Brevet FR2880746A1 — publié le 20060714

L'invention concerne les techniques de communication sans contact entre un objet portatif et un lecteur. De tels systèmes d'échange de données sans contact sont bien connus et donnent lieu à de nombreuses applications parmi lesquelles le contrôle d'accès, le paiement électronique, le télépéage, etc. Chaque utilisateur est muni d'un objet portatif de type carte, badge ou clef à microcircuit, susceptible d'échanger les informations avec un lecteur fixe, ou éventuellement mobile, en approchant l'objet portatif du lecteur de manière à permettre un couplage mutuel non galvanique. L'invention concerne plus précisément le cas où l'échange d'informations entre lecteur et objet portatif est opéré en faisant varier un champ magné-tique produit par une bobine d'induction, technique connue sous le nom de "procédé par induction". Le lecteur comporte à cet effet une bobine excitée 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 une bobine et produit en retour des signaux qui sont détectés par le lecteur, établissant ainsi le dialogue de communication recherché. Le FR-A-2 790 154 (Innovatron Électronique) décrit un lecteur adapté à une telle communication sans contact par induction. Un tel lecteur comprend des moyens d'émission d'un champ magnétique alternatif, aptes à coopérer avec des moyens de couplage magnétique inductif d'au moins un objet portatif quand celui-ci est mis a proximité du lecteur. Ce lecteur comprend également des moyens d'émission et/ou de réception de si- gnaux de données, coopérant respectivement avec des moyens de réception et/ou d'émission de signaux de données de l'objet portatif. L'un au moins de ces moyens de communication procède par la modulation du champ émis par le lecteur et/ou par modulation d'une sous porteuse à une fréquence dérivée de celle du champ magnétique émis par le lecteur. Les moyens de couplage magnétique peuvent typiquement aussi permettre la télé alimentation (et/ou l'activation) de l'objet portatif. Comme lecteur de ce type, on peut citer les lecteurs dits PCD des systèmes conformes aux normes ISO 14443 (Cartes d'identification --Cartes à circuit(s) intégré(s) sans contact -- Cartes de proximité) ou ECMA-340 (Near Field Communication). Dans ces deux standards la fréquence du champ ma- gnétique alternatif est de 13.56 MHz, mais de tels systèmes, et l'invention, peuvent être adaptés à une très large gamme de fréquences (du kHz au GHz au moins) du champ magnétique alternatif, en faisant usage de systèmes de couplage magnétique adaptés. Les moyens d'émission du champ magnétique alternatif du lecteur con-somment une énergie appréciable, et leur activation peut aussi avoir des effets non désirés (tels que la perturbation d'éléments sensibles situés à proximité). Il y a donc intérêt à réduire la proportion du temps pendant le-quel les moyens d'émission du champ magnétique sont actifs (proportion ci-après désignée taux d'activité ), notamment quand il n'y a pas d'objet portatif dans la zone utile du champ magnétique émis par le lecteur, ce qui dans de nombreuses application correspond à l'essentiel du temps total d'utilisation du lecteur. Pour peu que des mesures classiques de mise en veille des dispositifs inutilisés soient prises, la consommation pratique du lecteur en l'absence d'objet portatif est presque directement proportionnelle à ce taux. Réduire ce taux est donc particulièrement utile quand le lecteur est alimenté par pile. Un exemple d'application est une serrure autonome lisant le contenu d'une carte de contrôle d'accès sans contact à l'approche d'une telle carte, et s'ouvrant sélectivement selon les informations lues. Le WO-A-99/22333 (Moreno) enseigne l'activation sélective des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur à l'approche de l'objet porta-tif, ce dernier étant détecté par des moyens de détection externes, notamment mécaniques ou optiques (cellule photoélectrique, détecteur de poids, contact d'ouverture de porte, etc.). Mais ces moyens de détection externes ont divers inconvénients; en particulier de rendre l'emploi du système moins commode et/ou d'être vulnérables aux salissures. Un autre procédé de réduction du taux d'activité, dit "procédé de détection par donnée de réponse" prévoit une activation périodique des moyens d'émission du