Brevet FR2763445A1 — publié le 19981120

L'invention concerne la communication sans contact entre une borne et un objet portatif. De tels systèmes d'échange de données sans contact sont bien connus et, parmi les applications de cette technique, on trouve (de façon non limitative) le contrôle d'accès et le télépéage, par exemple pour l'accès et le péage des transports en commun. Dans ce dernier exemple, chaque usager est muni d'un objet portatif du type "carte sans contact" ou "badge sans contact", qui est un objet susceptible d'échanger des informations avec une borne fixe en approchant le badge de cette dernière de manière à permettre un couplage non galvanique. L'invention vise le cas où l'échange d'informations consécutif à ce couplage est opéré en faisant varier un champ magnétique produit par une bobine d'induction, technique connue sous le nom de "procédé par induction". La borne comporte à cet effet un circuit accordé excité par un signal alternatif qui produit dans l'espace environnant un champ magnétique alternatif. L'objet portatif se trouvant dans cet espace détecte ce champ grâce à un circuit accordé sur la même fréquence et renvoie des signaux en direction de la borne, par modulation du couplage par exemple, établissant ainsi le dialogue de communication recherché. Les avantages de cette technologie par induction sont bien connus, notamment la très bonne définition de la zone dans laquelle il peut y avoir échange d'informations et le coût très bas de la fonction communication, qui la font généralement préférer au couplage radioélectrique, plus coûteux et plus sensible aux variations de portée. Le brevet EP-A-O 565 469 (Innovatron Industries) et la demande française 96 15163 du 10 décembre 1996, au nom d'Innovatron Industries, pour un "Objet portatif télélalimenté pour la communication sans contact avec une borne" décrivent des systèmes d'échange de données utilisant cette technologie. On connaît divers types de badges sans contact utilisés dans le cadre de cette technique, qui fonctionnent à des fréquences diverses, et/ou qui sont du type dit "actif', c'est-à-dire comportant une pile d'alimentation incorporée (comme dans le EP-A-O 565 469 précité) ou bien "passif', c'est-à-dire téléalimentés par de l'énergie magnétique émise par la borne (comme dans la demande française 96 15163 précitée). L'un des buts de la présente invention est de permettre d'utiliser indifféremment, avec une même borne, des badges de types différents, notamment des badges actifs et des badges passifs ; cette dernière caractéristique n'est cependant pas limitative, et, comme on le comprendra, la borne de l'invention permet d'assurer une communication avec des badges différents en ce que, par exemple, ils fonctionnent à des fréquences différentes, avec des taux de modulation, des débits et/ou des codages différents, qu'il s'agisse de badges provenant par exemple de fournisseurs différents, ou de badges correspondant à des générations successives de badges utilisés dans un même système (par exemple, lorsque l'on souhaite faire cohabiter des badges plus récents avec un parc existant de badges plus anciens fonctionnant selon une technique différente). La borne de l'invention est du type connu comportant des moyens émetteurs-récepteurs comportant une bobine de communication pour rayonner vers un objet portatif d'un premier type un champ magnétique alternatif à une première fréquence, modulée par des données à émettre vers cet objet portatif du premier type, et pour capter une perturbation modulée de ce champ magnétique produite en réponse par cet objet portatif du premier type. Selon l'invention, la borne est caractérisée par des moyens émetteurs-récepteurs comportant une bobine de communication pour rayonner vers un objet portatif d'un deuxième type un champ magnétique alternatif à une deuxième fréquence, différente de la première fréquence, modulée par des données à émettre vers cet objet portatif du deuxième type, et pour capter une perturbation modulée de ce champ magnétique produite en réponse par cet objet portatif du deuxième type. Selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses: - les moyens émetteurs-récepteurs comportent des moyens de géné ration de signaux à émettre auxdites première et deuxième fré quence, signaux modulés par lesdites données, et des moyens de commande sélective des émissions à la première fréquence et à la deuxième fréquence, et de préférence les moyens de commande sélective commutent de manière continuelle les moyens respectifs de génération de signaux à la