Brevet FR2607264A1 — publié le 19880527

Perfectionnements aux dispositifs d'identification Par Proximité. L'invention est relative aux dispositifs permet- tant d'identifier des objets à petite distance de ceux- ci, sans contact direct avec eux, et comprenant d'une part un organe interrogateur-lecteur --appelé "lecteur" ci-après-- agencé de façon à engendrer une tension al- ternative à haute fréquence F dans une impédance induc- tive et à recevoir et identifier des signaux binaires de réponse se présentant sous la.forme de suites codées d'impulsions électriques modulant la fréquence F et se succédant à une fréquence de formation f inférieure à F, suites appliquées inductivement sur ladite impédance, et d'autre part un circuit électronique d'identification monté sur chaque objet à identifier, ledit circuit --ap- pelé "badge" ci-après-- étant propre- à être couplé inductivement à l'impédance ci-dessus par simple rappro- chement mutuel, à être alimenté électriquement par la seule tension alternative F du simple fait de ce coupla- ge et à élaborer des signaux de réponse du genre indiqué ci-dessus, spécifiques du badge considéré, applicables au lecteur par ledit couplage. De tels dispositifs ont par exemple été décrits dans le brevet US-A-3 299 424. Ils se prêtent particulièrement bien à l'appli- cation suivante: le lecteur est associé à un appareil de sécurité dont on désire contrôler la commande, appa- reil tel qu'un distributeur de billets ou qu'une serrure d'acces à un local protége, et l'objet à identifier est une carte portative affectée à un usager habilité à effectuer ladite commande. Dans un tel cas, pour effectuer une telle commande, il suffit que l'usager approche sa carte du lecteur, le couplage inductif nécessaire étant obtenu sans que ce rapprochement soit effectué jusqu'au contact même entre la carte et le lecteur: en particulier il est inutile ici d'introduire la carte dans une fente spécialement prévue dans ledit lecteur. Une telle formule est avantageuse en ce qui concerne non seulement la simplicité et la rapidité des commandes, mais aussi la possibilité de délimiter exté- rieurement le lecteur par un capot de protection continu non perforé ni fendu, particulièrement résistant au van- dalisme. Les dispositifs du genre ci-dessus actuellement connus présentent un intérêt certain, mais leurs perfor- mances sont limitées dans plusieurs domaines tels que la sensibilité et que la possibilité de miniaturisation des badges associés aux objets à identifier. Ces limitations proviennent de la formule adop- tée pour l'alimentation de chaque badge et pour la structure des signaux binaires codés de réponse. Selon cette formule, c'est la tension développée aux bornes d'un circuit résonnant comprenant l'impédance inductive de couplage du badge qui est exploitée aussi bien pour l'alimentation de ce badge que pour la trans- mission inductive des signaux de réponse codés vers le lecteur. Cette tension, qui est élaborée en court- circuitant à l'aide d'un interrupteur électronique le circuit résonnant ci-dessus à une cadence programmée selon le code à identifier, se présente sous la forme d'un train d'impulsions de codage se succédant à la fré- quence f et modulant la fréquence F. Seules les portions de grande amplitude de ce train, correspondant aux périodes hors court-circuit, sont exploitables pour l'alimentation, laquelle met en oeuvre la charge d'un condensateur de filtrage, ce condensateur se déchargeant ensuite lors des courts- circuits. Si donc la durée des courts-circuits est trop grande, l'alimentation risque d'être perturbée. Or cette durée ne peut être abaissée au-dessous d'un seuil prédéterminé du fait d'une part que la fré- quence F est limitée supérieurement (notamment à une valeur de l'ordre de 150 kHz), pour des raisons d'en- combrement de l'espace hertzien et que d'autre part la modulation de chacun des bits composant les signaux binaires doit être assez fine pour permettre une dé- tection précise des débuts et fins de ces bits. Plusieurs propositions ont été faites pour essayer de remédier à cet inconvénient. Par exemple, il a été proposé dans le brevet US-A-4 196 418 de diviser le temps en cycles de deux périodes chacun se succédant à une fréquence g infé- rieure à f, la première période de chaque cycle étant utilisée pour l'alimentation du badge et la seconde période, pour la