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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät mit einem als eine entnehmbare
Einheit ausgebildeten Sicherheitsmodul. Weiterhin betrifft die Erfindung
ein als eine entnehmbare Einheit ausgebildetes Sicherheitsmodul
für ein
elektronisches Gerät
sowie eine Antennenanordnung und ein Verfahren zum Einbauen einer
Antennenanordnung in ein elektronisches Gerät.
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Bei
einer Reihe von elektronischen Geräten ist zu deren Betrieb ein
Sicherheitsmodul erforderlich. So sind zum Beispiel Mobilfunktelefone üblicherweise
mit einem Sicherheitsmodul ausgestattet, das in einen dafür vorgesehenen
Steckplatz des Mobilfunktelefons eingesteckt ist. Das Sicherheitsmodul wird
benötigt,
um den Nachweis für
eine Zugangsberechtigung zum Mobilfunknetz zu erbringen. Neben der
Fernübertragung über das
Mobilfunknetz besteht bei einer entsprechenden Ausstattung des Mobilfunktelefons
auch die Möglichkeit,
eine kontaktlose Datenübertragung
im Nahbereich durchzuführen.
Die kontaktlose Datenübertragung
im Nahbereich wird auch als Near Field Communication oder kurz NFC bezeichnet.
Die typische Reichweite eines NFC-Geräts liegt in der Größenordnung
von etwa 20 cm. Die Übertragung
kann mittels magnetischer Felder im Frequenzbereich 13,56 MHz erfolgen.
Die dabei eingesetzten Verfahren sind den beim Betrieb von kontaktlosen
Chipkarten verwendeten Verfahren sehr ähnlich, so dass NFC-Geräte in der
Lage sind, mit kontaktlosen Chipkarten zu kommunizieren oder kontaktlose
Chipkarten zu simulieren.
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Um
ein Mobilfunktelefon für
eine kontaktlose Datenübertragung
im Nahbereich nutzbar zu machen, könnte dessen Sicherheitsmodul
mit einem NFC-Baustein
ausgestattet werden. Wegen der kleinen Abmessungen des Sicherheitsmoduls,
das üblicherweise
als Chipkarte im ID-000 Format ausgebildet ist, steht auf dem Sicherheitsmodul
allerdings relativ wenig Platz für
eine Antenne, die für
den Betrieb des NFC-Bausteins benötigt wird, zur Verfü gung. Dies
hat eine erhebliche Einschränkung
der erzielbaren Reichweite zur Folge.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Gerät mit einem
Sicherheitsmodul so auszubilden, dass eine kontaktlose Datenübertragung
im Nahbereich möglichst
optimal durchgeführt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein elektronisches Gerät mit der Merkmalskombination
des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Gerät weist
ein als eine entnehmbare Einheit ausgebildetes Sicherheitsmodul
auf, das über
standardisierte Kontaktflächen mit
dem Gerät
galvanisch verbunden ist und über eine
Einrichtung zur kontaktlosen Datenübertragung über eine erste Antenne verfügt. Die
Besonderheit des erfindungsgemäßen Geräts besteht
darin, dass die erste Antenne außerhalb des Sicherheitsmoduls angeordnet
ist und eine erste Anschlusseinheit und eine zweite Anschlusseinheit
auf einem gemeinsamen Träger
angeordnet und galvanisch miteinander verbunden sind. Die erste
Anschlusseinheit ist den standardisierten Kontaktflächen des
Sicherheitsmoduls nachgebildet und mit dem Gerät galvanisch verbunden und
die zweite Anschlusseinheit ist mit dem Sicherheitsmodul galvanisch
verbunden. Dadurch besteht eine gewisse Flexibilität bezüglich der
räumlichen
Anordnung des Sicherheitsmoduls im Gerät. Besonders vorteilhaft ist
diese Ausgestaltung dann, wenn die erste Antenne auf dem Träger angeordnet ist.
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Um
eine zuverlässige
Fixierung der ersten und der zweiten Antenne im Gerät zu gewährleisten und
dadurch Funktionsstörungen
und Schäden
vorzubeugen, kann der Träger
mit dem Sicherheitsmodul stoffschlüssig, insbesondere mittels
eines Klebstoffs, verbunden sein.
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Die
Erfindung hat weiter den Vorteil, dass die Einrichtung zur kontaktlosen
Datenübertragung
auf dem Sicherheitsmodul angeordnet ist und dadurch zum einen leicht
austauschbar ist und zum anderen für den Einsatz bei sicherheitskritischen
Anwendungen geeignet ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass
durch die erfindungsgemäße Anordnung
der ersten Antenne außerhalb
des Sicherheitsmoduls die Abmessungen der Antenneneinrichtung nicht
auf die Größe des Sicherheitsmoduls
begrenzt sind und dadurch problemlos eine ausreichende Reichweite
bei der kontaktlosen Datenübertragung
erzielbar ist.
