FR2676297A1

FR2676297A1 - INTERFACE SYSTEM COMPRISING AN ELECTRIC CURRENT CONTROL CIRCUIT FOR CONTACTLESS TRANSMISSION OF DATA AND ENERGY.

Info

Publication number: FR2676297A1
Application number: FR9205630A
Authority: FR
Inventors: Hans-Diedrich Kreft
Original assignee: Angewandte Digital Elektronik GmbH
Current assignee: Angewandte Digital Elektronik GmbH
Priority date: 1991-05-08
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1992-11-13
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: DE4115065C2; DE4115065A1; FR2676297B1

Abstract

L'invention vise essentiellement à réduire la consommation de courant et à accroître la sûreté de transmission de données dans un système d'interface utilisant le principe du transformateur. Un commutateur (S1) intercale une résistance (R1) dans le trajet de courant (I1) côté secondaire d'un système d'interface comportant un circuit intégré avec des bobines secondaires (SS1, SS2), des redresseurs (G1, G2) et une alimentation (PC). Applicable notamment à des cartes à puce sans contact pour le téléphone et à des clés de contact de voiture contenant une puce.The object of the invention is essentially to reduce the current consumption and to increase the reliability of data transmission in an interface system using the transformer principle. A switch (S1) interposes a resistor (R1) in the current path (I1) on the secondary side of an interface system comprising an integrated circuit with secondary coils (SS1, SS2), rectifiers (G1, G2) and a power supply (PC). Applicable in particular to contactless smart cards for the telephone and to car ignition keys containing a chip.

Description

L'invention concerne un système d'interface son; contact, utiliséThe invention relates to a sound interface system; contact, used

principalement pour des applica-mainly for applications

tions de cartes à puce sur la base du procédé décrit dans le brevet DE 34 47 560 C 2, comprenant des paires de D bobines et des redresseurs et servant à la transmission sans contact, selon le principe du transformateur, d'une part de puissance et de données par déphasage depuis une micro-station généralement fixe et à travers les paires de bobines à une micro-unité généralement mobile et,:o d'autre part, de données par modulation d'amplitude depuis cette micro-unité à travers les mêmes paires de bobines à la micro-station. Sur la base du brevet DE 34 47 560 C 2, des fabricants de puces européens de renom produisent des > 5 circuits intégrés (désignés ici par CI) qui sont incor- porés dans des cartes à puce mais aussi dans des clés de chip cards on the basis of the method described in DE 34 47 560 C 2, comprising pairs of D coils and rectifiers and used for contactless transmission, according to the transformer principle, on the one hand power and phase shift data from a generally fixed micro-station and through the coil pairs to a generally mobile micro-unit and: o on the other hand, amplitude modulation data from this micro-unit through the same pairs of coils at the micro-station. On the basis of DE 34 47 560 C 2, renowned European chip manufacturers produce integrated circuits (hereinafter referred to as ICs) which are incorporated in smart cards but also in electronic keys.

contact pour voitures en vue de la transmission sans contact d'énergie et de données Dans une telle appli- cation, le circuit intégré remplit essentiellement les20 fonctions décrites ci-après en référence à la figure 1. Contact for cars for the non-contact transmission of energy and data In such an application, the integrated circuit essentially fulfills the functions described hereinafter with reference to FIG.

Une composante stationnaire du système, correspondant à la micro-station précitée et formant une électronique primaire PE, met à disposition de l'énergie (tension et courant) au moyen d'un oscillateur et la transmet selon le principe du transformateur (Tl, T 2) à travers deux bobines primaires (P 51, P 52) et deux A stationary component of the system, corresponding to the aforementioned micro-station and forming a primary electronic PE, provides energy (voltage and current) by means of an oscillator and transmits it according to the principle of the transformer (Tl, T 2) through two primary coils (P 51, P 52) and two

bobines secondaires (S 51, S 52) au circuit intégré CI, constituant ou faisant partie de la micro-unité, o elle est préparée à l'aide de circuits spécifiques, tels que30 des redresseurs Gl, G 2, un circuit de commande logique CTL et un circuit de commande de courant/tension (alimen- secondary coils (S 51, S 52) to the integrated circuit CI constituting or forming part of the micro-unit, where it is prepared by means of specific circuits, such as rectifiers G1, G2, a logic control circuit CTL and a current / voltage control circuit (power supply

tation) PC, de manière que d'autres circuits intégrés usuels et en particulier des composants à mémoire, comme par exemple des EEPROM, puissent être alimentés par le35 CI en courant et tension et un flux de signaux (demandes de données DR, signaux d'horloge CLK et signaux d'initialisation RST notamment) Pour qu'ils puissent tation), so that other conventional integrated circuits and in particular memory components, for example EEPROMs, can be supplied by the IC with current and voltage and a signal flow (data requests DR, signal d CLK clock and RST initialization signals in particular) so that they can

remplir leur fonction.fulfill their function.

