Brevet FR3048798A1 — publié le 20170915

Carte à puce sans contact à contrôle digital Domaine de l'invention : La présente invention concerne le domaine des cartes à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, qui sont capables d'interagir avec un lecteur de cartes à puce au moyen d'une communication radiofréquence. Dans la mesure où elles ont toutes au moins une interface de communication sans contact, on les désignera toutes sous la dénomination de "cartes sans contact" pour simplifier l'exposé. Certaines de ces cartes sont utilisées pour des applications sensibles, par exemple des cartes sans contact utilisées pour des applications bancaires comme le paiement sans contact. Un problème qui limite l'usage des cartes sans contact pour effectuer des paiements réside dans le fait que les utilisateurs craignent, quelquefois à juste titre, qu'un tiers placé à proximité puisse utiliser la carte à leur insu, par une opération dite de "skimming" en terminologie anglo-saxonne. Cette opération consiste à faire réagir voire à utiliser la carte au moyen d'un lecteur sans contact, à l'insu de son propriétaire. Etat de la technique : Des techniques dites "d'antiskimming" susceptibles de s'opposer à un usage intempestif de la carte ont déjà été développées notamment dans le cadre des documents de sécurité de type passeport électronique, qui se présentent sous la forme d'un livret. En effet, comme le prévoit le brevet FR 2919409, l'antenne qui permet la communication radiofréquence du document est placée à cheval sur les deux couvertures du passeport, de sorte que lorsque celui-ci est en position fermée, l'antenne se replie sur elle-même et empêche tout fonctionnement radiofréquence. Une telle solution n'est pas applicable à des cartes à puce, qui ne sont pas repliables. On connait également des étuis métalliques pour carte à puce, formant une cage de Faraday autour de la carte à puce lorsque celle-ci y est rangée, mais son usage n'est pas très pratique. 3048798 2 D'autres solutions ont été imaginées, dans lesquelles la carte à puce est pourvue d'un bouton de type marche/arrêt, permettant de déconnecter manuellement les circuits électroniques ou l'antenne de la carte à puce. Mais ces solutions sont difficiles à industrialiser. En particulier, la mise en place de boutons marche/arrêt pose des problèmes 5 de fiabilité et de coût. Buts de l'invention : La présente invention a pour but général de résoudre les problèmes posés et de proposer une carte à puce permettant d'éviter tout usage à l'insu de son propriétaire, tout 10 en offrant une solution simple et fiable, en particulier sans bouton poussoir et autres pièces rapportées, tout en augmentant le niveau de sécurité du produit. Un autre but de l'invention est de proposer une solution facile à industrialiser avec un rendement de fabrication et une fiabilité élevés. 15 Objet de l'invention : Dans son principe, l'invention consiste à concevoir le circuit radiofréquence de la carte et à choisir ses paramètres de fonctionnement de telle manière que l'ensemble constitué par le module électronique et l'antenne booster est par défaut désaccordé, et que 20 seule la modification volontaire de la capacité d'accord par l'utilisateur va permettre d'accorder la fréquence de résonance du produit avec la fréquence de résonance des lecteurs de carte à puce, de façon à permettre la communication sans contact entre la carte et le lecteur. De façon innovante, cette modification volontaire de la capacité d'accord consiste à 25 utiliser la capacité d'un ou de plusieurs doigt(s) de l'utilisateur et à simplement poser un ou plusieurs doigt(s) à un ou plusieurs endroit(s) déterminé(s) de la carte à puce, ce qui aura grâce à l'invention l'effet de réaccorder la fréquence de résonance de la carte à puce de manière à permettre son fonctionnement. L'invention a par conséquent pour objet une carte à puce à fonctionnement sans 30 contact, destinée à communiquer avec un lecteur de carte à puce fonctionnant à une fréquence de résonance Fo', ladite carte à puce étant pourvue d'un corps de carte intégrant au moins une antenne connectée en série ou en parallèle avec une capacité, caractérisée en 3048798 3 ce que les valeurs des inductances de la ou des antennes et la valeur de la capacité sont choisies pour obtenir une fréquence de résonance Fo suffisamment éloignée de la fréquence du signal émis par le lecteur pour interdire ou en tout cas fortement limiter la communication radiofréquence avec le lecteur, et en ce que les valeurs desdites 5 inductance(s) et capacité sont en outre choisies pour que la connexion en parallèle d'une capacité