Brevet FR2929430A1 — publié le 20091002

La présente invention concerne les communications sans contact c'est-à-dire à distance entre des objets portables sans contact et un lecteur associé et concerne en particulier un objet portable sans contact capable d'apporter une indication sur la performance d'un lecteur sans contact. Les objets portables sans contact désignent tous les dispositifs capables de communiquer à distance avec un lecteur adapté. Ces objets peuvent être des cartes à puce, des badges, des livrets d'identification tels que passeports, cartes d'identité mais également des bagues, bracelets, jetons, etc... De ce fait, la communication sans contact existe dans beaucoup de domaines aujourd'hui, tel que le contrôle d'accès, les transactions de paiement et: l'identification des personnes et des objets, etc. Les communications sans contact se font par couplage entre l'antenne de l'objet portable et celle du lecteur par modulation du champ électromagnétique émis par le lecteur qui peut être soit un champ où la composante électrique est. dominante, dans ce cas il s'agit du domaine des très hautes fréquences soit un champ où la composante magnétique est. dominante et dans ce cas il s'agit de faire varier un champ magnétique produit par une bobine d'induction dans les domaines des radio fréquences telles que la fréquence. normalisée de 13.56 MHz. C'est ce dernier domaine de fréquence qui nous intéresse ici. Ces objets portables sans contact sont soit actifs et dans ce cas ils comportent une pile d'alimentation incorporée, soit passifs lorsqu'ils sont télé alimentés par le lecteur. On s'attache ici au domaine des objets portables sans contact dits � passifs �. Lorsque l'objet portable sans contact rentre dans le champ électromagnétique émis par le lecteur, l'antenne de l'objet transforme le champ en un flux électromagnétique puis en un courant induit. L'objet reçoit ainsi l'énergie qui lui permet de communiquer en retour avec le :Lecteur et ainsi de reccnnaître un code d'identification, de permettre un accès, d'effectuer un paiement, etc.. selon la fonction de l'objet. La communication s'établit avec l'objet portable à une certaine distance du lecteur dès que la valeur du champ électromagnétique est suffisante. L'efficacité de la communication sans contact par induction dépend du niveau du champ électromagnétique capté par l'objet portable et en particulier lorsqu'il faut le télé-alimenter. Selon l'endroit où est placé l'objet dans le champ émis par le lecteur, le niveau de champ est différent et l'efficacité de la communication observée est également fluctuante. Il est intéressant de déterminer la valeur du champ électromagnétique émis par le lecteur pour connaitre son efficacité mais également pour tester le comportement du lecteur en situation communicante avec un objet portable sans contact destiné à communiquer avec celui-ci. Les niveaux de champ requis pour cette communication sans contact sont précisés dans la norme ISO/IEC 14443. Une carte conforme à cette norme se doit de fonctionner quand le lecteur délivre à cette carte un champ de 1,5A/m. Un lecteur conforme à cette norme doit pouvoir délivrer à cette carte un champ de 1,5A/m quand celle-ci est placée dans le volume d'opération spécifié par son fabricant. Il existe des détecteurs de champ électromagnétique et en particulier des appareils de mesure de champ électromagnétique portatif. Ces appareils de mesure sont alimentés généralement par secteur ou bien par batterie et ne sont donc pas des dispositifs dits passifs. Il est connu également des cartes munie d'ut. dispositif d'émission de lumière tel qu'une LED (diode électroluminescente) de sorte que la LED s'allume lorsque la carte rentre dans un champ électromagnétique. Ces dispositifs ne donnent pas la valeur du champ électromagnétique et ne permettent pas d'évaluer la puissance du champ électromagnétique émis par un lecteur en condition de fonctionnement. Les dispositifs décrits ci-dessus ne donnent pas d'indication sur le comportement de la communication sans contact entre deux dispositifs distants tels qu'un lecteur et un objet portable sans contact détenu par ut. utilisateur. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif portable et sans contact capable de donner le niveau du champ électromagnétique dans lequel il baigne et. d'apporter une indication reflétant le comportement réel. d'utilisation des systèmes à base de lecteur de carte sans contact. Le dispositif selon l'invention a l'avantage de se comporter dans le champ du lecteur comme l'objet portable destiné à communiquer avec le lecteur. L'objet de l'invention est donc un objet portable sans contact comprenant un circuit électronique et une antenne connectées ensemble permettant le couplage entre le circuit électronique et un lecteur associé à l'objet portable sans contact. Selon la caractéristique principale de l'invention, l'objet portable sans contact comprend un ensemble d'indicateurs de champ qui donne une mesure à l'utilisateur de la valeur d'une grandeur physique proportionnelle à la quantité du champ électromagnétique qui traverse l'antenne. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : La figure 1 représente une vue schématique de l'objet: portable sans contact selon l'invention. La figure 2 représente le schéma électrique de l'objet portable sans contact selon l'invention. L'objet portable sans contact 11 comprend un support: 10, préférentiellement au format d'une carte à puce de type carte de crédit c'est-à-dire 85,6 mm x 54 mm (selon la norme ISO7810-1D1.), mais pourrait tout aussi bien être d'un format différent, par exemple au format d'un livret d'identité tel qu'un passeport. Dans la suite de la description, l'objet portable sans contact selon l'invention est. appelé carte sans contact. Le support est une plaque fabriquée à partir de matériaux composites de type résine époxy, bakélite, ou bien en plastique du type PVC, PET ou PEG. De préférence, le support 10 est en verre époxy. Le support 10 comprend sur une des ses faces une antenne en cuivre 12, un circuit électronique 14 et une interface utilisateur 16. L'objet comprend également un ensemble d'indicateurs de champ 18. L'antenne 12, le circuit 14, l'interface 16 et les indicateurs de champ sont connectés élec?:riquement. Les indicateurs de champ sont soient des moyens visuels soient des moyens sonores et forment une échelle de graduations de sorte que chaque indicateur est associé à une valeur ou à une fourchette de valeur d'une quantité physique mesurée. La mesure de la quantité physique est expliquée en détail plus loin dans la description. Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, les indicateurs sont des moyens visuels et sont matérialisés par au moins 2 diodes électroluminescentes (appelés communément Led). De préférence, les diodes sont au nombre de 12. Sur la figure 1, chaque diode (ou Led) est précédée d'une valeur entre 1 et 7,5 symbolisant des Ampère par mètre qui correspondent à la mesure d'un champ magnétique. L'antenne 12 comporte 3 spires concentriques en cuivre qui suivent le contour du support 10, la largeur des spires étant environ de 1 mm et le pas environ de 1 mm. Le choix de 3 spires d'antenne vise à correspondre au comportement d'une carte à puce sans contact représentative des objets portables sans contact. La spire extérieure a pour dimension 80 mm x 50 mm environ. L'antenne 12 peut comporter une ou plusieurs spires sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention décrit ici, l'antenne 12 ainsi que les liaisons entre les composants électroniques et l'antenne constituent un circuit imprimé. Cependant, les spires peuvent être réalisées par impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d'encre à partir d'encre conductrice de type encre époxy chargée de particules conductrices telles que par exemple d'argent ou d'or ou à partir d'un polymère conducteur. Dans ce cas, le support de l'antenne est en papier, en papier synthétique ou en plastique. La carte sans contact selon l'invention peut comporter également une interface utilisateur 16 utilisée pour modifier la partie programmable du circuit 14. Sur la figure 2, le lecteur 50 est conçu pour émettre un champ électromagnétique 100 à une fréquence porteuse déterminée, par exemple à 13,56 MHz. La carte sans contact 11 selon l'invention capte l'énergie électromagnétique au moyen d'une antenne 12 d'un circuit RLC accordé sur la fréquence porteuse lorsque un flux électromagnétique est capté par l'antenne 12. Un exemple de réalisation du circuit électronique 14 reliant l'antenne 12 à l'ensemble d'indicateurs 18 de la carte sans contact selon l'invention est représenté par un schéma électrique détaillé et permet de comprendre comment les indicateurs de champ s'activent lorsque la carte est exposée à un champ électromagnétique. L'antenne 12, le condensateur 24 et la résistance 26 constituent un circuit oscillant accordé à la fréquence du lecteur soit 13,56 MHz. Le condensateur 24 a pour rôle de fournir une capacité d'accord permettant à la carte sans contact selon l'invention d'entrer en résonance et permettre le couplage avec le lecteur lorsqu'elle est placée dans le champ électromagnétique produit par celui-ci à la manière dont les objets portables sans contact destinés à communiquer avec le lecteur rentrent en résonance avec lui. La fréquence a laquelle la résonance se produit, c'est à dire la