Auto-calibration pour l'optimisation des performances de systèmes de communication NFC (Near Field Communication)

par Lucas Vernotte

Projet de thèse en SYAM - Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques

Sous la direction de Serge Bernard et de Mariane Comte.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec LIRMM - Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Micro-électronique de Montpellier (laboratoire) et de Département Microélectronique (equipe de recherche) depuis le 03-04-2017 .


  • Résumé

    La première partie de l'étude consistera à identifier et modéliser l'ensemble des contributeurs à la performance, dans les différents modes retenus (Fig. 1) : En mode « Carte » (transpondeur), la sensibilité à la réception du signal émis par le lecteur, en fonction des différents éléments constituant l'interface analogique d'une part et le niveau de modulation de charge du transpondeur d'autre part seront étudiés ; En mode « Lecteur » (interrogateur), le niveau de champ émis, ainsi que la génération des modulations en fonction de la charge feront l'objet d'une étude approfondie. Ces contributeurs seront étudiés en fonction de différentes antennes et différents environnements. La variété d'antennes sera principalement ciblée sur les technologies qui pourront être retenues dans les applications mobiles telles que les antennes à pistes gravées, les classiques boucles électromagnétiques filaires et les antennes imprimées par dépôt d'encre pourront également prise en compte dans le cadre de l'étude exhaustive des systèmes. L'étude de l'environnement sera principalement liée à l'intégration de cette technologie dans des équipements mobiles. De cette étude seront extraits les compromis et les limitations des modèles utilisés, ainsi que la cinétique de variation des paramètres due à un couplage variable entre le lecteur et la carte. La validation de ces modèles reposera sur des simulations et des mesures expérimentales utilisant les standards ISO 14443 [3-4], EMVCo [5], et NFC Forum [6] comme références d'environnement de test. Ils consistent en l'utilisation de lecteur ou de carte de référence, associée à des procédures de mesures dédiées. Ces mesures seront appelées « performances électriques » du système. Cette validation pourra être accompagnée de tests dits « fonctionnels » utilisant des éléments de l'infrastructure existante, comme des lecteurs du commerce ou d'autres équipements mobiles. Dans une deuxième phase, différents « moyens » pour contrôler la performance de l'équipement mobile dans des environnements connus seront étudiés, et des systèmes d'auto-évaluation et auto-calibration pourront alors être proposés. Cela consistera à considérer la performance électrique et/ou fonctionnelle vue du système lui-même, sans équipement de test externe requis. Le travail précédent sera utilisé comme modèle de base à la compréhension des variations de performances et de ses contributeurs, ainsi qu'aux différents moyens de mesurer cette variation. Par exemple, le courant consommé par le lecteur ou la tension sur l'entrée récepteur. Apres avoir étudié et mis en œuvre différents systèmes d'auto-évaluation, des systèmes correctifs seront étudiés lorsque possible. L'étude de ces différents moyens permettra d'évaluer : l'efficacité, la complexité et la capacité à être intégré dans un circuit. Ces phases seront accompagnées d'une étude de l'état de l'art, dans le domaine du sans contacts et dans des domaines proches, particulièrement lorsque ceux-ci sont appliqués aux équipements mobiles.

  • Titre traduit

    Performance-Oriented Self-Tuning of Near Field Communication Systems


  • Résumé

    Near Field Communication (NFC) is a communication protocol using the magnetic induction between antennas for transferring data and energy between communicating electronic devices [1]. This is a standardized communication protocol [2]. NFC is used in a number of applications, including for instance secure contactless transaction, secure data exchange, or simple identification between devices aiming at communication using more complex protocols such as Bluetooth, Wifi or Zigbee. NFC systems are integrated in a number of different devices such as mobile phones, tablets, laptops, which differ in size and form factor, and therefore have different constraints in terms of available area for the NFC antenna and various environments (battery, metallic part…). As a consequence, standardized NFC antennas cannot be used and an impedance matching network is inserted between the standard NFC IC provided by the semiconductor manufacturer and the physical antenna. A dedicated tuning of the matching network is then performed for each specific antenna. However the power of the emitted magnetic field and the quality of the transmitted signal not only depend on the appropriate matching of the transmitter antenna with the IC, but are also influenced by the antenna of the receiver. Since the receiver is a priori unknown, it is not possible to compensate the influence of the receiver with a fixed tuning. In this context, there is a strong interest in developing adaptive tuning strategies. Based on a previous 3-year study [3] with a first PhD Student (defense in June 2014), the objective of this PhD position is to investigate adaptive tuning strategies that take into account the influence of a receiver, the device environment and to evaluate their performances in terms of emitted magnetic field, power consumption and cost of calibration. The first step will consist in modeling the system, and then in defining what parameters might be interesting to evaluate the targeted performances. Finally, the objective is to develop various adaptive solutions with minimal modification of IC features.