Brevet FR2780222A1 — publié le 19991224

PROCEDE ET SYSTEME DE DETECTION PAR COUPLAGE INDUCTIF D'UN SIGNAL DE MODULATION DE CHARGE La présente invention concerne un procédé et un système de détection par couplage inductif d'un signal de modulation de charge émis par un système de modulation de charge. La présente invention concerne notamment la réception de données binaires émises par un circuit intégré fonctionnant sans contact, par exemple un circuit intégré présent dans une carte à puce sans contact, une étiquette électronique, un jeton électronique... A titre d'exemple, la figure 1 représente le schéma électrique classique d'un système de détection 10 et d'un système de modulation de charge 20 coopérant par couplage inductif. Le système 10 comprend une capacité ajustable Ci et bobine Ll en série formant un circuit résonant. La capacité Cl est connectée par l'intermédiaire d'une résistance Ri - la sortie d'un amplificateur tension/courant 1 recevant en entrée une tension alternative V0 de fréquence F0, délivrée par un oscillateur 2. La tension V0, convertie en courant par l'amplificateur 1, forme le signal d'excitation du circuit résonant LlCi dont la fréquence propre Fpl est réglée au voisinage de la fréquence d'excitation F0. En regard du système de détection 10, le système de modulation de charge 20 comprend une bobine d'antenne L2 formant avec une capacité C2 un circuit résonnant de fréquence propre Fp2 accordée à la fréquence FO. La bobine L2 est connectée en parallèle avec des moyens de modulation de charge, ici une résistance R2 en série avec un interrupteur Tm. L'interrupteur Tm est piloté par un signal. Si de type binaire, de fréquence porteuse F1, 2 2780222 devant être détecté par le système 10. Les modulations de charge appliquées à la bobine L2 en fonction des fluctuations du signal Si se répercutent par couplage inductif sur la bobine Li, et l'on observe aux bornes du circuit d'antenne LlC! une tension alternative Vm de fréquence F0, modulée en amplitude et en phase. Selon une première méthode classique illustrée sur la figure 1, la détection du signal de modulation de charge Si est assurée par un comparateur de phase 3 iO recevant en entrée les tensions V0 et Vm. Le comparateur 3 délivre une tension Vp proportionnelle au déphasage de ces deux signaux. La tension Vp est filtrée par un passe- bande 4 calé sur la fréquence porteuse F1 du signal Si. La sortie du passe-bande 4 est rendue binaire par un comparateur 5 à seuil Vref. A la sortie du comparateur 5, on trouve le signal Si de fréquence Fl. Cette méthode de détection du signal Si par comparaison de phase présente l'avantage d'offrir un bon rapport signal sur bruit mais nécessite que la fréquence propre Fpl du circuit d'antenne LiC1 soit sensiblement désaccordée vis-à-vis de la fréquence F0. En effet, il apparaît en pratique que la phase p de la tension Vm n'est pas sensible aux modulations de charge quand la fréquence propre Fpl du circuit d'antenne LlC1 est rigoureusement égale à la fréquence d'excitation F0. Pour fixer les idées, on a représenté en figure 2 les courbes de phase p de la tension Vm en fonction de la fréquence propre Fpl, pour diverses valeurs 0, vl, v2 de la résistance de charge R2. Quand Fpl est égale à F0, on voit que les courbes de phase se croisent en un même point et que la sensibilité du système 30 aux modulations de charge est nulle. En calant la fréquence propre Fpl du circuit LlC1 sur un point F0' voisin de F0, on obtient par contre une bonne sensibilité, la phase p étant fonction de la charge R2. 3 2780222 En pratique, cela signifie que la fréquence propre Fpl du circuit L1Cl doit être ajustée finement par un réglage de la capacité Cl, et contrôlée régulièrement pour corriger les dérives de la capacité C1 dues aux conditions climatiques (température, humidité...) et au vieillissement. Cette contrainte rend la méthode impropre à être mise en oeuvre dans un système à maintenance réduite, par exemple un lecteur de carte à puce sans contact disposé dans un lieu public, une station de test automatique de circuits intégrés sans contact,... Pour cette raison, on préfère généralement une seconde méthode classique, consistant à démoduler l'amplitude de la tension Vm aux bornes du circuit résonnant LlCl, pour en extraire le signal Si. Cette seconde méthode présente toutefois l'inconvénient d'offrir un rapport signal sur bruit médiocre. Ainsi, un objectif de la présente invention est de prévoir un système et une méthode de détection de modulation de charge par comparaison de phase qui ne présente pas les inconvénients de la méthode décrite ci- dessus. Selon l'invention cet objectif est atteint par un procédé de détection d'un signal de modulation de charge reçu par couplage inductif dans un circuit d'antenne25 comportant une