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Die
Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger und ein Verfahren zur Kommunikation
mit einem tragbaren Datenträger
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bzw. 10.
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Tragbare
Datenträger
können
bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt werden,
beispielsweise als Ausweisdokumente bei Zugangskontrollen, zur Abwicklung
von Transaktionen des Zahlungsverkehrs, als intelligente Etiketten (Smart
Labels) oder Echtheitsmerkmale in Wertpapieren usw. Die Anwendungen
werden jeweils entweder in Zusammenwirkung mit einem Endgerät oder mit
einer anderen tragbaren Datenträgern
durchgeführt.
Dabei hat es sich bei einer Reihe von Anwendungen als vorteilhaft
erwiesen, wenn die im Rahmen der Anwendung durchgeführte Datenübertragung kontaktlos
abgewickelt wird. Eine kontaktlose Datenübertragung kann beispielsweise
durch eine induktive Kopplung zwischen einen tragbaren Datenträger, im
folgenden als Chipkarte bezeichnet, und einem Endgerät durchgeführt werden.
Dabei wird vom Endgerät
ein sich zeitlich änderndes
magnetisches Feld erzeugt, um die Chipkarte mit Energie zu versorgen und
Daten an die Chipkarte zu übertragen.
Die Chipkarte wird über
eine Antennenspule an das magnetische Feld angekoppelt und kann
durch Lastmodulation, d. h. durch eine sich zeitlich ändernde
Belastung des magnetischen Feldes, Daten an das Endgerät übertragen.
Der Betrieb der Chipkarte ist dabei nur innerhalb des magnetischen
Felds und folglich nur in der Nähe
eines entsprechenden Endgeräts
möglich. Ein
vom Endgerät
unabhängiger
Betrieb der Chipkarte ist nicht möglich. Dies bedeutet einerseits,
dass das Endgerät
permanent ein magnetisches Feld erzeugen muss, damit es ermitteln
kann, ob eine Chipkarte innerhalb seiner Reichweite vorhanden ist.
Andererseits ist es nicht möglich,
eine kontaktlose Datenübertragung
zwischen zwei Chipkarten ohne Unterstützung des Endgeräts durchzuführen.
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Insbesondere
zur Übertragung
kleiner Geldbeträge
besteht aber vielfach der Wunsch nach einer Möglichkeit zur direkten Datenübertragung
zwischen Chipkarten, für
die kein Endgerät
benötigt
wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die kontaktlose Datenübertragung
bei tragbaren Datenträgern,
insbesondere bei Chipkarten weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Datenträger mit
der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße tragbare
Datenträger (Chipkarte)
weist eine elektronische Schaltung und eine Übertragungseinrichtung zur
kontaktlosen Signalübertragung,
die mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, auf. Die Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, dass eine Energiequelle vorgesehen ist, mit
deren Hilfe die elektronische Schaltung ein elektrisches Signal
erzeugt, das an einem Signalausgang der elektronischen Schaltung
für die Übertragungseinrichtung
bereitgestellt wird.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass die Chipkarte unabhängig von
einem Endgerät
betrieben werden kann, so dass beispielsweise eine direkte Kommunikation
zwischen zwei Chipkarten ohne Unterstützung eines Endgeräts möglich ist.
Dabei ist es im Sinne eines autonomen Betriebs der Chipkarte vorteilhaft,
wenn die Chipkarte über
einen Taktgenerator zur Erzeugung eines periodischen Taktsignals
verfügt.
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Die Übertragungseinrichtung
kann direkt oder über
einen Ohmschen Widerstand mit dem Signalausgang der elektronischen
Schaltung verbunden sein. Insbesondere für den Fall, dass die Übertragungseinrichtung
von weiteren Einheiten der Chipkarte genutzt wird, ist es von Vorteil,
wenn der Signalausgang der elektronischen Schaltung in einen hochohmigen
Zustand schaltbar ist. Dadurch können
Störeinflüsse vermieden
werden. So kann die elektronische Schaltung beispielsweise eine
Schnittstelleneinheit zur Ein- und
Ausgabe von Daten aufweisen, die mit der Übertragungseinrichtung verbunden
ist. Um unerwünschte
Wechselwirkungen mit der Schnittstelleneinheit bei anderweitiger
Nutzung der Chipkarte zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn die Verbindung
zwischen der Schnittstelleneinheit und der Übertragungseinrichtung je nach
Bedarf aufgehoben werden kann.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist
die Übertragungseinrichtung über eine
Diode mit einem Signaleingang des integrierten Schaltkreises verbunden
und auf diese Weise eine sehr einfache und zuverlässige Demodulationsschaltung
realisiert.