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Die
Einrichtung zur kontaktlosen Datenübertragung ist vorzugsweise
für eine
Datenübertragung im
Nahbereich ausgebildet. Die dafür
benötigte
erste Antenne ist insbesondere im Gerät angeordnet.
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Bei
vielen Anwendungen ist nur eine oder gar keine unbelegte Kontaktfläche des
Sicherheitsmoduls verfügbar,
die für
den Anschluss der ersten Antenne an die Einrichtung zur kontaktlosen
Datenübertragung
genutzt werden könnte.
Im Rahmen der Erfindung werden daher verschiedene Varianten für die Ausbildung
eines Signalpfads zur Übertragung
eines Antennensignals zwischen der Einrichtung zur kontaktlosen
Datenübertragung
und der ersten Antenne vorgeschlagen. Eine dieser Varianten zeichnet sich
beispielsweise dadurch aus, dass der Signalpfad über wenigstens eine Kontaktfläche ausgebildet ist,
die für
ein anderes Signal, vorzugsweise für die Versorgungsspannung des
Sicherheitsmoduls, reserviert ist. Dies hat den Vorteil, dass eine
oder mehrere bereits belegte Kontaktflächen zusätzlich für den Anschluss der ersten
Antenne genutzt werden können.
Zu diesem Zweck kann an die Kontaktfläche eine Weichenanordnung zum
Zusammenführen
und zum Auftrennen des Antennensignals und des anderen Signals,
für das
die Kontaktfläche
reserviert ist, angeschlossen sein. Dabei kann die Weichenanordnung
so ausgebildet sein, dass sie eine frequenzselektive Signaltrennung
durchführt.
Angesichts der zum Teil sehr unterschiedlichen Frequenzen des Antennensignals
und der sonstigen über
die Kontaktflächen übermittelten
Signale ist eine frequenzselektive Signaltrennung mit einem relativ
geringen Aufwand durchführbar.
Die Weichenanordnung kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass
sie wenigstens eine erste Weiche aufweist, die auf dem Sicherheitsmodul
angeordnet ist und wenigstens eine zweite Weiche, die außerhalb
des Sicherheitsmoduls im Gerät
angeordnet ist.
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Eine
weitere Variante, die auch mit der vorstehend beschriebenen Mehrfachnutzung
der Kontaktflächen
kombiniert werden kann, besteht darin, dass wenigstens eine Wandlereinrichtung
für das
Antennensignal mit zwei symmetrischen Ein-/Ausgängen und einem dazu korrespondierenden
asymmetrischen Ein-/Ausgang vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil,
dass das Antennensignal über
eine einzige Leitung übertragen
werden kann und somit für
den Anschluss der ersten Antenne nur eine Kontaktfläche benötigt wird,
wenn im Sicherheitsmodul und im Gerät ein gemeinsames Massepotential
verfügbar
ist. An den asymmetrischen Ein-/Ausgang der Wandlereinrichtung kann
beispielsweise die Weichenanordnung angeschlossen sein. Weiterhin
kann die Einrichtung zur kontaktlosen Datenübertragung an die symmetrischen
Ein-/Ausgänge
einer auf dem Sicherheitsmodul angeordneten Wandlereinrichtung und/oder
die erste Antenne an die symmetrischen Ein-/Ausgänge einer außerhalb
des Sicherheitsmoduls im Gerät
angeordneten Wandlereinrichtung angeschlossen sein.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Varianten der Erfindung wurde für den Anschluss
der ersten Antenne jeweils wenigstens eine Kontaktfläche verwendet.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ohne
Rückgriff
auf die Kon taktflächen
eine Signalverbindung zwischen der Einrichtung zur kontaktlosen Datenübertragung
und der ersten Antenne auszubilden, so dass die Belegung der Kontaktflächen diesbezüglich vollständig ignoriert
werden kann. Hierzu kann eine zweite Antenne außerhalb des Sicherheitsmoduls
im Gerät
angeordnet sein, die mit der ersten Antenne galvanisch verbunden
sein kann. Bei einem konkreten Beispiel für die Umgehung der Kontaktflächen sind
die erste Antenne und die zweite Antenne als Nachrüstteil in
das Gerät
eingebaut. Dies hat den Vorteil, dass bereits vorhandene Geräte nachgerüstet werden
können
und eine Neuanschaffung somit nicht zwingend erforderlich ist. Insbesondere
können
die erste Antenne und die zweite Antenne auf einem flexiblen Träger angeordnet
sein. Dabei können
die erste Antenne und die zweite Antenne beispielsweise in einem
Batteriefach des Geräts
angeordnet sein, so dass eine Nachrüstung des Geräts sehr
einfach durchführbar
ist. Dabei können
die erste und die zweite Antenne unmittelbar auf der Batterie angeordnet
sein.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
für die
Umgehung der Kontaktflächen
sind die erste Antenne und die zweite Antenne fest in das Gerät eingebaut.
