WO2013121122A2 - Haut-parleur pour telephone mobile comprenant un dispositif nfc - Google Patents

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WO2013121122A2
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nfc
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Inside Secure SA
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H04B5/263—Multiple coils at either side
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/77—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for interrogation

Definitions

  • the invention relates to near field communication devices, or NFC (Near Field Communication), and more particularly to the integration of such devices in mobile phones.
  • NFC Near Field Communication
  • NFC devices are commonly in the form of a card, in credit card format, containing information that can be transmitted to a reading terminal by bringing the card sufficiently close to the terminal. They essentially integrate an antenna coil in the plane of the card, a memory containing the information, and a management circuit.
  • the reading terminal emits a normalized frequency magnetic field (13.56 MHz) that the antenna coil picks up to remote power the NFC circuits and that the management circuit modulates, by antenna impedance modulation, for transmit the information to the reading terminal.
  • NFC devices As more and more users of such NFC cards also have a mobile phone, we now propose the integration of NFC devices in phones. Such an NFC device then has access to the secure information of the SIM card of the telephone, which can be used to identify the user and to check the services to which this user is entitled. Thus, instead of carrying a phone and one or more NFC cards, the user can use his only mobile phone to access several services, these services may be completely decorrelated from the user's telephone subscription .
  • FIG. 1 schematically illustrates such a mobile phone.
  • the elements of the telephone are housed in a housing 10 of generally flattened shape and, most often, elongated. Only the elements that will be useful for understanding this presentation are described here.
  • a BBP processor called “baseband”, handles most of the phone's functions, including access to secure SIM card information. "Subscriber Identification Module”), to identify the user on the telephone network.
  • An ACTRL audio management circuit generally including a DSP (of the "Digital Signal Processor"), assists the processor in processing the various audio signals used in the telephone. It processes in particular the signal coming from a microphone 12 and sends amplified audio signals to a loudspeaker 14.
  • An NFC device built into the phone has the phone's power source.
  • the NFC device can be more sophisticated than when it is only remotely powered. It may be provided for exchanging data by wire with the elements of the telephone and even behaving as an NFC reader for receiving data from a contactless terminal.
  • the NFC device has access to the contents of the SIM card and can also exchange data with the BBP processor.
  • the processor can thus provide information that the NFC device transmits to a contactless terminal, and receive from the NFC device data transmitted by the terminal.
  • the location of the NFC device differs from one phone to another. As the antenna of the NFC device is flat, it is most often placed behind the battery.
  • the user is forced to present the back of the phone to the active face of the terminal. This forces the user to reposition the phone whose natural position is with the back on the palm of the hand. Moreover, since the slightest angle between the plane of the telephone and the active face of the reading terminal significantly removes the antenna coil from the active face, the user must make an extra effort to present the phone with the correct orientation.
  • a portable device speaker module including a near field communication (NFC) device and its antenna.
  • NFC near field communication
  • the loudspeaker comprises a main coil connected to receive an external audio signal by an excitation contact
  • the NFC device comprises a reception circuit configured to extract data from a signal applied to the excitation contact of the main coil of the loudspeaker; and a transmission circuit configured to transmit data in the sound transmitted by the speaker.
  • the loudspeaker comprises an auxiliary coil and the transmitting circuit is configured to modulate the impedance of the auxiliary coil.
  • the module comprises a power supply circuit of the NFC device, configured to rectify and filter an alternating signal applied to the excitation contact of the main coil.
  • a portable device of generally flattened shape comprising a speaker module of the aforementioned type assembled in the vicinity of an edge of the portable device; a microphone ; and a programmable audio management system, connected to the speaker and the microphone.
  • the audio management system is programmed to output modulated data in an electrical signal applied to an excitation contact of the loudspeaker, and extract modulated data in a sound signal picked up by the microphone.
  • the NFC device of the loudspeaker module is configured to extract modulated data in the signal applied to the speaker's excitation contact, and transmit data by modulating the sound emitted by the loudspeaker.
  • the NFC device is configured to draw its power supply from the signal applied to the excitation contact of the loudspeaker.
  • the loudspeaker comprises a main coil connected to the excitation contact of the loudspeaker, and an auxiliary coil.
  • the NFC device is configured to modulate the sound emitted by the speaker by modulating the impedance of the auxiliary coil, and the audio management system is programmed to apply a carrier signal to the speaker's excitation contact when the NFC device modulates the impedance of the auxiliary coil.
  • the modulations are performed in an inaudible frequency band.
  • the antenna comprises a coil wound around the loudspeaker core.History Brief description of the drawings
  • FIGS. 2 to 5 schematically illustrate various embodiments of a loudspeaker module incorporating an NFC device connected to elements of the telephone;
  • Figure 6 schematically illustrates a variant for making the antenna coil of the NFC device.
  • NFC device near the top edge of the phone. Given the placement constraints, this may not be possible in all situations, especially if the NFC device is an item to assemble individually.
  • the top edge of the phone is the part where the speaker is housed.
  • the speaker is usually integrated into a ready-to-assemble module on the phone's motherboard. It is proposed here to mount the NFC device, including its antenna, in the housing of the speaker module.