formation et la transmission des signaux de réponse codés. Cette formule présente encore de nombreux in- convénients tels que l'encombrement important du condensateur d'alimentation nécessaire et que l'obli- gation de limiter la longueur des signaux codés si l'on désire éviter la nécessité de les morceler de façon à les répartir sur plusieurs périodes de codage succes- sives. Il a également été proposé dans le brevet US-A-4 333 072 de courtcircuiter sur une résistance non nulle le circuit résonnant du badge, ce qui limite d'autant la décharge du condensateur d'alimentation. Cette solution présente l'inconvénient de ré- duire considérablement le rapport signal/bruit, ou plus précisément le rapport entre les amplitudes respectives des portions, des signaux binaires codés, correspondant respectivement aux bits O et aux bits 1, ce qui réduit d'autant la sensibilité de l'identification. L'invention a pour but, surtout, de supprimer ces divers inconvénients en permettant notamment de donner au condensateur d'alimentation une capacité rela- tivement petite, et donc un faible encombrement et de s'affranchir d'une part des limites de durée pour les courts-circuits du circuit résonnant et, d'autre part, des limites de longueur pour les signaux codés. A cet effet, les dispositifs d'identification selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent: - dans chaque badge, des moyens pour moduler par les si- gnaux codés à transmettre une tension alternative de fréquence intermédiaire fi comprise entre les fréquen- ces f et F, et pour appliquer la tension ainsi modulée à l'interrupteur électronique aux fins de commande de celui-cl, - et, dans le lecteur, des moyens pour démoduler de la- dite fréquence f les signaux codés reçus, après leur i démodulation de la fréquence F. Dans des modes de réalisation préférés, on a re- cours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la fréquence intermédiaire f. est de l'ordre de 5 à 20 i fois plus grande que la fréquence f et de l'ordre de 5 à 20 fois plus petite que la fréquence F, - la fréquence intermédiaire f. est de l'ordre de 10 i kHz, - chaque badge comprend un circuit propre à transformer la tension d'entrée Ve de fréquence F en une tension continue U, un compteur recevant la tension Ve après sa mise au carré et comprenant plusieurs étages divi- seurs par 2 propres à élaborer, à partir de ladite tension Ve, des tensions de sortie Vi à la fréquence fil Vo à la fréquence f et Vr à une fréquence de répé- tition fr' un registre à décalage contrôlé par la ten- sion Vo, par des impulsions brèves elles-mêmes engen- drées par dérivation de la tension Vr, et par la tension u à travers un organe programmé en fonction du code d'identification, une porte ET sur les deux entrées de laquelle sont appliquées respectivement la tension Vi et la tension de sortie du registre à déca- lage,, représentative du code, et un interrupteur électronique commandé par la sortie de ladite porte et monté de façon à court-circuiter le circuit résonnant du badge. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limi- tative. La figure 1, de ces dessins, est un schéma d'un dispositif d'identification établi selon l'invention. La figure 2 montre la forme des tensions qui sont développees en un certain nombre de points de ce dispositif au cours de son fonctionnement. Le dispositif considéré comprend un interroga- teur-lecteur fixe 1 qui sera désigné plus simplement par le mot "lecteur" dans la suite. Ce lecteur est agencé de façon à la fois à ali- menter à distance par couplage inductif des circuits électroniques de codage montés sur des objets à identi- fier, à interroger ces circuits et à "lire" les signaux codés de réponse reçus desdits circuits. Pour simplifier, les circuits en question seront désignés par le mot "badges" dans la suite. Le lecteur 1 est associé à un appareil de sécu- rité 3 auquel il délivre des signaux électriques de commande S lorsque la lecture effectuée révèle que le code du badge identifié est l'un de ceux habilités à ladite commande. A titre d'exemple non limitatif, l'appareil 3 en question peut être une serrure et les signaux de comman- de S permettent de déverrouiller cette serrure. Les objets sur lesquels sont montés les badges 2 d'identification sont, quant à eux, faciles à transpor- ter et à manipuler, tels que des cartes plastifiées et ils sont