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CA 02382083 2002-02-13
WO 02/01496 PCT/FR01/02010
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Dispositif périphérique d'affichage sans contact
pour objet portable sans contact
Domaine technique
La présente invention concerne les périphériques pour
des objets portables sans contact tels que des cartes à
puce, et plus particulièrement un dispositif périphérique
d'affichage sans contact.
Etat de la technique
Les objets portables, tels que les cartes à puce, à
contact ou sans contact, sont largement utilisés de nos
jours dans de nombreuses applications. il s'agit
généralement de cartes au format ISO qui sont couplées à des
lecteurs, par lesquels elles sont téléalimentées, c'est à
dire par lesquels elles reçoivent l'énergie sous forme de
champ magnétique et avec lesquels elles communiquent. Ainsi,
dans le secteur des transports, de tels systèmes ont été
développés par toutes les sociétés autoroutières afin de
proposer des abonnements à leurs usagers et de faciliter le
paiement aux gares de péage et ~sont généralement dénommés
cartes de télépéage. Les utilisateurs de tels systèmes les
présentent aux lecteurs qui sont aux gares de péages. Il y a
alors communication entre la carte et le lecteur. Cette
communication permet la reconnaissance de l'utilisateur et
le débit de la somme correspondant au droit de péage sur son
compte client.
Dans les secteurs des transports publics, des moyens
équivalents ont également été mis en oeuvre sous forme de
cartes ISO ou sous forme plus réduite comme des tickets. Les
cartes d'abonnement sont présentées par les usagers devant
des lecteurs afin d'accéder au transport en commun. La
communication qui s'établit entre la carte et le lecteur
permet la reconnaissance de l'usager et le débit du voyage
sur le compte de ce dernier.
Ces moyens ont aussi été développés comme moyens de
paiement. C'est le cas par exemple du porte-monnaie
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électronique. Ce dernier sert à payer de petites sommes
auprès des commerçants. Il est constitué par une carte à
puce. Cette carte est chargée en argent dans un distributeur
spécialisé. L'utilisateur peut alors l'utiliser pour payer
les achats, en la présentant devant un lecteur. La
communication entre la carte et le lecteur va engendrer le
débit de la somme correspondant à l'achat.
De nombreuses sociétés ont également développé des
moyens d'identification de leur personnel par carte à puce
sans contact. Le passage devant un lecteur permet
d'identifier le possesseur de la carte qui est alors
autorisé ou non à accéder à une zone contrôlée. La même
carte peut également être utilisée par les employés pour
pointer .
Ces différentes applications ont fait naître le besoin
de disposer sur la carte d'un dispositif périphérique
d'affichage, permettant à l'utilisateur de prendre
connaissance des informations contenues dans la puce, telles
que le solde restant à disposition après une transaction
dans le cas du porte-monnaie électronique ou le nombre de
trajets encore disponibles sur une carte de transport ou
bien encore le nombre d'heures travaillées, l'autorisation
ou l'interdiction d'accéder à des lieux d'une entreprise
pour des employés. Un tel dispositif périphérique peut
également servir à fournir à l'utilisateur des informations
plus techniques sur le fonctionnement de la carte.
La solution couramment utilisée est l'intégration au
niveau du lecteur d'un afficheur à cristaux liquides qui
informe l'utilisateur de la bonne exécution de la
communication et qui lui indique les informations issues de
cette communication. Cependant, l'inconvénient de
l'afficheur intégré au lecteur est que l'utilisateur ne peut
prendre connaissance des informations qu'auprès de ce
dernier, en passant la carte devant. Peu gênante quand il
s'agit d'une carte d'identification, cette contrainte
devient beaucoup plus lourde quand la carte est un porte-
monnaie électronique ou une cart'e de transport. En effet,
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l'utilisateur souhaite pouvoir consulter régulièrement son
solde et ceci sans être obligé de se rendre devant un
terminal de paiement que constitue le lecteur.
Une solution existante consiste en l'utilisation
additionnelle d'un badge qui joue à la fois le rôle de
lecteur de carte et d'afficheur. En effet, il s'agit d'un
étui dans lequel on insère la carte. Le lecteur alimente
alors la carte par contact, ce qui permet la communication
entre la carte et l'étui. Les informations sont alors
affichées sur l'écran de l'étui. Ce dernier est notamment
utilisé pour le porte-monnaie électronique et permet de
consulter à tout moment le solde restant. L'inconvénient
majeur de ces badges est leur encombrement. En effet, leurs
dimensions sont étudier pour leur permettre de recevoir une
carte à puce au format ISO. Ainsi, contrairement à une carte
à puce, ils ne peuvent se glisser dans un portefeuille et
doivent être transportés dans une poche ou dans un sac.
