CN101164074B - 便携式数据载体和运行便携式数据载体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种便携式数据载体(1)，具有用于存储和/或处理数据的电子电路(13)，以及用于无接触通信和/或能量传输的振荡电路(29，30，31)，其中设置可从外部影响的调节装置(30，31)，用于使振荡电路(29，30，31)的谐振频率(fres)在第一频率范围和第二频率范围之间变化。

Description

便携式数据载体和运行便携式数据载体的方法
技术领域
本发明涉及一种便携式数据载体，以及用于运行该便携式数据载体的方法。 
背景技术
公知在便携式数据载体如芯片卡中，根据机械开关的状态禁止或允许便携式数据载体和例如相应的读取设备之间的无接触通信。该机械开关为此中断电气连接或者建立这样的电气连接。但是这种机械开关比较难以制造，另外容易受到磨损。 
作为替代的方式公知根据已识别的状态来选择芯片卡的运行模式。从而如果芯片卡通过芯片模块的接触面得到外部电压，则例如通过内部的控制机械结构禁止无接触通信。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是利用简单而又可靠的、用于允许无接触通信和/或能量传输的机械结构来提供便携式数据载体，以及提供一种用于运行便携式数据载体的方法。 
该技术问题通过本发明的便携式数据载体以及本发明的运行便携式数据载体的方法解决。 
本发明的便携式数据载体具有用于存储和/或处理数据的电子电路，以及用于无接触通信和/或能量传输的振荡电路。本发明的数据载体的独到之处在于，设置了可从外部影响的调节装置，用于使振荡电路的谐振频率在第一频率范围和第二频率范围之间变化。 
如果为了实现与便携式数据载体的无接触通信以及向便携式数据载体的无接触能量传输而设置固定的预定频率，则本发明的便携式数据载体的设计就可以实现通过用户来控制无接触通信和能量传输，因为具有值得一提的作用范围的无接触通信和能量传输仅在振荡电路的谐振频率附近实现。用户可以决定何时允许、何时禁止无接触的通信和能量传输。其优点是增加了对便携式数据载体的用户的安全性，因为该用户可以禁止对便携式数据载体的不期望的外部影响，并可以决定谁可以向该便携式数据载体传送什么数据，以及谁可以从该便携式数据载体接收什么数据。 
本发明的便携式数据载体优选这样构成，即利用所述调节装置可以改变振荡电路的电容。这种调节装置可以简单地实现，而且无需可移动部件。如果所述调节装置构造成其至少有时是振荡电路的组成部件，则其结构特别紧凑。在这种情况下谐振频率的更改这样进行：所述调节装置以选择的方式结合到振荡电路中或者与该振荡电路分离。 
在优选的实施例中，所述调节装置具有操作元件，在接触该操作元件时改变振荡电路的谐振频率。在此例如可以规定，无接触通信和/或能量传输仅在谐振频率变化时才可以进行，因为该变化了的谐振频率接近通信伙伴的传输频率。用户在这种情况下可以通过接触操作元件允许无接触的通信或能量传输。没有这样的接触就会使便携式数据载体截止，因为这样谐振频率就会与通信伙伴的传输频率相差太远。也就是说这样设计便携式数据载体，使得振荡电路在不通过用户接触操作元件的情况下与规定的传输频率强烈失调。 
为了实现良好的可接近性，操作元件优选设置在便携式数据载体的表面上。尤其是操作元件是至少一个电容器的组成部件，或者与至少一个电容器导电地连接。在此操作元件例如这样构成，其具有两个导电面。这两个导电面可以相邻地设置在便携式数据载体的同一面上，并由此借助手指就能方便地相互连接。同样还可以将这两个导电面设置在便携式数据载体的两个相对的面上。在这种情况下导电面例如通过将便携式数据载体保持在拇指和食指之间而相互连接。该导电面例如还可以通过全息图(Hologramm)实现在卡片表面上。 
本发明的便携式数据载体优选实施为芯片卡。 
本发明还涉及一种用于运行便携式数据载体的方法，该数据载体具有用于无接触通信和/或能量传输的振荡电路。本发明方法的特征在于，从外部影响振荡电路，使得在应当允许无接触通信和/或能量传输时该振荡电路具有在第一频率范围内的谐振频率，并且在应当禁止无接触通信和/或能量传输时该振荡电路具有在第二频率范围内的谐振频率。 