Le CI produit sur les deux bobines secondaires The CI produced on both secondary coils

S 51, S 52 des variations de charge en fonction de conte- S 51, S 52 load variations as a function of

nus de mémoire au moyen d'une séquence d'information DT, variations qui peuvent être détectées sur le côté primaire, dans l'électronique primaire PE, comme des variations d'impédance Il s'agit là d'une transmission de données du CI au PE sous la forme d'une modulation of memory by means of a DT information sequence, variations which can be detected on the primary side, in the primary electronics PE, as impedance variations This is a data transmission of the IC to PE in the form of modulation

d'amplitude.amplitude.

Le CI détecte à son tour un décalage de phase entre les deux oscillations produites dans la PE par la séquence de données DR et injectées dans le CI par les bobines du dispositif de transformateurs Tl, T 2 Il s'agit là d'une transmission de données de la PE au CI The IC detects in turn a phase shift between the two oscillations produced in the PE by the data sequence DR and injected into the IC by the coils of the transformer device T1, T2. This is a transmission of PE data at CI

sous la forme d'une modulation de phase. in the form of a phase modulation.

Le but de l'invention est de perfectionner le CI pour une telle application, de manière que les pertes d'énergie produites par la modulation d'amplitude soient The object of the invention is to improve the IC for such an application, so that the energy losses produced by the amplitude modulation are

réduites à un minimum et que la transmission de données depuis le CI au côté primaire, c'est-à-dire à l'électro- reduced to a minimum and that the transmission of data from the IC to the primary side, ie to the

nique primaire PE, devienne plus sûre. Les avantages du CI, la forte injection d'énergie, la réduction à un minimum de l'ondulation de primary PE, becomes safer. The advantages of IC, the strong injection of energy, the reduction to a minimum of the ripple of

tension se produisant en cas d'utilisation de redres- seurs et la séparation de la transmission bidirection- voltage when using rectifiers and the separation of the bidirectional

nelle des données par des procédés de modulation par inversion de phase et par amplitude, doivent être conservés par l'emploi de deux bobines.30 A cet effet, selon l'invention, un système d'interface comme défini au début est essentiellement caractérisé en ce que les deux courants obtenus par redressement dans les redresseurs à partir des tensions des bobines secondaires, sont combinés électroniquement,-5 dans un circuit de répartition de courant, de manière que le courant total nécessaire pour la micro-unité soit couplé additivement aux deux courants et de manière data by phase inversion and amplitude modulation methods must be preserved by the use of two coils. For this purpose, according to the invention, an interface system as defined at the beginning is essentially characterized by the two currents obtained by rectifying in the rectifiers from the voltages of the secondary coils are electronically combined in a current distribution circuit, so that the total current required for the micro-unit is coupled additively to both currents and so

qu'en raison de ce couplage, la diminution côté secon- that because of this coupling, the decrease on the secondary side

daire d'un premier courant (Il) entraîne obligatoirement une augmentation du second courant (I 2) et qu'une augmentation du premier courant entraîne obligatoirement une diminution du second courant, de telle sorte que la consommation totale de courant soit maintenue constante, et que, à travers le dispositif de transmission par a first current (II) necessarily leads to an increase in the second current (I 2) and that an increase in the first current inevitably leads to a decrease in the second current, so that the total current consumption is kept constant, and that through the transmission device by

transformateur, les variations de courant côté secon- transformer, the current variations on the secondary side

l O daire des premier et second courants puissent être détectées, sans contact, comme des variations de tension côté primaire sur les deux bobines primaires par suite The first and second currents can be detected, without contact, as primary side voltage variations on the two primary coils.

du changement de l'impédance du dispositif de trans- change in the impedance of the transmission device

mission, l'intensité d'un courant, par exemple du premier courant (Il) étant commandée, par une séquence d'information côté secondaire constituée d'une séquence de variations de tension numériques, de manière que les mission, the intensity of a current, for example of the first current (Il) being controlled, by a secondary side information sequence consisting of a sequence of digital voltage variations, so that the

variations de tension côté primaire soient une consé- Primary side voltage variations are a consequence

quence directe de la séquence d'information influençant l'un des courants, et que, en outre, en raison de la combinaison additive réciproque des intensités des courants, les variations de tension côté primaire sur les deux bobines primaires soient appliquées également selon une combinaison réciproque, l'augmentation de l'intensité du premier courant produisant une réduction de la tension aux bornes de la première bobine primaire directly from the information sequence influencing one of the currents, and that, furthermore, because of the mutual additive combination of current intensities, the primary-side voltage variations on the two primary coils are also applied in a combination reciprocal, the increase of the intensity of the first current producing a reduction of the voltage across the first primary coil