lecteur et la réception d'une donnée de réponse par le lecteur. Il met en oeuvre les étapes suivantes: a) l'activation des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur; et optionnellement: l'émission d'une donnée dite d'appel par le lec- teur, ainsi que la réception de cette donnée d'appel par les moyens de 35 réception correspondants d'un objet portatif éventuellement présent dans le champ magnétique du lecteur; b) l'émission d'une donnée dite de réponse par un objet portatif éventuellement présent dans le champ magnétique du lecteur, par les moyens de transmission de l'objet portatif, transmission effectuée soit suite à l'activation du champ magnétique, soit suite à la réception par l'objet portatif de la donnée d'appel; la réception de cette donnée de réponse par les moyens de réception correspondants du lecteur; et la détection par le lecteur, dans les données issues de ces moyens de réception, de la donnée de réponse; c) si la donnée de réponse n'est pas détectée à l'issue d'un délai de détection TD depuis le début de l'étape (a) : la désactivation des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur pendant un délai d'inactivité TI, suivi de la reprise à l'étape (a) ; d) dans le cas contraire (c'est-à-dire si la donnée de réponse est détec- tée) : le maintien en activité des moyens d'émission du champ magnétique pendant la durée nécessaire à la poursuite de la communication entre le lecteur et l'objet portatif. En l'absence de carte dans le champ de communication utile du lecteur, le taux d'activité est TD / (TD+TI). Il est évident qu'augmenter T, réduit le taux d'activité, et que l'on peut avantageusement fixer TD juste au dessus de la durée des étapes (a) (b), limite en dessous de laquelle la détection de l'objet portatif ne fonctionne pas. La norme ISO 14443-3 suggère un tel mode d'opération, sans fixer un dé-lai d'inactivité particulier, ni souligner l'effet de ces délais. Ce procédé de détection par donnée de réponse a l'avantage de ne pas nécessiter d'action particulière d'un utilisateur approchant l'objet portatif, de fonctionner dès lors que la communication entre lecteur et objet portatif est possible, et de nécessiter peu de moyens. Mais le taux d'activité minimum qu'il permet d'atteindre est limité par deux facteurs: TD doit être au moins égal à la durée des étapes (a) et (b), qui peut être non négligeable; par exemple, dans la norme ISO 14443-3, il est prévu un délai de 5 ms au moins entre l'activation du champ et le dé-but de l'émission de la donnée d'appel (REQA ou REQB), et donc TD ne peut être inférieur à cette valeur. quand on augmente TI, on augmente aussi le temps de réponse du lecteur à l'approche d'un objet portatif, qui peut atteindre 2ÉTp+T, entre l'entrée de la carte dans le champ et le début de l'étape (d) ; de sorte que TI, en pratique, ne peut excéder quelques secondes, pour main- tenir un usage commode. L'intérêt d'augmenter le délai d'inactivité TI et de réduire le délai de détection TD devient vite apparent au concepteur d'un lecteur qui souhaite optimiser la consommation. L'un des buts de l'invention est de proposer un lecteur permettant, sans pour autant modifier l'objet portatif, de réduire notablement le taux d'activité par rapport à un tel procédé de détection par donnée de réponse. La réduction du taux d'activité est en effet, comme on l'a indiqué plus haut, un paramètre important, notamment pour les lecteurs autonomes alimentés par pile ou par batterie. Par exemple, dans le cas d'une serrure électronique, qui ne fait généralement l'objet que de quelques manoeuvres par jour tout au plus, l'autonomie est majoritairement dépendante du taux d'activité du système de détection du lecteur. À cet effet, l'invention propose un lecteur du type général connu comprenant des moyens émetteurs et récepteurs de champ magnétique incluant une bobine, des moyens de détection de la présence d'un objet portatif dans la zone d'action du lecteur, ces moyens de détection opérant par brève activation périodique des moyens émetteurs, et des moyens, contrôlés par les moyens de détection, pour commander l'activation durable des moyens émetteurs de champ magnétique en présence d'un objet por- tatif. De façon caractéristique de l'invention, les moyens de détection de présence comprennent des moyens de mesure d'un