在本发明方法的变形中，在对振荡电路的影响持续期间，通过从外部影响 振荡电路而引起的谐振频率变化就一直保持。在该变形中，便携式数据载体的这种特性对用户来说非常透明，从而几乎不存在误操作的危险。在此，该振荡电路在没有外部影响的情况下优选具有第二频率范围内的谐振频率，并因此禁止无接触通信和/或能量传输。为了允许无接触通信和/或能量传输，需要用户的激活操作。 
在本发明方法的另一变形中，通过从外部影响振荡电路而引起的谐振频率变化一直保持到从外部对振荡电路的另一次影响为止。其优点是该影响不必在无接触通信和/或能量传输的整个时间段中都得到保持。 
通过从外部的影响有利地改变振荡电路的电容。在此从外部的影响尤其是通过用户的皮肤接触进行。由此保证操作简单。无接触通信和/或能量传输可以在处于第一频率范围的频率下进行。在本发明方法的扩展中，在处于第二频率范围内的频率下不进行无接触的通信，但是进行无接触的、足以运行便携式数据载体的能量传输。由此在第二频率范围中也保证便携式数据载体的运行，但是防止与该便携式数据载体进行不期望的通信。 
从外部对振荡电路的影响不仅能用于更改谐振频率，而且由此还可以将便携式数据载体的电子电路转换到特定的状态下。 
附图说明
下面借助附图中示出的实施例描述本发明，其中便携式数据载体分别构成芯片卡。但是本发明不限于芯片卡，而是同样可涉及其它便携式数据载体。在此作为本发明含义中的便携式数据载体是指资源、即存储器资源和/或计算容量(计算性能)有限的计算机系统，如芯片卡(智能卡、微处理器-芯片卡)或代币或嵌入芯片卡或代币中的芯片模块。便携式数据载体具有机体，在该机体中设置CPU(微处理器)，并且可以具有任何标准化或非标准化的形状，如按照或不按照如ISO 7810(例如ID-1，ID-00，ID-000)标准的扁平芯片卡的形状，或者立体的代币。便携式数据载体还可以具有一个或多个任意接口用于与读取设备或数据处理系统(例如个人计算机、工作站、服务器)进行无接触和/或有接触的通信。图中示出： 
图1以示意截面图示出按照本发明构成的芯片卡的实施例， 
图2以示意图示出图1中所示的芯片卡。 
具体实施方式
图1以示意截面图示出按照本发明构成的芯片卡1的实施例。该显示并不严格地限于截面，而是还示出芯片卡1的相对错开设置的部件。因此没有使用阴影线。为清楚起见没有按照比例进行显示。所属的芯片卡1的俯视图在图2示出，其中还示出设置在该芯片卡1内的部件。 
芯片卡1具有卡体2，芯片模块11内嵌在该卡体中并与电连接元件12导电连接。芯片模块11包含微控制器13，其中例如实施芯片卡1的应用软件。卡体2就其尺寸而言优选按照ISO/IEC 7810标准构成，在所示出的实施例中由5个塑料薄膜15制成。作为塑料薄膜15的材料，合适的例如是PVC。为了制造芯片卡1将塑料薄膜15叠加地压成弧形，并优选通过热层叠(Hesslamination)相互连接。同样还可以引入其它方法来制造卡体2。事先在至少一个塑料薄膜15上设置电连接元件12和与其连接的导轨16，例如通过用银导电粘剂压制的导轨16。在热层叠中塑料薄膜15软化并彼此融化。可选的，可以在此过程中采用层叠粘剂将塑料薄膜15相互连接。层叠粘剂例如可以按照很薄的薄膜的形式采用，它们分别设置在相邻的塑料薄膜15之间。同样还可以对塑料薄膜15涂上层叠粘剂或者采用共挤压的塑料薄膜15。在热层叠之后通过冲压得到芯片卡1。 
通过导轨16形成天线线圈29，该天线线圈通过电连接元件12与芯片模块11连接，并因此也与微控制器13连接。此外设置第一电容器30和第二电容器31。电容器30和31分别通过两个以一定间隔相互平行设置的电容式平面32构成。在两个电容器30和31中，每个电容平面32与卡体2的表面等高地设置，并由次可以从外部接近。而另一个电容平面32设置在卡体2的内部，并通过导轨16连接到电连接元件12。 
如果两个外围的电容平面32导电地相互连接，则由两个电容器30和31形成与天线线圈29并联的串联电路。该串连电路具有总电容Cg，其与第一电容器30的电容C1和第二电容器31的电容C2具有以下关系： 