(P 51) et une augmentation de la tension aux bornes de la seconde bobine primaire (P 2) et des variations corres- (P 51) and an increase of the voltage across the second primary coil (P 2) and corresponding variations

pondantes étant produites pour le second courant, couplé30 additivement au premier courant, si bien que les diffé- are produced for the second stream, coupled additively to the first stream, so that the differences

rences de tension côté primaire s'accroissent avec l'alternance de la séquence d'information, avec le résultat que le rapport signal/bruit s'agrandit et que Primary-side voltage increases with the alternation of the information sequence, with the result that the signal-to-noise ratio increases and that

la transmission de données devient plus sûre. data transmission becomes safer.

Selon un mode de réalisation avantageux, la combinaison additive des courants s'effectue au moyen d run commutateur qui interpose une résistance ohmique supplémentaire ou une résistance supplémentaire due à un composant électronique, tel qu'un transistor à effet de According to an advantageous embodiment, the additive combination of the currents is effected by means of a switch which interposes an additional ohmic resistance or an additional resistance due to an electronic component, such as a transistor having an effect of

champ, dans le trajet du premier courant, le commuta- field, in the path of the first current, the

teur, sous la commande de la séquence d'information, déterminant la répartition des courants par cette under the control of the information sequence, determining the distribution of currents by this

variation de résistance.resistance variation.

Une autre caractéristique de l'invention prévoit que la tension aux bornes d'une première bobine primaire est comparée dans un circuit comparateur avec la tension aux bornes de la seconde bobine primaire, l'application de la première tension à une entrée du comparateur et l'application de la seconde tension à l'autre entrée du comparateur ayant pour effet que la différence entre ces tensions détermine le rapport Another characteristic of the invention provides that the voltage across a first primary coil is compared in a comparator circuit with the voltage across the second primary coil, the application of the first voltage to an input of the comparator and the application of the second voltage to the other input of the comparator causing the difference between these voltages to determine the ratio

signal/bruit du signal de commande d'entrée du compara- signal / noise of the input control signal of the

teur, avec le résultat que, en raison de la dépendance des tensions primaires des courants secondaires, la with the result that, because of the dependence of the primary voltages of the secondary currents, the

sortie du comparateur suit les courants secondaires. output of the comparator follows the secondary currents.

D'autres caractéristiques et avantages de Other features and benefits of

l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- the invention will become clearer from the description of

tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est le schéma d'un système d'interface de l'art antérieur; et la figure 2 est le schéma de la partie The following description of a nonlimiting exemplary embodiment, as well as the accompanying drawing, in which: Figure 1 is a diagram of an interface system of the prior art; and Figure 2 is the diagram of the part

secondaire (CI) d'un système d'interface selon l'inven- secondary (CI) of an interface system according to the invention.

tion.tion.

Pour l'application de cartes à puce fonction- For the application of smart cards

nant sans contact, on utilise des circuits intégrés (CI) qui sont alimentés par exemple à travers deux bobines contactless, integrated circuits (ICs) are used which are fed for example through two coils

secondaires S 51 et S 52 agencées en spirale dans un plan. Les bobines et la puce sont soudées dans le matériau constitutif de la carte à puce de manière qu'elles35 soient invisibles; elles respectent les normes interna- secondary S 51 and S 52 arranged spirally in a plane. The coils and the chip are soldered into the material constituting the smart card so that they are invisible; they respect international standards

tionales ISO pour cartes à puce comme celles existant par exemple pour les cartes à contact (comme par exemple les cartes de téléphone) Selon le brevet DE 34 47 560 C 2, pour transmettre des données du CI à l'électronique primaire PE, les bobines secondaires S 51 et S 52 sont. complètement ou partiellement court-circuitées, ce qui provoque une charge Cette variation de charge peut être ISO cards for smart cards such as those existing for example for contact cards (such as telephone cards) According to DE 34 47 560 C 2, for transmitting data from the IC to the primary electronics PE, the coils S 51 and S 52 are secondary. completely or partially short-circuited, which causes a charge This load variation can be

détectée du côté de l'électronique primaire PE et sert ainsi à la transmission sans contact d'informations du côté secondaire au côté primaire La charge des bobines10 est produite de préférence par la mise en court-circuit des bornes des bobines à travers un circuit de limita- detected on the side of the primary electronics PE and thus serves for the non-contact transmission of information from the secondary side to the primary side The charge of the coils10 is preferably produced by short-circuiting the terminals of the coils through a circuit of limitation

