Brevet FR2618907A1 — publié le 19890203

La présente invention concerne un système d'identification par balise. Une balise d'identification est un dispositif électronique qui, lors de son passage à proximité d'un appareil détecteur, transmet en réponse à un signal émis par ce dernier un signal codé de manière particulière représentant un indicatif de la personne ou de l'objet auquel est attachée la balise. On utilise de telles balises dans un très grand nombre de systèmes d'identification, qu'il s'agisse d'identification de personnes (badge d'identification de haut niveau de sécurité pour autoriser des entrées et/ou enregistrer des passages) ou bien d'objets mobiles tels que des véhicules automobiles (voitures et poids lourds aux péages automatiques sur les autoroutes, camions-citernes pendant les opérations d'alimentation dans les stations de combustible, wagons en gare de triage, etc...). L'un des buts de l'invention est de proposer un tel type de système d'identification, dans lequel la balise ne nécessite aucune alimentation et permet, de par sa conception, un couplage particulièrement efficace et fiable avec le détecteur, pour autoriser une transmission très sûre de l'indicatif à transmettre. A cet effet, selon l'invention, le système est caractérisé en ce que - le détecteur comprend des moyens pour émettre vers la balise un signal à une première fréquence d'interrogation, et des moyens pour recevoir en réponse de la balise un signal d'identification à au moins une fréquence de réponse différente de la fréquence d'interrogation ; et - la balise comprend un circuit numérique de codage, des moyens coopérant avec ce circuit numérique de codage, pour émettre vers le détecteur un signal d'identification sur la (les) fréquence (s) de réponse, ce signal étant modulé par le circuit numérique de codage, des moyens pour recevoir du détecteur le signal émis à la fréquence d'interrogation, et des moyens pour redresser et filtrer ce signal, de manière à produire une tension continue destinée à alimenter les circuits actifs de la balise. Selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses de réalisation de ce système - la fréquence d'interrogation est supérieure à la (chacune des) fréquence (s) de réponse - le codage numérique est un codage par commutation de fréquences, la fréquence de réponse pouvant prendre deux valeurs distinctes en fonction du codage - la (chacune des) fréquence (s) de réponse est un sous-multiple de la fréquence d'interrogation - dans ce dernier cas, le circuit numérique de codage de la balise comprend des premiers moyens diviseurs de la fréquence d'interrogation, définissant la première fréquence de réponse, et des deuxièmes moyens diviseurs de la fréquence d'interrogation, définissant la seconde fréquence de réponse - il est prévu, à la fois dans la balise et dans le détecteur des troisièmes moyens diviseurs de la fréquence d'interrogation, définissant une fréquence d'horloge de synchronisation, commune au détecteur et à la balise - le circuit numérique de codage de la balise est réalisé en technologie CMOS. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un mode de réalisation, faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles - la figure I est un schéma par blocs du système d'identification de l'invention comprenant un détecteur et une balise - la figure 2 montre le spectre des signaux échangés entre le détecteur et la balise. Sur la figure 1, la référence l désigne le détecteur et la référence 2 la balise qui émettra un signal d'identification lors de son passage à proximité du détecteur. Le détecteur I comprend un générateur G relié d'une part à la masse, d'autre part, à une borne d'un condensateur Cl. Son autre borne est connectée à une borne d'une bobine LI dont l'autre borne est reliée à la masse. Le générateur G est aussi relié à un circuit diviseur 12, lui-même relié à une première entrée d'un circuit 10 de démodulation. La sortie de ce circuit 10 est connectée à un circuit numérique Il de décodage et de traitement. Le condensateur Cl est connecté à un circuit résonnant parallèle L2, C2 qui est relié d'une part à une deuxième entrée du circuit 10 de démodulation et d'autre part à une borne d'un condensateur C6 dont l'autre borne est reliée à la masse. La balise 2 comprend un circuit résonnant parallèle L3, C3, dont une extrémité est reliée à la masse et dont l'autre extrémité est connectée à une diode D en série avec un condensateur C5 qui est relié à la masse, à l'entrée d'un circuit numérique de codage 20 et à une extrémité d'un circuit résonnant parallèle L4, C4, la sortie du circuit numérique de codage 20 étant connectée à I'autre extrémité du circuit résonnant parallèle L4, C4, par l'intermédiaire d'un condensateur C7. Essentiellement, le système d'identification de l'invention repose sur l'utilisation de deux signaux - un signal d'interrogation de fréquence f appelée fréquence d'interrogation, émis par la bobine Lt du détecteur, servant à l'alimentation de la balise (qui ne possède pas d'alimentation propre) et à la synchronisation des signaux échangés entre le détecteur et la balise ; le signal d'interrogation est une porteuse non modulée d'une certaine puissance, dépendant de la distance maximale d'action entre le détecteur et la balise pour l'application en cause, du rendement des circuits de la balise et de la sensibilité des circuits récepteurs du