supplémentaire Cd prédéterminée ramène la fréquence de résonance de la carte au voisinage de la fréquence Fo' du signal émis par ledit lecteur . Selon un mode de réalisation préféré, la carte comporte une antenne booster pourvue d'une antenne principale d'inductance L1 et d'une antenne concentrateur 10 d'inductance L2, connectées en série ou en parallèle avec une capacité C, et les valeurs de L1, L2 et C sont choisies pour obtenir une fréquence de résonance Fo suffisamment éloignée de la fréquence du signal émis par le lecteur pour interdire toute communication radiofréquence avec le lecteur, et les valeurs de L1, L2 et C sont en outre choisies pour que la connexion en parallèle d'une capacité Cd prédéterminée ramène la fréquence de résonance 15 de la carte au voisinage de la fréquence Fo' du signal émis par ledit lecteur . De façon avantageuse, ladite capacité Cd prédéterminée pour ramener la fréquence de résonance de la carte au voisinage de la fréquence Fo' du signal émis par ledit lecteur correspond à la capacité d'un ou de plusieurs doigts posés entre des contacts métalliques de la carte. De cette manière, il suffit à l'utilisateur de poser un doigt à un endroit prédéterminé 20 de la carte à puce, ou une combinaison de doigts à plusieurs endroits prédéterminés de la carte, pour permettre son fonctionnement avec un lecteur sans contact. On a constaté que la capacité prédéterminée Cd a de préférence une valeur de l'ordre de 7 picofarad, qui peut être réalisée en posant un doigt à cheval sur un dipôle électrique inséré en parallèle de la capacité principale C de l'antenne. 25 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les valeurs de L1, L2 et C sont choisies telles que L1 + L2 soit supérieure ou égale à 4 gH, et que C soit de l'ordre de 20 picofarad. Selon un premier mode de réalisation, la capacité Cd est réalisée sous la forme d'un fil métallique incrusté sur le support d'antenne et disposé sous la forme d'un serpentin, localisé 30 par un repère sur une face de la carte à puce. 3048798 4 Selon un second mode de réalisation, la capacité Cd est réalisée sous la forme d'un couple de demi-pastilles métalliques disposées en face l'une de l'autre de manière qu'un doigt posé à cheval sur les demi-pastilles crée une capacité d'ajustement Cd connectée en parallèle de la capacité C de l'antenne. Selon une variante de ce second mode de réalisation, 5 la capacité Cd est réalisée sous la forme de plusieurs couples de demi-pastilles métalliques disposées en face l'une de l'autre de manière qu'une combinaison de plusieurs doigts posés à cheval sur plusieurs couples de demi-pastilles crée une capacité d'ajustement Cd de l'ordre de 7 pF connectée en parallèle de la capacité C de l'antenne. 10 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, et des dessins, dans lesquels : - la Figure 1 représente le schéma électrique équivalent d'une carte à puce sans contact selon l'invention ; - la figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'antenne de la carte à 15 puce selon l'invention ; - la figure 3 représente un second mode de réalisation de l'antenne de la carte à puce selon l'invention. Description détaillée de l'invention : 20 On a représenté sur la figure 1 le schéma électrique équivalent d'une carte à puce, comprenant un module électronique 10 pourvu d'une puce électronique (non représentée) et d'une antenne, et une antenne booster 20 disposée dans le corps de carte. Le module électronique 10 est équivalent à un circuit RLC, avec une résistance Rm, 25 une capacité Cm, et une inductance Lm connectées en parallèle. L'antenne booster 20 comporte une antenne concentrateur d'inductance L2 (et notée L2), couplée avec l'antenne Lm du module, une résistance R, une antenne d'inductance L1 et notée L1, et une capacité C. L'antenne L1 a des spires de grande taille, généralement disposées sur le pourtour du corps de carte, selon un format dit ID1, conforme à la norme 30 ISO/CEI 7810. Ce format ID1 correspond à des cartes de dimensions 85,60 x 53,98 mm. 3048798 5 Dans le schéma équivalent est également représentée une capacité variable Cd aux bornes de l'antenne booster 20. Il s'agit de la capacité formée par le ou les doigt(s) de l'utilisateur, lorsque celui ou ceux-ci est/sont placé(s) sur la carte. Selon l'invention, le ou les doigts sera/seront placés sur des repères visuels imprimés 5 sur le corps de carte en regard d'un ou de plusieurs dipôle(s) électriques formé(s) par deux plots de métal placés côte à côte, de telle manière qu'en l'absence du doigt de l'utilisateur, on soit en présence d'un circuit ouvert (ce qui correspond à une capacité Cd nulle), et qu'en présence du doigt de l'utilisateur, on soit en présence d'une capacité Cd non nulle de quelques picofarads. 