Un autre inconvénient est qu'ils nécessitent une
source d'alimentation interne. Cette source est généralement
une pile qui permet à l'étui de lire les informations de la
carte et de les afficher. Il faut donc renouveler cette
source d'alimentation chaque fois qu'elle est épuisée.
Exposé de l'invention
Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients
en fournissant un dispositif périphérique d'affichage sans
contact pour objet portable sans contact, tel qu'une carte à
puce, ayant la capacité d'afficher les informations envoyées
par le lecteur de l'objet portable ou par l'objet portable
lui-même, pendant une durée suffisamment longue pour que
l'utilisateur de l'objet portable puisse le consulter à tout
moment, même lorsque l'objet portable n'est pas à proximité
du lecteur, cet affichage ne nécessitant pour son
fonctionnement qu'une faible consommation d'énergie, voire
aucune énergie du tout.
La présente invention concerne un dispositif
périphérique d'affichage pour objet portable sans contact
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tel qu'une carte à puce permettant d'afficher des
informations liées à l'utilisation de cet objet portable. Ce
dispositif périphérique comprend au moins une puce, un moyen
d'affichage et un moyen de réception d'énergie et des
informations, non relié par contact ohmique à l'objet
portable. Ce moyen de réception est un enroulement plan
jouant le rôle du secondaire d'un transformateur dont le
primaire est constitué par l'antenne de l'objet portable,
lorsque cette dernière reçoit l'énergie et les informations,
en provenance d'un lecteur de l'objet portable, par couplage
électromagnétique.
Selon un mode de réalisation particulier, ce dispositif
périphérique d'affichage est dissociable de l'objet sans
contact et dispose d'un écran à cristaux liquides bistables.
Description brève des figures
Les buts, objets et caractéristiques de l'invention
ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit
faite en référence aux dessins joints dans lesquels :
La figure 1 représente une carte à puce sans contact au
format ISO possédant un dispositif périphérique d'affichage
intégré.
La figure 2 représente un schéma fonctionnel du
dispositif périphérique d'affichage et des différents
éléments qui le constituent.
La figure 3 représente le schéma électrique d'une carte
à puce sans contact.
La figure 4 représente le schéma électrique d'un
dispositif périphérique d'affichage.
Description détaillée de l'invention
Le dispositif périphérique d'affichage selon
l'invention peut donc être installé sur un objet portable
sans contact tel qu'une carte à puce. La figure 1 représente
ainsi une carte à puce sans contact au format ISO possédânt
un dispositif périphérique intégré. Cette carte 10 est
constituée d'une puce 12. Cette dernière, lorsque la carte
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est disposée dans le champ du lecteur, entre en
communication avec celui-ci par l'intermédiaire de l'antenne
de la carte 14. Cette antenne est constituée de spires de
circonférences croissantes. Chacune des extrémités de cette
5 antenne est reliée à la puce 12. Le dispositif périphérique
d'affichage 20 est constitué d'une puce (non visible sur la
figure), d'un écran 16 et d'un enroulement plan 18 relié à
la puce du dispositif périphérique d'affichage et constituée
de spires de circonférences croissantes. La taille de cet
enroulement plan varie en fonction des spécificités de la
carte avec laquelle fonctionne le dispositif périphérique
d'affichage. En effet, ce dernier ne fonctionne que couplé
magnétiquement à la carte, à la fréquence de travail de la
puce de la carte.
Selon la figure 2, le dispositif périphérique
d'affichage 20 est préférentiellement constitué d'une puce
22, reliée à l'enroulement 18 et à l'écran 16. La puce 22
est constituée de 3 blocs : le bloc analogique 24, le bloc
de décodage de message 26 et le bloc de commande d'affichage
28.
Le bloc analogique 24 a pour rôle de redresser et
réguler le signal alternatif, disponible aux bornes de
l'enroulement 18. Ce signal est créé par une fréquence
porteuse de 13,56 mégahertz (MHz), qui est la fréquence de
couplage entre la carte à puce sans contact et le lecteur,
pour générer la tension d'alimentation continue nécessaire
au fonctionnement du dispositif périphérique d'affichage. Il
met en forme les signaux d'horloge principale issue de cette
fréquence porteuse de 13,56 MHz, qui vont permettre le
fonctionnement séquentiel du dispositif périphérique
d'affichage. Il extrait et met en forme les données
superposées selon la modulation d'amplitude à la fréquence
porteuse de 13,56 MHz, émises par le lecteur à destination
de la puce de la carte sans contact et à destination du
dispositif périphérique d'affichage. Il peut modifier
l'impédance qu'il présente à l'enroulement 18, en commutant
une résistance, à une fréquence sous-porteuse de
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rétromodulation issue de l'horloge principale, afin de
permettre la transmission de données du dispositif
périphérique d'affichage vers le lecteur, à l'aide de
données modulant cette fréquence sous-porteuse (modulation
du couplage avec les antennes en regard). Selon un exemple
particulier, la valeur de la fréquence sous-porteuse de
rétromodulation est égale à 847 kilohertz (KHz) (norme
actuellement utilisée). Il peut aussi être configuré pour
recevoir les données qui seraient transmises sur la
fréquence sous-porteuse de rétromodulation par la puce de la
carte.
