna
circuit board
printed circuit
field communication
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/084207
Other languages
English (en)
Inventor
Xavier Hourne
Olivier Gerardiere
Olivier DOUSSIN
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • Near-field communication device intended to be integrated into a motor vehicle.
  • the invention relates to the field of automobiles and more particularly to a near-field communication device intended to be integrated into a motor vehicle.
  • such a device belongs to a vehicle access system, presenting functions of authentication and location of a user using in particular communication between the vehicle and a badge worn by the 'user.
  • the badge may be a dedicated device.
  • it may be a smartphone, or smartphone, incorporating dedicated functionality.
  • Near-field communication devices intended to be integrated into a motor vehicle are known in the prior art, and comprising: a printed circuit board;
  • the near-field communication antenna is formed of several concentric turns, together forming a winding.
  • the winding is crossed by an electric current, which generates an electromagnetic field oriented in a direction orthogonal to the plane of the turns.
  • the electromagnetic coupling between two neighboring near-field communication antennas makes it possible to carry out a data exchange, or communication, between these two antennas.
  • the current circulating in one coil, or antenna will generate a magnetic field which will pass through the other coil, or antenna, and generate a current there.
  • a maximum communication distance between two near-field communication antennas is preferably less than 10 cm, or even less than 5 cm.
  • a near-field communication antenna therefore designates an antenna configured to transmit and receive an electromagnetic signal, by electromagnetic coupling with another near-field communication antenna.
  • NFC Near Field Communication
  • the near-field communication antenna is integrated on a multilayer printed circuit board.
  • a multilayer printed circuit board is formed from an alternation of so-called functional layers, made of electrically conductive material, and so-called insulating layers, made of dielectric material.
  • the efficiency of the near-field communication antenna is proportional to the square of the surface which it surrounds. Those skilled in the art therefore seek to size and arrange the four turns so as to maximize the surface area delimited by an internal contour of the antenna.
  • the four turns are formed in a printed circuit board comprising four or more functional layers, and superimposed one above the other each in a respective functional layer .
  • An objective of the invention is to optimize the performance of a near-field communication device, intended to be integrated into a motor vehicle, and incorporating a near-field communication antenna.
  • a near-field communication device intended to be integrated into a motor vehicle, and comprising:
  • a printed circuit board comprising superimposed at least four so-called functional layers, made of electrically conductive material, separated two by two by respective so-called insulating layers, made of dielectric material;
  • the electronic power supply and signal processing circuit designates an electronic circuit configured for:
  • the four turns are distributed over only two functional layers adjacent to the printed circuit board.
  • the inventors then had the idea of proposing a device in which the four turns are no longer distributed over four superimposed layers of a printed circuit board, but over only two functional layers adjacent to the printed circuit board, with the printed circuit board always having four or more functional layers.
  • the accumulation of variations in distance between two neighboring turns is reduced, by construction, which further limits the variations in inductance from one device to another.
  • the variation in inductance of the antenna, from one device to another depends on the variation in thickness of a single layer of the printed circuit (the insulating layer located between the two neighboring functional layers receiving the turns), and not the sum of the variations in thickness of three insulating layers superimposed and interposed between the four functional layers receiving the turns.
  • the invention thus proposes an arrangement of turns that is completely counterintuitive and contrary to the prejudices of those skilled in the art.
  • This arrangement makes it possible, surprisingly, to limit the variation in inductance of the near-field communication antenna, from one device to another.
  • the invention thus offers a robust design, with very little drift in the antenna parameters from one device to another.
  • the size is maintained almost identical for the same efficiency of the near-field communication antenna, since the turns remain distributed in two layers, and are not all coplanar.
  • the antenna is formed by four turns, with two first turns located on a first functional layer and two second turns located on a second functional layer, the first functional layer and the second functional layer being separated two by two. by a single insulating layer.
  • the first two turns are superimposed two by two with the two second turns.
  • Said two neighboring functional layers preferably include an end layer of the printed circuit board.
  • the at least one electronic power supply and signal processing circuit is advantageously formed in at least one functional layer of the printed circuit board, distinct from the functional layers receiving the turns.
  • the at least one electronic power supply and signal processing circuit can be inscribed inside a surface delimited by an internal contour of the turns.
  • the device according to the invention may further comprise a capacitive electrode, inscribed inside a surface delimited by an internal contour of the turns, and connected to a detection circuit to form a capacitive presence sensor, with the detection circuit integrated on the printed circuit board.
  • Each turn is advantageously square in shape.
  • the invention also covers a door handle for a motor vehicle, comprising a device according to the invention.
  • FIG. 1A schematically illustrates, in a sectional view, a near-field communication device intended to be integrated into a motor vehicle, according to the prior art
  • FIG. 1 B Figure 1 B schematically illustrates, in a top view, one of the functional layers of the device of Figure 1 A;
  • FIG. 2A Figure 2A schematically illustrates, in a sectional view, a near-field communication device according to the invention
  • FIG. 2B schematically illustrates, in a top view, one of the first of the functional layers receiving the near-field communication antenna, in the device of Figure 2A;
  • FIG. 2C schematically illustrates, in a top view, one second of the functional layers receiving the near-field communication antenna, in the device of Figure 2A;
  • Figure 2D illustrates schematically, in a transparent top view, the device of Figure 2A;
  • FIG. 3 Figure 3 schematically illustrates a comparison of the inductance variation from one device to another, in devices similar to that of Figures 1 A and 1 B, and in devices similar to that of Figures 2A to 2D.