10 L'invention prévoit en effet de faire intervenir la capacité du doigt de l'utilisateur comme interrupteur permettant le fonctionnement de la carte en mode sans contact. Il a en effet été constaté que la capacité du doigt peut être relativement stable d'un utilisateur à l'autre, et en fonction des conditions d'humidité ou autres. Des tests ont montré que la capacité d'un doigt varie sensiblement dans une plage de 6,5 à 7,5 pF pour une 15 surface de dipôle donnée. L'invention met à profit cette caractéristique en choisissant pour les composants L1, L2 et C de l'antenne booster 20 de la carte, des valeurs qui entrainent une fréquence de résonance fortement décalée par rapport à la fréquence de résonance du lecteur. Ainsi, la fréquence de résonance de l'antenne booster 20 est du type : 20 Fo= 1/(2 * II *V(Li +L2)*C Par conséquent, si la fréquence de fonctionnement du lecteur de carte à puce est de l'ordre de 13,56 Mhz comme cela est souvent le cas dans le domaine des cartes sans contact 25 et de leurs lecteurs, les valeurs de L1, L2 et C seront choisies pour qu'en l'absence du doigt de l'utilisateur (c'est à dire Cd = 0), on obtienne une fréquence de résonance de l'antenne booster 20 distante de plus de 1 Mhz par rapport à la fréquence cible de 13,56 Mhz. Avec une telle fréquence de résonance décalée, la carte à puce ne pourra pas communiquer avec le lecteur de carte à puce, sans modification volontaire du circuit 30 résonant susceptible de ramener la fréquence de résonance de l'antenne booster au voisinage de 13,56 Mhz. 3048798 6 Cette modification sera apportée par l'apport de la capacité Cd amenée par un ou plusieurs doigts de l'utilisateur. En effet, la fréquence de résonance de l'antenne booster lorsqu'un doigt est positionné sur la carte sera exprimée par la formule : 5 Fo' = 1/(2 * H *-\`(L1 +L2)*(C + Cd) sachant que les dipôles électriques où seront posés le ou les doigts pourront être configurés pour que la capacité supplémentaire Cd soit de l'ordre de 7 pF. Il est donc possible de déterminer un ensemble de valeurs de L1, L2 et C qui amènent une fréquence de résonance Fo supérieure ou égale à 14,7 Mhz, et une valeur Fo' (prenant en 10 compte une valeur Cd de l'ordre de 7 picofarad) égale à 13,56 Mhz. Des couples de valeurs testées et qui fonctionnent sont par exemple comme suit : LI. + L2 supérieure ou égale à 41..tH C environ égale à 20 pF. 15 Bien entendu d'autres ensembles de valeurs sont possibles et seront aisément déterminées par l'homme du métier. Il faut simplement que l'inductance L1 + L2 soit très grande (au moins 40), afin qu'une petite variation de la capacité C provoque une variation significative de la fréquence de résonance Fo). 20 On a représenté sur la figure 2 un premier mode de réalisation d'une antenne booster 20 pour carte à puce intégrant une capacité Cd réalisée sous une forme filaire, par des fils métalliques 21 très fins incrustés par ultrasons sur le film support d'antenne, et disposés en serpentin ou sinusoïde très resserrée. 25 Afin de matérialiser la disposition de cette capacité filaire, un repère visuel (non représenté) sera placé sur une face externe de la carte à puce, en regard de la capacité Cd. Ainsi l'utilisateur saura où placer son doigt pour réaccorder la carte à puce sur la fréquence cible, par exemple de 13,56 Mhz en l'occurrence. On a représenté en figure 3 une antenne booster 20 avec un second mode de 30 réalisation de la capacité Cd, sous la forme d'un circuit métallique gravé en même temps que les pistes métalliques des antennes L1, L2, et connecté en parallèle entre L1 et L2. 3048798 7 Ce circuit métallique gravé comporte au moins un dipôle formé par une première demi-pastille métallique 23 connectée à l'antenne L2 par une piste 24, et une seconde demi-pastille 25 connectée à l'antenne Ll par une piste 26. Les deux demi-pastilles 23, 25 sont séparées par un espace 27 qui fait que leur capacité est nulle en l'absence d'un doigt posé à 5 cheval sur les deux demi-pastilles, et que leur capacité Cd est égale à environ 7 pF lorsqu'un doigt est posé à cheval sur les deux demi-pastilles 23,25. Là encore, il sera utile de marquer l'emplacement des deux demi-pastilles 23,25 par un repère approprié sur une face externe de la carte à puce, pour guider l'utilisateur. Dans les deux modes de réalisation de la capacité Cd selon les figures 2 et 3, il serait 10 possible (comme schématisé sur la figure 3 par les demi-pastilles 28, 29) de scinder la capacité Cd en plusieurs portions réalisées sous