DE102010052399B4

DE102010052399B4 - Portabler Datenträger mit Kontaktelement

Info

Publication number: DE102010052399B4
Application number: DE102010052399.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Baldischweiler; Klaus Finkenzeller; Dr. Wallner Sebastian; Dr. Luyken Johannes
Original assignee: Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Current assignee: GIESECKE+DEVRIENT MOBILE SECURITY GERMANY GMBH, DE
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: DE102010052399A1

Abstract

Portabler Datenträger umfassend einen Antennenschwingkreis mit einer kapazitiven Baugruppe (C) und einer induktiven Baugruppe (L), wobei die induktive Baugruppe (L) eine Antennenspule umfasst und die kapazitive Baugruppe (C) eine Vielzahl von parallel geschalteten Kondensatoren (C_a, C_b, C_e, C_d), wobei zumindest einer der parallel geschalteten Kondensatoren (C_a, C_b, C_c, C_d) als aktivierbarer Kondensator ausgebildet ist, und wobei ein Kondensator als aktivierbarer Kondensator bezeichnet wird, wenn in dessen elektrischer Zuleitung ein Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) vorgesehen ist, das mit zwei Kontaktflächen (3) ausgebildet ist, wobei der zumindest eine aktivierbare Kondensator aktiviert wird, indem das entsprechende Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) elektrisch überbrückt wird und somit die elektrische Zuleitung zu dem aktivierbaren Kondensator geschlossen wird, und wobei der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe (C) durch Aktivieren des mindestens einen aktivierbaren Kondensators veränderbar ist, wobei die Kontaktflächen (3) derart auf einer Oberfläche des Datenträgers angeordnet sind, dass mit Hilfe eines ebenen, flachen Kontaktelementes (4) eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen (3) hergestellt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen portablen Datenträger mit einem abgleichbaren Antennenschwingkreis, ein System umfassend einen solchen Datenträger und ein Kontaktelement zum Aufbringen auf den Datenträger sowie ein Verfahren zum Abgleich einer Resonanzfrequenz eines Antennenschwingkreises eines portablen Datenträgers.
Es ist bekannt, in portablen Datenträgern, wie Chipkarten, SIM-Karten oder Datenspeicherkarten, neben einer kontaktbehafteten Schnittstelle eine weitere, kontaktlose Schnittstelle vorzusehen. Die kontaktlose Schnittstelle umfasst dabei einen Antennenschwingkreis mit einer Antennenspule, wie beispielsweise einer Luftspule. Ein solcher portabler Datenträger ist beispielsweise für den Einsatz in RFID (Radio Frequency Identification)-Systemen eingerichtet und kann dann als RFID-Transponder eingesetzt werden. Dabei kann der Antennenschwingkreis nicht nur zur Datenübertragung sondern auch zur Energieversorgung des RFID-Transponders dienen, indem dem Feld eines externen Lesegeräts die zum Betrieb des RFID-Transponders nötige Energie entnommen wird. Solche RFID-Systeme sind beispielsweise in dem „RFID-Handbuch“, Kapitel 3, 4. Auflage, Hansa-Verlag, von Klaus Finkenzeller beschrieben.
Zur einfachen und schnellen kontaktlosen Kommunikation zwischen zwei Geräten wurde weiterhin eine induktive Übertragungstechnik entwickelt, die als Nahfeldkommunikation (NFC, Near Field Communication) bekannt ist. Diese Technik wird beispielsweise in Mobilfunkgeräten oder PDAs (Personal Digital Assistant) integriert, um eine Kommunikation zwischen solchen Geräten oder zwischen einem Computer und einem solchen Gerät zu ermöglichen. Die Kopplung der miteinander kommunizierenden Geräte findet dabei über Antennenspulen statt, wobei die Trägerfrequenz ähnlich wie in RFID-Systemen 13,56 MHz betragen kann. Die Übertragungsreichweite in solchen NFC-Systemen beträgt typischerweise 10 bis 20 cm.
Solche NFC-Kommunikationseinheiten mit Antennenspule können auch auf portablen Datenträgern vorgesehen werden, welche zum Einsetzen in Endgeräte, wie Mobilfunkgeräte oder PDAs, vorgesehen sind. Dadurch können Geräte ohne eigene NFC-Kommunikationseinheiten, mit einer NFC-Kommunikationsfunktionalität ausgestattet werden. Ebenso kann auf dem in ein Endgerät einzusetzenden portablen Datenträger eine RFID-Kommunikationseinheit vorgesehen werden, wodurch ein Endgerät ohne eigene RFID-Schnittstelle als RFID-Transponder verwendet werden kann.