Dabei kann die zweite Antenne auf einer Leiterplatte des Geräts ausgebildet
sein oder in einen Sockel zur Aufnahme des Sicherheitsmoduls integriert
sein. Die erste Antenne kann jeweils in das Gehäuse des Geräts integriert sein.
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Bei
beiden vorstehend aufgeführten
Ausführungsbeispielen
für die
Umgehung der Kontaktflächen
kann eine dritte Antenne auf dem Sicherheitsmodul angeordnet sein. Über die
Kopplung der zweiten und der dritten Antenne ist ein Signalpfad
zwischen der Einrichtung zur kontaktlosen Datenübertragung und der ersten Antenne
ausgebildet. Dabei ist es im Sinne einer möglichst guten Kopplung von Vorteil,
wenn die zweite Antenne und die dritte Antenne einander wenigstens
bereichsweise überdecken. Außerdem sollten
die Abmessungen der zweiten Antenne und der dritten Antenne aufeinander
abgestimmt sein.
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Das
Sicherheitsmodul ist jeweils vorzugsweise als eine Chipkarte ausgebildet.
Damit lässt
sich für die
meisten Anwendungsfälle
ein günstiges
Verhältnis
zwischen Herstellungskosten und Leistungsfähigkeit erzielen. Das erfindungsgemäße Gerät kann beispielsweise
als ein Mobilfunktelefon ausgebildet sein, das zusätzlich zur
ersten Antenne eine Mobilfunkantenne aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Sicherheitsmodul
für ein
elektronisches Gerät
ist als eine entnehmbare Einheit ausgebildet und weist standardisierte
Kontaktflächen
zur Ausbildung galvanischer Verbindungen mit dem Gerät sowie
eine Einrichtung zur kontaktlosen Datenübertragung über eine erste Antenne auf.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Sicherheitsmoduls besteht
dabei darin, dass die erste Antenne außerhalb des Sicherheitsmoduls
angeordnet ist und wenigstens bereichsweise mit einem Klebstoff
beschichtet ist.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die erste Antenne auf einem Träger
angeordnet, der stoffschlüssig,
insbesondere mittels eines Klebstoffs mit dem Sicherheitsmodul verbunden
ist.
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Die
erfindungsgemäße Antennenanordnung für ein entnehmbares
Sicherheitsmodul eines elektronischen Geräts weist einen Träger mit
einer ersten Antenne zur Durchführung
einer kontaktlosen Datenübertragung
auf. Gemäß einer
ersten Variante zeichnet sich die erfindungsgemäße Antennenanordnung dadurch
aus, dass der Träger
eine zweite Antenne aufweist, die mit der ersten Antenne gekoppelt
ist. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Antennenanordnung lässt sich
die Übertragungsreichweite des
Sicherheitsmoduls erhöhen.
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Bei
einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Antennenanordnung besteht
die Besonderheit darin, dass der Träger eine erste Anschlusseinrichtung
zur Ausbildung einer lösbaren
galvanischen Verbindung mit dem Gerät und eine zweite Anschlusseinrichtung
zur Ausbildung einer lösbaren
galvanischen Verbindung mit dem Sicherheitsmodul aufweist. Diese
Variante bietet zusätzlich
zur Erhöhung der Übertragungsreichweite
als weiteren Vorteil, dass eine optimale Anordnung des Sicherheitsmoduls
im Gerät
ermöglicht
wird und dadurch beispielsweise auch die Handhabung erleichtert
wird.
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Bei
der zweiten Variante können
die erste Anschlusseinrichtung und die zweite Anschlusseinrichtung
miteinander galvanisch verbunden sein. Weiterhin kann die erste
Antenne mit der ersten Anschlusseinrichtung oder mit der zweiten
Anschlusseinrichtung galvanisch verbunden sein. Auf diese Weise
kann mit relativ geringem Aufwand und ohne Eingriff in den inneren
Aufbau des Geräts
die erste Antenne an das Sicherheitsmodul angeschlossen werden.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine Antennenanordnung, die einen Träger und wenigstens eine erste
Antenne aufweist, in ein elektronisches Gerät mit einem als eine entnehmbare
Einheit ausgebildeten Sicherheitsmodul eingebaut. Dabei wird der
Träger
stoffschlüssig,
insbesondere mittels eines Klebstoffs, mit dem Sicherheitsmodul
verbunden. Auf diese Weise lässt
sich der Einbau der Antennenanordnung einfach und zuverlässig durchführen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert, bei
denen das elektronische Gerät
jeweils als ein Mobilfunktelefon ausgebildet ist.
