Brevet FR2676297A1 — publié le 19921113

L'invention concerne un système d'interface son; contact, utilisé principalement pour des applica- tions de cartes à puce sur la base du procédé décrit dans le brevet DE 34 47 560 C 2, comprenant des paires de D bobines et des redresseurs et servant à la transmission sans contact, selon le principe du transformateur, d'une part de puissance et de données par déphasage depuis une micro-station généralement fixe et à travers les paires de bobines à une micro-unité généralement mobile et,:o d'autre part, de données par modulation d'amplitude depuis cette micro-unité à travers les mêmes paires de bobines à la micro-station. Sur la base du brevet DE 34 47 560 C 2, des fabricants de puces européens de renom produisent des > 5 circuits intégrés (désignés ici par CI) qui sont incor- porés dans des cartes à puce mais aussi dans des clés de contact pour voitures en vue de la transmission sans contact d'énergie et de données Dans une telle appli- cation, le circuit intégré remplit essentiellement les20 fonctions décrites ci-après en référence à la figure 1. Une composante stationnaire du système, correspondant à la micro-station précitée et formant une électronique primaire PE, met à disposition de l'énergie (tension et courant) au moyen d'un oscillateur et la transmet selon le principe du transformateur (Tl, T 2) à travers deux bobines primaires (P 51, P 52) et deux bobines secondaires (S 51, S 52) au circuit intégré CI, constituant ou faisant partie de la micro-unité, o elle est préparée à l'aide de circuits spécifiques, tels que30 des redresseurs Gl, G 2, un circuit de commande logique CTL et un circuit de commande de courant/tension (alimen- tation) PC, de manière que d'autres circuits intégrés usuels et en particulier des composants à mémoire, comme par exemple des EEPROM, puissent être alimentés par le35 CI en courant et tension et un flux de signaux (demandes de données DR, signaux d'horloge CLK et signaux d'initialisation RST notamment) Pour qu'ils puissent remplir leur fonction. Le CI produit sur les deux bobines secondaires S 51, S 52 des variations de charge en fonction de conte- nus de mémoire au moyen d'une séquence d'information DT, variations qui peuvent être détectées sur le côté primaire, dans l'électronique primaire PE, comme des variations d'impédance Il s'agit là d'une transmission de données du CI au PE sous la forme d'une modulation d'amplitude. Le CI détecte à son tour un décalage de phase entre les deux oscillations produites dans la PE par la séquence de données DR et injectées dans le CI par les bobines du dispositif de transformateurs Tl, T 2 Il s'agit là d'une transmission de données de la PE au CI sous la forme d'une modulation de phase. Le but de l'invention est de perfectionner le CI pour une telle application, de manière que les pertes d'énergie produites par la modulation d'amplitude soient réduites à un minimum et que la transmission de données depuis le CI au côté primaire, c'est-à-dire à l'électro- nique primaire PE, devienne plus sûre. Les avantages du CI, la forte injection d'énergie, la réduction à un minimum de l'ondulation de tension se produisant en cas d'utilisation de redres- seurs et la séparation de la transmission bidirection- nelle des données par des procédés de modulation par inversion de phase et par amplitude, doivent être conservés par l'emploi de deux bobines.30 A cet effet, selon l'invention, un système d'interface comme défini au début est essentiellement caractérisé en ce que les deux courants obtenus par redressement dans les redresseurs à partir des tensions des bobines secondaires, sont combinés électroniquement,-5 dans un circuit de répartition de courant, de manière que le courant total nécessaire pour la micro-unité soit couplé additivement aux deux courants et de manière qu'en raison de ce couplage, la diminution côté secon- daire d'un premier courant (Il) entraîne obligatoirement une augmentation du second courant (I 2) et qu'une augmentation du premier courant entraîne obligatoirement une diminution du second courant, de telle sorte que la consommation totale de courant soit maintenue constante, et que, à travers le dispositif de transmission par transformateur, les variations de courant côté secon- l O daire des premier et second courants puissent être détectées, sans contact, comme des variations de tension côté primaire sur les deux bobines primaires par suite du changement de l'impédance du dispositif de trans- mission, l'intensité d'un courant, par exemple du premier courant (Il) étant commandée, par une séquence d'information côté secondaire constituée d'une séquence de variations de tension numériques, de manière que les variations de tension côté primaire soient une consé- quence directe de la séquence d'information influençant l'un des courants, et que, en outre, en raison de la combinaison additive réciproque des intensités des courants, les variations de tension côté primaire sur les deux bobines primaires soient appliquées également selon une combinaison réciproque, l'augmentation de l'intensité du premier courant produisant une réduction de la tension aux bornes de la première bobine primaire (P 51) et une augmentation de la tension