détecteur. Les puissances rayonnées sont habituellement inférieures à 10 W, typiquement de l'ordre de 100 mW. La gamme de fréquences utilisée est de préférence la gamme 50-140 kHz, c'est-à-dire inférieure aux grandes ondes radio pour éviter les interférences et la réception de signaux parasites. - un signal de réponse, émis par la balise vers le détecteur à réception du signal d'interrogation, ce signal de réponse étant constitué par une succession de signaux élémentaires de durée constante et de fréquence déterminée, appelée fréquence de réponse. Ces fréquences de réponse peuvent être différentes, on choisit de préférence deux fréquences de réponse différentes. Le signal de réponse est généré par un circuit numérique de codage programmé de façon à ce que la balise soit représentative de la personne ou du véhicule auquel elle est attachée. On choisit de préférence une fréquence d'interrogation qui soit toujours supérieure aux fréquences de réponse, pour empêcher les réponses parasites liées aux harmoniques. De plus, on verra qu'en choisissant pour chacune des fréquences de réponse une valeur qui est un sous-multiple de la fréquence d'interrogation, la structure des circuits de la balise peut être grandement simplifiée, et qu'en outre ce choix permet un fonctionnement parfaitement synchrone du détecteur et de la balise. Plus précisément, le couplage entre le détecteur et la balise se fait par les bobines LI et L3 qui sont réalisées suivant une structure et une forme optimisées en fonction de l'application (bâtonnet de ferrite bobiné de petite dimension, boucle de grande surface, dessin de circuit imprimé, etc...). On suppose, pour la description qui suit, que les éléments réactifs sont sans pertes, les résistances des générateurs de signaux nulles, les accords et redressements parfaits et enfin que le circuit numérique de codage fonctionne sans consommation d'énergie. Le circuit résonnant série LI, Cl et le circuit résonnant parallèle L2, C2 sont accordés l'un et l'autre sur la fréquence f du signal d'interrogation produit par le générateur G. De la sorte, toute l'énergie du signal d'interrogation est rayonnée par la bobine LI, tandis que le circuit bouchon L2, C2 constitue un circuit d'arrêt empêchant la transmission de cette énergie vers les autres circuits du détecteur. Du côté de la balise, on a accordé de la même façon les circuits résonnants parallèles L3, C3 et L4, C4 sur la fréquence d'interrogation f : toute l'énergie électromagnétique captée par la bobine L3 est donc redressée par la diode D et filtrée par le condensateur C5, ce qui permet d'obtenir une tension sensiblement continue Vcc assurant l'alimentation des différents circuits actifs de la balise. Le circuit numérique de codage 20 est le circuit actif de la balise qui reçoit en entrée le signal à la fréquence d'interrogation f et délivre en sortie un signal modulé à une fréquence inférieure à f, retransmis vers le détecteur par la bobine L3. De préférence, on effectue le codage numérique au moyen d'une modulation par commutation de fréquences (modulation dite "FSK" : Frequency Shift Keying), c'est-à-dire que chaque valeur binaire l ou 0 correspond à l'un de deux signaux de fréquences f' ou f" inférieures à f ; un tel mode de codage est particulièrement efficace et résistant aux perturbations, et en outre, comme on le verra par la suite il est aisé à réaliser en technique entièrement numérique par les circuits de la balise. Le signal ainsi modulé par commutation de fréquences est capté par la bobine Ll du récepteur et transmis au circuit 10 de démodulation. Le condensateur C6 a une réactance conjuguée de celle du réseau LI, Cl, C2, L2 aux fréquences de réponse f' et f" (lorsque ces deux fréquences sont proches, l'accord peut être réalisé sur leur valeur moyenne), ainsi toute l'énergie captée par LI arrive à l'entrée du circuit 10 de démodulation. Le signal de sortie de ce circuit 10 de démodulation est appliqué à l'entrée du circuit numérique 11 de décodage et de traitement qui fournit en sortie S la valeur du code d'identification correspondant à la balise. Le traitement du signal de sortie du circuit 10 par ce circuit Il est d'un type classique. Pour valider le code d'identification apparaissant en sortie S du circuit Il on peut prévoir que, la balise émettant d'une façon cyclique le même signal deréponse, on fait par précaution une comparaison sur trois codes successifs reçus ; on peut également ajouter au code des binons de parité ou des binons correcteurs pour augmenter la sécurité de la transmission. Dans la balise, la réactance du condensateur C7 est conjuguée de la réactance équivalente du réseau L3, C3, L4, C4 pour les fréquences f' et f", de sorte que par cette résonnance toute l'énergie active produite à ces fréquences en sortie du circuit 20 se retrouve dans la bobine L3 et, par couplage avec Li, à l'entrée du circuit démodulateur 10 du détecteur. On constate ainsi que l'ensemble détecteur-balise se comporte comme des circuits couplés qui ont deux résonnances éloignées, fait qui permet un aiguillage sans pertes (dans le cas idéal supposé) des signaux échangés. - l'énergie sur la fréquence plus haute f est transmise du générateur G vers la balise, - la balise convertit cette énergie dans un signal RF codé sur f' et f" et le renvoie à l'entrée du démodulateur 10 du détecteur. Le circuit diviseur 22 est relié à un circuit diviseur 23, par exemple