  • a near field communication device 100 intended to be integrated into a motor vehicle and to form part of a vehicle access system.
  • the near-field communication device 100 is represented, schematically, in a sectional view in a plane parallel to the plane (xOz).
  • the device 100 comprises a printed circuit board, here composed of four so-called functional layers 110i, 110 2 , 110 3 , 110 4 , between which insulating layers 120i, 120 2 , 120 3 are interposed.
  • the functional layers 110i, 110 2 , 110 3 , 110 4 are formed by electrically conductive metal tracks. They each extend parallel to the plane (Oxy), and are stacked one on top of the other along the axis (Oz).
  • the functional layers 110i, 110 2 , 110 3 , 110 4 are separated two by two by the insulating layers 120i, 120 2 , 1 0 3 , made of dielectric material.
  • the insulating layers 120i, 120 2 , 120 3 each extend parallel to the plane (Oxy), and are stacked one above the other along the axis (Oz).
  • a respective insulating layer is interposed between two neighboring functional layers, in direct physical contact with each of said functional layers.
  • the device 100 comprises a near-field communication antenna 130, comprising four superimposed turns 130i, 130 2 , 130 3 , 130 4 each located in a respective one of the functional layers 110i, 110 2 , 110 3 , 110 4 -
  • the turns are interconnected by vertical vias 131, oriented along the axis (Oz) and each passing through at least one insulating layer 120i, 120 2 , 120 3 .
  • FIG. 1 B schematically illustrates one of the functional layers of the device 100, here the functional layer 110 2 receiving the turn 130 2 .
  • Each of the turns 130i, 130 2 , 130 3 , 130 4 has a substantially rectangular or square shape.
  • a near-field communication device 200 intended to be integrated into a motor vehicle and to form part of a vehicle access system.
  • the device 200 will only be described for its differences relative to the device of Figures 1A and 1B.
  • the device comprises a printed circuit board, comprising an alternation of functional layers 210i, 210 2 , 210 3 , 210 4 and insulating layers 220i, 220 2 , 220 3 as described below -front, with at least four functional layers.
  • the device 200 comprises a near-field communication antenna 230, comprising four turns distributed in only two of the functional layers.
  • the four turns are distributed in two neighboring functional layers, separated by a single insulating layer.
  • the four turns are distributed in two functional layers including a functional end layer of the printed circuit board.
  • a functional end layer of the printed circuit board designates a functional layer located at one end of the stack of functional and insulating layers together forming the printed circuit board.
  • a functional end layer is in contact with an insulating layer only at one of its two large faces.
  • the four turns are distributed into two pairs of turns 232i 232 2 , located respectively in the layers 210i and 210 2 , and arranged superimposed.
  • the pairs of turns are connected together by a vertical via 231, oriented along the axis (Oz) and crossing at least the insulating layer 220i (in the direction of thickness).
  • Each pair of turns 232i, respectively 232 2 is formed of two concentric and coplanar turns.
  • Figure 2B schematically illustrates the functional layer 210i receiving the pair of turns 2321.
  • the pair of turns 232i is composed of two turns 230i and 230 2 wound around each other.
  • the two turns 230i and 230 2 are formed by a single linear metal strip, formed in the functional layer 210i.
  • Each turn 230i and 230 2 is substantially square or rectangular in shape.
  • each turn 230i and 230 2 is in the shape of a rectangle or square, open due to the arrangement of the turns wrapped around each other.
  • one terminal of the near-field communication antenna 230 is also represented by a black circle 233i.
  • Figure 2C schematically illustrates the functional layer 210 2 receiving the pair of turns 232 2 .
  • the pair of turns 232 2 is composed of two turns 230 3 and 230 4 wound around each other.
  • the two turns 230 3 and 230 4 are formed by a single linear metal strip, formed in the functional layer 210 2 .
  • Each turn 230 3 and 230 4 is substantially square or rectangular in shape.
  • each turn 230 3 and 230 4 is in the shape of a rectangle or square, open due to the arrangement of the turns wrapped around each other.
  • the other terminal of the near-field communication antenna 230 is also represented by a black circle 233 2 .
  • Figure 2D illustrates schematically, and in a transparent top view, the device 200.
  • each turn of the first pair of turns 232i is superposed with a respective one of the turns of the second pair of turns 232 2 .
  • the bar on the right represents the variation of inductance in a device according to the invention, formed on a printed circuit board also 0.8 mm thick.
  • the inductance variation is of the order of 0.25%.
  • the device 200 further comprises at least one electronic power supply and signal processing circuit 250.
  • the electronic power supply and signal processing circuit 250 is configured to generate an electrical transmission signal intended to be transformed by the antenna 230 into a magnetic transmission signal, and to produce signal preprocessing on an electrical signal supplied by the antenna 230 and corresponding to a magnetic signal received by said antenna 230 and transformed by the latter into an electrical signal.
  • the signal preprocessing includes in particular a demodulation and an amplification of the electrical signal supplied by the antenna 230, in order to then be able to extract the useful information.
  • the electronic circuit 230 can be called “transmission and reception circuit”, or simply “transceiver”.
  • the electronic power supply and signal processing circuit includes a transmission stage, a reception stage (demodulation, amplification), and possibly a signal processing stage (to extract useful information).
