Gemalto teste ses cartes à puce sans contact avec NI LabVIEW

Author(s):
Mauro Colombo - Gemalto

Industry:
Electronics, Telecommunications, RF/Communications

Products:
Instrument Drivers/IVI, LabVIEW, GPIB

The Challenge:
Tester des cartes à puce en vérifiant de façon automatique l’intensité de leur communication par modulation RF selon la norme ISO10373-6, qui standardise les méthodes de test pour la caractérisation des cartes sans contact.

The Solution:
Développer un banc de test basé sur une instrumentation GPIB et piloté sous LabVIEW.

Issu de la fusion des sociétés Axalto et Gemplus, Gemalto est un leader mondial de la sécurité numérique. Un segment en croissance dans la production de l’entreprise est notamment celui des cartes à puce sans contact, comme le passe Navigo de la RATP, qui facilite la vie des usagers des transports parisiens. Contrairement à la carte à puce classique, qui nécessite des surfaces de contact, la carte sans contact communique avec les lecteurs au travers d'un couplage inductif. Il suffit d'approcher la carte à quelques centimètres du lecteur pour que celui-ci puisse l'interroger et que la carte lui réponde.

Le service Test & Tools de Gemalto est chargé, notamment, de qualifier les testeurs électroniques dédiés à la production et à la personnalisation des cartes et de fournir des outils de test des cartes à puce comme support pour d’autres services. Dans le cadre de ces missions, le service Test & Tools a dû développer, à moindre coût, un banc automatique de mesure de modulation de charge pour vérifier la qualité de la transmission des données entre les cartes et un lecteur, et en particulier son respect de la norme de test ISO10373-6.

LabVIEW pilote l'instrumentation via Ethernet et une interface GPIB/USB
Le banc se compose d'un PCD (Proximity Coupling Device) Micropross, d'un amplificateur M2S, d'un oscilloscope numérique Tektronix et d'une structure de test correspondant à la norme ISO en question, avec un logement pour la carte à tester. Un PC équipé de LabVIEW communique avec l'oscilloscope et l'amplificateur via une interface GPIB-USB de National Instruments, et avec le PCD via un câble Ethernet.

Le PCD sert de lecteur programmable. Il a pour premier rôle de produire un champ magnétique, en générant une tension modulée de fréquence fixe (13,56 MHz), amplifiée et rendue variable par l'amplificateur (sous le contrôle du PC), puis appliquée aux bornes d'une antenne en boucle installée dans la structure de test. Une antenne secondaire placée à proximité de cette antenne émettrice, et exposée également au rayonnement magnétique de la carte sous test, va permettre de récupérer l’intensité du champ magnétique fixé comme paramètre à atteindre par l’utilisateur entre 1,5A/m et 7,5A/m, en produisant à ses bornes un signal de tension mesuré par l'oscilloscope et analysé par le PC. Une deuxième structure secondaire composée de deux boucles selon les préconisations de la norme ISO 10373-6 permet de transmettre à l’oscilloscope la modulation du champ magnétique pendant la communication (half-duplex) entre le PCD et la carte à tester.

Il existe deux types de cartes : A et B. Pour les cartes de type A, les données binaires produites par le lecteur (106 Kbits/s) sont codées selon la méthode de Manchester puis transmises par modulation de charge à une fréquence de 847,5 kHz, la porteuse du canal de transmission étant fixée à 13,56 MHz. Les cartes de type B diffèrent au niveau du codage binaire (codage NRZ-L).
Le système a comme but de récupérer les échantillons (fréquence minimale d’échantillonnage de 100 Méch/s) correspondant à 2 ou 4 périodes à 847,5 kHz pendant le flux de transmission de données de la carte vers le lecteur.

Une Transformée de Fourier Discrète pour démoduler le signal
La démodulation des signaux de réponse de la carte est effectuée sous LabVIEW au moyen d'un traitement TFD (Transformée de Fourier Discrète) sur les 2 ou 4 cycles de la sous-porteuse. Le test de validité de la carte porte en fait sur l'amplitude des deux composantes fréquentielles (13,56 MHz-847,5 kHz et 13,56 MHz+847,5 kHz), qui doit être supérieure, comme l'exige la norme ISO 10373-6, à 30/H1,2, H étant la valeur du champ magnétique sur la carte, entre 1,5 et 7,5 A/m (intervalle pour lequel la carte doit être en mesure de répondre au lecteur). Dans le cas des cartes de type A, le traitement consiste à appliquer, sur les échantillons fournis par l'oscilloscope (au nombre de 250000), un filtrage passe-bande (8-19 MHz), une multiplication de fréquence (13,56 MHz), et un nouveau filtrage passe-bande (600 kHz-1,1 MHz). S'en suivent une démodulation d'enveloppe et l'extraction des cycles.

Affichage et génération de rapports Excel
L'interface de l'application se compose d'une face-avant conviviale pour le réglage des paramètres ISO10373-6 et de ceux des instruments (paramètres qui peuvent être sauvegardés). Elle est dotée d'une aide en ligne, et avertit l'opérateur des précautions de câblage à prendre. Une seconde face-avant affiche les résultats des tests. Les résultats donnent lieu à un rapport de test sous Microsoft Excel, généré automatiquement. Pour intégrer cette fonctionnalité dans l'application, nous avons utilisé le Report Generation Toolkit de LabVIEW.

L'application LabVIEW a aussi pour rôle d'assurer que le champ magnétique produit par le lecteur est bien celui escompté. Pour ce faire, les signaux émis par l'antenne secondaire, et mesurés par l'oscilloscope, sont traités pour réguler le gain logarithmique de l'amplificateur. L'application se charge également de synchroniser l'acquisition des signaux par l'oscilloscope avec les requêtes envoyées par le lecteur.

Trois minutes par carte
Le banc automatique, que nous avons réalisé avec des moyens relativement réduits, en termes de coût comme en termes de temps de développement, nous permet désormais de terminer le test préconisé par la norme en seulement trois minutes. Auparavant, nous faisions appel à des macros exécutées au niveau de l'oscilloscope. La plupart des opérations étaient manuelles, ce qui nécessitait plus de 10 minutes pour tester une carte, sans bénéficier d'une bonne répétabilité, et sans la possibilité de générer des rapports automatiques.

Évolutions futures
Le banc répond parfaitement à nos besoins actuellement, mais nous envisageons de le faire évoluer, notamment en ce qui concerne l'enregistrement des résultats dans une base de données. Nous enrichirons aussi probablement le banc avec un LCRmètre pour effectuer des mesures de fréquences de résonance. Enfin, nous pouvons imaginer que ce type de banc sera utilisé en production.

Septembre 2006

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Mauro Colombo
Gemalto
6, rue de la Verrerie
Meudon 92190
FR
Tel: 0033 1 55 01 52 09
mauro.colombo@gemalto.com

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