aux bornes de la seconde bobine primaire (P 2) et des variations corres- pondantes étant produites pour le second courant, couplé30 additivement au premier courant, si bien que les diffé- rences de tension côté primaire s'accroissent avec l'alternance de la séquence d'information, avec le résultat que le rapport signal/bruit s'agrandit et que la transmission de données devient plus sûre. Selon un mode de réalisation avantageux, la combinaison additive des courants s'effectue au moyen d run commutateur qui interpose une résistance ohmique supplémentaire ou une résistance supplémentaire due à un composant électronique, tel qu'un transistor à effet de champ, dans le trajet du premier courant, le commuta- teur, sous la commande de la séquence d'information, déterminant la répartition des courants par cette variation de résistance. Une autre caractéristique de l'invention prévoit que la tension aux bornes d'une première bobine primaire est comparée dans un circuit comparateur avec la tension aux bornes de la seconde bobine primaire, l'application de la première tension à une entrée du comparateur et l'application de la seconde tension à l'autre entrée du comparateur ayant pour effet que la différence entre ces tensions détermine le rapport signal/bruit du signal de commande d'entrée du compara- teur, avec le résultat que, en raison de la dépendance des tensions primaires des courants secondaires, la sortie du comparateur suit les courants secondaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est le schéma d'un système d'interface de l'art antérieur; et la figure 2 est le schéma de la partie secondaire (CI) d'un système d'interface selon l'inven- tion. Pour l'application de cartes à puce fonction- nant sans contact, on utilise des circuits intégrés (CI) qui sont alimentés par exemple à travers deux bobines secondaires S 51 et S 52 agencées en spirale dans un plan. Les bobines et la puce sont soudées dans le matériau constitutif de la carte à puce de manière qu'elles35 soient invisibles; elles respectent les normes interna- tionales ISO pour cartes à puce comme celles existant par exemple pour les cartes à contact (comme par exemple les cartes de téléphone) Selon le brevet DE 34 47 560 C 2, pour transmettre des données du CI à l'électronique primaire PE, les bobines secondaires S 51 et S 52 sont. complètement ou partiellement court-circuitées, ce qui provoque une charge Cette variation de charge peut être détectée du côté de l'électronique primaire PE et sert ainsi à la transmission sans contact d'informations du côté secondaire au côté primaire La charge des bobines10 est produite de préférence par la mise en court-circuit des bornes des bobines à travers un circuit de limita- tion à diode Par ce procédé, une grande partie du courant disponible est consommée inutilement La solu- tion apportée par l'invention évite cet inconvénient.15 Lorsque les deux redresseurs Gi, G 2 et les bobines S 51, S 52 connectées à eux sont considérés comme des sources de courant fournissant les courants Il et I 2, il en résulte un courant total Imax composé des deux courants partiels Il et I 2 et entrant dans le circuit240 intégré (CI) proprement dit. lin circuit de répartition de courant CC, réalisé selon l'invention, influence les courants par l'utilisation de la séquence d'information DT appliquée en tant que séquence de commande pour la transmission n E 5 sans contact de données à travers Tl et T 2, du fait que, par exemple lorsque DT est au niveau haut (la tension du signal DT possède sa valeur la plus élevée, correspon- dant par exemple à la tension d'alimentation VCC), le courant Il est plus petit que le courant I 2 Selon30 l'invention, on peut atteindre ce but par une exécution spéciale dans laquelle un commutateur Si, réalisé par exemple comme montré par la figure 2, relie le trajet pour le courant Il issu du redresseur Gi à travers la résistance Ri au noeud de courant P ou coupe ce trajet de Il, tandis que le trajet pour le courant 12 est relié directement au noeud P Le commutateur Si pourrait être dimensionné de manière que Il soit supérieur à I 2 lorsque DT est au niveau bas Comme on peut le voir sur la figure 2, le montage des redresseurs et du commuta- teur SI comporte en outre un condensateur Cl. Si le commutateur Sl est réalisé comme une résistance réglable sous la forme d'un transistor à effet de champ, l'intensité du courant Il pourrait être modulée entre une intensité sensiblement nulle (presque pas de courant) dans un premier cas et une valeur égale t à l'intensité du courant I 2 dans un second pas, lequel correspondrait ainsi à une répartition uniforme du courant Imax sur Il et I 2. Par le choix et le dimensionnement de compo- sants électroniques appropriés, il est possible de produire différents rapports pouvant être choisis selon les désirs des courants Il et I 2 en fonction de la séquence d'information DT. La grandeur des variations des courants Il et I 2 sur le côté secondaire du dispositif de transmission Tl, T 2, détermine la grandeur des variations de tension sur le côté primaire Comme le courant Imax tout au plus nécessaire pour le circuit intégré est obtenu par addition des courants Il et I 2, lorsque le montage est réalisé de façon