tion à diode Par ce procédé, une grande partie du courant disponible est consommée inutilement La solu- tion apportée par l'invention évite cet inconvénient.15 Lorsque les deux redresseurs Gi, G 2 et les bobines S 51, S 52 connectées à eux sont considérés comme By this method, a large part of the available current is consumed unnecessarily. The solution provided by the invention avoids this disadvantage. When the two rectifiers Gi, G 2 and the coils S 51, S 52 connected to them are considered as

des sources de courant fournissant les courants Il et I 2, il en résulte un courant total Imax composé des deux courants partiels Il et I 2 et entrant dans le circuit240 intégré (CI) proprement dit. current sources providing the currents II and I 2, this results in a total current Imax composed of the two partial currents II and I 2 and entering the integrated circuit (CI) proper.

lin circuit de répartition de courant CC, réalisé selon l'invention, influence les courants par l'utilisation de la séquence d'information DT appliquée en tant que séquence de commande pour la transmission n E 5 sans contact de données à travers Tl et T 2, du fait que, par exemple lorsque DT est au niveau haut (la tension du signal DT possède sa valeur la plus élevée, correspon- dant par exemple à la tension d'alimentation VCC), le courant Il est plus petit que le courant I 2 Selon30 l'invention, on peut atteindre ce but par une exécution spéciale dans laquelle un commutateur Si, réalisé par exemple comme montré par la figure 2, relie le trajet pour le courant Il issu du redresseur Gi à travers la résistance Ri au noeud de courant P ou coupe ce trajet de Il, tandis que le trajet pour le courant 12 est relié directement au noeud P Le commutateur Si pourrait être dimensionné de manière que Il soit supérieur à I 2 lorsque DT est au niveau bas Comme on peut le voir sur The DC current distribution circuit, realized according to the invention, influences the currents by the use of the information sequence DT applied as control sequence for the transmission n E 5 without contact of data through Tl and T 2, since, for example, when DT is high (the voltage of the signal DT has its highest value, corresponding, for example, to the supply voltage VCC), the current Il is smaller than the current According to the invention, this object can be achieved by a special embodiment in which a switch Si, made for example as shown in FIG. 2, connects the path for the current I1 from the rectifier Gi through the resistor Ri at the node of current P or cuts this path of Il, while the path for current 12 is directly connected to node P The switch Si could be dimensioned so that it is greater than I 2 when DT is low As can be seen sure

la figure 2, le montage des redresseurs et du commuta- FIG. 2, the assembly of the rectifiers and the switching

teur SI comporte en outre un condensateur Cl. SI driver further comprises a capacitor C1.

Si le commutateur Sl est réalisé comme une résistance réglable sous la forme d'un transistor à effet de champ, l'intensité du courant Il pourrait être modulée entre une intensité sensiblement nulle (presque pas de courant) dans un premier cas et une valeur égale t à l'intensité du courant I 2 dans un second pas, lequel correspondrait ainsi à une répartition uniforme du If the switch S1 is designed as an adjustable resistor in the form of a field effect transistor, the intensity of the current It could be modulated between a substantially zero intensity (almost no current) in a first case and an equal value. t the intensity of the current I 2 in a second step, which would thus correspond to a uniform distribution of the

courant Imax sur Il et I 2.Imax current on Il and I 2.

Par le choix et le dimensionnement de compo- By the choice and dimensioning of

sants électroniques appropriés, il est possible de produire différents rapports pouvant être choisis selon les désirs des courants Il et I 2 en fonction de electronic systems, it is possible to produce different ratios that can be selected according to the desires of currents II and I 2 depending on

la séquence d'information DT.the information sequence DT.