  • Circuit 250 is connected to antenna 230 by at least one vertical via 251, oriented along the axis (Oz). It has at least one function of supplying the antenna 230 and receiving and processing an electrical signal supplied by the antenna 230.
  • the circuit 250 extends in at least one functional layer of the printed circuit board, distinct from a layer receiving one or more turns of the antenna.
  • the circuit 250 extends in the functional layer 210 4 furthest from the antenna 230.
  • the circuit 250 extends in several superimposed functional layers, all distinct from a layer receiving one or several turns of the antenna.
  • the circuit 250 extends, at least, in the functional layer furthest from the antenna 230.
  • the circuit 250 is placed inside the turns.
  • the circuit 250 is inscribed inside a surface 238 delimited by an internal contour of the turns.
  • the circuit 250 is inscribed inside the surface 238 delimited by an internal contour of the turns.
  • the projection of the circuit 250 is located inside a surface delimited by the internal contour of the projection of the turns.
  • surface 238 is shown hatched.
  • the device according to the invention further comprises a capacitive electrode, also inscribed inside a surface delimited by the internal contour of the turns.
  • the capacitive electrode and the electronic power supply circuit are arranged superimposed, each in at least one distinct layer of the printed circuit board.
  • Such a capacitive electrode is used, in a manner known per se, to form a measuring capacitor with ground so as to carry out presence detection.
  • the capacitive electrode is advantageously connected to a detection circuit, not shown, comprising a microcontroller, switches, and a discharge capacitor.
  • the measuring capacitor defined between the capacitive electrode and ground, and the discharge capacitor are mounted together in a capacitive voltage divider bridge type arrangement. The switches are controlled so that the measuring capacitor is alternately charged and discharged in the discharge capacitor. When the measuring capacitor discharges into the discharge capacitor, the charges are balanced between the two capacitors and it is possible to detect the presence of a target based on a voltage signal representative of the discharge of the measuring capacitor. measure.
  • the invention also covers a door handle for a motor vehicle, not shown, incorporating a device according to the invention such as that described with reference to Figures 2A to 2D.
  • the device according to the invention is configured to communicate with an additional device carried by a user, the additional device also being provided with a near-field communication antenna and comprising a memory storing a user identifier.
  • the ancillary device can be a smartphone integrating a specific functionality, or a dedicated device such as a vehicle access badge.
  • the electronic power supply and signal processing circuit 250 is configured to generate the sending of an interrogation signal, from the device according to the invention to the additional device, the signal d the query being adapted to require the sending of data relating to an identifier stored in the annex device.
  • the electronic power supply and signal processing circuit 250 is configured to process an electrical identification signal, supplied by the antenna 230.
  • the electrical identification signal corresponds to the transduction, by the antenna 230, from a magnetic identification signal into an electrical identification signal.
  • the electrical identification signal encodes information relating to an identifier stored in the auxiliary device.
  • the electronic power supply and signal processing circuit 250 can be configured to extract, from the electrical identification signal, data relating to an identifier stored in the additional device, and to transmit this data to a central controller which compares this data to a list of at least one authorized identifier, and generates an opening unlock command when said data corresponds to at least one authorized identifier.
  • the printed circuit board has more than four functional layers, for example six.
  • the near-field communication antenna remains distributed in only two functional layers of the printed circuit board, preferably two neighboring layers including an end layer of the printed circuit board.
  • the four turns are distributed with three turns in a first functional layer and a single turn in a second functional layer, the first functional layer and the second functional layer being separated two by two. by a single insulating layer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Dispositif de communication en champ proche (200), destiné à être intégré dans un véhicule automobile, et comportant : - une carte de circuit imprimé, comportant au moins quatre couches fonctionnelles (2101, 2102, 2103, 2104) en matériau électriquement conducteur, séparées deux à deux par des couches isolantes (2201, 2202, 2203) en matériau diélectrique; - une antenne de communication en champ proche (230), formée par quatre spires concentriques intégrées sur la carte de circuit imprimé; et - au moins un circuit électronique (250) d'alimentation et de traitement de signal, relié à l'antenne (230) et intégré sur la carte de circuit imprimé Les quatre spires sont réparties sur seulement deux couches fonctionnelles voisines (2101, 2102), ce qui réduit une dérive de l'inductance de l'antenne, d'un dispositif à l'autre.

Description

Description
Dispositif de communication en champ proche destiné à être intégré dans un véhicule automobile.
Domaine technique
[0001] L’invention concerne le domaine de l’automobile et plus particulièrement un dispositif de communication en champ proche destiné à être intégré dans un véhicule automobile.
[0002] En pratique, un tel dispositif appartient à un système d’accès au véhicule, présentant des fonctions d’authentification et de localisation d’un utilisateur à l’aide notamment d’une communication entre le véhicule et un badge porté par l’utilisateur. Le badge peut être un dispositif dédié. En variante, il peut s’agir d’un téléphone intelligent, ou smartphone, intégrant une fonctionnalité dédiée.
Etat de la technique
[0003] On connaît dans l’art antérieur des dispositifs de communication en champ proche destiné à être intégré dans un véhicule automobile, et comportant : une carte de circuit imprimé ;
- une antenne de communication en champ proche, intégrée sur la carte de circuit imprimé ; et
- au moins un circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal, relié à l’antenne et intégré sur la carte de circuit imprimé.