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Je
nach Einsatzgebiet der Chipkarte kann die Übertragungseinrichtung beispielsweise
eine Antennenspule oder wenigstens eine kapazitive Koppelfläche aufweisen.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben
einer Chipkarte mit einer elektronischen Schaltung und einer Übertragungseinrichtung
zur kontaktlosen Signalübertragung,
die mit der elektronischen Schaltung verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass von der elektronischen Schaltung
ein elektrisches Signal erzeugt und an die Übertragungseinrichtung angelegt
wird und daraufhin von der Übertragungseinrichtung
ein entsprechendes Sendesignal kontaktlos übertragen wird.
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Das
elektrische Signal wird bevorzugt als ein periodisches Trägersignal
ausgebildet. Dabei kann das Trägersignal
zur Übertragung
von Daten moduliert werden. Dies hat den Vorteil, dass mit demselben
Signal eine kontaktlose Übertragung
von Energie und Daten möglich
ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
zur Erzeugung des elektrischen Signals der Pegel eines Signalausgangs
der elektronischen Schaltung, an dem die Übertragungseinrichtung angeschlossen
ist, zwischen unterschiedlichen Niveaus umgeschaltet. Die Umschaltung
kann dabei softwaregesteuert oder mittels eines Taktsignals, das
von einem Taktgenerator der Chipkarte erzeugt wird, erfolgen, so
dass die Erzeugung des elektrischen Signals mit relativ einfachen
Mitteln durchführbar
ist.
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Das
Sendesignal kann an eine weitere Chipkarte gesendet werden. Dabei
ist es vorteilhaft, die beiden Chipkarten mit ihren Hauptflächen aneinander
zu legen, um eine möglichst
gute Kopplung zu erreichen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
das Sendesignal von der weiteren Chipkarte empfangen und mittels
einer Diode demoduliert. Zwischen den beiden Chipkarten kann eine
Master-Slave-Hierarchie dynamisch festgelegt werden. Dies hat den
Vorteil, dass ein sehr flexibler Einsatz der Chipkarten möglich ist,
da jeweils erst bei der Durchführung
der Datenübertragung
entschieden werden muss, welche der beteiligten Chipkarten als Master und
welche als Slave eingesetzt wird.
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Das
Sendesignal kann weiterhin an ein Endgerät gesendet werden. Insbesondere
kann das Sendesignal zur Aktivierung des Endgeräts gesendet werden. Dies hat
den Vorteil, dass das Endgerät
nicht fortwährend
ein beispielsweise magnetisches Feld erzeugen muss, um festzustellen,
ob sich eine Chipkarte in Übertragungsreichweite
befindet. Stattdessen kann das Endge rät in einem stromsparenden Modus
betrieben werden und im Bedarfsfall von der Chipkarte aktiviert
werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Chipkarte,
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2 den zeitlichen Verlauf
des am Signalausgang des integrierten Schaltkreises der Chipkarte gemäß 1 anliegenden elektrischen
Signals,
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3 eine schematische Darstellung
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Chipkarte,
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4 eine schematische Darstellung
zweier Chipkarten, zwischen denen eine Datenübertragung durchgeführt wird,
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5 ein Diagramm für den zeitlichen
Verlauf der an der Antennenspule der ersten Chipkarte aus 4 anliegenden Spannung,
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6 eine schematische Darstellung
eines nochmals abgewandelten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Chipkarte,
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7 ein Diagramm für die zeitlichen
Verläufe
von Spannungen, die bei der in 6 dargestellten
Chipkarte im Sendebetrieb und im Empfangsbetrieb auftreten und
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8 eine schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Chipkarte,
das für
eine kapazitive Kopplung ausgelegt ist.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Chipkarte 1.