première fréquence et à la deuxième fréquence; - le mode de modulation du champ à la première fréquence et le mode de modulation du champ à la deuxième fréquence diffèrent par le type de modulation et/ou par le taux de modulation et/ou par le débit de données et/ou par le type de codage des informations; - la bobine de communication associée aux moyens émetteurs-récep teurs du champ à la première fréquence et à la deuxième fréquence est une bobine commune associée à un circuit d'accord présentant des pics de résonance à la fois sur la première et sur la deuxième fréquence, et qui sont reliés aux moyens de génération de signaux à la première fréquence et à la deuxième fréquence, d'autre part; - les moyens de commande sélective commutent également les cir cuits de réception respectifs des moyens émetteurs-récepteurs du champ à la première fréquence et à la deuxième fréquence. L'invention peut notamment s'appliquer à un système comprenant: au moins une borne telle que décrite dans l'un des paragraphes précédents ; les objets portatifs du premier type, qui sont des objets portatifs essentiellement dépourvus de moyens d'alimentation propre et qui dérivent leur alimentation du champ magnétique à la première fréquence ; et les objets portatifs du deuxième type, qui sont des objets portatifs essentiellement pourvus de moyens d'alimentation propres ne nécessitant pas de téléalimentation. Avantageusement, la puissance d'émission à la deuxième fréquence est notablement inférieure à celle délivrée par les premier moyens émetteurs-récepteurs. Ainsi, on peut disposer d'un système à badges actifs et passifs pouvant fonctionner à des fréquences différentes, ce qui est une caractéristique souhaitable. En effet, les badges actifs, qui possèdent leur propre alimentation interne, requièrent de la borne une puissance d'émission très inférieure à celle des badges passifs, pour lesquels il faut assurer non seulement la communication mais aussi la téléalimentation. Si les deux types de badges fonctionnaient à la même fréquence, les badges actifs pourraient être endommagés par la forte intensité du champ magnétique à cette fréquence lorsqu'il serait placé près d'une borne assurant également la communication avec des badges passifs. Cette forte intensité du champ magnétique, en outre, pourrait "réveiller" les badges actifs à grande distance de la borne, ce qui n'est pas souhaitable car, à cette distance, les badges actifs seraient incapables d'émettre en réponse des messages que puisse capter la borne, compte tenu de leur éloignement. De cette manière est résolu le problème de la cohabitation entre badges de types différents, en attribuant à chacun sa fréquence propre, par exemple une faible puissance d'émission à 6,78 MHz pour communiquer avec des badges de type actif et une émission à 13,56 MHz pour téléalimenter les badges passifs et communiquer avec ceux-ci, cette émission étant réalisée à une puissance très supérieure. De plus, outre les fréquences, pour les deux types de badges les taux de modulation, les débits et le codage utilisé sont différents : ainsi, il est possible d'utiliser une simple modulation d'amplitude à 100 % avec les badges actifs pour l'émission de la borne vers le badge, alors qu'avec les badges passifs le taux de modulation doit être bien inférieur pour ne pas perturber la téléalimentation, puisque l'énergie doit être transmise aux badges passifs de façon continuelle. o D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un exemple détaillé ci-dessous, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une représentation schématique des divers circuits composant la borne de l'invention. La figure 2 illustre une série de chronogrammes de signaux relevés aux différents points a à e de la figure 1. o Sur la figure 1, on a représenté de façon générale une borne selon l'invention, permettant d'assurer indifféremment la communication avec des badges actifs tels que ceux décrits dans le EP-A-0 565 469 précité, et des badges passifs, téléalimentés, tels que ceux décrits dans la demande française 96 15163 précitée, en dépit de paramètres différents de fréquence, de puissance, de type de modulation, de taux de modulation, de débit de données et/ou de type de codage des informations. La borne de l'invention comporte essentiellement deux générateurs 10, 12 fonctionnant à des fréquences différentes, par exemple 6,78 MHz pour la communication avec les badges actifs et 13,56 MHz pour la communication avec les badges passifs et la téléalimentation de ces derniers. Ces fréquences ne sont bien