Bei solchen portablen Datenträgern mit Antennenspule tritt das Problem auf, dass durch das Einsetzen des portablen Datenträgers, beispielsweise in Form einer Chipkarte, einer SIM-Karte oder einer Datenspeicherkarte, in ein Endgerät, bedingt durch Bauteile des Endgeräts mit abschirmender Wirkung, wie Metallflächen, welche sich beispielsweise in der Nähe des eingesetzten portablen Datenträgers befinden, eine Verstimmung der Antenne, das heißt der Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises auftreten kann. Der Grund hierfür liegt darin, dass beispielsweise in einer Metallfläche Wirbelstürme induziert werden, wodurch sich der Induktivitätswert des Antennenschwingkreises effektiv verringert und die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises somit zu einer höheren Frequenz hin verschoben wird. Neben solchen Metallflächen können auch weitere Quellen eine Verstimmung des Antennenschwingkreises verursachen, beispielsweise anderweitige metallische Bauteile, metallische Leiter, Leiterbahnen auf einer Leiterplatine des portablen Datenträgers, die Toleranz von Widerständen, Verstärkern sowie Toleranzen innerhalb der kapazitiven Baugruppe des Antennenschwingkreises. Je größer die Verstimmung der Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises gegenüber der Trägerfrequenz des Kommunikationsfeldes ist, um so schlechter wird die Übertragungsqualität, und um so geringer der maximale Kommunikationsabstand zwischen den Endgeräten.
Um eine solche Verstimmung des Antennenschwingkreises abzugleichen und somit zu korrigieren, ist es bekannt, auf portablen Datenträgern Ferritfolien anzubringen, die die in den Metallflächen erzeugten Wirbelströme abschirmen. Jedoch verändern solche Ferritfolien selbst die Induktivität der Antennenspule und somit wiederum die Resonanzfrequenz und die Güte des Antennenschwingkreises.
Aus der EP 2 141 637 A1 ist ein Verfahren zum automatischen Abgleich der Resonanzfrequenz eines solchen Antennenschwingkreises bekannt. Dabei wird eine Antennenspule mit einer Vielzahl von Spulenwindungen und mehreren Spulenabgriffen verwendet. Mit Hilfe eines Schalters wird ein geeigneter Spulenabgriff ausgewählt und somit die Wicklungszahl und der Induktivitätswert der Antennenspule verändert, um eine gegebenenfalls aufgetretene Verstimmung des Antennenschwingkreises zu korrigieren. Der optimale Spulenabgriff wird mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens automatisch ausgewählt. Unbefriedigend bei dem beschriebenen Verfahren ist die Notwendigkeit einer aufwendigen Steuereinrichtung zur automatisierten Auswahl des geeigneten Spulenabgriffs. Weiterhin setzt das beschriebene Verfahren die Verwendung einer Antennenspule mit mehreren Abgriffen voraus, was den baulichen Aufwand und die Herstellungskosten des portablen Datenträgers erhöht.
Die DE 69716 310 T2 zeigt eine ein Chipschaltkreismodul bildende Karte. Eine gewünschte Resonanzfrequenz wird durch wahlweises Trennen einer Zwischenverbindung einer Mehrzahl von Kondensatoren, die im Voraus in Chipschaltkreisen vorgesehen sind, erzielt.
Die DE 196 21 076 A1 beschreibt einen LC-Schwingkreis, welchem eine Impedanz nur phasenweise zugeschaltet wird, um die Resonanzfrequenz des Schwingkreises an die Erregerfrequenz anzupassen.
Die EP 0 788 633 B1 zeigt ein System zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung. Durch Bereitstellen von zusätzlich zuschaltbaren Kapazitäten des Schwingkreises im Primär- oder Sekundärkreis wird die Resonanzfrequenz abgeglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen portablen Datenträger mit einem Antennenschwingkreis anzugeben, bei dem verschiedene umgebungsbedingte Verstimmungen der Resonanzfrequenz auf einfache Art und Weise nach Herstellung des Datenträgers abgeglichen werden können, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Abgleich der Resonanzfrequenz anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen portablen Datenträger, ein System sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine bestimmte Verstimmung, beispielsweise für den Fall, dass ein portabler Datenträger mit einem Antennenschwingkreis in ein Endgerät eingesetzt wird, überwiegend von dem Endgerät selbst abhängt und der Betrag der Verstimmung nach dem Einsetzen in das Endgerät im Wesentlichen konstant ist.
Es hat sich deshalb als ausreichend herausgestellt, eine endgerätespezifische Korrektur der Resonanzfrequenz vorzunehmen. Der automatisierte Abgleich der Resonanzfrequenz kann somit vereinfacht werden.
Weiterhin kann anstelle des Induktivitätswerts der Antennenspule der Kapazitätswert einer kapazitiven Baugruppe des Antennenschwingkreises verändert werden, um die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises zu verändern und somit eine Verstimmung abzugleichen, das heißt zu korrigieren.