Le dispositif périphérique est équipé également d'un
bloc de décodage de message 26. Ce bloc est plus ou moins
complexe. Il peut s'agir d'un microcontrôleur, d'un simple
décodeur ou encore d'un circuit à logique câblée. Ce bloc a
pour fonction de séparer et traiter les messages qui lui
sont destinés au milieu de ceux qui transitent sur les
fréquences porteuse et sous-porteuse lors de la
communication entre le coupleur et la carte sans contact.
Le bloc de commande d'affichage 28 est un circuit
d'interface permettant de convertir les données reçues par
le dispositif périphérique d'affichage en signaux
compatibles avec la technologie d'affichage utilisée,
constituée par l'écran 16, afin de piloter les segments ou
pixels correspondants.
En ce qui concerne l'enroulement 18 du dispositif
périphérique, les dimensions de celui-ci sont très variables
et dépendent de la consommation et de la tension,
nécessaires à l'alimentation du dispositif périphérique.
Ainsi, dans le cas d'un dispositif périphérique
d'affichage ayant une consommation d'énergie bien inférieure
à celle de la puce de la carte, l'enroulement 18 du
dispositif périphérique d'affichage sera de dimensions bien
inférieures aux dimensions de l'antenne de la carte sans
contact (voir figure 1). Dans le cas d'un dispositif
périphérique d'affichage ayant une consommation d'énergie à
peine inférieure à la puce de la carte sans contact,
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l'enroulement peut être éventuellement entrelacé ou
superposé à l'antenne de la carte sans contact pour
bénéficier d'un meilleur couplage.
L'écran 16 est préférentiellement un écran à cristaux
liquides.
La figure 3 représente le schéma électrique de la carte
à puce sans contact 30. Celle-ci est caractérisée par son
antenne de couplage 32, au moins un condensateur 33
permettant à la carte de disposer d'une capacité d'accord
intervenant dans le couplage avec le lecteur à la fréquence
de 13,56 MHz. Elle comprend également plusieurs résistances,
dont au moins une résistance 34 qui peut être commutée grâce
à un interrupteur 35, afin de générer une fréquence de
rétromodulation entre la carte à puce et le lecteur.
La figure 4 représente le schéma électrique du
dispositif périphérique d'affichage 36. Ce dernier est
caractérisé par son enroulement plan 37. Afin de pouvoir
prélever, à partir du lecteur, de l'énergie pour permettre
le fonctionnement du dispositif périphérique, le principe
est d'utiliser le circuit principal accordé de la carte 30
comme le primaire d'un transformateur. L'enroulement plan 37
du dispositif périphérique d'affichage constitue alors le
secondaire de ce transformateur et reçoit l'énergie et les
informations par couplage électromagnétique. Le dispositif
périphérique d'affichage 36 comprend également la résistance
38 qui est commutée grâce à l'interrupteur 40 et modifie
ainsi l'impédance afin de générer une fréquence sous-
porteuse de rétromodulation. En effet, selon un mode
particulier de fonctionnement, on peut faire varier
l'impédance du dispositif périphérique d'affichage afin de
transmettre une réponse vers le lecteur par rétromodulation.
Cette réponse se fait par l'intermédiaire du circuit accordé
principal de la carte sans contact. Le dispositif
périphérique d'affichage peut aussi dialoguer directement
avec la puce de la carte sans contact, suivant le format de
rétromodulation et le type de rétromodulateur incorporé à
celui-ci.
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Comme on peut le voir sur la figure- 4, le circuit du
dispositif périphérique d'affichage 36 ne présente pas de
capacité d'accord. Il ne peut donc fonctionner de manière
autonome. Il doit donc bénéficier, par couplage avec le
circuit d'antenne principal, de la surtension liée à
l'accord de la carte sans contact avec le lecteur.
Comme dans le cas de tout transformateur, l'impédance
présentée par l'électronique du dispositif périphérique
d'affichage peut être rapportée en parallèle à l'impédance
présentée de la puce sur l'antenne principale de la carte
sans contact, en fonction d'une mutuelle de couplage m entre
l'antenne principale et l'enroulement plan et du rapport
nl/n2, nl étant le nombre de spires de l'antenne de la carte
sans contact et n2 le nombre de spires de l'antenne du
dispositif périphérique d'affichage.