  • the dimensions of the antenna coil of the NFC device are thus constrained by the dimensions of the housing, generally smaller than those of a conventional antenna coil. There is a tendency to reduce the range of communication. However, since the user can easily put the upper edge of the telephone in contact with the active face of the reading terminal, and the antenna coil will then be a few millimeters from the active face, a range of 1 to 2 cm would be enough. If the need exists, the range of the antenna coil can be increased by using the "active charge modulation" technique described in US7098770, which is suitable for situations where the NFC device has a power source. permanent, as is the case in a mobile phone.
  • Figure 2 schematically illustrates a first embodiment of loudspeaker module 20 incorporating an NFC device.
  • the loudspeaker 14 is secured to a housing 20a which protects the motor of the speaker, here a coil L, and carries two access contacts to the motor A1 and A2.
  • the contacts A1 and A2 are intended to be connected to an analog audio signal source, for example to the analog output of the audio management circuit ACTRL and to the ground of the telephone.
  • the audio signal is differential, in which case the contact A2 is not grounded, but receives a signal in phase opposition with that received by the contact A1.
  • the housing 20a generally has a configuration conferring on the module a form easily manipulated by automated placement machines.
  • the housing is parallelepiped and its dimensions exceed those of the horn of the speaker.
  • the flag often having an elongated shape, dimensions of the order of 10x5x5 mm are common.
  • a 10x5 mm antenna coil, with the active modulation technique has a range equivalent to that of a traditional antenna coil, which exceeds the needs of the applications envisaged here.
  • the NFC device in the form of a printed circuit also carrying the antenna, may be secured, from the inside or the outside, to one of the walls of 10x5 mm.
  • the printed circuit may even replace the wall. This wall is preferably the one that will be closest to the edge of the phone.
  • the module comprises two additional contacts B1 and B2.
  • the contact Bl serves to bring the supply voltage Vdd of the telephone to the NFC device.
  • the ground voltage of the NFC device is taken on the contact A2 of the loudspeaker.
  • the contact B2 makes it possible to establish a bidirectional serial communication link Tx / Rx between the BBP processor of the telephone and the NFC device.
  • the contact B2 may actually represent a group of several contacts for carrying several signals (for example the DATA, CLOCK and RESET signals of the I2C protocol).
  • a loudspeaker module according to Figure 2 requires several connections in addition to those of the speaker. This requires an adaptation of the phone's motherboard. Tracks carrying the supply voltage Vdd are generally available everywhere on the motherboard, and adding a connection of such a track to the contact Bl of the module represents a minimal modification that most phone manufacturers would be ready to adopt to make compatible with their existing phone models with NFC functionality.
  • FIG. 3 schematically shows a speaker module embodiment better suited to an existing mobile phone model.
  • the contact B2 of FIG. 2 used for the exchange of Tx / Rx data between the NFC device and the BBP processor of the telephone, has been deleted.
  • the contact B l used to bring the supply voltage Vdd which, as previously indicated, requires minor modifications of the motherboard of an existing phone model.
  • a data exchange link is needed. This link is made using means that do not require a structural modification of the phone.
  • the NFC device is configured to receive the data (Tx) of the BBP processor by the loudspeaker excitation contact A1, and to transmit the data (Rx) to the processor in the sound produced by the loudspeaker. 14, and collected by the microphone 12.
  • the contact A1 is normally provided to receive an audio signal produced by the ACTRL audio management circuit.
  • it is planned to configure the circuit ACTRL to also transmit the Tx data.
  • the operation of this circuit is generally programmable and managed by the processor BBP according to a firmware stored in a non-volatile memory MEM. Simply modify this firmware to give the audio system the required functionality, without any hardware changes.
  • the audio system may be programmed, for example, to produce on the contact A1 a signal formed of a carrier modulated in amplitude by the data Tx.
  • the NFC device then comprises a demodulation circuit designed to extract the data from the signal present on the contact A1.
  • the choice of the type of modulation is preferably such that the demodulation method is compatible with the computing resources traditionally available in the NFC device.
  • the parameters of the modulation are preferably chosen so that the spectrum of the modulation comprises the least possible of audible components.
  • the NFC device can hardly act on the contacts Al and A2, which are low impedance.
  • An auxiliary coil La is then provided to excite the loudspeaker.
  • This coil can be part of the coil L.
  • One of the terminals of the coil La is connected to the ground contact A2, and the other to a transmission circuit of the NFC device.
  • This transmission circuit can be configured, for example, to modulate the amplitude Rx data on a carrier.
  • the modulation parameters are preferably compatible with the bandwidths of the speaker and the microphone.
  • Such components commonly used in small phones generally have an ultrasound bandwidth of up to 40 kHz. In this case, for example, a carrier of 40 kHz and a transmission speed of 10 kBaud are chosen.
  • Such a modulation has a spectrum having low amplitude components in the audible band.
  • the sound as it is understood here can have a frequency ranging from audible to ultrasound, up to the maximum frequency transmissible by the loudspeaker and capable of being picked up by the microphone in good conditions. .
  • Demodulation methods are generally more complex than modulation methods. This is compatible with the present configuration, since the modulation is performed by the transmission circuit of the NFC device, which has modest computing resources, while the demodulation is performed by the audio system on the signal picked up by the microphone.
  • the BBP processor associated with the audio system has powerful digital signal processing resources, including demodulation, since it is designed to demodulate telephone signals received according to different standards.
  • the required functionality of the audio system namely extracting the data of the signal received by the microphone, is thus achievable through a simple modification of the processor firmware, without modification of the hardware.