appropriée, l'augmentation de Il provoque simultanément une diminution de I 2 et inverse- ment, ce qui conduit côté primaire à des variations de tension correspondantes en sens inverse (la diminution du courant Il provoque l'augmentation du courant I 2 et de la tension Ul aux bornes de la bobine primaire P Sl,,O tandis que l'augmentation du courant Il provoque la diminution du courant I 2 et celle de la tension U 2 aux bornes de la bobine primaire P 52) En changeant le seul courant secondiaire Il, on peut ainsi influencer la tension côté primaire, tant aux bornes de la bobine P 51.5 qu'aux bornes de la bobine P 52 Par un montage adéquat côté primaire, il est également possible de comparer les tensions des bobines P 51 et P 52 entre elles de sorte que la formation de la différences des signaux procure un plus grand rapport signal/bruit qui contribue à la sûreté de la transmission de données Cette amélioration du rapport signal/bruit peut être obtenue par exemple par l'application des tensions aux bornes des bobines aux deux entrées d'un comparateur. c I REVENDICATIONS 1 Système d'interface sans contact, utilisé principalement pour des applications de cartes à puce sur la base du procédé décrit dans le brevet DE 34 47 56 G C 2, comprenant des paires de bobines (P Sl/S 51 et P 52/S 52) et des redresseurs (Gl, G 2) et servant à la transmission sans contact, selon le principe du transformateur, d'une part de puissance et de données par déphasage depuis une micro-station (PE) généralement fixe et à travers les paires de bobines à une micro-unité (CI) généralement mobile et, d'autre part, de données par modulation d'amplitude depuis cette micro-unité à travers les mêmes paires de bobines à la micro-station, caractérisé en ce que les deux courants15 (Il, I 2) obtenus par redressement dans les redresseurs (Gi, G 2) à partir des tensions des bobines secondaires (S 51, S 52), sont combinés électroniquement, dans un circuit de répartition de courant (CC), de manière que le courant total (Imax) nécessaire pour la micro-unité (CI) soit couplé additivement aux deux courants (Il, I 2) et de manière qu'en raison de ce couplage, la diminution côté secondaire d'un premier courant (Il) entraîne obligatoirement une augmentation du second courant (I 2) et qu'une augmentation du premier courant (I 1) entraîne25 obligatoirement une diminution du second courant (I 2), de telle sorte que la consommation totale de courant soit maintenue constante, et que, à travers le dispositif de transmission par transformateur, les variations de courant côté secondaire des premier et second cou-30 rants (Il, I 2) puissent être détectées, sans contact, comme des variations de tension côté primaire sur les deux bobines primaires (P 51, P 52) par suite du change- ment de l'impédance du dispositif de transmission, l'intensité d'un courant, par exemple du premier courant35 (Il) étant commandée, par une séquence d'information côté secondaire (DT) constituée d'une séquence de variations de tension numériques, de manière que les variations de tension côté primaire soient une consé- quence directe de la séquence d'information (DT) in- fluençant l'un des courants, et que, en outre, en raison de la combinaison additive réciproque des intensités des courants (Il, I 2), les variations de tension côté primaire sur les deux bobines primaires (P 51, P 52) soient appliquées également selon une combinaison réciproque, l'augmentation de l'intensité du premier L, courant (Il) produisant une réduction de la tension (Ui) aux bornes de la première bobine primaire (P 51) et une augmentation de la tension (U 2) aux bornes de la seconde bobine primaire (P 2) et des variations correspondantes étant produites pour le second courant (I 2), couplé 1 c additivement au premier courant (Il), si bien que les différences de tension côté primaire s'accroissent avec l'alternance de la séquence d'information (DT), avec le résultat que le rapport signal/bruit s'agrandit et que la transmission de données devient plus sûre. 2 Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que la combinaison additive des courants (Il, I 2) s'effectue au moyen d'un commutateur (Si) qui interpose une résistance ohmique supplémentaire t Ri) ou une résistance supplémentaire due à un composant électronique, tel qu'un transistor à effet de champ, dans le trajet du premier courant ( 1 l), le commutateur (Si), sous la commande de la séquence d'information (DT), déterminant la répartition des courants (Il, I 2) par cette variation de résistance. 2 o 3 Système d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension (Ul) aux bornes d'une première bobine primaire (P 51) est comparée dans un circuit comparateur avec la tension (U 2) aux bornes de la seconde bobine primaire (P 52), l'application de la première tension (Ul) à une entrée du comparateur et l'application de la seconde tension (U 2) à l'autre O entrée du comparateur ayant pour effet que la différence entre ces tensions détermine le rapport signal/bruit du signal de commande d'entrée du comparateur, avec le résultat que, en raison de la dépendance des tensions primaires (Ul, U 2) des courants secondaires (Il, I 2), la sortie du comparateur suit les courants secondaires (Il, i 2).