Die Chipkarte 1 weist einen integrierten Schaltkreis 2,
eine Antennenspule 3, einen zur Antennenspule 3 parallel
geschalteten Kondensator 4 und eine Energiequelle, beispielsweise
eine Batterie oder Solarzelle 5 auf. Die Antennenspule 3 und
der Kondensator 4 sind mit einem Signalausgang 6 des integrierten
Schaltkreises 2 verbunden. Die Energiequelle 5 ist
an einen Betriebsspannungseingang 7 des integrierten Schaltkreises 2 angeschlossen.
Weiterhin sind symbolisch einige Elemente der internen Beschaltung
des integrierten Schaltkreises 2 dargestellt, mit deren
Hilfe ein elektrisches Signal am Signalausgang 6 erzeugt
wird. So weist der integrierte Schaltkreis 2 einen Taktgenerator 8 auf,
der ein periodisches Signal erzeugt und dessen Ausgang mit dem Eingang
eines Verstärkers 9 verbunden
ist. Der Ausgang des Verstärkers 9 ist
mit dem Eingang eines Negierers 10 und der Steuerelektrode
eines ersten Transistors 11 verbunden. Der Ausgang des
Negierers 10 ist mit der Steuerelektrode eines zweiten Transistors 12 verbunden.
Der zweite Transistor 12 ist zwischen den Betriebsspannungseingang 7 und den
Signalsausgang 6 geschaltet und legt im durchgeschalteten
Zustand die am Betriebsspannungseingang 7 anliegende Spannung
der Energiequelle 5 an den Signalausgang 6 an.
Der erste Transistor 11 ist zwischen den Signalausgang 6 und
Masse geschaltet und legt den Signalausgang 6 im durchgeschalteten
Zustand auf Masse. Die gemeinsame Ansteuerung der Transistoren 11 und 12 einmal
direkt und einmal über
den Negierer 10 bewirkt, dass die Schaltzustände der
Transistoren 11 und 12 jeweils komplementär zueinander
sind und der Signalausgang 6 entweder auf Masse oder auf
die Spannung der Energiequelle 5 gelegt wird. Entsprechend
dem Signalverlauf des vom Taktgenerator 8 ausgegebenen
Signals liegt der Signalausgang 6 in schneller Abfolge abwechselnd
auf Batteriespannung und auf Masse. In einer Abwandlung der Erfindung
wird die Ansteuerung mittels des Taktgenerators 8 durch
eine Software-Steuerung ersetzt und auf diese Weise ein entsprechendes
elektrisches Signal am Signalausgang 6 erzeugt.
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Die
mit dem Signalausgang 6 verbundene Antennenspule 3 und
der Kondensator 4 bilden einen Schwingkreis, der durch
das elektrische Signal zu Schwingungen angeregt wird, so dass von
der Antennenspule 3 ein im Takt des elektrischen Signals wechselndes
Magnetfeld erzeugt wird. Ein optimaler Wirkungsgrad für die Ausbildung
des Magnetfeldes ergibt sich dann, wenn die Frequenz des elektrischen Signals
der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht. Zur Übertragung
von Daten wird das am Signalausgang 6 anliegende elektrische
Signal zeitweise unterbrochen oder z.B. für eine ASK-Modulation (Amplitude
Shift Keying) gedämpft
und damit entsprechend den zu übertragenden
Daten moduliert. Einzelheiten hierzu werden anhand von 2 erläutert.
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2 zeigt den zeitlichen Verlauf
des am Signalausgang 6 des integrierten Schaltkreises 2 anliegenden
elektrischen Signals im Falle einer Unterbrechung des elektrischen
Signals. Auf der Ordinate ist die am Signalausgang 6 anliegende
Spannung U und auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen. Bei
der Darstellung der 2 handelt
es sich nicht um einen tatsächlich
gemessenen Signalverlauf, sondern um eine vereinfachte Prinzipdarstellung.
Entsprechendes gilt auch für
die 5 und 7. Der grundsätzliche Signalverlauf
wird durch ein sich mit hoher Frequenz periodisch wiederholendes
Trägersignal
bestimmt. Dem Trägersignal
ist eine vergleichsweise niederfrequente Modulation überlagert,
durch die das Trägersignal
für gewisse
Zeitintervalle jeweils vollständig verschwindet,
d. h. der Modulationsgrad beträgt 100%.