  • FIG. 3 illustrates a speaker module embodiment requiring no modification of the motherboard to integrate an NFC functionality into an existing phone model.
  • the contact Bl has been removed for this purpose.
  • the supply voltage Vdd of the NFC device is produced by a circuit 40 which rectifies and filters the AC voltage supplied by the audio system on the contact A1.
  • the supply voltage Vdd can thus be produced from any signal present on the contact A1, this signal possibly being an audio signal to be reproduced by the loudspeaker, or a modulation signal for transmitting data from the processor. to the NFC device.
  • the NFC device does not have enough current to excite the auxiliary coil La with a modulation signal of sufficient amplitude for the microphone.
  • the contacts A1 and A2 are of low impedance, the coil L is short-circuited, which significantly reduces the driving efficiency of the signal applied to the coil La.
  • the NFC device is preferably intended to modulate the impedance of the coil La, according to the same technique as the impedance modulation of the antenna in the field of a reader.
  • the impedance modulation of the coil La does not make sense if there is no carrier to modulate.
  • the carrier is provided by the audio management system on the coil L. This carrier is therefore modulated by the impedance modulation of the coil La in the sound emitted by the speaker.
  • the carrier applied to the contact A1, serves to produce the supply voltage Vdd of the NFC device.
  • the NFC device In a typical configuration, it is the NFC device that initiates the exchanges with the processor of the phone, when it is put in the field of a reader. However, for the NFC device initiates exchanges, it is desirable that it can transmit data at any time. However, it can not transmit if no carrier is present on the coil L.
  • the audio system applies a permanent carrier on the contact Al. Then, in the presence of an audio signal, the carrier and the audio signal are added together.
  • the application of a carrier permanently consumes a significant energy. It is preferable to apply a carrier intermittently, at regular intervals.
  • the NFC device can then be designed to detect the presence of the carrier on the contact A1, and synchronize the beginning of the data exchange with the beginning of the appearance of the carrier.
  • the audio system is then configured to hold the carrier until the end of the exchange.
  • the intermittent application of the carrier also has the effect of regularly recharging the capacitor of the power supply circuit 40.
  • the voltage Vdd it is not necessary for the voltage Vdd to be permanently maintained at a level sufficient for the NFC device to be fully operational. . Indeed, the NFC device will "wake up" at the next appearance of the carrier, which recharges the capacitor, at the time when the exchanges can be initiated.
  • the carrier idle interval determines the reaction time of the NFC device. It will be chosen to offer a reasonable compromise depending on the type of use.
  • FIG. 5 schematically illustrates a fourth speaker module embodiment.
  • the speaker is conventional and has a single coil L.
  • the excitation terminal of the coil is here connected to the contact A1 by a switch S I and the transmission circuit of the NFC device by a switch S2.
  • the switches S I and S2 are controlled in phase opposition by the NFC device.
  • the other elements of the module are unchanged compared to Figure 4.
  • the switch SI In normal operation, the switch SI is closed, connecting the loudspeaker to the audio system, and the switch S2 is open.
  • the NFC device When the NFC device is put in the field of a reader, it wakes up and switches the switches S1 and S2.
  • the speaker coil is connected to the transmitting circuit of the NFC device and the driving efficiency of the signal applied to it is maximum, since there is no, as in FIGS. short circuit in his field.
  • the residual charge in the capacitor of the supply circuit 40 may be sufficient to produce a short audio signature by the speaker which, after capture by the microphone 12, is interpreted by the audio system as an identification of an exchange start.
  • the audio system then supplies the NFC device via contact Al.
  • the capacitor of the power supply circuit 40 In order for the NFC device to have enough current to issue the signature on the loudspeaker at any time, the capacitor of the power supply circuit 40 must be kept charged. This can be done by applying a frequency burst at regular intervals. inaudible on the contact Al. The interval between bursts does not affect the reaction time of the NFC device here. These bursts may therefore be spaced apart to have a negligible impact on consumption. Note that with this structure the data transmissions can be operated in both directions (Tx, Rx) at the same time. Moreover, the modulation signal applied to the contact A1 is not transmitted to the loudspeaker. This relaxes the constraints of the modulation parameters on the audible components, and this reduces the consumption. Once the NFC device leaves the reader's field, or the transaction is complete, the switches S1 and S2 are switched to their default position.
  • FIG. 6 schematically represents an alternative embodiment of the antenna coil 16 of the NFC device, in the context of the embodiment of FIG. 2.
  • the antenna coil 16 is here wound around the core of the loudspeaker 14, on the same support as the excitation coil L.
  • the use of the single core of the speaker for the manufacture of inductors allows a gain in productivity during the production of such products.
  • the kernel properties remain acceptable at the carrier frequency used by the NFC devices (13.56 MHz). This gives an antenna 16 of small footprint (small diameter turns) having a range of communication compatible with the standards in force.
  • all these elements are preferably mounted on the printed circuit of the NFC device, or even provided in the integrated management circuit of the NFC device.
  • loudspeaker modules have been described here in connection with a mobile phone, it is clear that such a speaker module can be used in other portable devices requiring a speaker, and having a microphone for the modules of Figures 3 to 5, such as a music player, a dictaphone ...