forme filaire ou sous forme gravée, en plusieurs sous-ensembles connectés en parallèle, afin de devoir utiliser une combinaison de plusieurs doigts placés à différents endroits de la carte, pour reconstituer une capacité équivalente de l'ordre de 7 pF. En outre, cela permettrait de renforcer encore la sécurité de 15 la carte à puce, en faisant en sorte que seul un placement volontaire de plusieurs doigts de l'utilisateur en face des différentes portions d'antenne constituant la capacité d'accord Cd. Avantages de l'invention : 20 L'invention atteint les buts fixés. Le choix des composants pour amener la fréquence de résonance de l'antenne booster éloignée de la fréquence de résonance du lecteur permet d'assurer que la carte ne peut pas fonctionner et donc faire de transactions en l'état. Par contre, le fait de poser le doigt sur la carte pour créer une capacité d'ajustement additionnelle Cd ramène la fréquence de résonance dans une plage permettant le 25 fonctionnement de la carte avec le lecteur, avec les performances de distance et de qualité de communication habituellement requises. En outre, l'invention est particulièrement facile à mettre en oeuvre, puisqu'elle ne nécessite aucune modification de structure de la carte, mais seulement un choix particulier des valeurs des composants L, C de son antenne booster. 30 REVENDICATIONS1 - Carte à puce à fonctionnement sans contact, destinée à communiquer avec un lecteur de carte à puce fonctionnant à une fréquence de résonance Fo', ladite carte à puce étant pourvue d'un corps de carte intégrant au moins une antenne connectée en série ou en parallèle avec une capacité, caractérisée en ce que les valeurs des inductances des antennes et la valeur de la capacité sont choisies pour obtenir une fréquence de résonance Fo suffisamment éloignée de la fréquence du signal émis par le lecteur pour limiter la communication radiofréquence avec le lecteur, et en ce que les valeurs desdites inductances et capacité sont en outre choisies pour que la connexion en parallèle d'une capacité supplémentaire Cd prédéterminée ramène la fréquence de résonance de la carte au voisinage de la fréquence Fo' du signal émis par ledit lecteur . 2 - Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une antenne booster (20) pourvue d'une antenne principale d'inductance L1 et d'une antenne concentrateur d'inductance L2, connectées en série ou en parallèle avec une capacité C, caractérisée en ce que les valeurs de L1, L2 et C sont choisies pour obtenir une fréquence de résonance Fo suffisamment éloignée de la fréquence du signal émis par le lecteur pour limiter la communication radiofréquence avec le lecteur, et en ce que les valeurs de L1, L2 et C sont en outre choisies pour que la connexion en parallèle d'une capacité Cd prédéterminée ramène la fréquence de résonance de la carte au voisinage de la fréquence Fo' du signal émis par ledit lecteur . 3 - Carte à puce selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ladite capacité Cd prédéterminée pour ramener la fréquence de résonance de la carte au voisinage de la fréquence Fo'du signal émis par ledit lecteur, corresponde à la capacité d'un doigt posé entre deux contacts métalliques (23,25) de la carte. 4 - Carte à puce selon la revendication 3, caractérisée en ce que la capacité prédéterminée Cd a une valeur de l'ordre de 7 picofarad. 3048798 9 5 - Carte à puce selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les valeurs de L1, L2 et C soient choisies telles que L1 + L2 soit supérieure ou égale à 4 i.tH, et que C soit de l'ordre de 20 picofarad. 5 6 - Carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la capacité Cd est réalisée sous la forme d'un fil métallique (21) incrusté sur le support d'antenne et disposé sous la forme d'un serpentin, localisé par un repère sur une face de la carte à puce. 10 7 - Carte à puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la capacité Cd est réalisée sous la forme d'au moins deux demi-pastilles métalliques (23,25) disposées en face l'une de l'autre de manière qu'un doigt posé à cheval sur les demi-pastilles crée une capacité d'ajustement Cd de l'ordre de 7 pF connectée en parallèle de la 15 capacité C de l'antenne. 8 - Carte à puce selon la revendication 7, caractérisée en ce que la capacité Cd est réalisée sous la forme de plusieurs couples de demi-pastilles métalliques (23,25; 28,29) disposées en face l'une de l'autre de manière qu'une combinaison de plusieurs doigts posés 20 à cheval sur plusieurs couples de demi-pastilles crée une capacité d'ajustement Cd de l'ordre de 7 pF connectée en parallèle de la capacité C de l'antenne.