entendu aucunement limitatives, leur choix particulier tenant simplement au fait qu'elles correspondent à des valeurs autorisées par les normes européennes pour ces fonctions de communication et de téléalimentation, et qu'elles sont en rapport harmonique entre elles. Leurs valeurs élevées permettent en outre de concevoir des circuits avec des bobines possédant peu de spires, donc faciles et peu coûteuses à réaliser. Chacun des générateurs 10, 12 est modulé sur une entrée respective 14, 16 par un signal numérique commun présent sur la ligne 18 (signal c du chronogramme de la figure 2). Dans cet exemple, le générateur 10 est modulé en amplitude avec un taux de 100 %, et le générateur 12 est modulé en amplitude avec un taux de 10%, ceci afin de ne pas perturber la téléalimentation à cette même fréquence. Le signal numérique de modulation c est produit par le même encodeur commun aux deux générateurs, qui pourrait délivrer le même débit et le même codage aux deux générateurs. Il est toutefois préférable que les types de modulation soient différents pour les deux générateurs (en amplitude, en fréquence, en phase, etc.), que les débits et les codages soient différents, etc., type de modulation, débit et codage basculant avec la fréquence d'émission. Le signal de sortie du générateur 10 (signal modulé a du chronogramme de la figure 2) et le signal de sortie du générateur 12 (signal modulé b du chronogramme de la figure 2), délivrés respectivement sur des lignes 20 et 22, sont ensuite sélectionnés en alternance par des commutateurs 24, 26 fonctionnant en opposition, par exemple des commutateurs statiques à semiconducteur MOS sous contrôle d'une ligne de commande 28 (signal d du chronogramme de la figure 2). Cette configuration, qui n'est bien entendu pas limitative, permet d'utiliser des générateurs fonctionnant en continu, avec des commutateurs réalisables de façon simple et efficace. En variante, on pourrait cependant prévoir une commande directe, de type "ON/OFF" des générateurs 10 et 12, ou tout autre moyen de sélection approprié. Les sorties commutées des générateurs aboutissent ensuite à des filtres passe-bande réjecteurs respectifs 30 et 32, puis sont réunies via des résistances 34 et 36 en un point commun. Les résistances 34 et 36 peuvent être choisies par exemple de manière à transmettre une puissance beaucoup plus faible pour le générateur 10, destiné à alimenter des badges actifs, que pour le générateur 12, qui doit assurer à la fois la communication et la téléalimentation des badges passifs. Cette différence de puissance peut être accentuée par une différence des tensions de fonctionnement des deux générateurs. Le point commun des résistances 34 et 36 alimente un ensemble série constitué d'un dipôle 38, d'un condensateur 40 et de la bobine d'induction 42 permettant de rayonner un champ magnétique à partir des signaux produits par les générateurs 10 ou 12 ; le dipôle 38 comporte deux branches en parallèle, dont une branche avec une inductance 44 en série avec un condensateur 46, et l'autre branche formée d'un condensateur 48. La structure formée des composants 40 à 48 constitue en fait un circuit présentant deux pics de résonance, correspondant aux deux fréquences des générateurs 10 et 12 et utilisant ainsi, de façon avantageuse, une seule et même bobine pour rayonner les champs magnétiques aux deux fréquences ; la cible est ainsi la même quelque soit le type du badge (actif ou passif), et ceci évite également d'avoir à gérer des perturbations éventuelles entre deux bobines voisines. On peut également commuter des éléments, inductance ou capacité, d'un circuit accordé de manière à faire résonner celui-ci à deux fréquences différentes selon la position de commutation. Mais un circuit accordé non commuté comportant deux pics de résonance permet d'avoir un montage qui suit rapidement les changements de fréquence de travail, en évitant d'avoir à mettre au point un commutateur de filtre qui serait délicat à réaliser, notamment à cause de la résonance de la bobine d'émission. Ainsi, la branche formée par l'inductance 44 et le condensateur 46 est accordée sur la fréquence de 6,78 MHz et vient donc court-circuiter condensateur 48 pour une émission à cette fréquence. La charge du générateur est alors constitué par le condensateur 40 en série avec la bobine 42, et la valeur du condensateur 40 est choisie pour obtenir un fonctionnement correct à cette fréquence de 6,78 MHz. En revanche, pour une fréquence de 13,56 MHz, le circuit formé par l'inductance 44 et les deux condensateurs 46 