fréquence à laquelle le circuit de la carte à puce selon l'invention et celui du lecteur sont accordés, est égale à 13,56 mégahertz (MHz) selon la norme actuelle. Le pont de diodes 28 et le condensateur 30 ont pour rôle de redresser et lisser le signal alternatif, disponible aux bornes du circuit oscillant:. La tension V1 obtenue en sortie est continue mais est dépendante du champ électromagnétique 100 dans lequel l'antenne est exposée. Un régulateur 32 permet de réguler cette tension afin d'obtenir une tension V2 continue et stable, c'est à dire ne dépendant plus du champ électromagnétique 100 dans lequel l'antenne est exposée, et servant à alimenter un microcontrôleur 34. Le microcontrôleur 34 contient de la mémoire et un convertisseur analogique digital (ADC = Analog to Digital Converter). La tension V1 en sortie du circuit oscillant est divisée grâce à un pont diviseur 36 afin d'être rendu lisible par le microcontrôleur. La. tension divisée V3 lue par le microcontrôleur est fonction du champ électromagnétique dans lequel l'antenne 12 baigne et grâce à un calibrage appropriée, cette tension V3 est convertie en une mesure de la valeur du champ magnétique en Ampère par mètre ce qui représente une grandeur physique proportionnel à la quantité du champ électromagnétique qui traverse l'antenne. Cette valeur est rendue lisible ou audible grâce aux indicateurs de champ directement alimentés par le microcontrôleur. Ainsi, en fonction du champ électromagnétique dans lequel l'antenne est exposée, certains indicateurs sont activés et d'autres pas. Afin de consommer la même quantité d'énergie donc de présenter une charge constante, il y a toujours un et un seul indicateur activé à la fois. Dans notre exemple, la première diode électroluminescente est une diode rouge qui s'allume lorsque le champ est insuffisant pour permettre une bonne communication avec l'objet portable sans contact destiné à communiquer. Il s'agit d'un champ dont la valeur est inférieure à 1 Ampère par mètre (A/m). De même la dernière diode est rouge et s'allume lorsque le champ électromagnétique a une valeur supérieure à 7.5 A/m. Entre ces deux diodes qui représentent les indicateurs des limites basse et haute du champ électromagnétique admissible pour l'échange de données entre une carte sans contact et un lecteur, les 10 diodes intermédiaires indiquent successivement un champ de 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6 et: 7 A/m. Ces valeurs ne sont pas limitatives et l'ensemble des diodes pourraient aussi bien donner une autre échelle de valeurs sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Cependant, l'intervalle couvert par ces valeurs correspond à l'intervalle des valeurs ISO dans lequel un lecteur d'objet portable sans contact à la fréquence de 13.56 MHz fonctionne. Les 12 diodes électroluminescentes permettent ainsi une lecture facile et immédiate du champ dans lequel baigne la carte sans contact selon l'invention. Lorsque :L'antenne 12 n'est pas dans un champ de fréquence porteuse, elle n'entre pas en résonnance avec le lecteur et le circuit électronique 14 n'est plus alimenté et aucun indicateur de champ n'est activé. Dans ce cas, la carte sans contact selon l'invention indique par son inactivité l'absence total de champ électromagnétique et donc l'impossibilité de communication entre tout objet portable sans contact et le lecteur. Selon une variante de l'invention, les indicateurs de champ peuvent être sonores. Dans ce cas, il s'agit de dispositifs qui produisent un son caractéristique lorsqu'on leur applique une tension tel qu'un buzzer ou un beeper qui délivrerait un son différent ou bien une séquence de sons différente selcn la valeur du champ électromagnétique dans lequel l'antenne baigne. Selon une autre variante, les indicateurs de champ peuvent être à la fois visuels et sonores en associant sur la même carte sans contact selon l'invention des diodes électroluminescentes et un buzzer. Dans ce cas, les deux types d'indicateurs peuvent fonctionner simultanément ou bien, en rajoutant une fonction de commutation dans le circuit électronique et une interface utilisateur tel qu'un bouton poussoir, on passe d'un indicateur à l'autre en maintenant le bouton enfoncé. Selon une autre variante de réalisation, l'ensemble d'indicateurs comprend un dispositif d'affichage digital de type écran à cristaux liquides (LCD) ou autre (OLED) qui donne la valeur du champ magnétique en Ampère par mètre. La grandeur physique mesurée peut être, selon un autre mode de réalisation de l'invention un temps mesuré en milliseconde (ms) correspondant au temps d'exposition au champ électromagnétique de la carte sans contact selon l'invention et représente une