bobine de détection excitée par un signal de fréquence prédéterminée, comprenant une étape de comparaison de la phase du signal d'excitation de la bobine avec la phase d'un signal prélevé dans le circuit d'antenne, procédé dans lequel le circuit d'antenne ne forme pas un circuit résonant au voisinage de la fréquence du signal d'excitation, et l'on compare la phase du signal d'excitation avec la phase du courant traversant la bobine de détection. Selon un mode de réalisation appliqué à la détection d'un signal de modulation de charge émis par un 4 2780222 circuit intégré comportant des moyens pour moduler la charge d'une bobine, la bobine de détection et la bobine du circuit intégré sont respectivement formées par des enroulements primaire et secondaire d'un transformateur, l'enroulement secondaire étant connecté à des plots du circuit intégré. La présente invention concerne également un système de détection par couplage inductif d'un signal de modulation de charge, comprenant un circuit d'antenne comportant une bobine, des moyens pour appliquer au circuit d'antenne un signal d'excitation de fréquence prédéterminée, des moyens comparateurs de phase recevant sur une première entrée le signal d'excitation et sur une deuxième entrée un signal prélevé dans le circuit d'antenne, et des moyens pour extraire le signal de modulation de charge d'un signal de phase délivré par les moyens comparateurs, dans lequel: le circuit d'antenne ne forme pas un circuit résonant au voisinage de la fréquence du signal d'excitation, et les moyens comparateurs de phase reçoivent sur leur deuxième entrée un signal délivré par des moyens de détection du courant traversant la bobine. Selon un mode de réalisation, les moyens de détection du courant comprennent un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté en série avec la bobine d'antenne. Selon un mode de réalisation, le secondaire du transformateur est connecté en parallèle avec une résistance, pour convertir en tension le courant traversant le primaire. Selon un mode de réalisation, les moyens pour extraire le signal de modulation de charge comprennent un filtre passe-bande centré sur une fréquence porteuse du signal de modulation de charge. 2780222 La présente invention concerne également une station de réception de données par couplage inductif et modulation de charge, comprenant un système de détection selon l'invention pour détecter un signal de modulation de charge, et un circuit décodeur pour extraire des données du signal de modulation de charge. La présente invention concerne également une station de test d'un circuit intégré fonctionnant sans contact au moyen d'une bobine d'antenne, comprenant un système de détection selon l'invention pour détecter un signal de modulation de charge émis par le circuit intégré. Selon un mode de réalisation, la bobine du système de détection et la bobine du circuit intégré sont des enroulements primaire et secondaire d'un transformateur. Selon un mode de réalisation, le station comprend un circuit décodeur pour extraire des données du signal de modulation de charge détecté. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un exemple de réalisation d'un système de détection selon l'invention, en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: - la figure 1 précédemment décrite est le schéma électrique d'un système de détection classique d'un signal de modulation de charge, - la figure 2 précédemment décrite représente, pour plusieurs valeurs de charge, des courbes de phase d'un signal d'antenne en fonction de la fréquence de résonance du circuit d'antenne du système de la figure 1, - la figure 3 représente le schéma électrique d'un système de détection selon l'invention, et illustre par ailleurs une application de ce système à la réception de données transmises par un circuit intégré fonctionnant sans contact, et 6 2780222 - la figure 4 illustre une application du système de détection de la figure 3 au test de circuits intégrés fonctionnant sans contact, avant la connexion de ces circuits à une bobine d'antenne. La figure 3 représente, dans sa partie gauche, un système 30 de détection selon l'invention d'un signal de modulation de charge. On retrouve dans le système 30 la plupart des éléments décrits au préambule, dont les références sont conservées, à l'exception de la capacité Cl qui est supprimée. Selon l'invention, le système 30 diffère en effet de celui de la figure 1 par le fait que le circuit d'antenne, qui comprend ici uniquement la bobine Ll, ne forme pas un circuit résonant au voisinage de la fréquence F0 du signal d'excitation V0. Par ailleurs, le comparateur de phase 3 délivrant le signal de phase Vp reçoit en entrée le signal d'excitation V0 et un signal V(Im) qui est l'image du courant Im traversant la bobine Li. Le signal