Das Modulationsmuster wird durch die zu übertragenden Daten vorgegeben
und ist in entsprechender Weise auch bei dem durch die Antennenspule 3 erzeugten
Magnetfeld vorhanden. Somit ist mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Chipkarte 1 eine
unidirektionale kontaktlose Datenübertragung möglich, die
ohne jegliche Einwirkung eines Endgeräts durchgeführt werden kann. Diese Datenübertragung
kann beispielsweise dazu genutzt werden, eine Identifikationsnummer
auszusenden, die z. B. für
eine Zutrittskontrolle zu Gebäuden,
Geldautomaten usw. herangezogen werden kann. Ebenso ist es auch
möglich,
eine gesicherte Identifikation durch Aussenden eines kryptographischen
Wechselcodes durchzuführen,
z. B. an eine weitere kontaktlose Chipkarte oder zum Öffnen der Türen eines
Kraftfahrzeugs.
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3 zeigt eine schematische
Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Chipkarte 2.
Der integrierte Schaltkreis 2 weist wiederum die bereits
in 1 dargestellten Komponenten
zur Erzeugung des am Signalausgang 6 bereitgestellten elektrischen
Signals auf. Allerdings sind die Antennenspule 3 und der
Kondensator 4 bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der bei
kontaktlosen Chipkarten üblichen
Weise an einen Antennenanschluss 13 des integrierten Schaltkreises 2 angeschlossen,
der intern mit einer Schnittstelleneinheit 14 verbunden
ist. Zusätzlich
ist der Signalausgang 6 über einen Ohmschen Widerstand 15 mit
der Antennenspule 3 und dem Kondensator 4 verbunden.
Statt des Widerstands 15 kann auch eine direkte Leitungsverbindung
gewählt
werden. Der Antennenanschluss 13 kann beispielsweise mittels
eines entsprechenden Konfigurationsregisters des integrierten Schaltkreises 2 abgeschaltet
werden. Wenn der Antennenanschluss 13 abgeschaltet ist,
kann die Chipkarte 1 in der bei den 1 und 2 beschriebenen
Weise als unidirektionaler Sender eingesetzt werden, d. h. aktiv Daten
senden. Weiterhin kann der Signalausgang 6 in einen hochohmigen
Zustand geschaltet werden und zwischen der Chipkarte 1 und
einem Endgerät eine
kontaktlose bidirektionale Datenübertragung durchgeführt werden,
bei der die Chipkarte 1 in bekannter Weise vom Endgerät mit Energie
versorgt wird und zum Senden von Daten eine Lastmodulation eines
vom Endgerät
erzeugten magnetischen Feldes vornimmt. Die letztgenannte Betriebsart
wird im folgenden als passive Datenübertragung bezeichnet, da die
Chipkarte 1 nicht selbst ein Feld erzeugt, sondern lediglich
ein anderweitig erzeugtes Feld beeinflusst.
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Das
in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
der Chipkarte 1 kann beispielsweise dazu verwendet werden,
ein kontaktlos arbeitendes Endgerät, das sich in einem Stromsparmodus
befindet und kein magnetisches Feld erzeugt, zu aktivieren. Hierzu wird
von der Chipkarte 1, beispielsweise ausgelöst durch
einen Tastendruck eines Benutzers, eine Aktivierungssequenz aktiv
an das Endgerät
gesendet. Das Endgerät
detektiert die Aktivierungssequenz und verlässt den Stromsparmodus, um
mit der Chipkarte 1 mittels eines vom Endgerät erzeugten
magnetischen Felds zu kommunizieren. Diese Kommunikation wird seitens
der Chipkarte 1 durch eine passive Datenübertragung
durchgeführt,
so dass bei dieser Anwendung das aktive Senden lediglich zum Einleiten
der Kommunikation mit dem Endgerät
benötigt wird.
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Die
Chipkarte 1 gemäß 3 kann zudem auch eingesetzt
werden, um ohne die Einwirkung eines Endgeräts Daten mit einer weiteren
Chipkarte 1 auszutauschen. Dies ist in 4 dargestellt.
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4 zeigt eine schematische
Darstellung einer links abgebildeten ersten Chipkarte 1 und
einer rechts abgebildeten zweiten Chipkarte 1', zwischen denen
eine kontaktlose Datenübertragung
durchgeführt
wird. Bei der ersten Chipkarte 1 handelt es sich um das
Ausführungsbeispiel
gemäß 3, das über eine aktive Sendefunktion
verfügt.