[0004] L’antenne de communication en champ proche est formée de plusieurs spires concentriques, formant ensemble un bobinage.
[0005] En utilisation, le bobinage est traversé par un courant électrique, qui génère un champ électromagnétique orienté dans une direction orthogonale au plan des spires. Le couplage électromagnétique entre deux antennes de communication en champ proche voisines permet de réaliser un échange de données, ou communication, entre ces deux antennes. En particulier, le courant circulant dans l’une bobine, ou antenne, va générer un champ magnétique qui va traverser l’autre bobine, ou antenne, et y générer un courant.
[0006] Le champ électromagnétique généré décroît très rapidement en s’éloignant de l’antenne, d’où la notion de champ proche. Une distance maximale de communication entre deux antennes de communication en champ proche est de préférence inférieure à 10 cm, voire inférieure à 5 cm.
[0007] Une antenne de communication en champ proche désigne donc une antenne configurée pour émettre et recevoir un signal électromagnétique, par couplage électromagnétique avec une autre antenne de communication en champ proche. Par abus de langage, on peut parler d’antenne NFC (pour l’anglais « Near Field Communication ») pour désigner une antenne de communication en champ proche, le terme « NFC » pouvant également désigner un protocole particulier de communication mis en œuvre dans une antenne de communication en champ proche.
[0008] Des études d’optimisation ont montré que, dans le cas d’un dispositif de communication en champ proche destiné à être intégré dans un véhicule automobile pour faire partie d’un système d’accès au véhicule, une antenne de communication en champ proche composée de quatre spires exactement amène à des performances optimales. A titre d’exemple, une antenne à seulement deux spires ne permet pas d’atteindre une valeur d’inductance suffisante pour faire fonctionner le dispositif de communication en champ proche dans le cadre d’un système d’accès au véhicule.
[0009] De manière avantageuse, l’antenne de communication en champ proche est intégrée sur une carte de circuit imprimé multicouches. Une carte de circuit imprimé multicouches est formée d’une alternance de couches dites fonctionnelles, en matériau électriquement conducteur, et de couches dites isolantes, en matériau diélectrique.
[0010] De façon connue en soi, l’efficacité de l’antenne de communication en champ proche est proportionnelle au carré de la surface qu’elle entoure. L’homme du métier cherche donc à dimensionner et agencer les quatre spires de manière à maximiser la surface délimitée par un contour interne de l’antenne.
[0011] Afin de concilier cet objectif avec la recherche d’une grande compacité, les quatre spires sont formées dans une carte de circuit imprimé comportant quatre couches fonctionnelles ou plus, et superposées les unes au-dessus des autres chacune dans une couche fonctionnelle respective.
[0012] Un objectif de l’invention est d’optimiser les performances d’un dispositif de communication en champ proche, destiné à être intégré dans un véhicule automobile, et incorporant une antenne de communication en champ proche.
Exposé de l’invention
[0013] Cet objectif est atteint avec un dispositif de communication en champ proche, destiné à être intégré dans un véhicule automobile, et comportant :
- une carte de circuit imprimé, comportant superposées au moins quatre couches dites fonctionnelles, en matériau électriquement conducteur, séparées deux à deux par des couches respectives dites isolantes, en matériau diélectrique ;
- une antenne de communication en champ proche, formée par quatre spires concentriques intégrées sur la carte de circuit imprimé ; et
- au moins un circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal, relié à l’antenne et intégré sur la carte de circuit imprimé.
[0014] Le circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal désigne un circuit électronique configuré pour :
- générer un signal électrique d’émission, destiné à être transformé par l’antenne en un signal magnétique d’émission (fonction d’alimentation de l’antenne) ; et
- réaliser un (pré)traitement de signal sur un signal électrique reçu, fourni par l’antenne et correspondant à un signal magnétique reçu par l’antenne et transformé par celle-ci en signal électrique (fonction de traitement de signal, comportant au moins une démodulation et une amplification).
[0015] Selon l’invention, les quatre spires sont réparties sur seulement deux couches fonctionnelles voisines de la carte de circuit imprimé.
[0016] Cet agencement est donc totalement contraire aux préjugés de l’homme du métier, qui pensait jusqu’à présent que l’agencement optimal consistait à empiler les quatre spires les unes au- dessus des autres, pour combiner une grande compacité et une grande surface inscrite à l’intérieur de l’antenne. [0017] Les inventeurs ont remarqué que, dans un dispositif avec les quatre spires empilées, l’inductance de l’antenne de communication en champ proche varie de manière non négligeable d’un dispositif à l’autre.
[0018] Ces variations d’inductance induisent d’importantes variations de l’impédance vue par le circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal, d’un dispositif à l’autre. Cela se traduit par des variations de l’adaptation d’impédance entre l’antenne et ledit circuit, d’un dispositif à l’autre. In fine, cela se traduit donc par des variations des performances du dispositif de communication en champ proche, d’un dispositif à l’autre.
[0019] Les inventeurs ont réalisé ensuite que ces variations d’inductance étaient liées à des variations d’épaisseur des différentes couches de la carte de circuit imprimé, d’un dispositif à l’autre. En particulier, il existe une certaine tolérance de fabrication sur l’épaisseur de chaque couche de la carte de circuit imprimé. Cela se traduit par de légères variations de la distance entre deux spires voisines, d’un dispositif à l’autre, et donc des variations de l’inductance de l’antenne de communication en champ proche, d’un dispositif à l’autre.