V(Im) est délivré par un capteur de courant 31 prenant ici la forme d'un transformateur ayant des enroulements primaire 31-1 et secondaire 31-2. L'enroulement primaire 31-1 ne comporte ici qu'une spire et est connecté en série avec la bobine Li. L'enroulement secondaire 31-2 est connecté en parallèle avec une résistance Ri de conversion courant/tension. Enfin, le comparateur de phase 3 est réalisé de façon simple au moyen de deux circuits écrêteurs 3-1, 3-2 dont les sorties attaquent les entrées d'une porte logique 3-3 du type OU EXCLUSIF, le signal de phase Vp étant délivré par la porte 3-3. Comme précédemment, le comparateur de phase 3 est connecté à un filtre passe- bande 4 suivi d'un comparateur 5 à seuil Vref. L'avantage du système 30 selon l'invention est qu'il ne nécessite aucun réglage de son circuit d'antenne 7 2780222 tout en offrant une excellente sensibilité du signal de phase Vp aux modulations de charge. Ce résultat est obtenu par la combinaison des deux caractéristiques décrites plus haut, à savoir la prévision d'un circuit d'antenne non résonnant à la fréquence F0 et aux fréquences avoisinantes, et une comparaison de phase basée sur une détection du courant d'antenne Im. La figure 3 illustre par ailleurs une application du système 30 à la réception de données émises par un circuit intégré IC fonctionnant sans contact, dont le schéma électrique est représenté sur la partie droite de la figure. Le circuit IC est équipé de la bobine d'antenne L2, la capacité C2, la résistance R2 et l'interrupteur de modulation de charge Tm décrits au préambule. Aux bornes de la bobine L2, apparaît une tension induite alternative Vac de fréquence F0, image de la tension Vm présente aux bornes de la bobine Ll. Le circuit intégré IC comprend par ailleurs un circuit codeur CD, une mémoire de données MEM, un microprocesseur MP, un circuit diviseur de fréquence DIV et un pont à diodes Pd agencé pour redresser la tension Vac. Le circuit DIV délivre au circuit codeur CD un signal d'horloge extrait de la tension Vac, dont la fréquence Fl est un sous-multiple de la fréquence F0. Le circuit CD, par exemple un codeur BPSK par sauts de phase, reçoit des données numériques DT de la mémoire MEM et délivre le signal Sl de modulation de charge, de fréquence porteuse Fl. Enfin, le redresseur Pd délivre une tension continue Vcc assurant l'alimentation électrique du circuit IC. Ainsi, les données DT à émettre sont injectées sous forme codée dans le signal de modulation de charge Sl. La sortie du système 30 est appliquée sur l'entrée d'un x 2780222 décodeur DEC qui démodule le signal Si et en extrait les données numériques DT. En pratique, le circuit intégré IC peut être agencé dans un support portable comme une carte plastique, un jeton, une étiquette... Le système de détection 30 forme ainsi, avec le décodeur DEC, une station 50 de réception de données, par exemple un lecteur de cartes à puce sans contact. La station 50 peut comprendre des moyens pour envoyer des données au circuit intégré IC, par exemple des moyens de modulation de l'amplitude du signal d'excitation V0. De tels moyens sont bien connus de l'homme de l'art et ne seront pas décrits ici dans un souci de simplicité. A la lecture de ce qui précède, il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que le système de détection selon l'invention est destiné à fonctionner avec un fort couplage inductif entre les bobines Ll et L2. La présente invention est ainsi réservée à des applications à faible distance de communication, par exemple aux lecteurs de cartes sans contact pourvus d'une fente d'introduction et d'un guide de carte. De tels lecteurs garantissent une faible distance de communication, de l'ordre de quelques millimètres. La présente invention est également applicable à la réalisation d'une station de test permettant de tester un circuit intégré sans contact avant son assemblage sur un support et sa connexion à une bobine d'antenne. Selon un aspect de la présente invention, on propose de simuler la bobine d'antenne L2 du circuit intégré au moyen de l'enroulement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire forme la bobine Li du système de détection 30. La figure 4 représente schématiquement une telle station de test 60. La station 60 comprend un transformateur TR, le système de détection 30 selon 9 2780222 l'invention, le décodeur DEC déjà décrit et une unité centrale 61 recevant les données DT délivrées par le circuit DEC. L'enroulement primaire Tl du transformateur TR forme la bobine du système de détection 30. L'enroulement secondaire T2 est relié par l'intermédiaire de fils électriques 62 à des pointes métalliques 63,64 fixées sur une carte à circuit imprimé 65. Les pointes 63, 64 sont appliquées sur des plots 41, 42 du circuit intégré IC prévus pour être soudés à une bobine i0 d'antenne. Ainsi, l:enroulement T2 forme une bobine diantenne fictive permettant de faire fonctionner et de tester le circuit IC avant son montage sur support portable et sa connexion à une bobine d'antenne. Cet aspect de l'invention garantit un fort couplage inductif entre les enroulements Tl et T2 et permet de réaliser une station de test à faible maintenance, ne nécessitant aucun réglage de son circuit d'antenne et pouvant être disposée dans une chaîne de fabrication de circuits intégrés. Les circuits intégrés peuvent être testés alors qu'ils sont encore présents collectivement sur une plaquette mère de silicium, ou "wafer", avant la découpe de la plaquette mère. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de diverses autres applications et modes de réalisation. Notamment, si l'on se réfère à nouveau à la figure 3, il est bien évident que le capteur de courant 31 peut être réalisé de diverses manières, notamment au moyen d'une résistance de précision, d'un capteur à effet Hall,... 3N 1 REVENDICATIONS 1. Système (30) de détection par couplage inductif d'un signal de modulation de charge (Si), comprenant: - un circuit d'antenne comportant une bobine (Li, Ti), - des moyens (1, 2, R1) pour appliquer au circuit d'antenne un signal d'excitation (V0) de fréquence prédéterminée (F0), des moyens (3) comparateurs de phase recevant sur une première entrée le signal d'excitation (V0) et sur une deuxième entrée un signal prélevé dans le circuit d'antenne (Ll), et - des moyens (4, 5) pour extraire le signal de modulation de charge (Si) d'un signal de phase (Vp) délivré par les moyens comparateurs (3), caractérisé en ce que: - le circuit d'antenne (L1) ne forme pas un circuit résonant au voisinage de la fréquence du signal d'excitation, - les moyens comparateurs de phase (3) reçoivent sur leur deuxième entrée un signal (V(Im)) délivré par des moyens (31) de détection du courant (Im) traversant la bobine (nL). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (31) de détection du courant (Im) comprennent un transformateur dont l'enroulement primaire (31-1) est connecté en série avec la bobine d'antenne (LI). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel le secondaire (31-2) du transformateur est connecté en parallèle avec une résistance (Ri), pour convertir en tension le courant traversant le primaire (31-1). 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens pour extraire le Il 2780222 signal de modulation de charge comprennent un filtre passe- bande (4) centré sur une fréquence porteuse (F1) du signal de modulation de charge. 5. Station (50) de réception de données (DT) par couplage inductif et modulation de charge, caractérisé en ce qu'elle comprend un système de détection (30) selon l'une des revendications 1 à 5 pour détecter un signal de modulation de charge (Si), et un circuit décodeur (DEC) pour extraire des données (DT) du signal de modulation de charge (S1). 6. Station (60) de test d'un circuit intégré (IC) fonctionnant sans contact au moyen d'une bobine d'antenne (L2, T2), caractérisée en ce qu'elle comprend un système de détection (30) selon l'une des revendications 1 à 4 pour détecter un signal (Si) de modulation de charge émis par le circuit intégré (IC). 7. Station de test selon la revendication 6, dans laquelle la bobine (T1) du système de détection et la bobine (T2) du circuit intégré sont des enroulements primaire et secondaire d'un transformateur (TR) 8. Station de test selon l'une des revendications 6 et 7, comprenant un circuit décodeur (DEC) pour extraire des données (DT) du signal de modulation de charge détecté (Si). 9. Procédé de détection d'un signal de modulation de charge (Si) reçu par couplage inductif dans un circuit d'antenne comportant une bobine de détection (Ll) excitée par un signal (V0) de fréquence prédéterminée (F0), comprenant une étape de comparaison de la phase du signal d'excitation (V0) de la bobine (Li, Tl) avec la phase d'un signal prélevé dans le circuit d'antenne, caractérisé en ce que le circuit d'antenne (Li, Tl) ne forme pas un circuit résonant au voisinage de la fréquence du signal d'excitation (F0), et en ce que l'on compare la phase du signal d'excitation (V0) avec la 12 2780222 phase du courant (Im) traversant la bobine de détection (Ll, T). 10. Procédé selon la revendication 9, pour détecter un signal de modulation de charge (Si) émis par un circuit intégré (IC) comportant des moyens (R2, Tm, CD, DIV) pour moduler la charge d'une bobine (L2), caractérisé en ce que la bobine de détection (Ll) et la bobine (L2) du circuit intégré sont respectivement formées par des enroulements primaire (Tl) et secondaire (T2) d'un transformateur (TR), l'enroulement secondaire étant connecté à des plots (41, 42) du circuit intégré (IC).