Für die
im folgenden beschriebene Vorgehensweise bei der Datenübertragung
ist es ausreichend, wenn die zweite Chipkarte 1' in der Lage
ist, eine passive Datenübertragung
durchzuführen.
Die zweite Chipkarte 1' kann somit
wahlweise gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
oder einem beliebigen anderen Ausführungsbeispiel ausgebildet
sein, mit dem eine passive Datenübertragung
durchgeführt
werden kann. Dementsprechend sind in 4 nur
diejenigen Komponenten der zweiten Chipkarte 1' dargestellt, die
im Rahmen der passiven Datenübertragung
benötigt
werden. Weitere Komponenten können
vorhanden sein, sind aber nicht dargestellt. Analog zum integrierten
Schaltkreis 2 mit dem Antennenanschluss 13 sowie
zur Antennenspule 3 und dem Kondensator 4 der
ersten Chipkarte 1 weist die zweite Chipkarte 1' einen integrierten
Schaltkreis 2' mit
einem Antennenanschluss 13' sowie
eine Antennenspule 3' und
einen dazu parallel geschalteten Kondensator 4' auf. Weiterhin
sind bei der zweiten Chipkarte 1' zur Verdeutlichung der Funktionsweise
der passiven Datenübertragung
mittels Lastmodulation symbolisch ein Lastwiderstand 16,
ein Schalter 17 und ein Modulationswiderstand 18 dargestellt.
Der Lastwiderstand 16 ist parallel zur Antennenspule 3' eingezeichnet
und repräsentiert
die Belastung der Antennenspule 3' durch den integrierten Schaltkreis 2'. Der Modulationswiderstand 18 ist
einerseits an Masse angeschlossen und andererseits über den Schalter 17 mit
dem Antennenanschluss 13' verbunden,
so dass die Antennenspule 3' bei
geschlossenem Schalter 17 zusätzlich durch den Modulationswiderstand 18 und
damit stärker
belastet wird als bei offenem Schalter 17. Somit kann durch
gezieltes Öffnen
und Schließen
des Schalters 17 die Belastung der Antennenspule 3' auf gewünschte Weise
moduliert werden.
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Zur
Durchführung
der kontaktlosen Datenübertragung
werden die beiden Chipkarten 1 und 1' mit ihren Hauptflächen aneinander
gelegt oder zumindest einander sehr nahe angenähert, um eine starke magnetische
Kopplung zwischen den Antennenspulen 3 und 3' der beiden
Chipkarten 1 und 1' zu ermöglichen.
Durch fortwährendes
aktives Senden der ersten Chipkarte 1 wird die zweite Chipkarte 1' mit Energie
versorgt. Sollen dabei von der ersten Chipkarte 1 an die
zweite Chipkarte 1' Daten übertragen
werden, so wird das von der ersten Chipkarte 1 gesendete
Trägersignal
entsprechend der Darstellung in 2 zeitweise
unterbrochen (oder auch abgesenkt (ASK)). Die zweite Chipkarte 1' empfängt das
von der Antennenspule 3 der ersten Chipkarte 1 gesendete
Signal mit der zweiten Antennenspule 3' und bezieht daraus die für den Betrieb
des integrierten Schaltkreises 2' benötigte Energie. Weiterhin demoduliert
die zweite Chipkarte 1' das
empfangene Signal, um die von der ersten Chipkarte 1 gesendeten Daten
zu ermitteln. Wenn lediglich Energie und keine Daten zur zweiten
Chipkarte 1' transferiert
werden sollen, kann das Trägersignal
von der ersten Chipkarte 1 ohne Unterbrechung gesendet
werden. Zur Übertragung
von Daten in umgekehrter Richtung von der zweiten Chipkarte 1' zur ersten
Chipkarte 1 wird von der zweiten Chipkarte 1' eine Lastmodulation durchgeführt. Diese
bewirkt durch die magnetische Kopplung der beiden Antennenspulen 3 und 3' eine geringfügige Modulation
des an der Antennenspule 3 der ersten Chipkarte 1 anliegenden
Signals, die vom integrierten Schaltkreis 2 der ersten
Chipkarte 1 zur Ermittlung der übertragenen Daten ausgewertet
wird. Das derart modulierte Signal ist in 5 dargestellt.