[0020] Les inventeurs ont alors eu l’idée de proposer un dispositif dans lequel les quatre spires ne sont plus réparties sur quatre couches superposées d’une carte de circuit imprimé, mais sur seulement deux couches fonctionnelles voisines de la carte de circuit imprimé, avec la carte de circuit imprimé qui comporte toujours quatre couches fonctionnelles ou plus.
[0021] Ainsi, le cumul des variations de distance entre deux spires voisines se trouve réduit, par construction, ce qui limite d’autant les variations d’inductance d’un dispositif à l’autre. En particulier, la variation d’inductance de l’antenne, d’un dispositif à l’autre, dépend de la variation d’épaisseur d’une unique couche du circuit imprimé (la couche isolante située entre les deux couches fonctionnelles voisines recevant les spires), et non de la somme des variations d’épaisseur de trois couches isolantes superposées et intercalées entre les quatre couches fonctionnelles recevant les spires.
[0022] L’invention propose ainsi un agencement des spires totalement contre-intuitif et contraire aux préjugés de l’homme du métier. Cet agencement permet, de façon surprenante, de limiter la variation d’inductance de l’antenne de communication en champ proche, d’un dispositif à l’autre. On limite ainsi des variations de l’adaptation d’impédance avec le circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal, d’un dispositif à l’autre. In fine, on limite ainsi des variations des performances du dispositif de communication en champ proche, d’un dispositif à l’autre. On s’assure ainsi, par exemple, que tous les dispositifs d’une même chaîne de production présentent les mêmes performances, en particulier en termes de distance de communication.
[0023] L’invention propose ainsi un design robuste, avec une très faible dérive des paramètres de l’antenne d’un dispositif à l’autre.
[0024] L’encombrement est maintenu quasiment identique pour une même efficacité de l’antenne de communication en champ proche, puisque les spires restent réparties dans deux couches, et ne sont pas toutes coplanaires.
[0025] De préférence, l’antenne est formée par quatre spires, avec deux premières spires situées sur une première couche fonctionnelle et deux secondes spires situées sur une deuxième couche fonctionnelle, la première couche fonctionnelle et la deuxième couche fonctionnelle étant séparées deux à deux par une unique couche isolante. [0026] Avantageusement, les deux premières spires sont superposées deux à deux avec les deux secondes spires.
[0027] Lesdites deux couches fonctionnelles voisines incluent de préférence une couche d’extrémité de la carte de circuit imprimé.
[0028] L’au moins un circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal est avantageusement formé dans au moins une couche fonctionnelle de la carte de circuit imprimé, distincte des couches fonctionnelles recevant les spires.
[0029] L’au moins un circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal peut être inscrit à l’intérieur d’une surface délimitée par un contour interne des spires.
[0030] Le dispositif selon l’invention peut comporter en outre une électrode capacitive, inscrite à l’intérieur d’une surface délimitée par un contour interne des spires, et connectée à un circuit de détection pour former un capteur de présence capacitif, avec le circuit de détection intégré sur la carte de circuit imprimé.
[0031] Chaque spire est avantageusement de forme carrée.
[0032] L’invention couvre aussi une poignée de porte pour un véhicule automobile, comportant un dispositif selon l’invention.
[0033] Description des figures
[0034] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
[0035] [Fig. 1 A] La figure 1A illustre de façon schématique, selon une vue en coupe, un dispositif de communication en champ proche destiné à être intégré dans un véhicule automobile, selon l’art antérieur ;
[0036] [Fig. 1 B] La figure 1 B illustre de façon schématique, selon une vue de dessus, l’une des couches fonctionnelles du dispositif de la figure 1 A ;
[0037] [Fig. 2A] La figure 2A illustre de façon schématique, selon une vue en coupe, un dispositif de communication en champ proche selon l’invention ;
[0038] [Fig. 2B] La figure 2B illustre de façon schématique, selon une vue de dessus, l’une première des couches fonctionnelles recevant l’antenne de communication en champ proche, dans le dispositif de la figure 2A ;
[0039] [Fig. 2C] La figure 2C illustre de façon schématique, selon une vue de dessus, l’une seconde des couches fonctionnelles recevant l’antenne de communication en champ proche, dans le dispositif de la figure 2A ;
[0040] [Fig. 2D] La figure 2D illustre de façon schématique, selon une vue de dessus en transparence, le dispositif de la figure 2A ; et
[0041] [Fig. 3] La figure 3 illustre de façon schématique un comparatif de la variation d’inductance d’un dispositif à l’autre, dans des dispositifs similaires à celui des figures 1 A et 1 B, et dans des dispositifs similaires à celui des figures 2A à 2D.
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
[0042] Sur les figures 1 A à 2D, on a représenté les axes d’un repère orthonormé (Oxyz) pour faciliter la compréhension.
[0043] On décrit tout d’abord rapidement, et en référence aux figures 1A et 1 B, un dispositif de communication en champ proche 100 selon l’art antérieur, destiné à être intégré dans un véhicule automobile et à faire partie d’un système d’accès au véhicule.
[0044] A la figure 1A, le dispositif de communication en champ proche 100 est représenté, de façon schématique, selon une vue en coupe dans un plan parallèle au plan (xOz).