Der erfindungsgemäße portable Datenträger umfasst entsprechend einen Antennenschwingkreis mit einer kapazitiven und einer induktiven Baugruppe, wobei die induktive Baugruppe eine Antennenspule umfasst. Die kapazitive Baugruppe umfasst eine elektrische Leitung und ein Kontaktfeld mit zwei voneinander beabstandeten Kontaktflächen, das ein Trennen und Schließen der elektrischen Leitung ermöglicht, indem die Kontaktfelder beispielsweise elektrisch überbrückt werden oder eine solche Überbrückung entfernt wird. Das Trennen kann reversibel oder auch irreversibel erfolgen. Die elektrische Leitung ist somit durch das Kontaktfeld unterbrochen, wobei das Kontaktfeld eine Überbrückung der beiden Kontaktflächen und somit ein Schließen der elektrischen Leitung gestattet. Dabei ist die kapazitive Baugruppe derart aufgebaut, dass deren Kapazitätswert durch Trennen und/oder durch Schließen dieser elektrischen Leitung verändert wird.
Die Antennenspule der induktiven Baugruppe ist zur Daten- und gegebenenfalls auch zur Energieübertragung zu und von einem äußeren magnetischen oder elektromagnetischen Feld eingerichtet. Sie kann als herkömmliche Antennenspule mit zwei endseitigen Spulenabgriffen ausgebildet sein.
Auf eine aufwändige Antennenspule mit mehreren Spulenanzapfungen kann daher verzichtet werden.
Die beiden Kontaktflächen des Kontaktfeldes sind auf einer Oberfläche des Datenträgers angeordnet, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen mit Hilfe eines auf die Oberfläche des Datenträgers aufgebrachten Kontaktelementes hergestellt und somit geschlossen werden kann. Dazu sind die beiden Kontaktflächen des Kontaktfeldes vorzugsweise auf der gleichen Oberfläche des portablen Datenträgers angeordnet, das heißt sie liegen vorzugsweise in einer Ebene. Diese Oberfläche kann beispielsweise die L-Seite einer Leiterplatine des portablen Datenträgers sein, so dass die Kontaktflächen wie die Leiterbahnen der Leiterplatine als metallische Bereiche ausgebildet sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn die beiden Kontaktflächen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, wodurch das die elektrische Leitung schließende Kontaktelement entsprechend klein ausgebildet sein kann. Alternativ zur Oberfläche können die Kontaktflächen auch an den Seiten einer Leiterplatine angeordnet werden.
Dabei ist das Kontaktelement vorzugsweise als flaches, ebenes Element, beispielsweise als Etikett oder Aufkleber, ausgebildet, welches auf der Oberfläche des Datenträgers idealerweise keine oder zumindest eine nur minimale, nicht relevante Erhöhung der Oberfläche verursacht, beispielsweise weniger als 100 µm, so dass der portable Datenträger auch bei aufgebrachtem Kontaktelement wie ein gewöhnlicher Datenträger verwendet werden kann, beispielsweise in ein Endgerät eingesetzt oder eingesteckt werden kann. Dabei ist die Oberfläche des Kontaktelementes bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen des Kontaktfeldes geschlossen werden kann. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen des Kontaktfeldes kann somit durch Aufbringen des Kontaktelementes geschlossen werden und durch Abnehmen des Kontaktelementes getrennt werden. Insofern ist ein reversibles Trennen und Schließen der elektrischen Leitung möglich.
Vorzugsweise ist das Kontaktelement dabei als an seiner Unterseite zumindest teilweise leitfähiges, selbstklebendes Etikett, beispielsweise als Aufkleber, ausgebildet, welches zum Schließen der elektrischen Leitung auf den portablen Datenträger aufgebracht und zum Trennen der elektrischen Leitung von dem Datenträger abgezogen werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kontaktelementes umfasst dieses eine Ferritfolie, welche vollflächig oder bereichsweise auf der Oberfläche des Kontaktelementes angeordnet ist. Durch eine geeignete, beispielsweise örtlich begrenzte Laserbestrahlung der Ferritfolie kann innerhalb der Ferritfolie eine leitende Verbindung zwischen beispielsweise zwei Punkten geschaffen werden, die beim Aufbringen des Kontaktelementes oberhalb der Kontaktflächen des Kontaktfeldes zu liegen kommen. Eine solche durch Laserbestrahlung in der Ferritfolie geschaffene leitende Verbindung weist üblicherweise einen Widerstand von nur wenigen Ohm auf. Die Kontaktierung der Ferritfolie mit den Kontaktflächen des Kontaktfeldes kann wiederum durch eine Laserbestrahlung geschehen, welche gegebenenfalls mit höherer Laserintensität durchgeführt wird. Dadurch brennt sich das Ferrit der Ferritfolie auf den metallischen Kontaktflächen ein, womit ein guter elektrischer Kontakt zwischen einer gegebenen Kontaktfläche und der Ferritfolie geschaffen wird und somit eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen des Kontaktfeldes geschaffen wird. Wird das Kontaktelement mit der Ferritfolie abgezogen, wird die elektrische Verbindung zwischen beiden Kontaktflächen getrennt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des portablen Datenträgers umfasst dieser mehrere elektrische Leitungen mit jeweils einem Kontaktfeld, wobei jedes Kontaktfeld zwei Kontaktflächen aufweist. Dabei verändert sich der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe in Abhängigkeit von der Auswahl der Kontaktfelder, deren Kontaktflächen elektrisch miteinander verbunden und somit überbrückt sind. Mit anderen Worten hängt der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe von der Auswahl der überbrückten Kontaktfelder ab. Entsprechend ist ein Kontaktelement