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Es
zeigen:
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1 ein
stark vereinfachtes Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines Mobilfunktelefons,
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2 ein
Beispiel für
eine Anordnung zur induktiven Kopplung der externen Antenne mit
dem NFC-Baustein in einer schematisierten Aufsicht,
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3 die
Anordnung aus 2 im eingebauten Zustand in
perspektivischer Darstellung,
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4 ein
stark vereinfachtes Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer
weiteren Möglichkeit, eine
Verbindung zwischen der externen Antenne und dem NFC-Baustein herzustellen
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5 ein
Beispiel einer Wandlerschaltung, mit deren Hilfe die externe Antenne über eine
einzige Hochfrequenzleitung mit dem NFC-Baustein verbunden werden
kann,
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6 ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
eines Sicherheitsmoduls in einer schematisierten Aufsicht,
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des Sicherheitsmoduls in einer schematisierten Aufsicht und
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8 ein
Ausführungsbeispiel
für eine
Anordnung zum Anschließen
des erfindungsgemäßen Sicherheitsmoduls
an das Mobilfunktelefon in einer schematisierten Aufsicht.
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1 zeigt
ein stark vereinfachtes Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines Mobilfunktelefons 1.
Dargestellt sind lediglich einige wenige Komponenten des Mobilfunktelefons 1,
die im Zusammenhang mit der Erfindung von Bedeutung sind. Das Mobilfunktelefon 1 weist
ein Sicherheitsmodul 2 auf, das als eine Chipkarte im Format
ID-000 ausgebildet ist und in das Mobilfunktelefon 1 eingesteckt ist.
Das Sicherheitsmodul 2 verfügt über einen üblichen Identifikationsbaustein 3,
der beispielsweise für den
Nachweis einer Zugangsberechtigung zum Mobilfunksystem benötigt wird.
Weiterhin weist das Sicherheitsmodul 2 einen NFC-Baustein 4 zur
Durchführung
einer kontaktlosen Nahfeld-Kommunikation auf, die auch als Near
Field Communication oder kurz NFC bezeichnet wird. Die Nahfeld-Kommunikation kann
unabhängig
von der Kommunikation über das
Mobilfunknetz durchgeführt
werden und nutzt das Mobilfunknetz nicht als Übertragungssystem. Ein weiterer
Kommunikationspfad wird dem NFC-Baustein 4 durch eine USB-Schnittstelle 5 eröffnet, die eine
sehr hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Ferner kann der NFC-Baustein 4 auch mit dem Identifikationsbaustein 3 verbunden
sein oder zusammen mit diesem in einem integrierten Schaltkreis
realisiert sein.
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Zur
Ausbildung diverser galvanischer Verbindungen mit dem Mobilfunktelefon 1 verfügt das Sicherheitsmodul 2 über acht
Kontaktflächen 6.
Fünf dieser
Kontaktflächen 6 sind
gemäß ISO/IEC-7816 für den Anschluss
des Identifikationsbausteins 3 an einen Kartenleser 7 des
Mobilfunktelefons 1 reserviert. Dabei ist eine Kontaktfläche 6 zum
Anlegen einer Versorgungsspannung VCC vorgesehen. Weitere Kontaktflächen 6 dienen
als Masseanschluss GND oder sind zum Anlegen eines Taktsignals CLK,
für die Datenübertragung
I/O oder zur Übermittlung
eines Reset-Signals RST vorgesehen. Zwei der drei verbleibenden
Kontaktflächen 6 sind
mit der USB-Schnittstelle 5 des NFC-Bausteins 4 verbunden.
Die Art der Weiterführung
dieser Verbindungen seitens des Mobilfunktelefons 1 ist
für die
Erfindung nicht von Bedeutung und in 1 daher
nicht dargestellt. Die letzte Kontaktfläche 6 ist bei dem
in 1 dargestellten Beispiel nicht belegt. Diese Kontaktfläche 6 kann
beispielsweise für
eine synchrone Datenübertragung
vorgesehen werden und ist somit je nach Anwendungsfall potentiell
ebenfalls belegt.
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Für den Betrieb
des NFC-Bausteins 4 ist eine erfindungsgemäß außerhalb
des Sicherheitsmoduls 2 angeordnete externe Antenne 8 vorgesehen.
Bei der externen Antenne 8 handelt es sich nicht um eine Mobilfunkantenne, über die
das Mobilfunktelefon 1 mit dem Mobilfunknetz kommuniziert,
sondern um eine eigens für
die Nahfeld-Kommunikation vorgesehene Komponente. Über die
externe Antenne 8 sendet und empfängt der NFC-Baustein 4 Daten.
Hierzu ist eine Verbindung zwischen dem NFC-Baustein 4 und
der externen Antenne 8 erforderlich. Die externe Antenne 8 ist
als eine Spule ausgeführt
und verfügt über zwei
Spulenenden, die mit dem NFC-Baustein 4 zu verbinden sind.