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Abstract

L'invention est relative à un module haut-parleur pour dispositif portable, comprenant un dispositif de communication en champ proche (NFC) et son antenne. Le haut-parleur (14) comprend une bobine principale (L) connectée pour recevoir un signal audio externe par un contact d'excitation (A1), et le dispositif NFC comprend un circuit de réception (Tx) configuré pour extraire des données d'un signal appliqué sur le contact d'excitation (A1) de la bobine principale du haut-parleur; et un circuit d'émission (Rx) configuré pour émettre des données dans le son émis par le haut-parleur.

Description

HAUT-PARLEUR POUR TELEPHONE MOBILE
COMPRENANT UN DISPOSITIF NFC
Domaine technique de l'invention
L'invention est relative aux dispositifs de communication en champ proche, ou NFC (de l'anglais « Near Field Communication »), et plus particulièrement à l'intégration de tels dispositifs dans des téléphones mobiles.
État de la technique
Les dispositifs NFC se présentent couramment sous la forme d'une carte, au format carte de crédit, contenant des informations qui peuvent être transmises à une borne de lecture en rapprochant suffisamment la carte de la borne. Ils intègrent essentiellement une bobine d'antenne dans le plan de la carte, une mémoire contenant les informations, et un circuit de gestion. La borne de lecture émet un champ magnétique de fréquence normalisée (13,56 MHz) que la bobine d'antenne capte pour téléalimenter les circuits du dispositif NFC et que le circuit de gestion module, par modulation d'impédance de l'antenne, pour transmettre les informations à la borne de lecture.
Les informations contenues dans ces cartes donnent souvent accès à des services payants (par exemple un abonnement à un transport en commun). Ces informations sont par conséquent à accès sécurisé pour éviter la fraude.
Comme de plus en plus d'utilisateurs de telles cartes NFC disposent également d'un téléphone portable, on propose aujourd'hui l'intégration de dispositifs NFC dans les téléphones. Un tel dispositif NFC a alors accès aux informations sécurisées de la carte SIM du téléphone, qui pourront servir à identifier l'utilisateur et à vérifier les services auxquels cet utilisateur a droit. Ainsi, au lieu de porter sur lui un téléphone et une ou plusieurs cartes NFC, l'utilisateur pourra se servir de son seul téléphone portable pour avoir accès à plusieurs services, ces services pouvant être entièrement décorrélés de l'abonnement téléphonique de l'utilisateur.
La figure 1 illustre schématiquement un tel téléphone portable. Les éléments du téléphone sont logés dans un boîtier 10 de forme générale aplatie et, le plus souvent, allongée. On ne décrit ici que les éléments qui seront utiles à la compréhension du présent exposé.
Un processeur BBP, dit « de bande de base », gère la plupart des fonctions du téléphone, notamment l'accès aux informations sécurisées d'une carte SIM (de l'anglais « Subscriber Identification Module »), pour identifier l'utilisateur sur le réseau téléphonique. Un circuit de gestion audio ACTRL, incluant généralement un DSP (de l'anglais « Digital Signal Processor »), assiste le processeur dans le traitement des divers signaux audio exploités dans le téléphone. Il traite notamment le signal provenant d'un microphone 12 et envoie des signaux audio amplifiés à un haut-parleur 14.
Un dispositif NFC intégré dans le téléphone dispose de la source d'alimentation du téléphone. De ce fait, le dispositif NFC peut être plus sophistiqué que lorsqu'il est seulement téléalimenté. Il peut être prévu pour échanger des données par fil avec les éléments du téléphone et même se comporter en lecteur NFC pour recevoir des données d'une borne sans contact. Le dispositif NFC a accès au contenu de la carte SIM et peut également échanger des données avec le processeur BBP. Le processeur peut ainsi fournir des informations que le dispositif NFC transmet à une borne sans contact, et recevoir du dispositif NFC des données émises par la borne.
Compte tenu des contraintes de placement des éléments dans le boîtier du téléphone, l'emplacement du dispositif NFC diffère d'un téléphone à l'autre. Comme l'antenne du dispositif NFC est plane, elle est le plus souvent placée derrière la batterie.
Ainsi, pour utiliser la fonction NFC du téléphone avec une borne de lecture dans de bonnes conditions, l'utilisateur est contraint de présenter le dos du téléphone vers la face active de la borne. Cela oblige l'utilisateur à repositionner le téléphone dont la position naturelle est avec le dos sur la paume de la main. Par ailleurs, comme le moindre angle entre le plan du téléphone et la face active de la borne de lecture éloigne significativement la bobine d'antenne de la face active, l'utilisateur doit faire un effort supplémentaire pour présenter le téléphone avec la bonne orientation.
Résumé de l'invention
On souhaite ainsi disposer d'un téléphone portable intégrant une fonctionnalité NFC qui soit pratique à manipuler pour opérer une transaction NFC tout en offrant une facilité d'intégration pour le fabricant de téléphone.
On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un module haut-parleur pour dispositif portable, comprenant un dispositif de communication en champ proche (NFC) et son antenne.
Selon un mode de réalisation, le haut-parleur comprend une bobine principale connectée pour recevoir un signal audio externe par un contact d'excitation, et le dispositif NFC comprend un circuit de réception configuré pour extraire des données d'un signal appliqué sur le contact d'excitation de la bobine principale du haut-parleur ; et un circuit d'émission configuré pour émettre des données dans le son émis par le haut-parleur.
Selon un mode de réalisation, le haut-parleur comprend une bobine auxiliaire et le circuit d'émission est configuré pour moduler l'impédance de la bobine auxiliaire.