[0045] Le dispositif 100 comporte une carte de circuit imprimé, composée ici de quatre couches dites fonctionnelles 110i, 1102, 1103, 1104, entre lesquelles sont intercalées des couches isolantes 120i, 1202, 1203.
[0046] Les couches fonctionnelles 110i, 1102, 1103, 1104 sont formées par des pistes métalliques, électriquement conductrices. Elles s’étendent chacune parallèles au plan (Oxy), et sont empilées les unes au-dessus des autres le long de l’axe (Oz).
[0047] Les couches fonctionnelles 110i , 1102, 1103, 1104 sont séparées deux à deux par les couches isolantes 120i, 1202, 1 03, en matériau diélectrique. Les couches isolantes 120i, 1202, 1203 s’étendent chacune parallèles au plan (Oxy), et sont empilées les unes au-dessus des autres le long de l’axe (Oz). Une couche isolante respective est intercalée entre deux couches fonctionnelles voisines, en contact physique direct avec chacune desdites couches fonctionnelles.
[0048] Le dispositif 100 comporte une antenne de communication en champ proche 130, comportant quatre spires 130i, 1302, 1303, 1304 superposées situées chacune dans l’une respective des couches fonctionnelles 110i, 1102, 1103, 1104- Les spires sont reliées entre elles par des vias verticaux 131 , orientés selon l’axe (Oz) et traversant chacun au moins une couche isolante 120i , 1202, 1203.
[0049] Chaque spire est formée par une piste métallique respective dans la couche fonctionnelle correspondante. La figure 1 B illustre de façon schématique l’une des couches fonctionnelles du dispositif 100, ici la couche fonctionnelle 1102 recevant la spire 1302.
[0050] Chacune des spires 130i , 1302, 1303, 1304 présente une forme sensiblement rectangulaire, ou carrée.
[0051] On illustre ensuite, en référence aux figures 2A à 2D, un dispositif de communication en champ proche 200 selon l’invention, destiné à être intégré dans un véhicule automobile et à faire partie d’un système d’accès au véhicule.
[0052] Le dispositif 200 ne sera décrit que pour ses différences relativement au dispositif des figures 1A et 1 B.
[0053] Comme dans l’art antérieur, le dispositif comporte une carte de circuit imprimé, comportant une alternance de couches fonctionnelles 210i, 2102, 2103, 2104 et de couches isolantes 220i, 2202, 2203 telles que décrites ci-avant, avec au moins quatre couches fonctionnelles.
[0054] Le dispositif 200 comporte une antenne de communication en champ proche 230, comportant quatre spires réparties dans seulement deux des couches fonctionnelles.
[0055] En particulier, les quatre spires sont réparties dans deux couches fonctionnelles voisines, séparées par une unique couche isolante.
[0056] De manière avantageuse, et comme illustré en figure 2A, les quatre spires sont réparties dans deux couches fonctionnelles incluant une couche fonctionnelle d’extrémité de la carte de circuit imprimé. Une couche fonctionnelle d’extrémité de la carte de circuit imprimé désigne une couche fonctionnelle située à l’une extrémité de l’empilement de couches fonctionnelles et isolantes formant ensemble la carte de circuit imprimé. Une couche fonctionnelle d’extrémité n’est en contact avec une couche isolante qu’au niveau d’une seule de ses deux grandes faces.
[0057] Ici, les quatre spires sont réparties dans les couches fonctionnelles 210i et 2102
[0058] Les quatre spires sont réparties en deux paires de spires 232i 2322, situées respectivement dans les couches 210i et 2102, et agencées superposées. Les paires de spires sont reliées ensemble par un via vertical 231 , orienté selon l’axe (Oz) et traversant au moins la couche isolante 220i (dans le sens de l’épaisseur).
[0059] Chaque paire de spires 232i, respectivement 2322, est formée de deux spires concentriques et coplanaires.
[0060] La figure 2B illustre de manière schématique la couche fonctionnelle 210i recevant la paire de spires 2321.
[0061] Comme illustré par la figure 2B, la paire de spires 232i est composée de deux spires 230i et 2302 enroulées l’une autour de l’autre. Dit autrement, les deux spires 230i et 2302 sont formées par un unique ruban métallique linéaire, formé dans la couche fonctionnelle 210i.
[0062] Chaque spire 230i et 2302 est de forme sensiblement carrée, ou rectangulaire. En particulier, chaque spire 230i et 2302 est en forme de rectangle ou de carré, ouvert du fait de l’agencement des spires enroulées l’une autour de l’autre.
[0063] A la figure 2B, on a également représenté par un rond noir 233i, l’une borne de l’antenne de communication en champ proche 230.
[0064] La figure 2C illustre de manière schématique la couche fonctionnelle 2102 recevant la paire de spires 2322.
[0065] Comme illustré par la figure 2C, la paire de spires 2322 est composée de deux spires 2303 et 2304 enroulées l’une autour de l’autre. Dit autrement, les deux spires 2303 et 2304 sont formées par un unique ruban métallique linéaire, formé dans la couche fonctionnelle 2102.
[0066] Chaque spire 2303 et 2304 est de forme sensiblement carrée, ou rectangulaire. En particulier, chaque spire 2303 et 2304est en forme de rectangle ou de carré, ouvert du fait de l’agencement des spires enroulées l’une autour de l’autre.