Die beiden benötigten
Verbindungen sind in 1 symbolisch durch zwei gestrichelte Linien
dargestellt. Dabei ist zunächst
offen gelassen, wie die Verbindungen tatsächlich ausgebildet sind. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
steht hierfür lediglich
eine freie Kontaktfläche 6 zur
Verfügung. Ebenso
kann es auch vorkommen, dass alle Kontaktflächen 6 belegt sind.
Anhand der 2 bis 8 wird im
Folgenden näher
erläutert,
wie trotz des Mangels an freien Kontaktflächen 6 eine Verbindung
zur externen Antenne 8 ausgebildet werden kann.
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2 zeigt
ein Beispiel für
eine Anordnung zur induktiven Kopplung der externen Antenne 8 mit dem
NFC-Baustein 4 in einer schematisierten Aufsicht. Die externe
Antenne 8 ist auf einem bahnförmigen, flexiblen Träger 9 angeordnet.
Weiterhin ist auf dem Träger 9 eine
Hilfsantenne 10 angeordnet, die wesentlich kleiner als
die externe Antenne 8 ist und über Verbindungsleitungen 11 mit
der externen Antenne 8 galvanisch verbunden ist. Die Hilfsantenne 10 dient
dazu, die externe Antenne 8 induktiv an den NFC-Baustein 4 anzukoppeln.
Dies wird im Einzelnen anhand von 3 erläutert.
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3 zeigt
die Anordnung aus 2 im eingebauten Zustand in
perspektivischer Darstellung. Im Gegensatz zu 2 ist
der Träger 9 nicht
eben ausgebreitet, sondern um eine Batterie 12 des Mobilfunktelefons 1 herumgelegt.
Dies ermöglicht
den nachträglichen
Einbau des Trägers 9 in
ein figürlich nicht
dargestelltes Batteriefach des Mobilfunktelefons 1. Dabei
ist es für
einen störungsfreien
Betrieb des NFC-Bausteins 4 wichtig, dass die Hilfsantenne 10,
die sich in der Darstellung der 3 auf der
Unterseite des Trägers 9 befindet
und daher nicht sichtbar ist, in unmittelbarer Nachbarschaft zum
Sicherheitsmodul 2 angeordnet wird, da die mit der Hilfsantenne 10 erzielbare
Reichweite sehr gering ist. Das Sicherheitsmodul 2 weist
eine Modulantenne 13 auf, deren Abmessungen mit den Abmessungen
der Hilfsantenne 10 weitgehend identisch sind und die weitgehend
mit der Hilfsantenne 10 überlappt, so dass sich eine
gute Kopplung zwischen der Hilfsantenne 10 und der Modulantenne 13 einstellt.
Selbstverständlich
ist es auch denkbar, die Batterie 12 unmittelbar mit Antennen 8 und 10 zu
versehen, so dass kein Träger 9 mehr
erforderlich ist.
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Beim
Einsatz der in den 2 und 3 dargestellten
Anordnung wird keine der Kontaktflächen 6 für die Herstellung
einer Verbindung zwischen der externen Antenne 8 und dem
NFC-Baustein 4 benötigt,
da die externe An tenne 8 über die induktive Kopplung
der Hilfsantenne 10 und der Modulantenne 13 mit
dem NFC-Baustein 4 verbunden ist. Um diese Verbindung zuverlässig aufrecht
zu erhalten, ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
wenigstens eine Seite des Trägers 9 wenigstens
teilweise mit einem Klebstoff zu beschichten so dass der Träger 9 in
das Mobilfunktelefon 1 eingeklebt und dadurch mechanisch
fixiert werden kann.
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Die
in den 2 und 3 dargestellte Anordnung kann
auch in Zusammenhang mit einem anders als in 1 ausgebildeten
Sicherheitsmodul 2 eingesetzt werden. Beispielsweise kann
der NFC-Baustein 4 durch ein beliebiges kontaktloses Lesegerät ersetzt
werden. Ebenso kann auch ein Dual-Interface-Chip vorhanden sein, der sowohl für eine kontaktbehaftete
als auch für
eine kontaktlose Datenübertragung
vorgesehen ist und in den der Identifikationsbaustein 3 integriert
ist. Dies gilt jeweils auch für die
im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Bei
einer Abwandlung des in den 2 und 3 dargestellten
Beispiels wird die Hilfsantenne 10 auf einer Leiterplatte
des Mobilfunktelefons 1 angeordnet. Insbesondere wird hierfür eine Fläche unmittelbar
unter einem Sockel, der eine Kontaktiereinrichtung des Kartenlesers 7 darstellt
und in den das Sicherheitsmodul 2 eingesteckt ist, ausgewählt, da dort
ohnehin keine anderen Bauteile angeordnet werden können. Außerdem ist
durch die unmittelbare Nähe
zum Sicherheitsmodul 2 eine sehr gute Kopplung zwischen
der Hilfsantenne 10 und der auf dem Sicherheitsmodul 2 angeordneten
Modulantenne 13 vorhanden. Die externe Antenne 8 wird
möglichst großflächig in
das Gehäuse
des Mobilfunktelefons 1 integriert. Dies ist z. B. in Form
einer eingegossenen Drahtspule oder einer auf der Gehäuseinnenwand mittels
leitfähiger
Farbe aufgedruckten Leiterbahn möglich.
