Brevet FR2711440A1 — publié le 19950428

j Dispositif à pureté spectrale pour l'échange d'informations à distance entre un objet portatif et une station L'invention concerne l'échange d'informations à distance entre un objet portatif et une station. Elle s'applique particulièrement mais non limitativement à l'échange d'informations entre une carte électronique à mémoire, communément appelée "carte à puce", et un terminal. Dans le document FR-A-2 640 830, il est décrit un dispositif pour l'échange d'informations à distance entre un objet portatif et une station. Le dispositif comprend: - sur la station, un oscillateur comportant une boucle de réaction, possédant un élément inductif-station, et susceptible de lui conférer une fréquence de travail variable relativement à une fré- quence de repos, ainsi que - des moyens traitement-station, reliés à l'oscillateur, et capables de traiter les variations de la fréquence de travail, - sur l'objet portatif, un circuit électronique commutable entre un état inactif et un état actif dans lequel il forme un circuit résonant accordé sur une fréquence distincte de ladite fréquence de repos, tout en demeurant apte au couplage inductif avec la boucle de réaction à ladite fréquence de repos, et des moyens de traitement-objet, capables de commuter le circuit électronique en fonction d'informations à transmettre vers la station. Dans ce dispositif, la variation de la fréquence de travail de l'oscillateur induite par les commutations du circuit électronique de l'objet portatif permet aux moyens de traitement-station d'en déduire les informations transmises entre ledit objet portatif et la station. Or, l'oscillateur libre d'un tel dispositif fait glisser la fréquence qu'il génère, ce qui engendre inéluctablement l'émission de rayonnements non essentiels appelés plus communément harmoniques. Il en résulte que l'environnement radiofréquence du disposi- tif est encombré inutilement, ce qui peut altérer le bon fonctionnement de la transmission des données et d'autres dispositifs radiofréquence disposés à proximité. La présente invention apporte une solution à ce problème. Elle porte sur un dispositif du type décrit ci-avant. Selon la caractéristique principale de la présente invention, le dispositif comprend: - sur la station, un générateur de tension alternative propre à délivrer une première tension choisie; un élément résistif-station possédant une première borne reliée au générateur de tension et une seconde borne; un arrangement en série relié à la seconde borne et possédant un élément inductif-station et un élément capaci- tif-station, ledit arrangement étant susceptible d'engendrer une seconde tension alternative, la différence de phase entre les première et seconde tensions étant variable; des moyens de traitement-station reliés aux première et seconde bornes et capables de traiter la variation de phase entre les première et seconde tensions; - sur l'objet portatif, un circuit électronique commutable entre un état inactif et un état actif dans lequel il forme un circuit résonant avec l'élément inductif-station et induit dans celui-ci un terme résistif additionnel; des moyens de traitement-objet capables de commuter le circuit électronique en fonction d'informations à transmettre vers la station. La variation de phase entre les première et seconde tensions ainsi induite par ces commutations permettant aux moyens de traitement-station d'en déduire lesdites informations. Un tel dispositif a l'avantage de conférer une pureté spectrale, dans la mesure o il permet d'utiliser un généra- teur de tension aussi pur que l'on souhaite. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de traitement-station comprennent: - un premier circuit d'adaptation propre à convertir la première tension alternative en un premier signal carré, - un second circuit d'adaptation propre à convertir la seconde tension alternative en un second signal carré; et - un ensemble logique possédant une première entrée reliée à la sortie du premier circuit d'adaptation, une seconde entrée reliée à la sortie du second circuit d'adaptation et une sortie propre à délivrer les informations binaires induites par les variations de phase entre les première et seconde tensions alternatives ainsi converties. De préférence, chaque circuit d'adaptation comprend un amplificateur opérationnel non inverseur et un circuit de déclenchement relié audit amplificateur opérationnel. La présente invention a également pour objet une installation comprenant une pluralité de dispositifs d'échange d'informa- tions à distance, dont les stations sont accolées sensible- ment les unes aux autres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci- après