Selon un mode de réalisation, le module comprend un circuit d'alimentation du dispositif NFC, configuré pour redresser et filtrer un signal alternatif appliqué sur le contact d'excitation de la bobine principale.
On prévoit également un dispositif portable de forme générale aplatie comprenant un module haut-parleur du type susmentionné assemblé au voisinage d'un bord du dispositif portable ; un microphone ; et un système programmable de gestion audio, relié au haut-parleur et au microphone.
Selon un mode de réalisation, le système de gestion audio est programmé pour émettre des données modulées dans un signal électrique appliqué sur un contact d'excitation du haut-parleur, et extraire des données modulées dans un signal sonore capté par le microphone. Le dispositif NFC du module haut-parleur est configuré pour extraire des données modulées dans le signal appliqué sur le contact d'excitation du haut-parleur, et émettre des données par la modulation du son émis par le haut-parleur.
Selon un mode de réalisation, le dispositif NFC est configuré pour tirer son alimentation du signal appliqué sur le contact d'excitation du haut-parleur.
Selon un mode de réalisation, le haut-parleur comprend une bobine principale reliée au contact d'excitation du haut-parleur, et une bobine auxiliaire. Le dispositif NFC est configuré pour moduler le son émis par le haut-parleur en modulant l'impédance de la bobine auxiliaire, et le système de gestion audio est programmé pour appliquer un signal de porteuse sur le contact d'excitation du haut-parleur lorsque le dispositif NFC module l'impédance de la bobine auxiliaire.
Selon un mode de réalisation, les modulations sont effectuées dans une bande de fréquence inaudible.
Selon un mode de réalisation, l'antenne comprend une bobine enroulée autour du noyau du haut-parleur.History Description sommaire des dessins
Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
• la figure 1 , précédemment décrite, représente schématiquement un téléphone portable intégrant un dispositif NFC ;
• les figures 2 à 5 illustrent schématiquement différents modes de réalisation de module haut-parleur intégrant un dispositif NFC, connecté à des éléments du téléphone ; et
• la figure 6 illustre schématiquement une variante pour réaliser la bobine d'antenne du dispositif NFC.
Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention
Nous avons observé qu'un utilisateur qui souhaite rapprocher son téléphone d'un objet quelconque, sans qu'on lui impose de contraintes, tient naturellement le téléphone dans sa main dans la position employée pour parler au téléphone, et rapproche le bord supérieur du téléphone de l'objet, le plan du téléphone faisant un angle autour de 45° par rapport à la verticale.
Ainsi, pour faciliter l'utilisation de la fonction NFC d'un téléphone portable, on envisage d'intégrer un dispositif NFC à proximité du bord supérieur du téléphone. Compte tenu encore des contraintes de placement, cela pourrait ne pas être possible dans toutes les situations, notamment si le dispositif NFC est un élément à assembler de manière individuelle.
Le bord supérieur du téléphone est la partie où est logé le haut-parleur. Le haut-parleur est généralement intégré dans un module prêt à assembler sur la carte mère du téléphone. On propose ici de monter le dispositif NFC, y compris son antenne, dans le boîtier du module haut-parleur.
Les dimensions de la bobine d'antenne du dispositif NFC sont ainsi contraintes par les dimensions du boîtier, généralement plus petites que celles d'une bobine d'antenne traditionnelle. On tend alors à réduire la portée de communication. Toutefois, comme l'utilisateur pourra sans mal mettre en contact le bord supérieur du téléphone avec la face active de la borne de lecture, et que la bobine d'antenne se trouvera alors à quelques millimètres de la face active, une portée de 1 à 2 cm serait suffisante. Si le besoin existe, la portée de la bobine d'antenne peut être augmentée en utilisant la technique de « modulation de charge active » décrite dans le brevet US7098770, qui est adaptée aux situations où le dispositif NFC dispose d'une source d'alimentation permanente, comme c'est le cas dans un téléphone portable. La figure 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation de module haut- parleur 20 intégrant un dispositif NFC. Le haut-parleur 14 est solidaire d'un boîtier 20a qui protège le moteur du haut-parleur, ici une bobine L, et porte deux contacts d'accès au moteur Al et A2. Les contacts Al et A2 sont prévus pour être connectés à une source de signal audio analogique, par exemple à la sortie analogique du circuit de gestion audio ACTRL et à la masse du téléphone. Dans certaines applications, le signal audio est différentiel, auquel cas le contact A2 n'est pas relié à la masse, mais reçoit un signal en opposition de phase avec celui reçu par le contact Al .
Le boîtier 20a a généralement une configuration conférant au module une forme facilement manipulable par des machines de placement automatisées. Ainsi, le boîtier est parallélépipédique et ses dimensions excèdent celles du pavillon du haut-parleur. Le pavillon ayant souvent une forme allongée, des dimensions de l'ordre de 10x5x5 mm sont courantes. Une bobine d'antenne de 10x5 mm, avec la technique de la modulation active, a une portée équivalente à celle d'une bobine d'antenne traditionnelle, ce qui excède les besoins des applications envisagées ici. Le dispositif NFC, sous la forme d'un circuit imprimé portant également l'antenne, pourra être solidarisé, de l'intérieur ou de l'extérieur, à l'une des parois de 10x5 mm. Le circuit imprimé pourra même remplacer la paroi. Cette paroi est de préférence celle qui se trouvera le plus près du bord du téléphone.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, le module comporte deux contacts supplémentaires Bl et B2. Le contact Bl sert à amener la tension d'alimentation Vdd du téléphone au dispositif NFC. La tension de masse du dispositif NFC est prise sur le contact A2 du haut-parleur. Le contact B2 permet d'établir un lien de communication série bidirectionnel Tx/Rx entre le processeur BBP du téléphone et le dispositif NFC. Selon le protocole de communication utilisé, le contact B2 peut en fait représenter un groupe de plusieurs contacts pour véhiculer plusieurs signaux (par exemple les signaux DATA, CLOCK et RESET du protocole I2C).