Analog zum Ausführungsbeispiel
der 2 und 3 wird eine galvanische Verbindung
zwischen der externen Antenne 8 und der Hilfsantenne 10 hergestellt,
so dass die externe Antenne 8 wiederum über die Hilfsantenne 10 und
die Modulantenne 13 mit dem NFC-Baustein 4 des
Sicherheitsmoduls 2 verbunden ist.
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4 zeigt
ein stark vereinfachtes Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer
weiteren Möglichkeit,
eine Verbindung zwischen der externen Antenne 8 und dem
NFC-Baustein 4 herzustellen. In diesem Fall wird die Verbindung
nicht über
die Hilfsantenne 10 und die Modulantenne 13 hergestellt,
so dass neben der externen Antenne 8 keine weiteren Antennen
vorgesehen sind. Das Grundprinzip des dargestellten Ausführungsbeispiels
besteht darin, dieselbe Kontaktfläche 6 für die Übertragung
mehrerer Signale zu nutzen. Hierzu sind beim Sicherheitsmodul 2 eine
erste Frequenzweiche 14 und beim Mobilfunktelefon 1 eine
zweite Frequenzweiche 15 vorgesehen, die über eine
der Kontaktflächen 6 miteinander
verbunden sind. Die erste Frequenzweiche 14 ist weiterhin
mit dem NFC-Baustein 4 und mit dem Identifikationsbaustein 3 verbunden.
An die zweite Frequenzweiche 15 sind der Kartenleser 7 und
ein Anschluss der externen Antenne 8 angeschlossen. Bei
der dargestellten asymmetrischen Anschaltung der externen Antenne 8 ist
ein zweiter Anschluss der externen Antenne 8 ohne Zwischenschaltung
einer zweiten Frequenzweiche 15 mit Masse und dadurch mit
der Kontaktfläche 6 verbunden,
die als Masseanschluss (GND) dient. Bei einer symmetrischen Anschaltung
der externen Antenne 8 kann der zweite Anschluss der externen
Antenne 8 über
erine freie Kontaktfläche 6 mit
dem NFC-Baustein 4 verbunden werden. Falls keine freie
Kontaktfläche 6 vorhanden ist,
können
je eine weitere erste Frequenzweiche 14 und eine weitere
zweite Frequenzweiche 15 vorgesehen werden.
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Im
Einzelnen ergibt sich für
das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel folgendes Funktionsschema:
Für eine Signalübermittlung
vom Sicherheitsmodul 2 zur externen Antenne 8 führt die
erste Frequenzweiche 14 ein vom Identifikationsbaustein 3 und
ein vom NFC-Baustein 4 empfangenes Signal zusammen, so dass
beide Signale über
dieselbe Kontaktfläche 6 an die
zweite Frequenzweiche 15 weitergeleitet werden können. Dabei
hängt es
von der gewählten
Kontaktfläche 6 ab,
ob der Identifikationsbaustein 3 tatsächlich ein Signal beisteuert.
Da der NFC-Baustein 4 mit Signalen im Bereich von 13,56
MHz und der Identifikationsbaustein 3 mit Signalen von
Gleichspannung bis etwas über
1 MHz arbeiten, weisen die, beiden zusammengeführten Signale unterschiedliche
Frequenzen auf. Die zweite Frequenzweiche 15 trennt die
beiden Signale auf Basis ihrer unterschiedlichen Frequenzen auf
und leitet sie getrennt an die externe Antenne 8 bzw. an
den Kartenleser 7 weiter. Umgekehrt führt die zweite Frequenzweiche 15 für eine Signalübermittlung
von der externen Antenne 8 zum NFC-Baustein 4 ein
von der externen Antenne 8 und ein vom Kartenleser 7 empfangenes
Signal zusammen und übermittelt
die beiden zusammengeführten Signale über dieselbe
Kontaktfläche 6 zur
ersten Frequenzweiche 14. Die erste Frequenzweiche 14 trennt die
beiden Signale auf Basis ihrer Frequenz auf und leitet sie dem NFC-Baustein 4 bzw.
dem Identifikationsbaustein 3 zu. Um die erste Frequenzweiche 14 und
die zweite Frequenzweiche 15 möglichst einfach ausbilden zu
können,
wird die Signalübertragung
vorzugsweise über
die Kontaktfläche 6 abgewickelt,
an der die Versorgungsspannung VCC des Sicherheitsmoduls 2 anliegt.
