Brevet FR2904132A1 — publié le 20080125

La présente invention concerne l'identification par un lecteur distant d'objets à l'aide de dispositifs portables sans contact (RFID) et plus particulièrement un dispositif d'identification par radiofréquence pouvant être identifié malgré son éloignement du lecteur. Les dispositifs portables, tels que les étiquettes à puce sans contact (tag), sont largement utilisés de nos jours pour l'identification d'objets quelconques par un lecteur distant. De façon générale, l'étiquette appelée aussi dispositif d'identification par radiofréquence (RFID), est utilisée pour reconnaître ou identifier à plus ou moins grande distance et dans un minimum de temps, un objet, un animal ou une personne porteuse de l'étiquette. Une telle étiquette électronique se compose principalement d'un circuit intégré contenant une puce dans laquelle sont conservées en mémoire les données faisant partie de l'application considérée et d'une antenne connectée au circuit intégré. La lecture des informations contenues dans la puce se fait au moyen d'un lecteur qui transmet des signaux électromagnétiques à une fréquence donnée vers l'étiquette. L'étiquette étant un élément passif, le lecteur lui fournit son énergie d'alimentation de façon à permettre au dispositif RFID de transmettre en retour le contenu de la mémoire tel que le numéro d'identification. Un dialogue s'établit selon un protocole de communication prédéfini et un certain nombre de données sont ainsi échangées entre l'étiquette et le lecteur. L'établissement des communications entre l'étiquette et le lecteur ne se fait pas sans un minimum d'énergie. La qualité et la quantité d'énergie transférée dépendent d'un certain nombre de critères tels que les fréquences de fonctionnement, la distance entre l'antenne du lecteur et l'antenne de l'étiquette, etc. L'étiquette, considérée comme un circuit résonnant, est accordée à une fréquence nominale donnée pour qu'il existe une communication optimum 2904132 2 entre elle et l'antenne du lecteur lorsque l'étiquette se trouve dans le champ émis par le lecteur. Actuellement, les signaux électromagnétiques transmis par le lecteur se font en mode UHF dans des plages de fréquence de 860-960 MHz et 5 2,45 GHz. Les transmissions en mode UHF autorisent des échanges à grande distance de l'ordre de 50 cm à lm ou plusieurs mètres puisque la quantité d'énergie nécessaire à l'échange d'informations entre l'étiquette et le lecteur est très petite. 10 La figure 1 représente le schéma électrique d'un dispositif RFID classique comprenant une antenne 10 connectée à une puce 12. Les signaux électromagnétiques reçus sont redressés par les diodes 15 et 16. La capacité 14 sert de liaison AC au signaux UHF. Quant au condensateur 15 polarisé 18, il joue le rôle d'une capacité réservoir pour fournir la tension d'alimentation à la puce. L'ensemble des autres composants de la puce est équivalent à une impédance 20. Lorsque le dispositif RFID transmet ses données 20 numériques d'identification au lecteur, il le fait par l'intermédiaire d'un commutateur électronique 22, à un rythme lié au débit. La fermeture de cet interrupteur agit comme une désadaptation de l'ensemble Puce - Antenne. De cette façon une quantité différente d'énergie est 25 absorbée et une quantité différente d'énergie est réfléchie vers le lecteur. Une fréquence sous-porteuse de rétromodulation peut aussi être appliquée. En modulant cette sousporteuse par la position ouverte ou fermée du commutateur 22 définie par les données numériques 30 d'identification à transmettre au lecteur. Le dispositif RFID illustré sur la figure 1 présente un inconvénient majeur. En effet, Lorsque le commutateur 22 est ouvert, une tension est fournie à la capacité réservoir 18 qui se charge. Mais quand le commutateur 22 est fermé, 35 même s'il existe une impédance du commutateur non nulle dans un cas réel, celle-ci est négligeable et la puissance 2904132 3 reçue par l'antenne 10 est réfléchie en quasi-totalité. Seulement une quantité infime de cette énergie est fournie à la capacité 18. Cette dernière fournissant la tension d'alimentation pour la transmission des données se décharge 5 donc. On peut ainsi considérer que le diagramme de la tension en fonction du temps aux bornes de la capacité 18 est celui représenté