Les contraintes liées à la conception des systèmes au format carte bancaire

Les contraintes géométriques 

Les contraintes géométriques liées aux cartes à puce sont liées aux normes ISO (organisation internationale de normalisation) qui impliquent des contraintes physiques de géométrie de la carte. Les cartes à puce et les cartes bancaires sont régies par les normes ISO 7810 [7] qui spécifient entre autres les dimensions géométriques des cartes. Les cartes doivent mesurer 85 x 54 mm. Elles sont en général en plastique avec une épaisseur de 0,8 mm et des coins arrondis avec un rayon de 3 mm. La figure 2 illustre ces dimensions. Figure 2: Dimensions normalisées d’une carte au format bancaire La principale contrainte qui découle de cette spécification géométrique est relative à l’épaisseur des composants. La figure 3 illustre les différentes couches qui constituent une carte bancaire ou à puce. Figure 3: Les différentes couches qui constituent une carte Tout d’abord il y a le flex. Cette couche est généralement consitutée de FR-4. Le FR-4 (Flame Resistant 4) est un composite de résine époxy renforcé de fibre de verre et est couramment utilisé pour la fabrication des circuits imprimés à cause de sa haute résistance mécanique et son isolation électrique. C’est sur cette couche également que seront montés les composants. Dans certains cas les composants doivent être montés sans leur packaging qui peut être trop volumineux, ils sont alors dits en puce nue ou en die. Ce sont essentiellement les microprocesseurs et autres composants de ce type qui sont concernés. Pour les protéger, on rajoute par-dessus une résine de protection que l’on appelle glop top (figure 4). Les composants de base comme les composants passifs et les leds satisfaisants ces contraintes sont assez faciles à trouver sur le marché. Chapitre ϭ : Les ĐoŶtraiŶtes liĠes à la ĐoŶĐeptioŶ des sLJstğŵes au forŵat Đarte ďaŶĐaire 8 Figure 4: Glop top Le flex ainsi constitué est prêt à être laminé, c’est-à-dire « encarté » entre deux couches de plastique (PVC) grâce à un procédé que l’on appelle lamination ou laminage [8]. La lamination peut se faire à chaud ou à froid. Ce sont toutes ces différentes couches qui doivent faire 0,8 mm en épaisseur au maximum. Si on prend en compte les épaisseurs des autres couches nous arrivons au fait que les composants ne doivent pas dépasser 400µm. Une contrainte qui existe aussi pour la conception de circuits au format carte bancaire est liée à la flexibilité. La carte bancaire est une carte qui est flexible, pour pouvoir la glisser dans la poche ou dans un support non rigide sans l’abîmer, ceci est illustré sur la figure 5. Cette contrainte implique que les composants qui doivent y être embarqués doivent également être flexibles ainsi que le circuit reliant ces composants.

La consommation

La consommation des circuits embarqués

La consommation est un élément très important dans l’élaboration et la conception des circuits électroniques embarqués [9]. La technologie des composants électroniques est un domaine où les progrès se succèdent à un rythme extrêmement rapide. L’augmentation des fréquences de fonctionnement des processeurs, ainsi que la réduction de la taille des circuits permettent une intégration toujours plus fine, concentrant une puissance de plus en plus importante dans un espace toujours plus étroit. L’une des caractéristiques citées auparavant des circuits embarqués est leur importante puissance de calcul combinée à une grande autonomie. Or, ces deux paramètres sont en général contradictoires. En effet, les technologies actuelles ne permettent l’augmentation de la capacité de traitement des processeurs qu’au prix d’une augmentation de l’énergie consommée. De nombreuses techniques, matérielles et logicielles, ont été développées afin de maîtriser cette consommation. Parmi ces méthodes on peut citer le projet OpenPeople qui permet de caractérier en amont la consommation des composants d’un système [10]. Cette gestion de la consommation revêt une importance de plus en plus grande dans la conception d’un système embarqué, et concerne de plus en plus de composants au sein d’un tel ensemble. Un système embarqué est composé en général d’un processeur, d’une mémoire, d’entrées et sorties et d’un programme contrôlant ces différents éléments. Il doit également disposer d’une source d’énergie sous forme de générateurs ou de batteries [11]. Le principal problème relatif à la consommation des systèmes embarqués est l’autonomie. Quelle est la durée de vie de la batterie source d’énergie et par la même occasion celle du produit ? Pour étendre l’autonomie de fonctionnement d’un système, deux méthodes existent : augmenter la quantité d’énergie embarquée ou diminuer la consommation du système. La première solution a donné lieu a de nombreuses recherches qui malgré les progrès effectués dans ce domaine mènent toujours au même résultat : il est difficile d’augmenter la capacité d’une batterie sans en augmenter le poids, le volume et le prix.

La seconde solution est complémentaire à la première. Au final, il faudra trouver un compromis entre les deux. Il existe plusieurs méthodes [11] pour obtenir un système à faible consommation. La première et la plus répandue est la conception de composants spécifiquement conçus pour consommer le minimum d’énergie. La seconde méthode consiste à modifier le logiciel pour diminuer le coût énergtique de son exécution : optimisation du code des applications, adaptation des protocoles de communication, etc… La troisième méthode mêle le matériel et le logiciel afin d’optimiser la consommation totale du système. Elle s’appuie sur des mécanismes matériels pour diminuer la consommation mais utilise le logiciel pour réaliser une adaptation dynamique de la consommation en fonction de la charge courante du système, comme par exemple la mise en veille des périphériques ou l’endormissement d’une partie ou de la totalité du système pendant un temps donné ou bien de stratégies de modification de la fréquence ou de la tension d’alimentation nommées DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling) ou encore des architectures multibancs mémoire [12].

L’alimentation des cartes au format bancaire 

Les cartes bancaires présentes actuellement sur le marché n’embarquent aucune source d’énergie. Elles sont alimentées une fois insérées dans le terminal de lecture ou de paiement. Dans le cas des cartes au format bancaire certaines embarquent leur propre source d’énergie, celle-ci se présente sous forme de batteries fines et flexibles comme le montre la figure 6. Figure 6: Exemple d’une batterie fine et flexible Chapitre ϭ : Les ĐoŶtraiŶtes liĠes à la ĐoŶĐeptioŶ des sLJstğŵes au forŵat Đarte ďaŶĐaire 11 Une batterie est un système qui convertit de l’énergie chimique en énergie électrique. Il en existe deux catégories de batteries : les piles qui ne sont pas rechargeables et les accumulateurs qui eux le sont. Les batteries les plus utilisées dans le milieu de l’électronique portable sont les batteries lithium-ion [13]. Le lithium est le plus réducteur des métaux. Il peut donc générer une grande quantité d’énergie ce qui, en addition du fait qu’il est léger (530kg/m3 ), en fait un matériau de choix pour la fabrication de batteries. Les batteries lithium-ion sont les plus chères à cause de leur cathode en oxyde de cobalt et de leur système de protection.