Bei der Versorgungsspannung VCC handelt es sich um ein Gleichspannungssignal, dass
mit sehr geringem Aufwand mit dem Hochfrequenzsignal der externen
Antenne 8 zusammengeführt
und von diesem wieder getrennt werden kann. Prinzipiell können die
erste Frequenzweiche 14 und die zweite Frequenzweiche 15 auch
an eine andere Kontaktfläche 6 angeschlossen
werden, wobei sich der Filteraufwand allerdings deutlich erhöhen kann. Dabei
kommen sowohl die Kontaktflächen 6 in
Frage, die mit dem Identifikationsbaustein 3 verbunden
sind als auch die von der USB-Schnittstelle 5 des NFC-Bausteins 4 verwendeten
Kontaktflächen 6.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Wandlerschaltung 16, mit deren Hilfe die externe
Antenne 8 über
eine einzige Hochfrequenzleitung mit dem NFC-Baustein 4 verbunden
werden kann. Wie aus 5 ersichtlich, kann die Wandlerschaltung 16 an
die zweite Frequenzweiche 15 angeschlossen werden, so dass
für die
Verbindung der externen Antenne 8 mit dem NFC-Baustein 4 keine
freie Kontaktfläche 6 erforderlich
ist. Für
den Anschluss der zweiten Frequenzweiche 15 ist ein asymmetrischer Ein-/Ausgang 17 der
Wandlerschaltung 16 mit einer Impedanz von z.B. 75 Ohm
vorgesehen. Die zweite Frequenzweiche 15 wird entsprechend 4 mit dem
Kartenleser 7 und der ausgewählten Kontaktfläche 6 verbunden.
Wegen des asymmetrischen Antennensignals ist zudem ein Masseanschluss
der zweiten Frequenzweiche 15 erforderlich. An zwei symmetrische
Ein-/Ausgänge 18 der
Wandlerschaltung 16, die eine Impedanz von z.B. 300 Ohm
aufweisen, sind die beiden Enden der als Spule ausgebildeten externen
Antenne 8 angeschlossen. In analoger Weise kann der symmetrisch
gespeiste NFC-Baustein 4 über eine weitere Wandlerschaltung 16 an
die erste Frequenzweiche 14 angeschlossen werden, d. h.
der NFC-Baustein 4 kann mit den symmetrischen Ein-/Ausgängen 18 und
die erste Frequenzweiche 14 mit dem asymmetrischen Ein-/Ausgang 17 der
weiteren Wandlerschaltung 16 verbunden werden. Der interne
Aufbau der Wandlerschaltung 16 ist für sich bekannt („BALUN", balanced-unbalanced)
und kann beispielsweise mehrere Induktivitäten 19 umfassen, die
in der in 5 dargestellten Weise miteinander verschaltet
sind.
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Alternativ
zu dem in 5 dargestellten Beispiel kann
der asymmetrische Ein-/Ausgang 17 der Wandlerschaltung 16 auch
direkt mit einer freien Kontaktfläche 6 verbunden werden.
Folglich kann durch den Einsatz zweier Wandlerschaltungen 16 auf die
beiden Frequenzweichen 14 und 15 verzichtet werden,
wenn eine freie Kontaktfläche 6 verfügbar ist.
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Um
Funktionsstörungen
oder Beschädigungen
der externen Antenne 8 zu vermeiden, die bei einer lose
in das Mobilfunktelefon 1 eingelegten externen Antenne 8 möglicherweise
auftreten können,
besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, die externe Antenne 8 im
Mobilfunktelefon 1 zu fixieren. Wie im Folgenden näher erläutert wird,
kann dies beispielsweise mittels Verkleben mit dem Sicherheitsmodul 2 oder
durch Einstecken in den Kartenleser 7 des Mobilfunktelefons 1 erfolgen.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Sicherheitsmoduls 2 in einer schematisierten Aufsicht. Dargestellt
ist die zu den Kontaktflächen 6 entgegengesetzte
Seite des Sicherheitsmoduls 2, die im Folgenden als Rückseite
bezeichnet wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Sicherheitsmodul 2 keine
Modulantenne 13 auf.
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Auf
der Rückseite
des Sicherheitsmoduls 2 ist eine Kleberschicht 20 vollflächig aufgebracht
und durch eine Abdeckfolie 21, die in einer Ecke abgehoben
dargestellt ist, abgedeckt. Das Sicherheitsmodul 2 weist
inklusive Kleberschicht 20 und Abdeckfolie 21 eine
Dicke auf, die mit der Norm GSM 11.11 kompatibel ist und somit maximal
840 μm beträgt. Es ist
daher problemlos möglich,
das Sicherheitsmodul 2 inklusive Kleberschicht 20 und
Abdeckfolie 21 in den Kartenleser 7 einzustecken.