Si le dispositif périphérique d'affichage présente une
impédance forte ainsi qu'une très faible capacité parasite
avant le redresseur, il peut être alimenté lorsque la carte
sans contact est présente dans le champ magnétique du
lecteur, et ceci sans dégrader de façon significative le
fonctionnement de cette dernière.
Selon un mode de fonctionnement du dispositif
périphérique d'affichage, ce dernier exploite les données
générées par la puce de la carte sans contact sous forme
d'une instruction spécifique et émises par l'antenne
principale de cette dernière. Cette instruction est générée
une fois la transaction entre la carte sans contact et le
lecteur effectuée.
Selon un autre mode de fonctionnement dudit dispositif
périphérique d'affichage, ce dernier peut exploiter des
données émises par le lecteur simultanément à l'énergie et
transmises en modulation d'amplitude vers la carte sans
contact puis émises par l'antenne principale de celle-ci et
qui lui sont destinées.
Selon un mode particulier, l'écran du dispositif
périphérique d'affichage est rémanent. En effet, les
informations restent afficher sur l'écran après la
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transaction pour que l'utilisateur puisse en prendre
connaissance jusqu'à la transaction suivante. Cet écran
rémanent peut être constitué par un écran à cristaux
liquides bistables. Cette technologie récemment mise au
point, consiste en l'utilisation de cristaux liquides qui
ont la capacité de demeurer dans un certain état, sans
consommation d'énergie. Ces cristaux liquides n'utilisent
l'énergie que pour changer d'état.
Une alternative à l'utilisation d'un écran à cristaux
liquides bistables consiste à utiliser un dispositif
périphérique d'affichage qui dispose d'au moins un
condensateur de stockage. En effet, pour obtenir une
rémanence de l'affichage sur l'écran à cristaux liquides, il
faut appliquer une tension aux bornes de l'écran suffisante
pour maintenir les cristaux liquides dans leur état. Une des
possibilités est d'insérer dans le dispositif périphérique
d'affichage une capacité qui se charge lorsque la carte est
dans le champ magnétique du lecteur. L'énergie est transmise
au condensateur après redressement par l'enroulement plan du
dispositif périphérique d'affichage qui reçoit les
informations et l'énergie. La charge électrique-stockée dans
le (ou les condensateurs) permet d'alimenter l'écran et donc
de maintenir les cristaux liquides dans leur état durant un
temps supérieur à la durée moyenne entre deux passages de la
carte sans contact dans le champ magnétique du lecteur.
Une autre alternative pour rendre l'affichage rémanent
est l'utilisation d'une pile. En effet, il est possible de
pourvoir le dispositif périphérique d'une pile qui est
utilisée pour maintenir l'affichage. Préférentiellement, on
utilise une pile dite pile papier qui possède une très
faible épaisseur.
Quel que soit le moyen utilisé pour obtenir un
affichage rémanent, le rafraîchissement de l'affichage est
obtenue exclusivement lors du passage de la carte sans
contact dans le champ magnétique du lecteur lorsque les
informations transitent entre ce dernier et la carte sans
contact.
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Le dispositif périphérique d'affichage sans contact
selon l'invention peut être intégré dans la carte sans
contact au cours de sa fabrication, il est dans ce cas
indissociable de cette dernière. Il peut également être
5 rapporté à une carte sans contact préexistante, notamment
grâce à un adhésif et est dans ce cas dissociable de la
carte sans contact.
Dans le cas où le dispositif périphérique d'affichage
sans contact est dissociable de la carte sans contact, le
10 rafraîchissement de l'affichage n'est possible que si celui-
ci est à proximité de la carte sans contact lorsqu'elle est
placée dans le champ magnétique du lecteur. En effet, le
dispositif selon l'invention doit être placé directement sur
la carte ou très près de celle-ci.
Le dispositif périphérique d'affichage selon
l'invention constitue donc un dispositif périphérique sans
contact qui est indépendant et non relié électriquement à la
puce de la carte sans contact. L'intérêt de l'indépendance
du dispositif périphérique d'affichage est qu'il n'a
d'incidence, ni sur la fonctionnalité de la carte sans
contact, ni sur les transactions qui sont réalisées entre
cette dernière et le lecteur. Ainsi, dans le cas où le
dispositif périphérique d'affichage est indépendant
physiquement de la carte sans contact, un dysfonctionnement
de l'un des deux dispositifs n'a pas d'influence sur
l'autre. Il suffit de changer le dispositif défaillant.
Un tel dispositif peut être appliquée sur les cartes de
téléphone qui à terme vont devenir sans contact. Il pourrait
également être adaptée pour les cartes de paiement
autoroutier si, dans l'avenir, celles-ci étaient
susceptibles de stocker dans leur mémoire un crédit d'argent
ou un nombre de passages aux péages.