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5 zeigt ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf
der an der Antennenspule der ersten Chipkarte 1 aus 4 anliegenden Spannung für einen
Zeitabschnitt, während
dem von der zweiten Chipkarte 1' der 4 eine
Lastmodulation durchgeführt
wird. Auf der Ordinate ist die Spannung U und auf der Abszisse die
Zeit t aufgetragen. Dem hochfrequenten Trägersignal ist das aufmodulierte
Datensignal überlagert,
das eine deutlich niedrigere Frequenz aufweist und sich durch eine
reduzierte Spannungsamplitude auszeichnet. Um die Modulation sichtbar
zu machen, ist diese um ein Vielfaches stärker dargestellt, als dies
tatsächlich
der Fall ist. Aus dem Muster, mit dem die durch die Modulation reduzierten
Spannungsamplituden auftreten, können
die von der zweiten Chipkarte 1' an die erste Chipkarte 1 übertragenen Daten
ermittelt werden.
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6 zeigt eine schematische
Darstellung eines nochmals abgewandelten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Chipkarte 1.
Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass es eine Detektorschaltung zur Demodulation der über die
Antennenspule 3 empfangenen Signale aufweist. Im einzelnen
verfügt
das Ausführungsbeispiel
gemäß 6 zusätzlich zu den in 1 dargestellten Komponenten
innerhalb des integrierten Schaltkreises 2 über einen
weiteren Verstärker 19, dessen
Eingang mit einem Signaleingang 20 des integrierten Schaltkreises 2 verbunden
ist. Zwischen den Signaleingang 20 und den Signalausgang 6 ist eine
Diode 21 geschaltet, über
die dem Signaleingang 20 die von der Antennenspule 3 empfangenen Signale
nach Umwandlung in eine dazu proportionale Gleichspannung zugeführt werden.
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Zur
Durchführung
einer bidirektionalen Datenübertragung
werden zwei der in 6 dargestellten
Chipkarten 1 mit ihren Hauptflächen aneinandergelegt. Dabei
ist jede der beiden Chipkarten 1 in der Lage, auf die im
folgenden beschriebene Weise Daten zu senden und zu empfangen.
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Im
Sendebetrieb erzeugt die Chipkarte 1 an ihrem Signalausgang 6 ein
periodisches Trägersignal,
das der Antennenspule 3 zugeführt wird und die Ausbildung
eines entsprechenden magnetischen Wechselfeldes zur Folge hat. Zur Übertragung
der gewünschten
Daten wird das Trägersignal
dabei entsprechend moduliert, d. h. jeweils zeitweise unterbrochen.
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Im
Empfangsbetrieb wird in der Antennenspule 3 der Chipkarte 1 durch
das magnetische Wechselfeld eine Wechselspannung induziert. Mit Hilfe
der Diode 21 wird die Wechselspannung in eine dazu proportionale
Gleichspannung umgewandelt und dem Signaleingang 20 des
integrierten Schaltkreises 2 zugeführt. Der integrierte Schaltkreis 2 wertet
den Verlauf der Gleichspannung aus und ermittelt daraus die mittels
des magnetischen Wechselfelds übertragenen
Daten.
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Typische
Signalverläufe
für den
Sendebetrieb und für
den Empfangsbetrieb der in 6 dargestellten
Chipkarte 1 sind in 7 dargestellt.
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7 zeigt ein Diagramm für die zeitlichen Verläufe von
Spannungen, die bei der in 6 dargestellten
Chipkarte 1 im Sendebetrieb und im Empfangsbetrieb auftreten.