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Zum
Einbau der in 2 dargestellten Anordnung in
das Mobilfunktelefon 1 wird das Sicherheitsmodul 2 aus
dem Kartenleser 7 entnommen und die Abdeckfolie 21 auf
der Rückseite
des Sicherheitsmoduls 2 abgezogen. Anschließend wird
der Träger 9 im
Bereich der Hilfsantenne 10 auf die Kleberschicht 20 aufgesetzt
und dadurch mit dem Sicherheitsmodul 2 verklebt. Da die
Dicke des Trägers 9 wenigstens
näherungsweise
der Dicke der Abdeckfolie 21 entspricht, bleibt die Dicke
des Sicherheitsmoduls 2 beim Austausch der Abdeckfolie 21 gegen
den Träger 9 im
wesentlichen unverändert.
Das Sicherheitsmodul 2 kann somit nach dem Aufkleben des Trägers 9 wieder
in den Kartenleser 7 eingesteckt werden. Dabei wird der
Träger 9 mit
der externen Antenne 8 so im Mobilfunktelefon 1 angeordnet,
dass unter Berücksichtigung
der bestehenden Platzverhältnisse
eine möglichst
hohe Übertragungsreichweite
erzielt wird. Die auf dem Träger 9 angeordnete Hilfsantenne 10 befindet
sich dann im Bereich des Kartenlesers 7 und kann für die Kommunikation
des Sicherheitsmoduls 2 über die externe Antenne 8 mit einer
unter dem Kartenleser 7 angeordneten korrespondierenden
Antenne gekoppelt werden. Diese Antenne ist über den Kartenleser 7 mit
dem Sicherheitsmodul 2 verbunden.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Sicherheitsmoduls 2 in einer schematisierten Aufsicht.
Im Gegensatz zu dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist das Sicherheitsmodul 2 gemäß 7 eine Modulantenne 13 auf.
Im Übrigen
ist das Sicherheitsmodul 2 entsprechend 7 ausgebildet,
d. h. es weist auf seiner Rückseite
die Kleberschicht 20 und die Abdeckfolie 21 auf.
Der Einbau der in 2 dargestellten Anordnung in
das Mobilfunktelefon 1 läuft in analoger Weise ab, wie
bereits anhand von 6 beschrieben. Nach dem Einbau
befinden sich die Modulantenne 13 und die auf dem Träger 9 angeordnete
Hilfsantenne 10 in unmittelbarer Nähe zuein ander und ermöglichen
eine Kommunikation des Sicherheitsmoduls 2 über die
externe Antenne 8.
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für eine Anordnung
zum Anschließen
des Sicherheitsmoduls 2 an das Mobilfunktelefon 1 in
einer schematisierten Aufsicht. Auf einem Träger 22, der ähnlich wie
der in 2 dargestellte Träger 9 ausgebildet
ist, sind ein Geräteanschluss 23 und
ein Modulanschluss 24 angeordnet. Der Geräteanschluss 23 und
der Modulanschluss 24 sind über die Verbindungsleitungen 25 galvanisch
miteinander verbunden. Falls mehrere Sicherheitsmodule 2 am
Mobilfunktelefon 1 angeschlossen werden sollen, können dementsprechend mehrere
Modulanschlüsse 24 vorgesehen
werden. Der Geräteanschluss 23 ist
den Kontaktflächen 6 des Sicherheitsmoduls 2 nachgebildet
und kann mit dem Kartenleser 7 des Mobilfunktelefons 1 galvanisch verbunden
werden. Der Modulanschluss 24 kann entsprechend dem Kartenleser 7 des
Mobilfunktelefons 1 die Anschlussflächen 6 des Sicherheitsmoduls 2 berührend kontaktieren.
Auf dem Träger 22 ist
weiterhin die externe Antenne 8 angeordnet und galvanisch
mit dem Modulanschluss 24 verbunden. Diese galvanische
Verbindung ist so ausgebildet, dass die externe Antenne 8 beim
Einstecken des Sicherheitsmoduls 2 in den Modulanschluss 24 an
die dafür
vorgesehenen Kontaktflächen 6 des
Sicherheitsmoduls 2 angeschlossen wird.
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Die
in 8 dargestellte Anordnung kann im Zusammenhang
mit Sicherheitsmodulen 2 eingesetzt werden, deren Antennenanschlüsse über die Kontaktflächen 6 nach
außen
geführt
sind und die nicht über
eine Modulantenne 13 verfügen. Falls die mit den Antennenanschlüssen verbundenen
Kontaktflächen 6 noch
anderweitig genutzt werden sollen, kann in entsprechender Weise
vorgegangen werden, wie anhand der 4 und 5 beschrieben.