paramètre électrique des moyens émetteurs de champ magnétique, ce paramètre étant un paramètre susceptible d'être modifié par effet réactif consécutif à la présen- ce, dans la zone d'action du lecteur, des moyens de couplage de l'objet portatif pendant les périodes de brève activation des moyens émetteurs. Ce paramètre électrique peut notamment être une tension, ou un courant, ou un déphasage entre tension et/ou courant aux bornes et/ou dans la bobine, une bobine auxiliaire, un condensateur, résistance et/ou bobine re- liés à la bobine ou à une bobine auxiliaire, ou un générateur débitant dans ces éléments. Un filtrage peut éventuellement être appliqué au paramètre mesuré. L'invention se distingue des deux procédés antérieurs exposés plus haut par la nature de son moyen de détection, fondé sur la détection par le lec- teur de l'action sur le champ magnétique émis par le lecteur des moyens de couplage dont est muni l'objet portatif. L'invention se distingue en outre du procédé décrit par le WO-A-99/22333 par l'activation périodique des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur même en l'absence d'objet portatif, et du procédé de détection par donnée de réponse par l'usage dans le lecteur d'un moyen de détection spécifique, apte à fonctionner très rapidement car indépendant du fonctionnement de moyens d'émission de données dans l'objet portatif et de moyens de réception de données dans le lecteur (et cela même si ces moyens d'émission et de réception étaient inexistants). Avantageusement, les moyens de détection comprennent en outre des moyens pour émettre une donnée d'appel pendant les périodes de brève activation des moyens émetteurs, détecter la réception éventuelle d'une donnée spécifique émise en réponse par un objet portatif présent dans la zone d'action du lecteur, et conditionner l'activation durable des moyens émetteurs de champ magnétique à la détection effective de la donnée spécifique. Les moyens de détection de présence peuvent notamment comprendre des moyens de comparaison du paramètre électrique mesuré à une va-leur de référence, et de commande sélective de l'activation durable des moyens émetteurs en fonction du résultat de cette comparaison. La valeur de référence peut être une valeur évolutive, modifiable par des moyens d'ajustage automatique. Le lecteur peut avantageusement comprendre des moyens de réception de données, des moyens de reconnaissance de données prédéterminées dans les données reçues, et des moyens pour inhiber ladite activation durable des moyens émetteurs de champ magnétique en l'absence de détection desdites données à l'issue d'un délai de détection prédéterminé, même en cas de détection de présence d'un objet portatif par les moyens de détection. Par ailleurs, en variante ou en complément, le lecteur peut comprendre des moyens pour modifier la périodicité de ladite brève activation des moyens émetteurs en fonction de l'un au moins des facteurs du groupe comprenant: la date courante; l'heure courante; la durée écoulée depuis l'établissement d'une communication avec un objet portatif; et l'état d'un capteur d'un paramètre physique de l'environnement. On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence au dessin annexé. La figure unique est un schéma d'un exemple de réalisation d'un lecteur selon l'invention et d'un objet portatif avec lequel celui-ci communique. La figure illustre un exemple de réalisation particulièrement avantageux par la variété des conditions de couplage de l'objet portatif dans lesquelles un fonctionnement fiable est possible, par sa sensibilité et par sa stabilité. Essentiellement, l'invention propose de munir le lecteur d'un moyen nouveau de détection de l'objet portatif, sensible à l'action sur le champ magnétique créé par le lecteur qu'ont les moyens de couplage magnétique dont est muni l'objet portatif. En effet le couplage magnétique d'un éventuel objet portatif au lecteur dont les moyens d'émission du champ magnétique sont activés, crée dans le dispositif de couplage de l'objet portatif un courant réactif (qui participe à l'alimentation de l'objet portatif et/ou per-met son activation et/ou produit des pertes thermiques dans le dispositif de couplage de l'objet portatif), courant qui crée un champ magnétique in-duit, qui vient à son tour produire un effet mesurable