sur la figure 2. Pendant l'ouverture du commutateur 22, la capacité se charge et passe d'un niveau minimum Vmin au temps Tl à un niveau maximum Vmax au 10 temps T2. Puis, à la fermeture du commutateur, la capacité se décharge à nouveau de Vmax au temps T2 à Vmin au temps T3, et ainsi de suite. Si le dispositif RFID est assez éloigné du lecteur, la puissance reçue est faible. A capacité égale, la tension 15 aux bornes du condensateur 18 descend alors au dessous d'une tension de seuil Vseuil nécessaire pour que les circuits de la puce puissent fonctionner et que les données d'identification puissent être transmises. Pour pallier cet inconvénient, la solution utilisée 20 aujourd'hui est d'augmenter la capacité si l'on désire identifier des objets éloignés. Mais on se heurte alors à la surface utile de la puce. En effet, en supposant que la capacité est de l'ordre de 200pF et en admettant une capacité par unité de surface importante de l'ordre de 25 6fF/ m2, il faut déjà une surface de capacité de 33330 m2, soit déjà plus de 3% de la surface d'une puce qui occuperait environ 1mm2 ! Augmenter la capacité revient donc à agir au détriment de la miniaturisation qui est un facteur essentiel dans ce domaine. Cet inconvénient devient un handicap encore 30 plus fort quand la taille de la puce diminue. Le but de l'invention est donc de fournir un dispositif d'identification par radiofréquence apposé sur un objet à identifier qui continue à fonctionner correctement même lorsque l'objet est éloigné du lecteur 35 L'objet de la présente invention concerne donc un dispositif d'identification par radiofréquence (RFID) 2904132 4 comprenant une antenne connectée à une puce destiné à être apposé sur un objet à identifier par un lecteur distant transmettant au dispositif d'identification des signaux électromagnétiques reçus par l'antenne et contenant les 5 données permettant l'identification ainsi que la tension d'alimentation du dispositif, l'antenne transmettant en retour vers le lecteur des signaux fournis par la puce par rétromodulation au moyen d'un commutateur dont la position ouverte ou fermée définit les données numériques 10 d'identification transmises par le dispositif. La puce comprend une impédance variable connectée en série avec le commutateur aux bornes de l'antenne et un moyen de détection de la tension d'alimentation pour ajuster la valeur de l'impédance de manière à ce que cette tension 15 d'alimentation soit toujours supérieure à une valeur prédéterminée au dessous de laquelle le dispositif ne peut plus transmettre les données numériques d'identification. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit 20 faite en référence aux dessins joints dans lesquels : la figure 1 représente le schéma électrique d'un dispositif RFID de l'état de la technique ; la figure 2 est un diagramme en fonction du temps de la tension aux bornes de la capacité réservoir du 25 dispositif RFID représenté sur la figure 1 ; la figure 3 représente le schéma électrique d'un dispositif RFID selon l'invention ; la figure 4 est un diagramme en fonction du temps de la tension aux bornes de la capacité réservoir du 30 dispositif RFID représenté sur la figure 3 ; la figure 5 représente un schéma électrique équivalent du dispositif RFID illustré sur la figure 3 ; la figure 6 est un diagramme en fonction de la tension source de la tension aux bornes de la capacité 35 réservoir du dispositif RFID représenté sur la figure 3 2904132 5 selon différentes valeurs de l'impédance variable utilisée dans le cadre de l'invention ; la figure 7 est un bloc diagramme représentant l'impédance variable et sa commande par un comparateur 5 analogique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et la figure 8 est un bloc diagramme représentant l'impédance variable et sa commande par un comparateur numérique selon un second mode de réalisation de 10 l'invention L'idée mère de l'invention est simple. A partir du moment où le dispositif RFID est à grande distance du lecteur, et donc se trouve en limite de fonctionnement, il ne faut pas gâcher l'énergie. Il faut donc éviter 15 d'appliquer une rétromodulation franche exigeant une puissance élevée et obligeant le dispositif à épuiser sa capacité réservoir. L'invention consiste donc à appliquer une rétromodulation douce permettant