eingerichtet, eine elektrische Verbindung zwischen den ausgewählten Kontaktflächen von mehreren Kontaktfeldern zu schließen. Dies kann beispielsweise durch ein Kontaktelement in Form eines Etiketts mit einer bereichsweise elektrisch leitenden Oberfläche erreicht werden, wobei der eine oder die mehreren elektrisch leitenden Oberflächenbereiche derart gewählt sind, dass sie beim Anbringen des Kontaktelementes auf der Oberfläche des portablen Datenträgers oberhalb der beiden Kontaktflächen der jeweils zu überbrückenden Kontaktfelder zu liegen kommen. Dabei sind die verschiedenen elektrischen Oberflächenbereiche des Kontaktelementes vorzugsweise voneinander elektrisch isoliert, so dass eine elektrische Verbindung nur zwischen den beiden Kontaktflächen eines gegebenen Kontaktfeldes geschaffen wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des portablen Datenträgers sind die beiden Kontaktflächen eines Kontaktfeldes durch einen zum Trennen vorgesehenen elektrischen Leitungsabschnitt miteinander elektrisch verbunden. Die zu dem Kontaktfeld gehörige elektrische Leitung ist somit geschlossen und das entsprechende Kontaktfeld auch ohne Aufbringung eines Kontaktelementes überbrückt. Somit kann eine Voreinstellung des Kapazitätswertes der kapazitiven Baugruppe vorgenommen werden, welche beispielsweise den Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe unmittelbar nach Herstellung des portablen Datenträgers vorgibt.
Um die durch den Leitungsabschnitt hergestellte Überbrückung zwischen den Kontaktflächen des Kontaktfeldes aufzuheben, ist der elektrische Leitungsabschnitt zwischen den Kontaktflächen zum Trennen vorgesehen und dazu beispielsweise auf der Oberfläche des Datenträgers oder nahe der Oberfläche des Datenträgers, etwa unterhalb einer Oberflächenschicht oder einer Schutzschicht des portablen Datenträgers, angeordnet. Entsprechend ist der Leitungsabschnitt leicht zugänglich und kann leicht durchtrennt werden, was mit Hilfe eines Messers oder eines Lasers geschehen kann. Der zum Trennen vorgesehene Leitungsabschnitt zwischen den Kontaktflächen des Kontaktfeldes kann auch nach Art einer Sicherung (E-Fuse) aufgebaut sein und dazu entlang seiner gesamten Länge oder abschnittsweise einen geeignet kleinen Querschnitt aufweisen, so dass der elektrische Leitungsabschnitt durch Anlegen eines ausreichend hohen elektrischen Stroms zwischen den Kontaktflächen durchgebrannt und somit getrennt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung teilen sich mehrere Kontaktfelder eine der beiden Kontaktflächen. Das heißt eine Kontaktfläche wird als gemeinsame Kontaktfläche für mehrere oder alle Kontaktfelder genutzt. Somit ist eine platzsparende Anordnung der Kontaktfelder auf der Oberfläche des portablen Datenträgers möglich und die Anzahl der Kontaktflächen reduziert sich, womit der bauliche Aufwand bei der Herstellung des portablen Datenträgers sinkt. Die gemeinsame Kontaktfläche wird vorzugsweise an zentraler Stelle auf der Oberfläche angeordnet.
Erfindungsgemäß kann der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe durch Trennen und Schließen von elektrischen Leitungen verändert werden. Dies kann durch eine elektrisch steuerbare Kapazität, wie beispielsweise eine Kapazitätsdiode (auch als Varaktor oder Kapazitätsdiode bezeichnet) erreicht werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die kapazitive Baugruppe des portablen Datenträgers jedoch eine Vielzahl von parallel geschalteten Kondensatoren, wobei einer oder mehrere der parallel geschalteten Kondensatoren als aktivierbare Kondensatoren ausgestaltet sind, indem der eine oder die mehreren aktivierbaren Kondensatoren jeweils über eine elektrische Leitung angeschlossen sind, die jeweils ein Kontaktfeld umfasst. Beispielsweise umfasst die kapazitive Baugruppe einen fest verdrahteten Kondensator, welcher eine Standard-Resonanzfrequenz des Schwingkreises vorgibt und beispielsweise die Größenordnung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt. Neben diesem fest verdrahteten Kondensator können in der kapazitiven Baugruppe weitere Kondensatoren vorgesehen sein, in deren Zuleitungen jeweils ein Kontaktfeld mit zwei Kontaktflächen vorgesehen ist, so dass diese Kapazitäten nur bei geschlossener elektrischer Leitung, das heißt bei überbrücktem Kontaktfeld, zum Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe beitragen. Ist ein gegebenes Kontaktfeld dagegen nicht überbrückt und die elektrische Leitung zu dem entsprechenden Kondensator nicht geschlossen, so ist dieser Kondensator nicht aktiviert und trägt zum Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe nicht bei. Mit einem solchen Aufbau kann somit der Kapazitätswert des Antennenschwingkreises geeignet verändert werden und entsprechend eine verstimmte Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises abgeglichen, das heißt korrigiert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass nach Herstellung des portablen Datenträgers zunächst alle aktivierbaren Kondensatoren deaktiviert sind, und somit die Kontaktfelder der aktivierbaren Kondensatoren nicht überbrückt sind. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass einige oder alle aktivierbaren Kondensatoren nach der Herstellung des portablen Datenträgers aktiviert sind, indem beispielsweise zwischen den Kontaktflächen der Kontaktfelder der zu aktivierenden Kondensatoren, wie oben beschrieben, ein zum Trennen vorgesehener Leitungsabschnitt vorgesehen ist.