détenus exclusivement par des porteurs habili- tés aux commandes de l'appareil 3. Le lecteur 1 comprend un générateur 4 de tension électrique sinusoïdale de fréquence F relativement éle- vée (par exemple de l'ordre de 100 à 150 kHz) et un circuit résistance 5 - inductance 6 - capacité 7 alimen- té en série par ce générateur, circuit accordé sur la fréquence F. Le badge 2 comprend également un circuit induc- tance 8 - capacité 9 accordé sur la fréquence F. Ce sont les deux inductances 6 et 8 qui permet- tent de réaliser le couplage inductif du lecteur 1 avec le badge 2 par leur simple rapprochement mutuel, l'en- semble formant alors un transformateur à air. Lors d'un tel couplage, le champ magnétique pro- duit par le courant qui traverse chacune de ces deux inductances 6 et 8 produit une tension induite dans l'autre inductance. On observe alors une interaction entre celles-ci et les tensions résultant de cette interaction sont exploitées simultanément pour alimenter électriquement le badge, pour interroger celui-ci et pour transmettre en retour les signaux codés de réponse élaborés par le badge, signaux qui sont ensuite lus et identifiés par le lecteur, comme il sera exposé ci-après. Pour former la tension continue U nécessaire à l'alimentation électrique du badge, la tension sinusoi- dale V e recueillie aux bornes du circuit oscillant 8-9 est redressée par une diode 10, emmagasinée dans un condensateur 11 de filtrage et régulée par une diode Zener 12. Les emplacements du badge 2 o sont appliqués respectivement le pôle négatif (qui peut être la masse) et le pôle positif de cette tension U sont désignés respectivement sur la figure 1 par les symboles U- et U+. La tension sinusoïdale Ve est par ailleurs envoyée à travers une résistance de limitation de cou- rant 13 sur une entrée d'un comparateur 14 dont l'autre entrée est alimentée en U-, ce qui donne une tension carrée A de fréquence F telle que représentée sur la figure 2. La tension A est envoyée dans un compteur 15 comportant plusieurs étages diviseurs par 2. Ce compteur 15 engendre des tensions - V à une fréquence intermédiaire fi, recueillie sur une sortie B, - V à la fréquence f de production des bits de codage, o tension recueillie sur une sortie C, - et Vr à une fréquence fr de répétition des signaux de codage. Cette dernière tension Vr passe à travers un circuit dérivateur résistance 16 - capacité 17 qui pro- duit une succession d'impulsions brèves se succédant à la fréquence f et recueillies en D. r Un registre à décalage 18 --avantageusement composé d'une suite d'étages en cascade-- est relié - d'une part aux conducteurs C et D ci-dessus, - et d'autre part, respectivement, aux pôles positif U+ et négatif U- à travers un programmateur 19 réglé en fonction du code d'identification attribué au badge. Ce programmateur 19 est avantageusement consti- tué par un circuit imprimé comprenant une pluralité de pistes conductrices connectées aux entrées du registre à décalage 18 et connectables à volonté au pôle U+ ou au pôle U- par suppression des liaisons indésirables, les- quelles liaisons ont été représentées par les traits interrompus 20. On obtient ainsi sur la sortie E du registre & décalage 18 un train codé d'impulsions binaires se suc- cédant à la fréquence f, train qui est répété à la fré- quence fr' comme visible en E sur la figure 2. Dans l'exemple illustré sur cette figure 2, ce train comprend la succession des bits suivants: 1 0 1 1 0. Le conducteur E est connecté à l'une des deux entrées d'une porte ET 21 dont l'autre entrée est reliée au conducteur B. On recueille ainsi sur la sortie de cette porte 21 une tension T de fréquence fi modulée en tout ou rien par le signal codé à transmettre au lecteur 1. Cette tension T commande, à travers une résis- tance 22, un interrupteur électronique constitué par un transistor 23. Une diode 24 permet d'éviter une polarisation en direct de la jonction collecteur-base de ce transistor 23. La commande du transistor 23 par la tension codée et modulée T court-circuite le circuit résonnant 8-9 du badge, au rythme de cette tension, sur une charge très faible, charge constituée uniquement par le tran- sistor 23 et la diode 24. Chaque changement d'état de l'interrupteur 23 --que ce soit sa fermeture assurant le court-circuit mentionné ou son ouverture-- engendre une variation de l'impédance montée en