Dabei ist jeweils die Spannung U auf der Ordinate und die Zeit t
auf der Abszisse aufgetragen. Im Sendebetrieb folgt die am Signalausgang 6 des
integrierten Schaltkreises 2 und damit an der Antennenspule 3 anliegende
Spannung dem als eine durchgezogene Linie dargestellten Verlauf. Diese
Spannung besteht aus einer hochfrequenten Wechselspannung zur Ausbildung
des Trägersignals,
die im Takt der zu sendenden Daten abgeschaltet wird, so dass eine
Modulation mit einem Modulationsgrad von 100% vorliegt. Als eine
gestrichelte Linie ist der zugehörige
zeitliche Verlauf der Spannung dargestellt, die im Empfangsbetrieb über die
Diode 21 dem Signaleingang 20 des integrierten
Schaltkreises 2 zugeführt
wird. Es handelt sich dabei um eine Gleichspannung, die zeitweise
auf Null zurückgeht und
ansonsten einen konstanten Wert aufweist. Wie der 7 zu entnehmen ist, führen die im Sendebetrieb durchgeführten Unterbrechungen
der Wechselspannung am Signalausgang 6 im Empfangsbetrieb jeweils
zu einem Verschwinden der am Signaleingang 20 anliegenden
Gleichspannung, so dass der Informationsgehalt der im Sendebetrieb
erzeugten Wechselspannung durch die im Empfangsbetrieb gewonnene
Gleichspannung unmittelbar abgebildet wird.
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Zur
Durchführung
einer bidirektionalen Datenübertragung
zwischen zwei Chipkarten 1 ist es zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen
technischen Spezifikationen erforderlich, eine Hierarchie zwischen
den beiden Chipkarten 1 zu definieren und dadurch festzulegen,
welche der beiden Chipkarten 1 bei der Datenübertragung
die Federführung übernimmt.
Im Rahmen der Erfindung kann die Hierarchie dynamisch definiert
werden, so dass während
der Datenübertragung
bestimmt wird, welche der beiden Chipkarten 1 die Funktion
des Masters und welche die Funktion des Slaves übernimmt. In der Regel wird dabei
so vorgegangen, dass die Chipkarte 1, die die Datenübertragung
einleitet, die Funktion des Masters übernimmt. Die andere Chipkarte 1 übernimmt
die Funktion des Slaves. Dabei wird die Datenübertragung in der Regel durch
einen Benutzer manuell eingeleitet, beispielsweise durch Eingabe
eines zu transferierenden Betrags oder durch Bestätigung einer
Transaktion usw. Die Chipkarte 1, die die Slave-Funktion übernimmt,
kann beispielsweise durch Betätigen
einer Taste in einen Bereitschaftsmodus versetzt werden und auf
die Übertragung
von Daten von der Chipkarte 1 mit der Master-Funktion warten. Ebenso
kann die Chipkarte 1 mit der Slave-Funktion über eine Detektionsschaltung
verfügen,
die beim Anliegen einer durch das Senden der Chipkarte 1 mit der
Master-Funktion hervorgerufenen Spannung ein Wake-Up-Signal erzeugt,
um die Chipkarte 1 in einen Betriebsmodus zu versetzen.
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Bei
den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen
der erfindungsgemäßen Chipkarte 1 erfolgt
die Datenübertragung
jeweils durch eine magnetische Kopplung. Im Rahmen der Erfindung
sind aber auch andere Arten der Kopplung möglich, beispielsweise eine
kapazitive Kopplung. Ein Ausführungsbeispiel
der Chipkarte 1, bei der die Datenübertragung über eine kapazitive Kopplung
durchgeführt wird,
ist in 8 dargestellt.
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8 zeigt eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Chipkarte 1,
das für
eine kapazitive Kopplung ausgelegt ist. Hierzu weist die Chipkarte 1 zwei
kapazitive Koppelflächen 22 auf,
die die Funktion der Antennenspule 3 und des Kondensators 4 beispielsweise
des in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiels
der Chipkarte 1 übernehmen.
In 8 ist lediglich die Verschaltung
der kapazitiven Koppelflächen 22 mit dem
integrierten Schaltkreis 2 dargestellt. Der sonstige Aufbau
der Chipkarte 1 ist in 8 nicht
dargestellt und entspricht bis auf die Antennenspule 3 und den
Kondensator 4 dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6. Auch die Funktionsweise
entspricht dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6, wobei jeweils zu berücksichtigen
ist, dass die kapazitiven Koppelflächen 22 die Funktion
der Antennenspule 3 und des Kondensators 4 übernehmen.
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Je
nach Einsatzgebiet der Chipkarte 1 kann die durch den integrierten
Schaltkreis 2 realisierte elektronische Schaltung jeweils
auch partiell oder vollständig
aus diskreten Bauelementen bestehen.