un diviseur par 4. On obtient alors en sortie du circuit diviseur 23 un signal de fréquence H = f/20 servant de signal d'horloge à l'étage 24 de codage proprement dit dont l'entrée est reliée à la sortie du circuit diviseur 23. Dans le détecteur 1, en sortie du circuit diviseur 12 on retrouve le même signal d'horloge de fréquence H = f/20, qui sera appliqué au circuit 10 de démodulation, permettant ainsi un fonctionnement parfaitement synchrone du détecteur et de la balise. L'étage 24 est constitué par un registre à décalage comprenant autant de positions à programmation parallèle (déterminées par les commutateurs K1, K2,... Kn) que de binons du code à transmettre (compte tenu éventuellement de binons de parité ou de binons correcteurs). Un circuit logique 29 reçoit en entrée le signal de sortie de l'étage 24, qui est un signal série. Il réalise la modulation en envoyant au circuit d'émission L3, C3, selon la séquence de codage déterminée par les commutateurs KI à Kn, les signaux de fréquences f' et f". La sortie de l'étage 24 est reliée à l'entrée du circuit logique 29 dont la sortie est connectée à une borne du condensateur C7. Le circuit logique 29 est constitué par un inverseur 28, deux portes ET 25,26 et une porte OU 27. La première entrée de la porte ET 25 reçoit le signal de sortie du circuit diviseur 22 qui est un signal de fréquence f", tandis que la première entrée de la porte ET 26 reçoit le signal de sortie du circuit diviseur 21 qui est un signal de fréquence f'. La seconde entrée de la porte ET 26 reçoit le signal de sortie de l'étage 24, tandis que la seconde entrée de la porte ET 25 reçoit le même signal mais inversé par l'inverseur 28. La porte OU 27 reçoit sur sa première entrée le signal de sortie de la porte ET 25 et sur sa seconde entrée le signal de sortie de la porte ET 26. La sortie de la porte OU 27 constitue la sortie du circuit logique 29. En pratique, pour diminuer au maximun la consommation du circuit numérique de codage 20 (et donc pour augmenter le rendement de la balise) on utilise de préférence pour le circuit 20 une technologie CMOS, qui permet une consommation d'énergie extrêmement réduite lorsque les fréquences de travail sont relativement basses (ce qui est le cas ici), de sorte que l'énergie captée par la balise est convertie en énergie de réponse avec un excellent rendement, même avec un traitement du signal relativement complexe. Les calculs et les expérimentations montrent que le systeme fonctionne sans erreurs pour un rapport énergie émise/énergie reçue de l'ordre de 70 dB, en couvrant avec une bonne marge de sécurité les pertes et les dispersions inhérentes aux différents éléments. On constate par ailleurs que la transmission du code est suffisamment rapide pour permettre à un mobile de s'identifier d'une façon sûre, même s'il se déplace à une vitesse dépassant 60 km/h. REVENDICATIONS 1. Système d'identification, comportant un détecteur et une balise, caractérisé en ce que - le détecteur (1) comprend . des moyens (G,L.l,Cl) pour émettre vers la balise un signal à une première fréquence (f) d'interrogation, et des moyens (L1,L2,C2,C6,10,11) pour recevoir en réponse de la balise un signal d'identification, à au moins une fréquence de réponse différente de la fréquence d'interrogation (f), - la balise (2) comprend . un circuit numérique (20) de codage, des moyens (C7,L4,C4,L3) coopérant avec ce circuit numérique de codage, pour émettre vers le détecteur un signal d'identification sur la (les) fréquence (s) de réponse, ce signal étant modulé par le circuit numérique de codage, des moyens (L3,C3) pour recevoir du détecteur le signal émis à la fréquence d'interrogation, et . des moyens (D,C5) pour redresser et filtrer ce signal, de manière à produire une tension continue (Vcc) susceptible d'alimenter le circuit numérique de codage. 2. Système d'identification selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'interrogation (f) est supérieure à la (chacune des) fréquence (s) de réponse. 3. Système d'identification selon la revendication 2, caractérisé en ce que le codage numérique est un codage par commutation de fréquences, la fréquence de réponse pouvant prendre deux valeurs distinctes (f',f") en fonction du codage. 4. Système d'identification selon la revendication 3, caractérisé en ce que la (chacune des) fréquence (s) de réponse est un sous-multiple de la fréquence d'interrogation (f). 5. Système d'identification selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit numérique de codage 20 comprend un premier circuit diviseur (21) et un deuxième circuit diviseur (22) recevant en entrée un signal à la fréquence d'interrogation (f) et délivrant en sortie respectivement un signal à la première fréquence de réponse (f') et un signal à la seconde fréquence de réponse (f"). 6. Système d'identification selon la revendication 5, caractérisé en ce que la balise comprend un troisième circuit diviseur (23) et le détecteur un circuit diviseur (12), ces deux circuits diviseurs (23,12) délivrant un signal d'horloge de fréquence (H) commun au détecteur et a' la balise. 7. Système d'identification selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit numérique de codage (20) est réalisé en technologie CMOS. 8. Une balise pour le système d'identification de l'une des revendications 1 à 7. 9. Un détecteur pour le système d'identification de l'une des revendications 1 à 7.