[0067] A la figure 2C, on a également représenté par un rond noir 2332, l’autre borne de l’antenne de communication en champ proche 230.
[0068] La figure 2D illustre de façon schématique, et selon une vue de dessus en transparence, le dispositif 200.
[0069] A la figure 2D, les couches isolantes sont représentées transparentes, de sorte que l’on observe la superposition des deux paires de spires 232i et 2322. Comme illustré par la figure 2D, chaque spire de la première paire de spires 232i est superposée avec l’une respective des spires de la seconde paire de spires 2322.
[0070] A la figure 3, on a représenté des variations d’inductance de l’antenne de communication en champ proche, d’un dispositif à l’autre. Les valeurs de variation d’inductance ont été obtenues par simulation. [0071] La barre de gauche représente la variation d’inductance dans un dispositif de l’art antérieur tel que décrit en introduction, formé sur une carte de circuit imprimé de 0,8 mm d’épaisseur. La variation d’inductance est de l’ordre de 2,5%.
[0072] La barre de droite représente la variation d’inductance dans un dispositif selon l’invention, formé sur une carte de circuit imprimé de 0,8 mm d’épaisseur également. La variation d’inductance est de l’ordre de 0,25 %.
[0073] On constate ici une réduction d’un facteur 10 des variations d’inductance de l’antenne de communication en champ proche, d’un dispositif à l’autre. Cela confirme bien l’intuition des inventeurs que les variations d’inductance peuvent être réduites en limitant le nombre de couches sur lesquelles s’étendent les spires de l’antenne. Différentes simulations ont été mises en œuvre. Dans tous les cas, les variations d’inductance sont réduites d’un facteur compris entre 3 et 10.
[0074] Selon l’invention, le dispositif 200 comporte en outre au moins un circuit électronique 250 d’alimentation et de traitement de signal.
[0075] Comme détaillé en introduction, le circuit électronique 250 d’alimentation et de traitement de signal est configuré pour générer un signal électrique d’émission destiné à être transformé par l’antenne 230 en un signal magnétique d’émission, et pour réaliser un prétraitement de signal sur un signal électrique fourni par l’antenne 230 et correspondant à un signal magnétique reçu par ladite antenne 230 et transformé par celle-ci en signal électrique. Le prétraitement de signal comprend notamment une démodulation et une amplification du signal électrique fourni par l’antenne 230, pour pouvoir en extraire ensuite l’information utile. Le circuit électronique 230 peut être nommé « circuit d’émission et réception », ou simplement « transceiver ». Le circuit électronique d’alimentation et de traitement de signal comporte un étage d’émission, un étage de réception (démodulation, amplification), et un éventuellement étage de traitement du signal (pour extraire l’information utile).
[0076] Le circuit 250 est relié à l’antenne 230 par au moins un via vertical 251 , orienté selon l’axe (Oz). Il présente au moins une fonction d’alimentation de l’antenne 230 et de réception et traitement d’un signal électrique fourni par l’antenne 230.
[0077] Le circuit 250 s’étend dans au moins une couche fonctionnelle de la carte de circuit imprimé, distincte d’une couche recevant une ou plusieurs spires de l’antenne. Ici, le circuit 250 s’étend dans la couche fonctionnelle 2104 la plus éloignée de l’antenne 230. Dans des variantes non représentées, le circuit 250 s’étend dans plusieurs couches fonctionnelles superposées, toutes distinctes d’une couche recevant une ou plusieurs spires de l’antenne. De façon avantageuse, le circuit 250 s’étend, au moins, dans la couche fonctionnelle la plus éloignée de l’antenne 230.
[0078] Sur les figures 2B à 2D, on a représenté de façon schématique le contour 255 du circuit 250, représenté en transparence.
[0079] De manière avantageuse, et comme représenté sur les figures 2B à 2D, le circuit 250 est placé à l’intérieur des spires. Dit autrement, le circuit 250 est inscrit à l’intérieur d’une surface 238 délimitée par un contour interne des spires. Dit encore autrement, selon une représentation en vue de dessus, le circuit 250 est inscrit à l’intérieur de la surface 238 délimitée par un contour interne des spires. Dit encore autrement, dans une projection orthogonale des spires et du circuit 250 dans un même plan parallèle au plan (Oxy), le projeté du circuit 250 est situé à l’intérieur d’une surface délimitée par le contour interne du projeté des spires. Sur la figure 2D, la surface 238 est représentée hachurée. [0080] Cet agencement offre une compacité optimale.
[0081] Dans des variantes non représentées, le dispositif selon l’invention comporte en outre une électrode capacitive, inscrite également à l’intérieur d’une surface délimitée par le contour interne des spires.
[0082] Le cas échéant, l’électrode capacitive et le circuit électronique d’alimentation sont agencés superposés, chacun dans au moins une couche distincte de la carte de circuit imprimé.
[0083] Une telle électrode capacitive est utilisée, de manière connue en soi, pour former un condensateur de mesure avec la masse de manière à réaliser une détection de présence.
[0084] L’électrode capacitive est avantageusement connectée à un circuit détection, non représenté, comportant un microcontrôleur, des interrupteurs, et un condensateur de décharge. Le condensateur de mesure défini entre l’électrode capacitive et la masse, et le condensateur de décharge, sont montés ensemble selon un agencement de type pont diviseur capacitif (ou « capacitive voltage divider, en anglais). Les interrupteurs sont pilotés de sorte que le condensateur de mesure soit alternativement chargé et déchargé dans le condensateur de décharge. Lors de la décharge du condensateur de mesure dans le condensateur de décharge, les charges s’équilibrent entre les deux condensateurs et il est possible de détecter la présence d’une cible en fonction d’un signal de tension représentatif de la décharge du condensateur de mesure.