au niveau du lecteur. Plus précisément, le lecteur de l'invention opère par: a) activation des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur; b) détection d'un éventuel objet portatif temporairement couplé au lec- teur par des moyens de détection du lecteur, comparant à une valeur de référence une grandeur du lecteur affectée par les moyens de cou- plage à ce champ magnétique dont est muni l'éventuel objet portatif; c) pour l'une des deux issues de cette comparaison: la désactivation des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur pendant un délai d'inactivité T, , suivi de la reprise à l'étape (a) ; d) ou, pour l'autre issue de cette comparaison: le maintien en activité des moyens d'émission du champ magnétique pendant la durée né- cessaire à une communication entre le lecteur et l'objet portatif. À cet effet, les moyens d'émission du champ magnétique du lecteur 100 sont constitués d'un système générateur de tension sinusoïdale 110 de fréquence fc, susceptible d'être activé à l'étape (a) ci-dessus et désactivé à l'étape (d) par un signal d'activation 106, et débitant dans un circuit comprenant une bobine 113 produisant le champ magnétique alternatif de fréquence fc auquel est couplé l'objet portatif 200, et un condensateur 114 formant avec cette bobine un circuit en série accordé sensiblement sur fc. Dans l'exemple illustré, la grandeur mesurée par les moyens de détection est le déphasage entre d'une part la tension 116 à la sortie du système générateur 110, et d'autre part la tension 117 aux bornes du condensateur 114. Selon que le couplage entre la bobine 113 du lecteur et celle 213 de l'objet portatif est faible ou fort c'est-à-dire, quand les bobines du lecteur et de la carte sont sensiblement coaxiales, selon que les deux bobines sont éloignées ou proches , le déphasage entre 116 et 117 varie. Ces signaux sont captés par des réseaux de couplage et d'amplification 121 et 122 qui réalisent un déphasage fixe et un filtrage passe-haut, et amplifient ces deux signaux à saturation pour en faire deux signaux logiques 126 et 127 sensiblement carrés de fréquence fc. Les déphasages fixes produits par 121 et 122 sont choisis tels que 126 et 127 soient notablement au-dessous de Ir/4 de la quadrature. Les signaux 126 et 127 sont combinés par un OU exclusif 131 en un signal 136 sensiblement rectangulaire de fréquence 2-fc, dont le rapport cyclique varie de manière sensiblement linéaire avec le déphasage entre 116 et 117. Le signal 136 est traité par un filtre passe-bas 141 de fréquence de coupure très inférieure à 2Éfc. La tension 146 ainsi produite est convertie par un convertisseur analogique/numérique 151 et la valeur numérique 156 produite est traitée par un microprocesseur 160 qui la compare 162 à une valeur de référence 161, pour produire le résultat 163 de l'étape (b), déterminant l'exécution sélective de l'étape (c) ou (d) et notamment la commande correspondante du signal d'activation 106. Sont également figurés des moyens de communication bidirectionnels du lecteur, où le système générateur 110 comprend un modulateur 112 modulant l'amplitude du signal de sortie du générateur sinusoïdal 111 en fonction d'un flux d'émission de données 107 issu du microprocesseur 160. Un démodulateur 170 transforme le signal 136 en un flux de don-nées reçues 176 vers 160. Sont enfin figurés l'objet portatif 200, comprenant: une bobine 213 magnétiquement couplée à la bobine 113 quand l'objet portatif est approché du lecteur; un condensateur 214 formant avec cette bobine un circuit en parallèle accordé sensiblement sur fc; un circuit de redressement 221 de la tension aux bornes de ce circuit; une régulation shunt 222 de cette tension, assurant la téléalimentation de l'objet portatif; un extracteur d'horloge 223 produisant une horloge de fréquence fc cadençant le microproces- seur 260 et notamment ses fonctions de transmission; un circuit de dé-modulation 212 coopérant avec 112 et assurant la réception des données 207 homologues de 107; et un circuit de modulation 270 coopérant avec le démodulateur 170 pour l'émission d'un flux de données 276 dont 176 est homologue. La mise en oeuvre de l'invention permet la réduction de la durée des étapes (a) et (b) à par exemple 50 ps tout en respectant la norme ISO 14443, soit une réduction du taux