1/Cg＝1/C1+1/C2。 
总电容Cg影响由天线线圈29和芯片模块11的电容一起组成的振荡电路的谐振频率fres。对于谐振频率fres下式成立： 
fres＝1/2∏√LC。 
在此L表示振荡电路的电感，C表示振荡电路的电容。通过外围电容平面 32的连接而形成的两个电容器30和31的串联电路提高了振荡电路的电容C，并因此使谐振频率fres降低。例如可以利用该效应使振荡电路在没有两个电容器30和31的情况下与读取设备的发送频率失调(verstimmen)。例如读取设备的发送频率为13.56MHz，振荡电路的谐振频率fres大于40MHz。在这种情况下在读取设备和芯片卡1之间的能量和数据传输几乎是不可能的。通过连接外围的电容平面32降低振荡电路的谐振频率fres，并由此接近读取设备的发送频率，从而可以进行数据传输。通过这种方式可以在可以进行能量和数据传输的状态和不能进行能量和数据传输的状态之间切换。由此芯片卡1的持有人可以决定是允许还是禁止能量和数据传输。由此可以防止对芯片卡1的不期望访问，因为与芯片卡1的通信仅在芯片卡1的持有人在外围电容平面32之间建立了连接的时候才可以进行。在一种变形中还可以在不能进行数据传输时也能传输足够的能量来运行微控制器13。 
为了能够放弃用于连接外围电容平面32的辅助装置，在一种扩展中通过用手指接触来建立连接。但在这种情况下不构成直接的电气接触，而是将人体用作另一个电容而引入电容器30和31的串联电路中。由此总电容Cg等于： 
1/Cg＝1/C1+1/C2+1/Ch。 
在此，Ch表示在皮肤接触时要考虑的电容。典型的，Ch大约是5nF，并明显高于两个电容器30和31的电容C1和C2，因为这后两个电容由相对较小的电容平面32构成。在串联电路中这导致总电容Cg只很小地取决于皮肤的电容Ch。但仍然通过皮肤电容Ch形成该串联电路。这意味着通过外围电容平面32与例如手指的接触，近似恒定的总电容Cg与天线线圈29并联或者与其分离。 
外围电容平面32还可以设置在卡体2的正面和背面。在该变形中外围电容平面32之间的连接例如通过用拇指和食指拿取芯片卡1来形成。同样还可以将全部电容平面32设置在卡体2的内部。在该变形中为了进行皮肤接触在卡体2的表面上设置金属区域，例如反正现有的全息图或具有导电印刷颜色的印刷图案，它们与几个电容平面32连接。也可以完全去掉电容平面32，并取代电容器30和31而例如用SMD技术实施为市场上常见的组件。 
在一种变形中完全放弃电容器30和31，并通过例如用手指接触为此设置的平面而将皮肤电容Ch与天线线圈29并联。但在此皮肤电容Ch的值的波动直接影响谐振频率fres。 
通过电容变化导致的谐振频率fres的变化分别在变化的电容存在期间保持。 这意味着芯片卡1在接触为此设置的平面期间具有变化了的谐振频率fres，并且只要取消接触就又恢复到其最初的谐振频率fres。可替代地，还可以例如借助合适的电子电路进一步处理该电容变化，使得该电容变化成为开关过程的触发事件，并且由此实现的开关状态一直保持到该触发事件第二次出现为止。 
利用所有描述的变形，可以从外部影响振荡电路的谐振频率fres，并通过是否可以与芯片卡1进行无接触通信以及是否可以通过无接触路径向芯片卡1输入能量来确定谐振频率fres。在此分别引起的电容变化可以通过其它方式通过振荡电路的谐振频率fres来得到分析，和/或为其它目的用于控制数据和/或能量传输。尤其是所述电子电路的引入给出了很多可能性。在此优选使用微控制器13，该微控制器可以提供必要的电子功能。其他使用目的例如在于，通过电容变化触发微控制器13返回到定义的状态。这种措施在微控制器13例如通过静电充电效应而进入未定义状态时是必要的。这尤其是可以在制造芯片卡1时设置。如果实际上进入第一微控制器13的未定义状态，则芯片卡1仅当第一微控制器13返回定义状态时才能用于按照规定的应用。为此只需要接触芯片卡1的为此设置的平面。 
芯片卡1由此配备有电容键，该电容键对接触做出反应并且没有可移动部件。利用该电容键可以直接作用于振荡电路，该作用尤其是会导致谐振频率fres 的改变。同样该电容键还可以触发其它开关过程。 