et 48 constitue une impédance capacitive en série avec le condensateur 40 et l'inductance de la bobine 42 ; la valeur du condensateur 48 est choisie pour obtenir un fonctionnement correct à cette fréquence de 13,56 MHz. Les circuits de réception n'ont pas été décrits, mais ils sont en euxmêmes classiques. On peut simplement indiquer qu il est possible de les commuter à la même cadence que les circuits d'émission, ceci afin d'éviter toute interférence entre les deux fréquences, qui sont harmoniques entre elles. Les organigrammes de la figure 2 illustrent le fonctionnement de la borne avec les divers signaux qu'il est possible de mesurer, respectivement: a : l'émission à 6,78 MHz modulée à 100 %, destinée aux badges actifs, b: l'émission à 13,56 MHz modulée à 10%, destinée aux badges passifs, : les données numériques servant à moduler les générateurs 10 et 12 (dans cet exemple, avec un débit et un type de codage commun), d: le signal de commutation assurant le basculement entre les deux fréquences de 6,78 MHz et 13,56 MHz, par exemple un signal assu rant un changement de fréquence tous les 30 ms, valeur suffisam ment faible pour que le fonctionnement en fréquences alternées soit imperceptible par l'utilisateur. e: le signal résultant, rayonné par la bobine 42. REVENDICATIONS 1. Une borne de communication sans contact avec un objet portatif au moyen d'un procédé à induction, cette borne comportant des moyens émetteurs-récepteurs (10, 24, 30, 38) comportant une bobine de communication (42) pour rayonner vers un objet portatif d'un premier type un champ magnétique alternatif à une première fréquence, modulée par des données à émettre vers cet objet portatif du premier type, et pour capter une perturbation modulée de ce champ magnétique produite en réponse par cet objet portatif du premier type, borne caractérisée par des moyens émetteurs-récepteurs (12, 26, 32, 38) comportant une bobine de communication (42) pour rayonner vers un objet portatif d'un deuxième type un champ magnétique alternatif à une deuxième fréquence, différente de la première fréquence, modulée par des données à émettre vers cet objet portatif du deuxième type, et pour capter une perturbation modulée de ce champ magnétique produite en réponse par cet objet portatif du deuxième type. 2. La borne de la revendication 1, dans laquelle les moyens émetteurs-récepteurs (10, 12, 24, 26, 30, 32, 38, 42) comportent des moyens (10, 12) de génération de signaux à émettre auxdites première et deuxième fréquence, signaux modulés par lesdites données, et des moyens (24, 26, 28) de commande sélective des émissions à la première fréquence et à la deuxième fréquence. 3. La borne de la revendication 2, dans laquelle les moyens de commande sélective (24, 26, 28) commutent de manière continuelle les moyens (10, 12) respectifs de génération de signaux à la première fréquence et à la deuxième fréquence. 4. La borne de la revendication 1, dans laquelle le mode de modulation du champ à la première fréquence et le mode de modulation du champ à la deuxième fréquence diffèrent par le type de modulation et/ou par le taux de modulation et/ou par le débit de données et/ou par le type de codage des informations. 5. La borne de la revendication 1, dans laquelle la bobine de communication associée aux moyens émetteurs-récepteurs du champ à la première fréquence et à la deuxième fréquence est une bobine commune (42) associée à un circuit d'accord (38, 40) présentant des pics de résonance à la fois sur la première et sur la deuxième fréquence, et qui sont reliés aux moyens de génération de signaux à la première fréquence et à la deuxième fréquence, d'autre part. 6. La borne de la revendication 2, dans laquelle les moyens de commande sélective (24, 26, 28) commutent également les circuits de réception respectifs des moyens émetteurs-récepteurs du champ à la première fréquence et à la deuxième fréquence. 7. Un système comprenant: - au moins une borne selon l'une des revendications précédentes; - les objets portatifs du premier type, qui sont des objets portatifs essentiellement dépourvus de moyens d'alimentation propre et qui dérivent leur alimentation du champ magnétique à la première fré quence ; et - les objets portatifs du deuxième type, qui sont des objets portatifs essentiellement pourvus de moyens d'alimentation propres ne né cessitant pas de téléalimentation. 8. Le système de la revendication 7, dans laquelle la puissance d'émission à la deuxième fréquence est notablement inférieure à celle délivrée par les premier moyens émetteurs-récepteurs.