grandeur physique proportionnelle à la quantité du champ électromagnétique qui traverse l'antenne. Dans ce cas, chaque diode correspond à une durée, par exemple 5 ms, de sorte qu'une exposition au champ de 15 ms allume 3 diodes. L'allumage des diodes peut être rendu dans ce cas rémanent, ce qui permet à l'utilisateur de prendre connaissance des informations même lorsque la carte n'est plus exposée au. champ. Cette fonction est programmée dans le microcontrôleur et peut être accessible à l'utilisateur par une interface tel qu'un bouton poussoir. Le bouton poussoir permet ainsi à l'utilisateur de mesurer avec la carte selon l'invention soit la valeur de ce champ magnétique en Ampère par mètre soit le temps d'exposition de la carte au champ électromagnétique. En fonctionnant selcn le mode de réalisation décrit et préféré de l'invention, la carte mesure une valeur de champ électromagnétique tandis qu'une pression sur l'interrupteur permet donc à l'utilisateur de mesurer un temps d'exposition au champ électromagnétique. De façon avantageuse, la carte sans contact selon. l'invention, est un outil de réglage et de diagnostique pour aider le technicien dans l'installation et la maintenance de tout système intégrant la technologie des cartes sans contact. En outre, la carte sans contact selon l'invention. aide au développement, au test et à :L'évaluation des 35 lecteurs d'objet portable sans contact. Pour cela, il est important de préciser que la taille et le design de l'antenne de la carte sans contact selon. l'invention doivent être similaires à ceux des objets portables sans contact pour lesquels le lecteur est destiné à communiquer. La mesure du champ électromagnétique correspond à la quantité d'énergie qui traverse les spires de l'antenne sur l'ensemble de leur surface et ne correspond donc pas à une mesure ponctuelle du champ mais bien à la mesure du champ réelle et moyen qui traverserait un objet portable sans contact destiné à communiquer avec le lecteur. La carte sans contact selon l'invention apporte une indication reflétant le comportement réel d'utilisation des systèmes à base de lecteur de carte sans contact en présence de cartes existantes conformes à l'ISO14443 et présentant une charge représentative des cartes conforme à l'ISO 14443 parmi les plus contraignantes. REVENDICATIONS1. Objet portable sans contact (11) comprenant un circuit électronique (14) et une antenne (12) connectées ensemble permettant le couplage entre le circuit électronique et un lecteur associé à l'objet portable sans contact, Caractérisé en ce que l'objet portable sans contact comprend un ensemble d'indicateurs de champ (18) qui donne une mesure à l'utilisateur de la valeur d'une grandeur physique proportionnel à la quantité du champ électromagnétique qui traverse la dite antenne (12). 2. Objet portable sans contact selon la revendication 1 dans lequel la grandeur physique mesurée est la valeur du champ électromagnétique en Ampère par mètre qui traverse ladite antenne (12). 3. Objet portable sans contact selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la grandeur physique mesurée est une mesure du temps d'exposition de ladite antenne (12) au champ électromagnétique en milliseconde. 4. Objet portable sans contact selon la revendication 3 qui comprend une interface utilisateur tel qu'un interrupteur qui permet de commuter de la mesure du champ électromagnétique à la mesure du temps d'exposition au champ électromagnétique. 5. Objet portable sans contact selon l'une des revendications précédente dans lequel ledit ensemble 30 d'indicateurs (18) est matérialisé par des moyens visuels. 6. Objet selon la revendication 5 dans lequel ledit ensemble d'indicateurs (18) comprend un dispositif d'affichage digital. 15 7. Objet selon la revendication 5 dans lequel les moyens visuels sont des diodes électroluminescentes. 8. Objet selon la revendication 7 dans lequel les diodes électroluminescentes au nombre de :L2 indiquent par les deux diodes extrêmes rouge des valeurs de champ inadmissible pour l'échange de données entre une carte sans contact et un lecteur et par les 10 diodes intermédiaires une échelle de mesure du champ entre 1 et 7 Ampères par mètre. 9. Objet portable sans contact selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit ensemble d'indicateurs (18) est matérialisé par des moyens sonores. 10. Objet portable sans contact selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit ensemble d'indicateurs (18) est matérialisé par des moyens visuels et des moyens sonores. 20 11. Objet portable sans contact selon l'une des revendications précédentes, dont le format est le format normalisé d'une carte de crédit ISO7810-ID1, soit 85,6 mm x 54 mm.