Claims (13)

1.一种便携式数据载体，具有用于存储和/或处理数据的电子电路(13)，以及用于无接触通信和/或能量传输的振荡电路(29，30，31)，
其特征在于，设置了可从外部影响的调节装置(30，31)，用于使振荡电路(29，30，31)的谐振频率在第一频率范围和第二频率范围之间变化，其中，所述调节装置(30，31)构造成以选择的方式结合到所述振荡电路(29，30，31)中或者与该振荡电路相分离；以及
所述调节装置(30，31)具有设置在该便携式数据载体(1)的表面上的导电面区域(32)，从而能够由用户的皮肤直接接触；
所述导电面区域(32)构成了所述振荡电路(29，30，31)的至少一个电容器的组成部件，并且所述导电面区域(32)具有两个导电面；
其中，在接触该导电面区域(32)时所述振荡电路(29，30，31)的谐振频率改变；
其中，在应当允许无接触通信时该振荡电路具有在第一频率范围内的谐振频率，而在应当禁止无接触通信时该振荡电路具有在第二频率范围内的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的便携式数据载体，其特征在于，利用所述调节装置(30，31)可以更改所述振荡电路(29，30，31)的电容。
3.根据权利要求1所述的便携式数据载体，其特征在于，所述两个导电面相邻地设置在该便携式数据载体(1)的同一面上。
4.根据权利要求1所述的便携式数据载体，其特征在于，所述两个导电面设置在该便携式数据载体(1)的两个相对的面上。
5.根据权利要求1所述的便携式数据载体，其特征在于，该便携式数据载体实施为芯片卡。
6.一种用于运行便携式数据载体(1)的方法，该数据载体具有用于无接触通信和/或能量传输的振荡电路(29，30，31)，由用户影响该振荡电路(29，30，31)，使得在应当允许无接触通信时该振荡电路具有在第一频率范围内的谐振频率，
其特征在于，在该便携式数据载体(1)的表面上设置导电面区域(32)，从而能够由用户的皮肤直接接触，其中，所述导电面区域(32)具有两个导电面，并且在接触该导电面区域(32)时所述振荡电路(29，30，31)的谐振频率改变；
在应当禁止无接触通信时该振荡电路具有在第二频率范围内的谐振频率；以及
在处于第二频率范围内的频率下不进行无接触通信，但是进行无接触的、足以运行所述便携式数据载体(1)的能量传输，并且该便携式数据载体(1)被运行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在对所述振荡电路(29，30，31)的影响持续期间，通过从外部影响所述振荡电路(29，30，31)而引起的谐振频率变化一直保持。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述振荡电路(29，30，31)在没有外部影响的情况下具有第二频率范围内的谐振频率。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过从外部影响所述振荡电路(29，30，31)而引起的谐振频率的变化一直保持到从外部对振荡电路(29，30，31)的另一次影响为止。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过从外部的影响改变振荡电路(29，30，31)的电容。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述从外部的影响通过用户的皮肤接触实现。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述无接触通信和/或能量传输在处于第一频率范围的频率下进行。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的方法，其特征在于，通过从外部对振荡电路(29，30，31)的影响使所述便携式数据载体(1)的电子电路(13)转换到特定的状态下。
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