parallèle sur le circuit résonnant 8-9, et donc une variation concomitante de la tension développée aux bornes de l'impédance 8: cette dernière tension présente la forme illustrée en G sur la figure 2. Les variations de cette tension induisent à leur tour des variations du même genre sur la tension déve- loppée aux bornes de l'impédance 7 du lecteur, lorsque les deux inductances 7 et 8 sont suffisamment rappro- chées pour être couplées inductivement: la forme de cette dernière tension est visible en H sur la figure 2. Dans le lecteur 1, ladite tension H est d'abord démodulée de la fréquence F par un circuit composé d'une diode 25, d'une capacité 26 et d'une résistance 27. Le signal ainsi démodulé, dont la forme est représentée en J sur la figure 2, est ensuite filtré par un filtre de bande 28 centré sur la fréquence fi. Le signal sortant du filtre 28 et amplifié par un amplificateur 29 présente alors la forme visible en K. Il est ensuite démodulé de la fréquence fi par un circuit composé d'une diode 30, d'une capacité 31 et d'une résistance 32, ce qui engendre un signal ayant la forme L. Ce dernier signal est comparé à une tension continue de référence W dans un comparateur 33, ce qui confère au signal recueilli à la sortie de ce compara- teur une forme, visible en M, correspondant exactement à celle du signal binaire codé E sortant du registre à dé- calage 18 du badge 2. C'est ce dernier signal binaire qui est transmis a un organe de décision 34 propre à comparer le code reçu à au moins un code préalablement enregistré, de façon à émettre un signal de commande S dans l'hypothèse ou la comparaison effectuée révélerait une identité. Bien entendu l'ensemble constitué par les élé- ments 15 à 21 ci-dessus n'est qu'un exemple de réalisa- tion non limitatif. Cet ensemble peut être remplacé par tout autre capable de transformer une tension alternative du genre de celle représentée en A en la tension visible en T, c'est-à-dire en une tension de fréquence fi modulée en tout ou rien par le code à identifier. Un tel ensemble peut être par exemple constitué par un microprocesseur ou par un circuit prédiffusé fa- briqué à la demande et comportant sur un même substrat la totalité des portes logiques nécessaires. Dans tous les cas, le signal codé élaboré par le badge ne se présente plus, au niveau des inductances couplées entre elles, sous la forme d'une suite de "blocs" d'amplitude relativement grande ou relativement petite selon que l'interrupteur électronique est ouvert ou fermé, blocs modulant la fréquence F et se succédant à une fréquence relativement basse, savoir inférieure ou égale à la fréquence de formation f. Ledit signal codé est encore composé ici d'une suite de "blocs" modulant la fréquence F et se succédant à la fréquence de formation f mais, parmi ces blocs, - ceux correspondant à l'ouverture de l'interrupteur électronique (savoir à la colonne des 0 sur la figure 2) conservent la forme à grande amplitude qu'ils avaient précédemment, - mais ceux correspondant à la fermeture dudit interrup- teur (colonne des 1) sont ici hachés à la fréquence intermédiaire fi, chacun d'eux étant ainsi composé d'une succession, à ladite fréquence fi, de paires de mini-blocs comprenant chacune un mini-bloc P de petite amplitude et un mini-bloc R de grande amplitude. Il en résulte que, dans tous les cas, c'est-à- dire aussi bien lors de la transmission d'un bit 1 que lors de la transmission d'un bit O du badge au lecteur, l'alimentation du badge ne risque plus d'être perturbée. En effet, même dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire lors de la transmission des 1 dans le pré- sent exemple, ladite alimentation est maintenue en per- manence à un niveau correct du fait que la grande amplitude des tensions aux bornes des inductances est alors conservée d'une part pendant la moitié du temps total et d'autre part au cours de périodes isolées très brèves: il résulte de cette double raison que le condensateur de filtrage demeure toujours suffisamment chargé et qu'il n'a pas le temps de se décharger à un degré nuisible entre les survenances successives des alternances de petite amplitude. En d'autres termes, on peut utiliser ici des condensateurs de filtrage présentant des capacités rela- tivement petites et donc de faibles encombrements, ce qui permet une excellente miniaturisation des badges concernés. De