et des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif d'échange d'informations associé au contrôle d'accès selon l'art antérieur; - la figure 2 représente schématiquement les éléments constitutifs d'une carte à puce selon l'art antérieur; - la figure 3 est une représentation schématique des éléments constitutifs d'une station selon l'invention; - la figure 4 représente des chronogrammes illustrant schématiquement le fonctionnement du dispositif côté station selon l'invention; et - la figure 5 est un schéma détaillé des moyens d'adaptation selon l'invention. Les dessins comportent pour l'essentiel des éléments de caractère certain. A ce titre, ils font partie intégrante de la description et pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description ci-après, mais aussi à contribuer, le cas échéant, à la définition de l'invention. Selon la figure 1, dans une application particulière de l'invention, aucunement limitative, l'objet portatif 10 est du type carte à mémoire, et la station est un terminal 12 équipé d'un portique inductif 14 dans lequel est susceptible de passer une personne 16 munie de la carte à mémoire 10. Dans le document FR-A-2 640 830 mentionné ci-avant, la variation de fréquence du signal produit par l'oscillateur est utilisée pour la transmission d'informations depuis l'objet portatif vers la station. Dans la présente invention, le terminal est modifié dans sa structure, comme on le décrira plus en détail ci-après, tandis que la carte présente les mêmes éléments et exerce les mêmes fonctions dans le sens de la transmission de données terminal vers station (à toutes fins utiles, la description de ce document est incluse dans la présente Demande). Ainsi, conformément à la figure 2, la carte 10 est du type carte à mémoire standard, c'est-à-dire d'un format d'environ mm x 55 mm. Elle comporte un circuit électronique 3 possédant un élément inductif-objet L30 ayant une valeur inductive sensiblement égale à 6 pH et une valeur résistive intrinsèque R30 sensiblement égale à 6,3 Ohms. Cet élément inductif L30 est destiné à être placé en couplage inductif avec l'élément inductif du terminal (que l'on décrira plus en détail ci-après) lors du passage du porteur de la carte dans le portique. Aux bornes de cet élément inductif L30 est placé un élément capacitifobjet C30 dont la valeur capacitive est choisie pour former avec cet élément inductif L30 un circuit résonant avec l'élément inductif de la station. Le circuit électronique 3 est commutable entre deux états par l'intermédiaire de moyens de commutation MC, représentés ici schématiquement par un interrupteur, susceptible de court- circuiter les deux bornes B1 et B2 de l'élément capacitif C30 (ou de l'élément inductif L30). Ainsi, on définit un état actif dans lequel, l'interrupteur MC étant ouvert, le circuit électronique 3 forme un circuit résonant avec le terminal, et à l'état inactif dans lequel, l'interrupteur MC étant fermé, les bornes respectives des éléments capacitif C30 et inductif L30 sont court-circuitées et reliées à la masse. Les moyens de commutation MC sont commandés par des moyens de traitement-objet MTO reliés à des moyens de stockage d'infor- mations MSD. Ces moyens MTO et MSD font partie de l'unité centrale qui, dans le cas particulier d'une carte à mémoire, comprend le microcontrôleur de cette carte ainsi que ses mémoires implicitement associées. Une entrée des moyens de traitement-objet MTO est susceptible d'être reliée soit à la masse, soit à une tension prédétermi- née +VDD délivrée par des moyens d'alimentation-objet MAO. Le choix de cette liaison dépend de moyens de commutation additionnels MCA commandés par le circuit résonant de la carte 10, c'est-à-dire le circuit électronique 3 dans son état actif. L'homme du métier se référera au document mentionné ci-avant pour avoir des renseignements plus détaillés sur les compo- sants de la carte à puce, en ayant à l'esprit que la présente invention se distingue de ce document par le fait que l'utilisation du phénomène physique entre la carte et le terminal est modifiée au niveau dudit terminal, tandis que le protocole de communication terminal vers carte est identique à celui dudit document. En référence à la figure 3, le terminal 12 selon l'invention comprend un générateur de tension alternative G propre à délivrer une première tension choisie VEX. Par exemple, le générateur G délivre une tension alternative, fixe et stable d'une valeur sensiblement égale à 2 V efficace à la fréquence de 6,78 MHz, par exemple. La borne B10 d'une résistance RC est reliée au générateur G. Un arrangement en série est relié à la seconde borne B20 de la résistance RC. Cet