Ainsi, un module haut-parleur selon la figure 2 requiert plusieurs connexions en plus celles du haut-parleur. Cela requiert une adaptation de la carte mère du téléphone. Des pistes véhiculant la tension d'alimentation Vdd sont généralement disponibles partout sur la carte mère, et ajouter une connexion d'une telle piste vers le contact Bl du module représente une modification minime que la plupart des fabricants de téléphone seraient prêts à adopter pour rendre compatibles leurs modèles de téléphone existants avec la fonctionnalité NFC.
Par contre, l'ajout d'une piste de communication série Tx/Rx n'est pas triviale. On devra non seulement router une piste conductrice dédiée sur la carte mère, mais également, dans la plupart des cas, prévoir un circuit d'interface avec le processeur BBP. Ainsi, le module selon la figure 2 est plutôt réservé à des téléphones nouvellement conçus.
La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation de module haut-parleur mieux adapté à un modèle existant de téléphone portable. On a ici supprimé le contact B2 de la figure 2, servant à l'échange de données Tx/Rx entre le dispositif NFC et le processeur BBP du téléphone. Il subsiste le contact B l servant à amener la tension d'alimentation Vdd qui, comme on l'a précédemment indiqué, requiert des modifications mineures de la carte mère d'un modèle de téléphone existant.
Un lien d'échange de données est pourtant nécessaire. Ce lien est réalisé à l'aide de moyens ne nécessitant pas de modification structurelle du téléphone.
Plus spécifiquement, le dispositif NFC est configuré pour recevoir les données (Tx) du processeur BBP par le contact Al d'excitation du haut-parleur, et pour émettre les données (Rx) vers le processeur dans le son produit par le haut-parleur 14, et recueilli par le microphone 12.
Le contact Al est normalement prévu pour recevoir un signal audio produit par le circuit de gestion audio ACTRL. On prévoit ici de configurer le circuit ACTRL pour également transmettre les données Tx. Le fonctionnement de ce circuit est généralement programmable et géré par le processeur BBP selon un microprogramme stocké dans une mémoire non volatile MEM. Il suffit de modifier ce microprogramme pour conférer au système audio la fonctionnalité requise, et cela sans aucune modification matérielle.
Le système audio pourra être programmé, par exemple, pour produire sur le contact Al un signal formé d'une porteuse modulée en amplitude par les données Tx. Le dispositif NFC comprend alors un circuit de démodulation conçu pour extraire les données du signal présent sur le contact Al . Le choix du type de modulation est de préférence tel que le procédé de démodulation soit compatible avec les ressources de calcul traditionnellement disponibles dans le dispositif NFC.
Le signal de modulation appliqué sur le contact Al étant également reproduit par le haut-parleur 14, les paramètres de la modulation (fréquence de porteuse et vitesse de transmission de données) sont de préférence choisis pour que le spectre de la modulation comporte le moins possible de composantes audibles.
Maintenant, pour émettre les données Rx dans le son produit par le haut-parleur, le dispositif NFC peut difficilement agir sur les contacts Al et A2, qui sont à basse impédance. On prévoit alors une bobine auxiliaire La pour exciter le haut-parleur. Cette bobine peut faire partie de la bobine L. L'une des bornes de la bobine La est reliée au contact de masse A2, et l'autre à un circuit d'émission du dispositif NFC. Ce circuit d'émission peut être configuré, par exemple, pour moduler les données Rx en amplitude sur une porteuse.
Comme cette fois le signal de modulation est reproduit par le haut-parleur 14 pour être capté par le microphone 12, les paramètres de la modulation sont de préférence compatibles avec les bandes passantes du haut-parleur et du microphone. De tels composants couramment utilisés dans les téléphones, de petite taille, ont généralement une bande passante s'étendant dans les ultrasons, allant jusqu'à 40 kHz. Dans ce cas, on choisit, par exemple, une porteuse de 40 kHz et une vitesse de transmission de 10 kBauds. Une telle modulation présente un spectre ayant des composantes de faible amplitude dans la bande audible.
Si on veut éviter toute composante dans la bande audible, on pourra utiliser des techniques de modulation plus sophistiquées, notamment à bande latérale unique (BLU, ou SSB en anglais), qui supprime le côté du spectre se trouvant à gauche de la fréquence de porteuse, donc toutes les composantes qui auraient pu déborder dans la bande audible. Ainsi le son, tel qu'on l'entend ici, peut avoir une fréquence allant de l'audible aux ultrasons, jusqu'à la fréquence maximale transmissible par le haut-parleur et susceptible d'être captée par le microphone dans de bonnes conditions.