[0085] L’invention couvre également une poignée de porte pour véhicule automobile, non représentée, incorporant un dispositif selon l’invention tel que celui décrit en référence aux figures 2A à 2D.
[0086] Le dispositif selon l’invention est configuré pour communiquer avec un appareil annexe porté par un utilisateur, l’appareil annexe étant muni lui aussi d’une antenne de communication en champ proche et comportant une mémoire stockant un identifiant d’utilisateur. L’appareil annexe peut être un téléphone intelligent intégrant une fonctionnalité spécifique, ou un appareil dédié tel qu’un badge d’accès au véhicule.
[0087] De manière avantageuse, le circuit électronique 250 d’alimentation et de traitement de signal est configuré pour générer l’envoi d’un signal d’interrogation, depuis le dispositif selon l’invention vers l’appareil annexe, le signal d’interrogation étant adapté requérir l’envoi de données relatives à un identifiant stocké dans l’appareil annexe.
[0088] De manière avantageuse, le circuit électronique 250 d’alimentation et de traitement de signal est configuré pour traiter un signal électrique d’identification, fourni par l’antenne 230. Le signal électrique d’identification correspond à la transduction, par l’antenne 230, d’un signal magnétique d’identification en un signal électrique d’identification. Le signal électrique d’identification code une information relative à un identifiant stocké dans l’appareil annexe.
[0089] Le circuit électronique 250 d’alimentation et de traitement de signal peut être configuré pour extraire, à partir du signal électrique d’identification, une donnée relative à un identifiant stocké dans l’appareil annexe, et pour transmettre cette donnée à un contrôleur central qui compare cette donnée à une liste d’au moins un identifiant autorisé, et génère une commande de déverrouillage d’ouvrant lorsque ladite donnée correspond à au moins un identifiant autorisé.
[0090] L’invention n’est pas limitée aux exemples illustrés par les figures. Par exemple, dans des variantes non représentées, la carte de circuit imprimé comporte plus de quatre couches fonctionnelles, par exemple six. Dans ce cas, l’antenne de communication en champ proche reste répartie dans seulement deux couches fonctionnelles de la carte de circuit imprimé, de préférence deux couches voisines incluant une couche d’extrémité de la carte de circuit imprimé.
[0091] Dans des variantes moins préférées de l’invention, les quatre spires sont réparties avec trois spires dans une première couche fonctionnelle et une unique spire dans une deuxième couche fonctionnelle, la première couche fonctionnelle et la deuxième couche fonctionnelle étant séparées deux à deux par une unique couche isolante.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif de communication en champ proche (200), destiné à être intégré dans un véhicule automobile, et comportant :
- une carte de circuit imprimé, comportant superposées au moins quatre couches dites fonctionnelles (210i, 2102, 2103, 2104), en matériau électriquement conducteur, séparées deux à deux par des couches respectives dites isolantes (220i, 2202, 2203), en matériau diélectrique ;
- une antenne de communication en champ proche (230), formée par quatre spires (230i, 2302, 2303, 2304) concentriques intégrées sur la carte de circuit imprimé ; et
- au moins un circuit électronique (250) d’alimentation et de traitement de signal, relié à l’antenne (230) et intégré sur la carte de circuit imprimé ; caractérisé en ce que les quatre spires (230i , 2302, 2303, 2304) sont réparties sur seulement deux couches fonctionnelles voisines (210i, 2102), et en ce que l’au moins un circuit électronique (250) d’alimentation et de traitement de signal est formé dans au moins une couche fonctionnelle (2103 ; 2104) de la carte de circuit imprimé, distincte des couches fonctionnelles (210i, 2102) recevant les spires, l’au moins un circuit électronique (250) d’alimentation et de traitement de signal étant inscrit à l’intérieur d’une surface (238) délimitée par un contour interne des spires.
[Revendication 2] Dispositif (200) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l’antenne (230) est formée par quatre spires, avec deux premières spires (230i, 2302) situées sur une première couche fonctionnelle (210i) et deux secondes spires (2303, 2304) situées sur une deuxième couche fonctionnelle (2102), la première couche fonctionnelle (210i) et la deuxième couche fonctionnelle (2102) étant séparées deux à deux par une unique couche isolante (220i).
[Revendication 3] Dispositif (200) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux premières spires (230i, 2302) sont superposées deux à deux avec les deux secondes spires (2303, 2304).
[Revendication 4] Dispositif (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites deux couches fonctionnelles voisines (210i, 2102) incluent une couche d’extrémité de la carte de circuit imprimé.
[Revendication 5] Dispositif (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une électrode capacitive, inscrite à l’intérieur d’une surface délimitée par un contour interne des spires, et connectée à un circuit de détection pour former un capteur de présence capacitif, avec le circuit de détection intégré sur la carte de circuit imprimé.
[Revendication 6] Dispositif (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque spire (230i, 2302, 2303, 2304) est de forme carrée.
[Revendication 7] Poignée de porte pour un véhicule automobile, comportant un dispositif (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
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