Wie oben beschrieben, kann die kapazitive Baugruppe des Antennenschwingkreises des portablen Datenträgers einen Kondensator umfassen, der fest verdrahtet ist, und der somit in jedem Fall zu dem Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe beiträgt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind jedoch sämtliche Kondensatoren der kapazitiven Baugruppe als aktivierbare Kondensatoren ausgebildet, das heißt die zu deren Anschluss verwendeten elektrischen Leitungen sind jeweils mit einem Kontaktfeld mit zwei Kontaktflächen ausgestattet. Dadurch erhöht sich der Freiheitsgrad bei der Auswahl des Kapazitätswerts der kapazitiven Baugruppe. Beispielsweise ist es damit möglich, den Antennenschwingkreis an deutlich verschiedene, beispielsweise sich um mehrere Größenordnungen unterscheidende Trägerfrequenzen, anzupassen. Weiterhin können dadurch beispielsweise alle Kondensatoren der kapazitiven Baugruppe deaktiviert werden, womit ein Betrieb des Antennenschwingkreises erst nach Aufbringen eines geeigneten Kontaktelementes möglich ist. Damit kann beispielsweise eine unautorisierte Verwendung des Antennenschwingkreises vermieden werden.
Die verschiedenen parallel geschalteten Kondensatoren der kapazitiven Baugruppe können identische Kapazitätswerte aufweisen. Damit kann der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe in gleichmäßigen Stufen verändert werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die parallel geschalteten Kondensatoren jedoch voneinander verschiedene Kapazitätswerte auf. Damit kann der Kapazitätswert in einem deutlich größeren Bereich in feinen Stufen verändert werden. Besonders bevorzugt weisen die parallel geschalteten Kondensatoren eine aufsteigende Reihe von Kapazitätswerten mit jeweils verdoppeltem Kapazitätswert auf. Mit anderen Worten weisen n parallel geschaltete Kondensatoren die Kapazitätswerte 2° x Co, 2¹ × C₀, ..., 2^n-1 × C₀ auf. Somit können 2ⁿ verschiedene Kapazitätswerte eingestellt werden, beginnend bei Null in gleichmäßigen Stufen von Co.
Der portable Datenträger kann wie erwähnt beispielsweise als Chipkarte, SIM-Karte oder Datenspeicherkarte ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem portablen Datenträger um eine Datenspeicherkarte in Form einer SD-Karte, besonders bevorzugt um eine Mikro-SD-Karte. Solche Datenspeicherkarten finden in einer Vielzahl von Endgeräten Verwendung, womit solche Endgeräte mit einer kontaktlosen Schnittstelle zur Durchführung einer Kommunikation in beispielsweise einem NFC- oder RFID-System eingerichtet werden können.
Weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der begleitenden Figuren erläutert. Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, die die Erfindung in keiner Weise beschränken. Die gezeigten Figuren sind schematische Darstellungen, die die realen Proportionen nicht widerspiegeln sondern einer verbesserten Anschaulichkeit der verschiedenen Ausführungsbeispiele dienen.
Im Einzelnen zeigen die Figuren:

1 ein Ersatzschaltbild eines Antennenschwingkreises;
2 ein Schaltbild einer kapazitiven Baugruppe;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines portablen Datenträgers;
4 und 5 Kontaktelemente für einen portablen Datenträger gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 einen portablen Datenträger gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 ein Kontaktelement für einen portablen Datenträger gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
8 einen portablen Datenträger gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

In 1 ist ein Ersatzschaltbild eines Antennenschwingkreises dargestellt. Der Antennenschwingkreis umfasst eine induktive Baugruppe L mit einer Antennenspule und einer kapazitiven Baugruppe C, die in 1 schematisch als ein Einzelkondensator dargestellt ist. Die dargestellten Impedanzen Z₀ , Z₁ und Z₂ ergeben sich aus den ohmschen Widerständen der Leitungsbahnen sowie den Ein- und Ausgangswiderständen der Verstärker. Der Antennenschwingkreis umfasst weiterhin eine Spannungsquelle U. Der Induktivitätswert der Antennenspule beträgt beispielsweise 4 µH. Der Induktivitätswert der induktiven Baugruppe L verändert sich, wenn magnetisch abschirmende, beispielsweise metallische Bauteile in dessen Nähe angeordnet werden, etwa wenn ein portabler Datenträger mit einem solchen Antennenschwingkreis in ein Endgerät eingesetzt wird. Entsprechend wird die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises verstimmt, was durch eine geeignete Variation des Kapazitätswerts der kapazitiven Baugruppe C korrigiert werden kann.