Les procédés de démodulation sont généralement plus complexes que les procédés de modulation. Cela est compatible avec la présente configuration, puisque la modulation est effectuée par le circuit d'émission du dispositif NFC, qui a des ressources de calcul modestes, alors que la démodulation est effectuée par le système audio sur le signal capté par le microphone. Le processeur BBP associé au système audio a de puissantes ressources de traitement numérique du signal, notamment de démodulation, puisqu'il est conçu pour démoduler des signaux téléphoniques reçus selon différentes normes.
La fonctionnalité requise du système audio, à savoir extraire les données du signal reçu par le microphone, est ainsi réalisable grâce à une simple modification du microprogramme du processeur, sans modification du matériel.
En somme, par l'intégration d'un module haut-parleur du type de la figure 3, un fabricant peut intégrer une fonctionnalité NFC dans un modèle de téléphone existant par une simple mise à jour du microprogramme et une modification mineure de la carte mère pour amener l'alimentation Vdd sur le contact Bl . La figure 4 illustre un mode de réalisation de module haut-parleur ne nécessitant aucune modification de la carte mère pour intégrer une fonctionnalité NFC dans un modèle de téléphone existant. Le contact Bl a été pour cela supprimé. La tension d'alimentation Vdd du dispositif NFC est produite par un circuit 40 qui redresse et filtre la tension alternative fournie par le système audio sur le contact Al . La tension d'alimentation Vdd peut ainsi être produite à partir de n'importe quel signal présent sur le contact Al, ce signal pouvant être un signal audio à reproduire par le haut-parleur, ou un signal de modulation pour transmettre des données du processeur au dispositif NFC.
Néanmoins, la capacité en courant d'un tel type d'alimentation reste limitée. Il est possible que le dispositif NFC ne dispose pas de suffisamment de courant pour exciter la bobine auxiliaire La avec un signal de modulation d'amplitude suffisante pour le microphone. Par ailleurs, comme les contacts Al et A2 sont à basse impédance, la bobine L est en court-circuit, ce qui diminue significativement l'efficacité motrice du signal appliqué sur la bobine La. Pour éviter ces difficultés, le dispositif NFC est de préférence prévu pour moduler l'impédance de la bobine La, selon la même technique que la modulation d'impédance de l'antenne dans le champ d'un lecteur. La modulation d'impédance de la bobine La n'a pas de sens s'il n'y a pas de porteuse à moduler. En fait, la porteuse est fournie par le système de gestion audio sur la bobine L. Cette porteuse se retrouve donc modulée par la modulation d'impédance de la bobine La dans le son émis par le haut-parleur. En même temps, la porteuse, appliquée sur le contact Al , sert à produire la tension d'alimentation Vdd du dispositif NFC.
Dans une configuration classique, c'est le dispositif NFC qui initie les échanges avec le processeur du téléphone, lorsqu'il est mis dans le champ d'un lecteur. Or, pour que le dispositif NFC initie les échanges, il est souhaitable qu'il puisse émettre des données à tout moment. Or il ne peut pas émettre si aucune porteuse n'est présente sur la bobine L.
Pour éviter cette difficulté, on peut prévoir que le système audio applique une porteuse permanente sur le contact Al . Alors, en présence d'un signal audio, la porteuse et le signal audio sont additionnés.
Néanmoins, l'application d'une porteuse en permanence consomme une énergie non négligeable. On préférera appliquer une porteuse de façon intermittente, à intervalles réguliers. Le dispositif NFC peut alors être conçu pour détecter la présence de la porteuse sur le contact Al, et synchroniser le début de l'échange de données avec le début de l'apparition de la porteuse. Le système audio est alors configuré pour maintenir la porteuse jusqu'à la fin de l'échange.
L'application intermittente de la porteuse a également pour conséquence de recharger régulièrement le condensateur du circuit d'alimentation 40. Il n'est toutefois pas nécessaire que la tension Vdd soit maintenue en permanence à un niveau suffisant pour que le dispositif NFC soit entièrement opérationnel. En effet, le dispositif NFC se « réveillera » à la prochaine apparition de la porteuse, qui recharge le condensateur, au moment où les échanges peuvent être initiés.
Ainsi, l'intervalle d'inactivité de la porteuse détermine le temps de réaction du dispositif NFC. Il sera choisi pour offrir un compromis raisonnable selon le type d'utilisation.
La figure 5 illustre schématiquement un quatrième mode de réalisation de module haut- parleur. Dans ce mode de réalisation, le haut-parleur est classique et comporte une bobine L unique. La borne d'excitation de la bobine est ici reliée au contact Al par un interrupteur S I et au circuit d'émission du dispositif NFC par un interrupteur S2. Les interrupteurs S I et S2 sont commandés en opposition de phase par le dispositif NFC. Les autres éléments du module sont inchangés par rapport à la figure 4.
En fonctionnement normal, l'interrupteur S I est fermé, reliant le haut-parleur au système audio, et l'interrupteur S2 est ouvert. Lorsque le dispositif NFC est mis dans le champ d'un lecteur, celui-ci se réveille et bascule les interrupteurs S I et S2. La bobine du haut-parleur se trouve connectée au circuit d'émission du dispositif NFC et l'efficacité motrice du signal qui lui est appliqué est maximale, car il n'y a pas, comme dans les figures 3 et 4, de bobine en court-circuit dans son champ. La charge résiduelle dans le condensateur du circuit d'alimentation 40 peut être suffisante pour produire une courte signature audio par le haut-parleur qui, après capture par le microphone 12, est interprétée par le système audio comme une identification d'un début d'échange. Le système audio alimente alors le dispositif NFC par le contact Al .