de minimiser la capacité réservoir pour un fonctionnement à même distance 20 et permettant donc au dispositif de fonctionner à plus faible niveau de puissance. Pour appliquer une rétromodulation douce, l'invention consiste à installer une impédance 30 en série avec le commutateur de rétromodulation 22 comme illustré sur la 25 figure 3. Cette impédance est variable et dépend du niveau de puissance absorbée par le dispositif RFID. Le niveau de puissance étant inversement proportionnel à l'impédance, plus cette impédance est faible, plus la puissance requise devient importante. De manière à conserver une puissance 30 faible n'obligeant pas la capacité réservoir à se vider, l'idée est de mesurer la tension VDC aux bornes de la capacité réservoir 18 et d'ajuster la valeur de l'impédance 30 selon la valeur de cette tension. Un moyen de détection 32 est donc connecté au point 35 de tension VDC à la borne positive de la capacité réservoir. Lorsque le moyen de détection 32 détecte une baisse de la 2904132 6 tension VDC, il commande l'augmentation de la valeur de l'impédance 30 grâce à la sortie de commande 34 de façon à maintenir un niveau de puissance absorbée faible. Le diagramme illustré sur la figure 4 montre la 5 tension VDc en fonction du temps dans le cas d'un dispositif RFID rétromodulé faiblement. Durant cette rétromodulation, la puissance absorbée reste suffisamment importante pour que la tension VDc baisse tout en restant supérieure à la tension Vseuil au dessous de laquelle la rétromodulation ne 10 peut plus se faire. Ainsi entre les temps T'l et T'2, la tension VDc passe de la tension Vmin supérieure à la tension Vseuil à la tension Vmax. Puis entre T'2 et T'3, la tension VDc redescend de Vmax à Vmin, et ainsi de suite. La tension VDc 15 restant toujours supérieure à Vseuil, le dispositif RFID continue de fonctionner normalement. En référence à la figure 5 représentant le schéma équivalent du dispositif, l'antenne 10 se comporte comme une source de tension Vsource en série avec une impédance 20 36 de valeur Zs, en parallèle d'une part avec l'impédance variable 30 de valeur Zv en série avec le commutateur 22 et d'autre part avec l'impédance 20 des circuits de la puce de valeur Zt. lorsqu'il y a rétromodulation, c'est-à-dire lorsque 25 le commutateur 22 est fermé, la tension Vsource alimente l'impédance 36 de valeur Zs en série avec l'impédance Ze équivalente aux impédances Zv et Zt en parallèle. Ze a pour valeur Ze = Zv.Zt/(Zv+Zt) 30 La valeur de Ze est donc croissante en fonction de l'impédance variable Zv et tend vers la valeur de Zt lorsque la valeur de Zv tend vers l'infini. La valeur de la tension résultante VDc est égale à VDc = Vs.Ze/(Ze+Zs) 2904132 7 Comme exemple, on peut prendre une valeur de 50Q pour les deux impédances Zt et Zs. Dans ce cas, la valeur de Ze tend vers 5052 lorsque Zv tend vers l'infini. En référence à la figure 6 représentant la valeur de 5 la tension VDC en fonction de la tension Vsource, on voit qu'une valeur de VDC adéquate est d'autant plus facile à obtenir que la valeur de Zv est élevée. En effet, avec une valeur Zv faible de 50Q, Ze est égale à 25Q et il faut donc une valeur de tension Vsource nettement au dessus de 4 volts 10 pour que la tension VDC soit supérieure à la tension de seuil de 1,5 volt au dessous de laquelle le dispositif ne fonctionne plus. Or, cette tension source relativement importante est impossible à obtenir lorsque le dispositif RFID est éloigné du lecteur. 15 Avec une valeur de Zv égale à 1505, on voit que la valeur de VDC dépasse 1,5 volt lorsque la tension Vsource est égale à 3,5 volts, ce qui est plus facile à obtenir. Avec une valeur de Zv égale à 4505, on voit que la tension VDC est supérieure à 1, 5 volt dès que la tension Vsource est 20 supérieure à 3,17 volts. Enfin si la valeur Zv est de plus en plus grande et tend vers l'infini, la tension VDC est supérieure à 1,5 volt pour toute valeur Vsource supérieure à 3 volts. A noter que, en l'absence de l'invention et donc sans la présence d'une impédance Zv en série avec le 25 commutateur 22, l'impédance du seul commutateur est très faible, de l'ordre de 4Q, et la tension VDC prend une valeur est bien inférieure à la valeur de seuil d'environ 1,5 volt. La réalisation du moyen de détection de la tension w)c peut se faire