In 2 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles einer kapazitiven Baugruppe C dargestellt. Die kapazitive Baugruppe umfasst mehrere parallel geschaltete Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d . In den Zuleitungen zu diesen Kondensatoren sind jeweils Kontaktfelder 1_a , 1_b , 1_c , 1_d vorgesehen, die ein reversibles oder irreversibles Trennen und Schließen der jeweiligen elektrischen Zuleitung gestatten. Kondensatoren, in deren Zuleitung ein solches Kontaktfeld 1_a , 1_b , 1_c , 1_d vorgesehen ist, werden im Rahmen dieser Anmeldung auch als aktivierbare Kondensatoren bezeichnet. Insofern bilden alle Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels einer kapazitiven Baugruppe C aktivierbare Kondensatoren. Diese Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d werden aktiviert, indem das zugehörige Kontaktfeld 1_a , 1_b , 1_c , 1_d elektrisch überbrückt wird und somit die elektrische Zuleitung zu dem Kondensator C_a , C_b , C_c , C_d geschlossen wird. Der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe C ist dann die Summe der Kapazitätswerte der aktivierten Kondensatoren. Der Kapazitätswert von Kondensator C_a beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel C₀, der Kapazitätswert von Kondensator C_b beträgt 2 x C₀, der Kapazitätswert von Kondensator C_c beträgt 4 x C₀ und der Kapazitätswert von Kondensator C_d beträgt 8 x C₀, wobei Co im Ausführungsbeispiel 16 pF beträgt. Je nachdem welcher oder welche Kontaktfelder 1_a , 1_b , 1_c , 1_d überbrückt werden und welcher oder welche Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d entsprechend aktiviert werden, lässt sich somit ein Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe C in gleichmäßigen Stufen von C₀ zwischen 0 und 15 x C₀ einstellen. Die Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d können dabei mit Hilfe der Metallschicht der Leiterbahnstruktur der Leiterplatine des portablen Datenträgers realisiert werden.
In 3 ist eine Aufsicht auf die L-Seite einer Mikro-SD-Karte dargestellt. Diese umfasst eine kontaktbehaftete Schnittstelle 2, die gemäß dem Standard der Energieversorgung der Mikro-SD-Karte und dem Datenaustausch dient.
Weiterhin ist in der Mikro-SD-Karte eine kontaktlose Schnittstelle mit einem Antennenschwingkreis vorgesehen, welche in 3 nur teilweise sichtbar ist. Die kapazitive Baugruppe C des Antennenschwingkreises umfasst vier parallel geschaltete, aktivierbare Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d , wie sie in 2 dargestellt sind. Auf der Oberfläche der Mikro-SD-Karte sind weiterhin vier Kontaktfelder 1_a , 1_b , 1_c , 1_d angeordnet, welche mit den Kondensatoren C_a , C_b , C_c , C_d elektrisch verbunden sind und jeweils zwei Kontaktflächen 3 enthalten. Die Kontaktflächen der Kontaktfelder 1_a , 1_b , 1_c , 1_d sind dabei auf der L-Seite der Leiterplatine der Mikro-SD-Karte angeordnet und können somit in einem Arbeitsschritt mit den nicht dargestellten Leiterbahnen und den Anschlüssen der kontaktbehafteten Schnittstelle 2 hergestellt werden. Durch Schaffen einer elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3 eines Kontaktfeldes 1_a , 1_b , 1_c , 1_d kann somit der jeweilige Kondensator C_a , C_b , C_c , C_d aktiviert werden und ein entsprechender Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe C eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch ein Kontaktelement geschehen, wie es in 4 dargestellt ist.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes 4 in Form eines Etiketts dargestellt. Das Kontaktelement 4 kann, wie in 4 dargestellt, teilweise die gleichen Konturen wie die Mikro-SD-Karte aufweisen, wodurch eine Positionierung des Kontaktelementes 4 auf der Mikro-SD-Karte vereinfacht wird. Die kontaktbehaftete Schnittstelle 2 der Mikro-SD-Karte wird dabei durch das Kontaktelement 4 nicht abgedeckt. Das Kontaktelement 4 weist auf seiner dem Datenträger zugewandten Seite zwei elektrisch leitende Bereiche 5 auf, die in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel derart angeordnet sind, dass sie beim Aufbringen des Kontaktelementes 4 auf die L-Seite der Mikro-SD-Karte oberhalb der Kontaktfelder 1_b und 1_c zu liegen kommen, womit deren jeweilige Kontaktflächen 3 überbrückt werden. Somit ergibt sich ein Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe C, der der Summe der Kapazitätswerte der Kondensatoren C_b und C_c entsprechen. Das Kontaktelement 4 ist ein flaches, ebenes Element in Form eines Etiketts, das die Dicke der Mikro-SD-Karte nur unwesentlich erhöht, so dass die Mikro-SD-Karte auch bei aufgebrachtem Kontaktelement 4 wie gewohnt verwendet werden kann, beispielsweise in ein Endgerät eingesetzt werden kann. Das Kontaktelement 4 ist außerhalb der leitenden Bereiche 5 selbstklebend ausgestaltet und kann somit leicht auf die Oberfläche der Mikro-SD-Karte aufgeklebt werden, was auch durch einen Endnutzer geschehen kann. Die beiden elektrisch leitenden Bereiche 5 sind auf der Oberfläche des Kontaktelementes voneinander beabstandet angeordnet und sind voneinander elektrisch getrennt.
