Design and optimization of communicating electronic circuits for an integration in a credit card size

Depuis son apparition dans les années 70, les cartes à puce ont envahi le marché mondial, leur utilisation n'a cessé d'augmenter et de se diversifier. Sans forcément nous en rendre compte, chacun de nous en a plusieurs dans son portefeuille, son sac, son attaché-case… Toutes ces cartes ont pour point commun le fait de contenir des informations sur son titulaire qui servent à son identification dans les différentes actions qu'il souhaite effectuer. Ces informations sont présentes sur la piste magnétique et/ou la puce embarquée dans la carte. Avec les progrès technologiques actuels et plus précisément la miniaturisation des composants électroniques, nous sommes de plus en plus amenés à voir des composants complexes embarqués dans des cartes à puce pour satisfaire des besoins en ressources plus grands pour des applications de plus en plus sophistiquées. L'utilisation croissante du nombre des systèmes embarqués sur une carte à puce amène à prendre en compte différentes contraintes lors de la conception. Tout d'abord, il y a celles liées aux systèmes embarqués standards, telles que la surface, la consommation et la rapidité d'exécution. Ensuite viennent celles liées à la carte à puce en elle-même, des spécificités liées à l'épaisseur et aux contraintes mécaniques. On retrouve également des contraintes de consommation et de surface. L'apparition du sans-contact a révolutionné le domaine de la carte à puce. Plus besoin d'introduire la carte dans un lecteur pour lire les informations. Les données ne transitent plus par la puce mais via l'air grâce à une antenne intégrée. Il suffit de se trouver à proximité du lecteur sans forcément sortir la carte de poche ou du sac. Elles sont connues sous le nom de cartes RFID pour Radio Frequency Identification ou identifiction par radio fréquence. D'autres contraintes de conception sont alors apparues : choix de la fréquence à laquelle va se faire la communication et l'échange des données, la géométrie de l'antenne, le choix du tag… Tous les composants ont besoin d'une source d'alimentation. Les circuits RFID basiques dits passifs puisent leur énergie dans le champ magnétique produit à proximité du lecteur mais la complexité de certains circuits nécessite la présence d'une source d'alimentation intégrée dans la carte, dans ce cas les circuits sont désignés par actifs. En général, ce sont des batteries fines et flexibles qui sont utilisées. Là aussi, la technologie a fait d'immenses progrès et des batteries plus fines et avec de plus grandes capacités voient le jour. Ce sont ces batteries qui viennent alimenter les composants de la carte. Tous ces éléments constituent un véritable circuit électronique.Cette thèse industrielle a pour but dans un premier temps de concevoir un circuit électronique embarqué dans une carte au format bancaire en répondant à un cahier des charges bien défini tout en prenant en compte les différentes contraintes imposées par ce format. Ce circuit se devra d'être flexible, autonome et consommant le moins d'énergie possible. Dans un deuxième temps, une fois le produit réalisé et validé le but est de l'optimiser en proposant des solutions afin de faire gagner du temps en amont de la conception par exemple ou en proposant des modèles simples mais qui prennent en compte toutes les contraintes liées à ce type d'applications.Since its emergence in the 70s , smart cards have invaded the world market , their use has been steadily increasing and diversifying . Without necessarily realizing it , each of us has more than one in his wallet, bag, his briefcase ...All these cards have in common the fact of containing information about the holder, which can be used for identification in the different activities they want to perform . These information is present on the magnetic stripe and / or on the chip embedded in the card. With current technology and more specifically the miniaturization of electronic components , we are seeing complex components embedded in smart cards to meet greater needs for resources for applications increasingly sophisticated .The increasing use of on-board on a smart card systems leads to take into account various constraints in the design . Firstly, there are those related to embedded systems standards , such as the area, consumption and speed of execution. Followed by those related to the smart card itself , specificities related to the thickness and mechanical stress . There are also the constraints of consumption and surface.The appearance of non-contact has revolutionized the field of smart card. No more Need to insert the card into a reader to get the information . The data are not routed by the chip but via air through an integrated antenna. You have to be near the reader without necessarily take the card out of a pocket. They are known as RFID cards for Radio Frequency Identification.Other design constraints then appeared : the choice of the frequency communication for data exchange, the geometry of the antenna , the choice of the tag ...All components require a power source . The basic circuits called passive RFID draw their energy from the magnetic field near the reader but the complexity of certain circuits requires the presence of an integrated power supply into the card, in this case the circuits are called active tags. In general , thin and flexible batteries are used. Again , technology has made tremendous progress and finer batteries with larger capacities emerged. All these elements constitute a real electronic circuit.This industrial thesis aims firstly to design an electronic circuit embedded in a bank card format meets the specifications defined taking into account the various constraints imposed by this format.This circuit must be flexible , autonomous and consuming the least possible energy.In a second step , once the product is produced and validated the goal is to optimize it proposing solutions to save time upstream design example or offering simple models, but taking into account all the constraints associated with this type of applications