selon deux modes. Dans un premier mode de 30 réalisation représenté sur la figure 7, un comparateur analogique 40 reçoit comme signaux d'entrée la tension VDC en provenance de la capacité réservoir 18. Le comparateur 40 effectue une comparaison entre cette valeur et une valeur VREF prédéterminée. En tenant compte de la différence entre 35 VDC et VREF, le comparateur 40 transmet un signal de commande sur sa sortie 42 pour ajuster la valeur de l'impédance 2904132 8 variable 30 comme il a été expliqué précédemment. A noter que la valeur VDC utilisée en entrée du comparateur pourrait être tout autre valeur dépendant directement de la tension VDC prise en un autre point comme par exemple la connexion 5 entre deux impédances en série alimentées par la tension VDC Selon un second mode de réalisation illustré sur la figure 8, un comparateur numérique 44 est utilisé à la place du comparateur analogique 40 et l'impédance variable est 10 remplacée par plusieurs impédances de valeur prédéterminée en parallèle. En tenant compte de la différence entre la valeur VDC (ou une autre valeur en relation directe avec w)c comme il a été mentionné ci-dessus) et la valeur VREF prédéterminée, le comparateur 42 transmet en sortie un 15 signal de commande C1, C2, ... CN. Chacune des lignes de sortie commande la fermeture d'un commutateur en série avec une des impédances. Ainsi, le commutateur 46 en série avec l'impédance Zl est commandé par la sortie de commande C1, le commutateur 48 en série avec l'impédance Z2 est commandé par 20 la sortie de commande C2, et le commutateur 50 en série avec l'impédance ZN est commandé par la sortie de commande CN. En supposant que ce soit la sortie C2 qui est active, le commutateur 48 est fermé et l'impédance Z2 sert d'impédance Zv comme on l'a vu précédemment. A noter que les valeurs des 25 impédances Z1r Z2,...ZN doivent toujours être choisies judicieusement de manière à obtenir une valeur de tension adéquate quelle que soit la distance entre le dispositif et le lecteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'identification par radiofréquence (RFID) comprenant une antenne (10) connectée à une puce (12) destiné à être apposé sur un objet à identifier par un lecteur distant transmettant au dispositif d'identification des signaux électromagnétiques reçus par ladite antenne et contenant les données permettant l'identification ainsi que la tension d'alimentation (VDc) dudit dispositif, ladite antenne transmettant en retour vers ledit lecteur des signaux fournis par ladite puce par rétromodulation au moyen d'un commutateur (22) dans ladite puce dont la position ouverte ou fermée définit les données numériques d'identification transmises par ledit dispositif ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite puce comprend une impédance variable (30) connectée en série avec ledit commutateur aux bornes de ladite antenne et un moyen de détection (32) de ladite tension d'alimentation pour ajuster la valeur de ladite impédance de manière à ce que cette tension d'alimentation soit toujours supérieure à une valeur prédéterminée (Vseuil)au dessous de laquelle le dispositif ne peut plus transmettre lesdites données numériques d'identification. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite puce (12) comprend une capacité réservoir (18) fournissant ladite tension d'alimentation (VDc) à ses bornes. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit moyen de détection de ladite tension d'alimentation (VDC) est un comparateur analogique (40) dont la sortie (42) commande la valeur de ladite impédance variable (30) en réponse à la différence entre la valeur de ladite tension d'alimentation et d'une valeur de tension prédéterminée VREF. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ladite impédance variable est composée de plusieurs impédances en parallèle de valeur prédéterminée en série chacune avec un commutateur dont la position ouverte ou fermée définit les données numériques d'identification 2904132 10 transmises par ledit dispositif et dans lequel ledit moyen de détection de ladite tension d'alimentation (VDc) est un comparateur numérique (44) dont les sorties (C1r C2,.. CN) commandent respectivement la fermeture d'un desdits 5 commutateurs en série avec lesdites impédances de valeur prédéterminée.