arrangement en série comprend l'élément inductif-station L1 mentionné ci-avant et un élément capacitif-station C1. Par exemple, la valeur inductive de l'élément inductif L1 est de l'ordre de 5 pH. La capacité C1 a une valeur de l'ordre de pico F. La résistance RC a une valeur sensiblement égale à 50 Ohms. Il est à remarquer que l'élément inductif L1 est formé par le portique à l'intérieur duquel est susceptible de passer la personne munie de sa carte. Cet élément inductif constitue une spire rectangulaire dont une borne est reliée à l'élément capacitif C1 et dont l'autre borne est reliée à la masse. Les dimensions du cadre inductif L1 sont celles d'une porte standard, c'est-à-dire environ 2 m pour la hauteur et 80 cm pour la largeur. Il est à remarquer que la valeur inductive de Ll est complétée par une valeur résistive intrinsèque R1 égale sensiblement à 4 Ohms. L'arrangement Cl, Ll et Ri est susceptible d'engendrer, au générateur G, une seconde tension alternative VEY, la différence de phase entre les première et seconde tensions étant variable. Par exemple, la seconde tension VEY a une valeur sensiblement égale à 1,9 V efficace. Lorsque le circuit électronique 3 de la carte à mémoire est dans son état actif, la valeur résistive R1 de l'élément inductif-station L1 se trouve augmentée de la quantité DR1 donnée par la formule I (en annexe). De préférence, le rapport de la valeur du terme résistif additionnel DR1 sur la valeur résistive R1 de l'élément inductif-station L1 est supérieur à une valeur choisie. Par exemple, la valeur numérique du terme résistif additionnel DR1 est de l'ordre de 0,18 Ohm. Le choix des valeurs capacitive et résistive des éléments C1 et RC va contribuer à obtenir une variation significative de la phase entre les tensions VEX et VEY lorsque le cadre L1 sera en couplage inductif avec la carte à mémoire. Les informations à transmettre depuis la carte jusqu'au terminal sont stockées dans les moyens de stockage MSD sous la forme de données binaires 0 ou 1. Lors d'une transmission de telles informations, les moyens de traitement-objet MTO commandent le circuit électronique 3 dans son état actif ou non actif suivant la valeur de la donnée binaire. La diffé- rence de phase D0 (figures 4D, 4E) entre les tensions VEX et VEY passe donc d'une première valeur de 01 (figure 4B) à une seconde valeur 02 (figure 4D) et inversement selon la donnée binaire transmise. Les moyens de traitement-station MTS analysent ces différentes variations et en déduisent l'infor- mation transmise. Pour effectuer l'analyse de ces variations, les moyens de traitementstation MTS comprennent: - un premier circuit d'adaptation CA1 propre à convertir la première tension alternative VEX en un premier signal carré VTTLX (figure 4A) et possédant une première entrée 102 reliée à la première borne B10 et une sortie 104; - un second circuit d'adaptation CA2 propre à convertir la seconde tension alternative VEY en un second signal carré VTTLY (figures 4B et 4D) et possédant une première entrée 202 reliée à la seconde borne B20 et une sortie 204. Les moyens de traitement-station MTS sont complétés par un ensemble logique EL possédant une première entrée 302 reliée à la sortie 104 du premier circuit d'adaptation CA1, une seconde entrée 304 reliée à la sortie 204 du second circuit d'adaptation CA2 et une sortie S propre à délivrer les informations binaires induites par les variations de phase entre les première et seconde tensions alternatives ainsi converties. Par exemple, l'ensemble logique EL comprend une bascule de type D, dont la première entrée 302 est une entrée d'horloge, et dont la seconde entrée 304 est une entrée clear. Enfin, les moyens de traitement MTS comprennent des moyens d'intégration INT reliés à la sortie de la bascule D pour délivrer des variations de la valeur moyenne du signal induites par les informations binaires émises par la carte. Avantageusement, chaque circuit d'adaptation CA1 et CA2 comprend un circuit d'amplification opérationnel non inver- seur propre à supprimer les variations de phase parasites provoquées le cas échéant par l'environnement inductif du terminal. En référence à la figure 5, on a représenté les moyens d'adaptation CA2 ou CAl. Ils comprennent chacun un amplificateur opérationnel AP2 ou AP1 propres à amplifier les tensions VEY ou VEX et possédant une première entrée 202 ou 102 reliée à la borne B20 ou B10, une seconde entrée 203 ou 103 recevant une tension de référence K2 ou K1 à travers une résistance 210 ou 110 et une sortie 205 ou 105. La sortie 205 ou 105 de l'amplificateur opérationnel AP2 ou AP1 est reliée à un circuit de commuta- tion TG2 ou TG1, par exemple un trigger de