In 5 ist eine alternative Ausgestaltung des Kontaktelementes 4 dargestellt, welches wiederum ein Etikett ist. Die der Mikro-SD-Karte zugewandte Oberfläche des Kontaktelementes 4 besteht vollständig oder bereichsweise aus einer Ferritfolie. Die Ferritfolie ist zunächst elektrisch nicht leitend, kann jedoch durch eine geeignete Bestrahlung mit einem Laser elektrisch leitend gemacht werden. Entsprechend wird beispielsweise mit einem punktförmigen Laserstrahl örtlich begrenzt ein linienförmiger, elektrisch leitender Bereich 6 zwischen den Punkten 7 geschaffen, welche bei Aufbringung auf die Mikro-SD-Karte oberhalb der Kontaktflächen 3 eines ausgewählten Kontaktfeldes 1_b , 1_c zu liegen kommen. Durch eine weitere Bestrahlung mit einem Laser, gegebenenfalls mit höherer Intensität, kann die Ferritfolie an den Punkten 7 mit den darunter liegenden metallischen Kontaktflächen 3 der ausgewählten Kontaktfelder 1_b , 1_c verbunden werden. Dabei geht das Ferritmaterial der Ferritfolie eine leitende Verbindung mit der Kontaktfläche ein und es ergibt sich eine Durchkontaktierung von Kontaktfläche 3 und dem elektrische leitenden Bereich 6 des Kontaktelementes 4. Durch Abziehen der Kontaktelemente 4 kann die leitende Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3 der Kontaktfelder wieder getrennt werden. Entsprechend kann ein reversibles Trennen und Schließen einer elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3 eines Kontaktfeldes realisiert werden.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mikro-SD-Karte dargestellt. Dabei teilen sich die Kontaktfelder 1_a , 1_b , 1_c , 1_d eine gemeinsame zentrale Kontaktfläche 3'. Dies gestattet eine sehr platzsparende Anordnung der notwendigen Kontaktfelder 3 auf der Oberfläche der Mikro-SD-Karte. Dabei ist die gemeinsame Kontaktfläche 3' örtlich zentral bezüglich der übrigen Kontaktflächen 3 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktflächen 3 symmetrisch um die gemeinsame Kontaktfläche 3' angeordnet.
In 7 ist ein Kontaktelement 4 für die in 6 dargestellte Mikro-SD-Karte gezeigt. Das Kontaktelement 4 umfasst einen elektrisch leitenden Bereich 5, welcher die Kontaktelemente 3, 3' der Kontaktfelder 1_b und 1_d überbrückt und somit die Kondensatoren C_b und C_d aktiviert.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mikro-SD-Karte dargestellt. Dabei ist ein schmaler Leiterbahnabschnitt zwischen den Kontaktflächen 3 des Kontaktfeldes 1a vorgesehen. Das Kontaktfeld 1a ist somit überbrückt und der entsprechende Kondensator C_a auch ohne Aufbringen eines Kontaktelementes 4 und Überbrücken des Kontaktfeldes 1_a aktiviert. Der schmale Leiterbahnabschnitt 8 liegt ebenso wie die Kontaktflächen 3 auf der L-Seite der Leiterplatine der Mikro-SD-Karte und somit auf der Oberfläche der Mikro-SD-Karte und ist gegebenenfalls von einer dünnen Schicht, beispielsweise einer Schutzschicht, überzogen. Der Leiterbahnabschnitt 8 ist somit von außen leicht zugänglich und bildet eine zum Trennen vorgesehene Leitung, die leicht mit mechanischen Mitteln oder mit Hilfe eines Lasers getrennt werden kann. Alternativ kann der Leiterbahnabschnitt 8 auch durch einen geeigneten Strom, der zwischen den Kontaktflächen 3 des Kontaktfeldes 1a angelegt wird, getrennt werden, wie dies von elektrischen Sicherungen, etwa so genannten E-Fuses, bekannt ist.