Pour que le dispositif NFC dispose de suffisamment de courant pour émettre la signature sur le haut-parleur à tout moment, il convient de maintenir chargé le condensateur du circuit d'alimentation 40. Cela peut être fait en appliquant à intervalles réguliers une salve de fréquence inaudible sur le contact Al . L'intervalle entre les salves n'affecte pas ici le temps de réaction du dispositif NFC. Ces salves pourront donc être espacées pour avoir une incidence négligeable sur la consommation. On remarque qu'avec cette structure les transmissions des données peuvent être opérées dans les deux sens (Tx, Rx) en même temps. Par ailleurs, le signal de modulation appliqué sur le contact Al n'est pas transmis au haut-parleur. Cela relâche les contraintes des paramètres de modulation quant aux composantes audibles, et cela diminue la consommation. Une fois que le dispositif NFC sort du champ du lecteur, ou que la transaction est terminée, les interrupteurs SI et S2 sont basculés dans leur position par défaut.
La figure 6 représente schématiquement une variante de réalisation de la bobine d'antenne 16 du dispositif NFC, dans le contexte du mode de réalisation de la figure 2. La bobine d'antenne 16 est ici enroulée autour du noyau du haut-parleur 14, sur le même support que la bobine d'excitation L. L'utilisation du seul noyau du haut-parleur pour la fabrication d'inductances permet un gain de productivité lors de la réalisation de tels produits. Les propriétés du noyau restent acceptables à la fréquence de porteuse utilisée par les dispositifs NFC (13,56 MHz). On obtient ainsi une antenne 16 de faible encombrement (spires de petit diamètre) présentant une portée de communication compatible avec les normes en vigueur.
Bien qu'on ait représenté des éléments séparés dans les modes de réalisation de module haut-parleur, tous ces éléments sont de préférence montés sur le circuit imprimé du dispositif NFC, voire prévus dans le circuit intégré de gestion du dispositif NFC.
Bien que les modules haut-parleur aient été décrits ici en relation avec un téléphone portable, il apparaît clairement qu'un tel module haut-parleur peut être utilisé dans d'autres dispositifs portables ayant besoin d'un haut-parleur, et possédant un microphone pour les modules des figures 3 à 5, comme un lecteur de musique, un dictaphone...

Claims

Revendications
1. Module haut-parleur configuré pour être assemblé dans un dispositif portable comprenant une source de signal audio, le module comprenant un contact (Al) d'excitation du haut-parleur (14), configuré pour être connecté à la source de signal audio lors de l'assemblage du module, caractérisé en ce que le module intègre un dispositif de communication en champ proche (NFC) et son antenne.
2. Module selon la revendication 1 , dans lequel le haut-parleur (14) comprend une bobine principale (L) connectée au contact d'excitation (Al), et le dispositif NFC comprend :
• un circuit de réception (Tx) configuré pour extraire des données d'un signal appliqué sur le contact d'excitation (Al) de la bobine principale du haut- parleur ; et
• un circuit d'émission (Rx) configuré pour émettre des données dans le son émis par le haut-parleur.
3. Module selon la revendication 2, dans lequel le haut-parleur comprend une bobine auxiliaire (La) et le circuit d'émission (Rx) est configuré pour moduler l'impédance de la bobine auxiliaire.
4. Module selon la revendication 2, comprenant un circuit d'alimentation du dispositif NFC, configuré pour redresser et filtrer un signal alternatif appliqué sur le contact d'excitation (Al) de la bobine principale (L).
5. Dispositif portable de forme générale aplatie comprenant :
• un module haut-parleur (20) selon la revendication 1 assemblé au voisinage d'un bord du dispositif portable ; · un microphone (12) ; et
• un système programmable de gestion audio (ACTRL), relié au haut-parleur (14) et au microphone.
6. Dispositif portable selon la revendication 5, dans lequel • le système de gestion audio (ACTRL) est programmé pour émettre des données (Tx) modulées dans un signal électrique appliqué sur le contact d'excitation (Al) du haut-parleur, et extraire des données (Rx) modulées dans un signal sonore capté par le microphone (12) ; et · le dispositif NFC du module haut-parleur est configuré pour extraire des données (Tx) modulées dans le signal appliqué sur le contact d'excitation (Al) du haut-parleur, et émettre des données (Rx) par la modulation du son émis par le haut-parleur.
7. Dispositif portable selon la revendication 6, dans lequel le dispositif NFC est configuré pour tirer son alimentation (Vdd) du signal appliqué sur le contact d'excitation (Al) du haut-parleur.
8. Dispositif portable selon la revendication 6, dans lequel le haut-parleur comprend une bobine principale (L) reliée au contact d'excitation du haut-parleur, et une bobine auxiliaire (La), et · le dispositif NFC est configuré pour moduler le son émis par le haut-parleur en modulant l'impédance de la bobine auxiliaire (La), et
• le système de gestion audio (ACTRL) est programmé pour appliquer un signal de porteuse sur le contact d'excitation du haut-parleur lorsque le dispositif NFC module l'impédance de la bobine auxiliaire.
9. Dispositif portable selon la revendication 6, dans lequel les modulations sont effectuées dans une bande de fréquence inaudible.
10. Module selon la revendication 1 , dans lequel l'antenne (16) comprend une bobine enroulée autour d'un noyau du haut-parleur (14).
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