Schmitt, possédant une entrée 230 ou 130 reliée à la sortie 205 ou 105 de l'amplificateur AP2 ou AP1 et une sortie 240 ou 140 propre à délivrer un signal de déclenchement. Le circuit de commuta- tion TG2 ou TG1 est relié aux moyens d'intégration INT qui délivrent le flux binaire d'informations. Le montage non inverseur permet ici de s'affranchir des petites variations de phase qui peuvent se produire au niveau du terminal. En effet, l'amplificateur non inverseur décale le signal de sortie amplifié d'une tension correspondant à la tension de référence K2 ou K1 appliquée à l'entrée inverseuse 203 ou 103. Pour cela, il faut choisir une tension de référence K2 ou K1 égale à la tension de déclenchement de l'élément de commuta- tion TG2 ou TG1. Par exemple, la tension de référence K2 a une valeur sensi- blement égale à 1,7 V. Par exemple, l'élément de commutation TG1 ou TG2 de type trigger de Schmitt est celui vendu sous la référence 74ACT74. La résistance 210 ou 110 a une valeur de 649 Ohms. Par ailleurs, une résistance 220 ou 120 est prévue entre l'entrée inverseuse 203 ou 103 et la sortie 205 ou 105. Elle a une valeur de 649 Ohms pour le circuit CA2 et 866 Ohms pour le circuit CAl. On se réfère maintenant aux figures 4A à 4F qui sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Sur la figure 4A, on a représenté le signal carré VTTLX issu du premier circuit d'adaptation CA1. Il s'agit d'un signal carré, de 5 V à l'état haut et de 0 V à l'état bas dans la mesure o le circuit d'adaptation est en technologie TTL. Ce signal VTTLX est une représentation numérique du signal alternatif VEX. Sur la figure 4B, on a représenté le signal carré VTTLY1 issu du second circuit d'adaptation CA2 en l'absence de couplage inductif entre le terminal et la carte. Il s'agit d'un signal carré, de 5 V à l'état haut et de 0 V à l'état bas en technologie TTL. Ce signal VTTLX est une représentation numérique du signal alternatif VEY en l'absence de couplage inductif entre la carte et le terminal. La différence de phase 01 entre VTTLX et VTTLY est représen- tée sur l'axe temporel T des abscisses. Sur la figure 4C, on a représenté le signal carré VS1 issu de la bascule D lorsque les signaux VTTLX et VTTLY1 sont respectivement appliqués aux première et seconde entrées de la bascule D. Le front montant du signal VS1 est déterminé par le front montant du signal VTTLX, et le front descendant du signal VS1 est déterminé par le front montant du signal VTTLY1. Sur la figure 4D, on a représenté le signal carré VTTLY2 issu du second circuit d'adaptation CA2 en présence du couplage inductif entre le terminal et la carte. Comme dans la figure 4B, il s'agit d'un signal carré de 5 V à l'état haut et de O V à l'état bas. Ce signal VTTLY2 est une représentation numérique du signal alternatif en présence de couplage inductif entre le terminal et la carte. La différence de phase 02 entre VTTLX et VTTLY est ici représentée sur l'axe temporel T. Compte tenu du couplage inductif entre la carte et le terminal, la phase 02 du signal VTTLY2 est différente de la phase 01 du signal VTTLY1. C'est cette différence entre 02 et 01, appelée ci-après Do, qui permet de déduire les informations transmises de la carte vers le terminal. Par exemple, la valeur D0 est de l'ordre de 0,5 . Sur la figure 4E, on a représenté le signal carré VS2 issu de la bascule D lorsque les signaux VTTLX et VTTLY2 sont respectivement appliqués aux première et seconde entrées de la bascule D. Le front montant du signal VS2 est déterminé par le front montant du signal VTTLX, et le front descendant du signal VS2 est déterminé par le front montant du signal VTTLY2. Sur la figure 4F, on a représenté le signal S issu des moyens intégrateurs INT. Le signal S représente les informations transmises par la carte vers le terminal ainsi obtenues par les moyens de traitement MTS. Pour ce qui concerne la transmission d'informations dans le sens terminal vers carte, elle se réalise simplement par l'application ou la non application d'une tension aux bornes de l'élément inductif-objet L30, comme indiqué dans le Brevet PR-A-2 640 830. ANNEXE Formule I DR1- M2 W2 0,18 Ohm R30 avec M mutuelle induction entre L1 et L30 = 2,5 10-8 H W = fréquence du générateur = 6,78 MHz R30 = résistance intrinsèque de L30 = 6,3Ohms. Revendications 1. Dispositif pour l'échange d'informations à distance entre un objet portatif et une station, caractérisé en ce qu'il comprend: - sur la station, un générateur de tension alternative (G) propre à délivrer une première tension choisie (VEX), un élément résistif-station (RC) possédant une première borne (B10) reliée au générateur de tension (G) et une seconde borne (B20), un arrangement