plus, on s'affranchit ici totalement des limites signalées ci-dessus en ce qui concerne les "du- rées des courts-circuits" et les "longueurs des signaux codés". On peut noter également que le "rapport signal/ bruit" défini ci-dessus est ici très élevé, ce qui permet de donner aux dispositifs considérés une bonne sensibilité et une grande fiabilité. La fréquence intermédiaire fi est de préférence de l'ordre de 5 à 20 fois supérieure à la fréquence f de codage et de l'ordre de 5 à 20 fois inférieure à la fré- quence F. Cette fréquence fi est par exemple de l'ordre de 10 kHz. Dans des modes de réalisation préférés, ces dif- férentes fréquences f, fi et F sont des multiples les unes des autres de façon que les débuts et fins des bits de codage puissent être identifiés avec précision. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient un dispositif d'identifi- cation par proximité dont la constitution, le fonction- nement et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réali- sation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'identifier des objets à petite distance de ceux-ci, sans contact direct avec eux, et comprenant d'une part un organe interrogateur- lecteur (1) --appelé Nlecteur" ci-après-- agencé de façon à engendrer une tension alternative à haute fré- quence F dans une inductance (7) et à recevoir et iden- tifier des signaux binaires de réponse se présentant sous la forme de suites codées d'impulsions électriques modulant la fréquence F et se succédant à une fréquence de formation f inférieure à F, suites appliquées induc- tivement sur ladite inductance, et d'autre part un cir- cuit électronique d'identification (2) monté sur chaque objet à identifier, ledit circuit --appelé "badge" ci- après-- comprenant un circuit résonnant (8,9) propre à être couplé inductivement à l'inductance (7) ci-dessus, des moyens (10-12) propres à exploiter la tension re- cueillie aux bornes de ce circuit résonnant aux fins d'alimentation électrique du badge, des moyens pour élaborer des signaux binaires codés (E) caractéristiques du badge, et un interrupteur électronique (23) commandé par ces signaux et propre à court-circuiter le circuit résonnant de façon à élaborer les signaux de réponse ci-dessus, caractérisé en ce que le badge (2) comprend en outre des moyens (15-21) pour moduler par les signaux binaires codés (E) une tension alternative (B) de fré- quence intermédiaire fi comprise entre les fréquences f et F et pour appliquer la tension ainsi modulée (T) à l'interrupteur électronique (23) aux fins de commande de celui-ci et en ce que le lecteur (1) comprend des moyens (30-32) pour démoduler de ladite fréquence fi les si- gnaux codés reçus, après leur démodulation de la fré- quence F. 2. Dispositif d'identification selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la fréquence intermé- diaire fi est de l'ordre de 5 à 20 fois plus grande que la fréquence f et de l'ordre de 5 à 20 fois plus petite que la fréquence F. 3. Dispositif d'identification selon l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fréquence intermédiaire fi est de l'ordre de 10 kHz. 4. Dispositif d'identification selon l'une quel- conque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les fréquences f, fiet F sont des multiples les unes des autres. 5. Dispositif d'identification selon l'une quel- conque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le badge (2) comprend un circuit (10-12) propre à transformer la tension d'entrée Ve de fréquence F en une tension continue U, un compteur (15) recevant la tension Ve après sa mise au carré (en 14) et comprenant plu- sieurs étages diviseurs par 2 propres à élaborer, à partir de ladite tension Ve, des tensions de sortie Vi à la fréquence fi, V0 à la fréquence f et Vr à une fré- quence de répétition fr' un registre à décalage (18) contrôlé par la tension V0, par des impulsions brèves elles-mêmes engendrées par dérivation de la tension Vri et par la tension U à travers un organe programmé (19, ) en fonction du code d'identification, une porte ET (21) sur les deux entrées de laquelle sont appliquées respectivement la tension Vi et la tension de sortie du i registre à décalage, représentative du code, et en ce que son interrupteur électronique (23) monté de façon à court-circuiter le circuit résonnant (8,9) du badge est commandé par la sortie de ladite porte.