La grandeur des variations des courants Il et I 2 sur le côté secondaire du dispositif de transmission Tl, T 2, détermine la grandeur des variations de tension sur le côté primaire Comme le courant Imax tout au plus nécessaire pour le circuit intégré est obtenu par addition des courants Il et I 2, lorsque le montage est réalisé de façon appropriée, l'augmentation de Il provoque simultanément une diminution de I 2 et inverse- ment, ce qui conduit côté primaire à des variations de tension correspondantes en sens inverse (la diminution du courant Il provoque l'augmentation du courant I 2 et de la tension Ul aux bornes de la bobine primaire P Sl,,O tandis que l'augmentation du courant Il provoque la diminution du courant I 2 et celle de la tension U 2 aux bornes de la bobine primaire P 52) En changeant le seul courant secondiaire Il, on peut ainsi influencer la tension côté primaire, tant aux bornes de la bobine P 51.5 qu'aux bornes de la bobine P 52 Par un montage adéquat côté primaire, il est également possible de comparer les tensions des bobines P 51 et P 52 entre elles de sorte que la formation de la différences des signaux procure un plus grand rapport signal/bruit qui contribue à la sûreté de la transmission de données Cette amélioration du rapport signal/bruit peut être obtenue par exemple par l'application des tensions aux bornes des bobines The magnitude of the variations of the currents II and I 2 on the secondary side of the transmission device T1, T 2 determine the magnitude of the voltage variations on the primary side As the current Imax at most necessary for the integrated circuit is obtained by addition. When the mounting is suitably carried out, currents Il and I 2 simultaneously cause a decrease in I 2 and inversely, which leads, on the primary side, to corresponding voltage variations in the opposite direction (the decrease of the current It causes the increase of the current I 2 and the voltage U L across the primary coil P Sl ,, O while the increase of the current It causes the decrease of the current I 2 and that of the voltage U 2 to terminals of the primary coil P 52) By changing the only secondary current Il, it is thus possible to influence the voltage on the primary side, both across the coil P 51.5 and on the terminals of the coil P 52 By an adequate mounting At the primary side, it is also possible to compare the voltages of the coils P 51 and P 52 with each other so that the formation of the differences in the signals provides a greater signal-to-noise ratio which contributes to the safety of the data transmission. improvement of the signal-to-noise ratio can be obtained for example by the application of the voltages across the coils

aux deux entrées d'un comparateur.to the two inputs of a comparator.

c Ithis

Claims

Non-contact interface system, mainly used for smart card applications based on the method described in DE 34 47 56 GC 2, comprising pairs of coils (P Sl / S 51 and P 52 / S 52 ) and rectifiers (Gl, G 2) and used for the transmission without contact, according to the principle of the transformer, on the one hand power and data by phase shift from a micro-station (PE) generally fixed and through the pairs of coils to a generally mobile micro-unit (CI) and, on the other hand, amplitude modulation data from this micro-unit through the same pairs of coils to the micro-station, characterized in that both currents15 (II, I 2) obtained by rectification in the rectifiers (Gi, G 2) from the voltages of the secondary coils (S 51, S 52), are electronically combined, in a current distribution circuit (CC), of way that the total current (Imax) required for the micro-unit (CI) s it is coupled additively to the two currents (II, I 2) and so that because of this coupling, the secondary side decrease of a first current (II) necessarily entails an increase of the second current (I 2) and that increase of the first current (I 1) necessarily leads to a decrease of the second current (I 2), so that the total current consumption is kept constant, and that, through the transformer transmission device, the current variations on the side The first and second currents (II, I 2) can be detected, without contact, as primary side voltage variations on the two primary coils (P 51, P 52) as a result of the change of the impedance of the transmission device, the intensity of a current, for example of the first current (Il) being controlled, by a secondary side information sequence (DT) consisting of a sequence of digital voltage variations, so that that the

Primary side voltage variations are a consequence

direct sequence of the information sequence (DT)

influencing one of the currents, and that, furthermore, due to the mutual additive combination of the intensities of the currents (II, I 2), the primary-side voltage variations on the two primary coils (P 51, P 52) are also applied in a reciprocal combination, the increase of the intensity of the first L, current (II) producing a reduction of the voltage (Ui) across the first primary coil (P 51) and an increase of the voltage (U) 2) at the terminals of the second primary coil (P 2) and corresponding variations being produced for the second current (I 2), coupled 1 c additively to the first current (II), so that the primary-side voltage differences s' increase with the alternation of the information sequence (DT), with the result that the signal-to-noise ratio increases and that

data transmission becomes safer.

2 interface system according to claim 1, characterized in that the additive combination of the currents (II, I 2) is effected by means of a switch (Si) which interposes an additional ohmic resistor t Ri) or an additional resistance due to an electronic component, such as a field effect transistor, in the path of the first current (1 1), the switch (Si), under the control of the information sequence (DT), determines the distribution of currents (II, I 2)

by this variation of resistance.

2 o 3 interface system according to claim 1, characterized in that the voltage (UI) across a first primary coil (P 51) is compared in a comparator circuit with the voltage (U 2) across the second primary coil (P 52), applying the first voltage (U1) to one input of the comparator and applying the second voltage (U2) to the other input of the comparator causing the difference between these voltages determine the signal-to-noise ratio of the input control signal of the comparator, with the result that, due to the dependence of the primary voltages (U1, U2) of the secondary currents (II, I 2), the output of the comparator follows secondary currents (II, i 2).