en série relié à la seconde borne (B20) et possédant un élément inductif-station (L1) et un élément capacitif-station (Cl), ledit arrangement étant susceptible d'engendrer une seconde tension alternative (VEY), la différence de phase entre les première et seconde tensions alternatives étant variable, des moyens de traitement-station (MTS) reliés aux première (B10) et seconde bornes (B20) et capables de traiter les variations de phase entre les première (VEX) et seconde (VEY) tensions, - sur l'objet portatif (10), 30. un circuit électronique commutable (3) entre un état inactif et un état actif dans lequel il forme un circuit résonant avec l'élément inductif-station (L1) et induit dans celui-ci un terme résistif additionnel (DR1), 35. des moyens de traitement-objet (MTO) capables de commuter le circuit électronique (3) en fonction d'informations à transmettre vers la station, la variation de phase (D0) entre les première (VEX) et seconde (VEY) tensions ainsi induite par ces commutations permettant aux moyens de traitement-station (MTS) d'en déduire lesdites informations. 2. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement-station (MTS) comprennent: - un premier circuit d'adaptation (CA1) propre à convertir la première tension alternative (VEX) en un premier signal carré (VTTLX) et possédant une première entrée reliée à la première borne (B10), une seconde entrée recevant une première tension de référence (K1) et une sortie, - un second circuit d'adaptation (CA2) propre à convertir la seconde tension alternative (VEY) en un second signal carré (VTTLY) et possédant une première entrée reliée à la seconde borne (B20), une seconde entrée recevant une seconde tension de référence (K2), et une sortie, - un ensemble logique (EL) possédant une première entrée reliée à la sortie du premier circuit d'adaptation (CA1), une seconde entrée reliée à la sortie du second circuit d'adapta- tion (CA2), et une sortie propre à délivrer les informations binaires (S) induites par les variations de phase entre les première et seconde tensions alternatives ainsi converties. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit d'adaptation (CA1) comprend: - un premier amplificateur opérationnel non inverseur (AP1) possédant une première entrée (102) reliée à la première borne (B10), une seconde entrée (103) recevant la première tension de référence (K1) à travers une première résistance (110), et une sortie (105), - un premier circuit de commutation (TG1) possédant une entrée (130) reliée à la sortie (105) du premier amplifica- teur (AP1) et une sortie (140) propre à délivrer un premier signal de déclenchement. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second circuit d'adaptation (CA2) comprend: - un second amplificateur opérationnel non inverseur (AP2) possédant une première entrée (202) reliée à la seconde borne (B20), une seconde entrée (203) recevant la seconde tension de référence (K2) à travers une première résistance (210) et une sortie (205), et - un second circuit de commutation (TG2) possédant une entrée (230) reliée à la sortie (205) du second amplificateur (AP2) et une sortie (240) propre à délivrer un second signal de déclenchement. 5. Dispositif selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble logique (EL) comprend: - une bascule (D) possédant une première entrée (302) reliée à la sortie du premier circuit de commutation (TG1), une seconde entrée (304) reliée à la sortie du second circuit de commutation (TG2) et une sortie, et - des moyens d'intégration (INT) possédant une entrée reliée à la sortie de la bascule (D) et une sortie (S) délivrant les informations ainsi transmises. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments du circuit électronique (3) et ceux de la station (Ri, Cl, L1, RC) sont choisis et agencés pour que la variation de phase (D0) induite par le couplage inductif soit supérieure à un seuil prédéterminé. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport de la valeur du terme résistif additionnel (DR1) sur la valeur résistive de l'élément inductif-station (Ll) est supérieur à une valeur choisie. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la station comprend un portique inductif formant l'élément inductif-station. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet portatif est du type carte, badge, carte à mémoire ou analogue. 10. Installation, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de dispositifs d'échange d'informations à distance, selon l'une des précédentes revendications, dont les stations sont accolées sensiblement les unes aux autres. 11. Station appartenant au dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.