d'activité d'un facteur 100 par rapport au simple procédé de détection par donnée de réponse, et une réduction presque en proportion de la consommation du lecteur en l'absence d'objet portatif. Premier perfectionnement Il peut arriver que le dispositif de détection de l'invention détecte non pas un objet portatif avec lequel la communication est prévue, mais un autre objet temporairement présent et ayant une incidence notable sur le champ magnétique émis par le lecteur (par exemple, une masse métallique telle qu'une montre-bracelet), auquel cas l'étape (d) est atteinte et les moyens d'émission du champ magnétique restent activés, à tort, ce qui augmente beaucoup le taux d'activation. Pour pallier cet inconvénient, on prévoit avantageusement de combiner l'invention avec le procédé précédemment décrit de détection par donnée de réponse. L'étape (d) de l'invention est alors suivie des étapes (e) (f) (g) (h) suivantes: e) optionnellement: émission par le lecteur d'une donnée dite d'appel, et réception de cette donnée par les moyens de réception correspon- dants d'un objet portatif éventuellement présent dans le champ ma- gnétique du lecteur; f) émission, par les moyens de transmission d'un objet portatif éventuellement présent dans le champ magnétique du lecteur, d'une donnée dite de réponse (transmission effectuée soit suite à l'activation du champ magnétique, soit suite à la réception par l'objet portatif de la donnée d'appel) ; réception de cette donnée par les moyens de réception correspondants du lecteur; et détection par le lecteur, dans les données issues de ces moyens de réception, de la donnée de réponse; g) si la donnée de réponse n'est pas détectée à l'issue d'un délai de détection TD depuis le début de l'étape (a) : désactivation des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur pendant un délai d'inactivité TI, puis reprise à l'étape (a) ; h) dans le cas contraire (c'est-à-dire si la donnée de réponse est détec- tée) : maintien en activité des moyens d'émission du champ magnétique pendant la durée nécessaire à la suite de la communication entre le lecteur et l'objet portatif. Ainsi, même en cas de détection à l'étape (b) d'un objet inapte à communiquer avec le lecteur, le taux d'activité reste au pire limité au rapport TD / (TD+T,). Des variantes peuvent prévoir: l'exécution concomitante de l'étape (b) et des étapes (e) et/ou (f) ; et/ou de brèves désactivations des moyens d'émission du champ magnétique du lecteur, par exemple pour réaliser la transmission de l'étape (e) ; et/ou de faire varier les délais de diverses façons. Second perfectionnement Pour s'affranchir de diverses variations et dérives (notamment en fonction de la température, et de la présence durable à proximité du lecteur de matériaux ayant une incidence sur le champ magnétique), on peut avan- tageusement prévoir un ajustage de la valeur de référence de l'étape (b) en fonction de la grandeur mesurée, de la valeur de référence, et/ou de ce que dans les étapes (d) et/ou éventuellement ultérieures, si elles sont atteintes, une communication soit effectivement établie avec un objet portatif. Ces ajustements font évoluer la valeur de référence pour l'adapter à un fonctionnement optimal, la valeur de référence étant telle que l'étape (d) soit réalisée sensiblement sélectivement à l'approche d'un objet porta-tif apte à communiquer avec le lecteur. À titre d'exemple, supposons que la grandeur mesurée, exprimée comme une valeur numérique de 10 bits (référencée 156 sur la figure), augmente avec l'approche d'un objet portatif. On prévoit tout d'abord une étape d'initialisation de la valeur de référence (référencée 161 sur la figure) à : (161) 4 (156)+S, où S est un seuil prédéterminé de 10 unités par exemple. L'étape (d) est exécutée quand (156)>(161). Si, cinq fois consécuti- ves, on a (156)>(161) mais que les tentatives de communication avec un objet portatif n'aboutissent pas, on augmente (161) d'une unité et, si (156)+S Troisième perfectionnement Le délai T, de l'étape (c) et/ou (g) peut être ajusté en fonction de l'usage observé ou attendu du lecteur, déterminé en fonction de la date et/ou heure, et/ou par la réalisation ou non d'une communication avec un objet portatif à l'étape (d) et/ou suivantes, et/ou un capteur. T, sera augmenté quand cet usage est ancien et/ou