Die beschriebene Erfindung ermöglicht eine Anpassung des Kapazitätswertes der kapazitiven Baugruppe C durch einfache Mittel, beispielsweise durch ein Aufbringen eines Kontaktelementes 4 oder durch ein Durchtrennen eines zum Trennen vorgesehenen Leiterbahnabschnitts 8. Eine Anpassung des Antennenschwingkreises der kontaktlosen Schnittstelle eines solchen portablen Datenträgers kann daher auch durch einen Endnutzer geschehen. Beispielsweise können verschiedene Kontaktelemente 4 zur Verfügung gestellt werden, die verschiedene Kontaktfelder 1_a , 1_b , 1_c , 1_d oder verschiedene Kombination der Kontaktfelder überbrücken, was eine Anpassung des Antennenschwingkreises an verschiedene Endgeräte gestattet.

Claims

Portabler Datenträger umfassend einen Antennenschwingkreis mit einer kapazitiven Baugruppe (C) und einer induktiven Baugruppe (L), wobei die induktive Baugruppe (L) eine Antennenspule umfasst und die kapazitive Baugruppe (C) eine Vielzahl von parallel geschalteten Kondensatoren (C_a, C_b, C_e, C_d), wobei zumindest einer der parallel geschalteten Kondensatoren (C_a, C_b, C_c, C_d) als aktivierbarer Kondensator ausgebildet ist, und wobei ein Kondensator als aktivierbarer Kondensator bezeichnet wird, wenn in dessen elektrischer Zuleitung ein Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) vorgesehen ist, das mit zwei Kontaktflächen (3) ausgebildet ist, wobei der zumindest eine aktivierbare Kondensator aktiviert wird, indem das entsprechende Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) elektrisch überbrückt wird und somit die elektrische Zuleitung zu dem aktivierbaren Kondensator geschlossen wird, und wobei der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe (C) durch Aktivieren des mindestens einen aktivierbaren Kondensators veränderbar ist, wobei die Kontaktflächen (3) derart auf einer Oberfläche des Datenträgers angeordnet sind, dass mit Hilfe eines ebenen, flachen Kontaktelementes (4) eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen (3) hergestellt werden kann.
Portabler Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktflächen (3) durch einen zum Trennen vorgesehenen Leitungsabschnitt (8) elektrisch verbunden sind, der vorzugsweise auf oder nahe der Oberfläche des Datenträgers angeordnet ist.
Portabler Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Baugruppe (C) eine Vielzahl von elektrischen Zuleitungen mit jeweils einem Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) umfasst, wobei vorzugsweise eine der Kontaktflächen als gemeinsame Kontaktfläche (3') für die Kontaktfelder der Vielzahl von elektrischen Leitungen ausgebildet ist.
Portabler Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle parallel geschalteten Kondensatoren (C_a, C_b, C_c, C_d) als aktivierbare Kondensatoren ausgebildet sind.
Portabler Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von parallel geschalteten Kondensatoren (C_a, C_b, C_c, C_d) voneinander verschiedene Kapazitätswerte aufweisen, wobei die Kapazitätswerte vorzugsweise eine aufsteigende Reihe mit jeweils verdoppeltem Kapazitätswert bilden.
Portabler Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger als Datenspeicherkarte ausgebildet ist, vorzugsweise als SD-Karte, besonders bevorzugt als Mikro-SD-Karte.
Portabler Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger für eine Daten- und/oder Energieübertragung in einem NFC- oder RFID-System eingerichtet ist.
System umfassend einen Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und das Kontaktelement (4) zur Aufbringung auf das zumindest eine Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d), wobei das Kontaktelement (4) eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen (3) des zumindest einen Kontaktfelds (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) herzustellen.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (4) eingerichtet ist eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Kontaktflächen (3) mehrerer Kontaktfelder (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) zu schließen.
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (4) eine Ferritfolie umfasst und/oder als flaches, ebenes Element, vorzugsweise als selbstklebendes Etikett ausgebildet ist.
Verfahren zum Abgleich einer Resonanzfrequenz eines Antennenschwingkreises eines portablen Datenträgers mit einer kapazitiven Baugruppe (C), die zumindest eine elektrische Leitung und ein Kontaktfeld (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) mit zwei Kontaktflächen (3) umfasst, das zum reversiblen Trennen und Schließen oder zum irreversiblen Trennen oder zum irreversiblen Schließen der elektrischen Leitung eingerichtet ist, wobei der Kapazitätswert der kapazitiven Baugruppe durch Trennen und durch Schließen der zumindest einen elektrischen Leitung veränderbar ist, umfassend den Schritt: - Aufbringen eines Kontaktelements (4), so dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen (3) des Kontaktfelds (1_a, 1_b, 1_c, 1_d) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktflächen (3) durch einen zum Trennen vorgesehenen Leitungsabschnitt (8) elektrisch verbunden sind, umfassend den Schritt: - Trennen des zum Trennen vorgesehenen Leitungsabschnitts (8).
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem portablen Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchgeführt wird.