présumé rare. Par exemple, TI est de 0,5 s quand une communication avec un objet portatif a eu lieu depuis moins de 30 min, et de 2 s dans le cas contraire. Ou T, est de 0,5 s le jour et 2 s la nuit. Ou TI est de 0,5 s quand un capteur est éclairé et 2 s quand il ne l'est pas. REVENDICATIONS 1. Un lecteur (100), pour la communication sans contact par induction avec un objet portatif (200) comportant des moyens de couplage au lec- teur, ce lecteur comprenant: des moyens émetteurs et des moyens récepteurs de champ magnétique, incluant une bobine (113), des moyens de détection de la présence d'un objet portatif dans la zone d'action du lecteur, ces moyens de détection opérant par brève activation périodique des moyens émetteurs, et des moyens, contrôlés par les moyens de détection, pour commander l'activation durable des moyens émetteurs de champ magnétique en présence d'un objet portatif, lecteur caractérisé en ce que les moyens de détection de présence comprennent des moyens de mesure d'un paramètre électrique des moyens émetteurs de champ magnétique, ce paramètre étant un paramètre susceptible d'être modifié par effet réactif consécutif à la présence, dans la zone d'action du lecteur, des moyens de couplage de l'objet portatif pen- dant les périodes de brève activation des moyens émetteurs. 2. Le lecteur de la revendication 1, où ledit paramètre électrique est une tension aux bornes d'un élément du groupe comprenant: ladite bobine (113) ; une bobine auxiliaire; un condensateur (114), une résistance et/ou une inductance reliés à ladite bobine ou à une bobine auxiliaire; un générateur (110) débitant dans ces éléments. 3. Le lecteur de la revendication 1, où ledit paramètre électrique est un courant circulant dans un élément du groupe comprenant: ladite bobine (113) ; une bobine auxiliaire; un condensateur (114), une résistance et/ou une inductance reliés à ladite bobine ou à une bobine auxiliaire; un générateur (110) débitant dans ces éléments. 4. Le lecteur de la revendication 1, où ledit paramètre électrique est le déphasage entre tension et/ou courant aux bornes, et/ou dans, un élément du groupe comprenant: ladite bobine (113) ; une bobine auxiliaire; un condensateur (114), une résistance et/ou une inductance reliés à ladite bobine ou à une bobine auxiliaire; un générateur (110) débitant dans ces éléments. 5. Le lecteur de la revendication 1, comprenant des moyens pour appliquer un filtrage au paramètre électrique mesuré par les moyens de détec- tion de présence. 6. Le lecteur de la revendication 1, où les moyens de détection comprennent en outre des moyens pour: émettre une donnée d'appel pendant les périodes de brève activation des moyens émetteurs, détecter la réception éventuelle d'une donnée spécifique émise en ré- ponse par un objet portatif présent dans la zone d'action du lecteur, conditionner l'activation durable des moyens émetteurs de champ ma- gnétique à la détection effective de la donnée spécifique. 10. Le lecteur de la revendication 1, où les moyens de détection de présence comprennent des moyens (162) de comparaison du paramètre électrique mesuré (156) à une valeur de référence (161), et de commande sélective (163) de l'activation durable des moyens émetteurs en fonction du résultat de cette comparaison. 11. Le lecteur de la revendication 7, où la valeur de référence est une va-leur évolutive modifiable, et où il est prévu des moyens d'ajustage automatique de cette valeur de référence. 12. Le lecteur de la revendication 1, comprenant en outre: des moyens (170) de réception de données; des moyens (160) de reconnaissance de données prédéterminées dans les données reçues; et des moyens pour inhiber ladite activation durable des moyens émet- teurs de champ magnétique en l'absence de détection desdites don-nées à l'issue d'un délai de détection prédéterminé, même en cas de détection de présence d'un objet portatif par les moyens de détection. 10. Le lecteur de la revendication 1, comprenant en outre des moyens pour modifier la périodicité de ladite brève activation des moyens émetteurs en fonction de l'un au moins des facteurs du groupe comprenant: la date courante; l'heure courante; la durée écoulée depuis l'établissement d'une communication avec un objet portatif; et l'état d'un capteur d'un paramètre physique de l'environnement.