DE19703029A1 - Übertragungsmodul für eine Transpondervorrichtung sowie Transpondervorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Transpondervorrichtung - Google Patents
Übertragungsmodul für eine Transpondervorrichtung sowie Transpondervorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer TranspondervorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Übertragungsmodul zur kontaktlo
sen Datenübertragung zwischen einem Chip und einer Leseeinrichtung
gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 sowie eine Transpondervorrichtung mit
einer Transpondereinheit und einem Übertragungsmodul nach den Ansprü
chen 11, 12 oder 13 und ein Verfahren zum Betrieb einer Transpondervor
richtung mit einer Transpondereinheit und einem Übertragungsmodul nach
den Ansprüchen 16 oder 17.
Transpondereinheiten, die in ihrer einfachsten Ausführung aus einem Chip
und einer mit den Anschlußflächen des Chips kontaktierten Transponder
spule bestehen, werden in zunehmendem Maße auf gänzlich unterschiedli
chen Gebieten eingesetzt, wobei sie jedoch einheitlich dem Zweck dienen,
eine berührungs- oder drahtlose Kommunikation zwischen einer mehr oder
weniger weit entfernt von der Transpondereinheit angeordneten Leseein
richtung und dem Chip zu gewährleisten, um einen Datenabgriff zur
Erkennung von auf dem Chip gespeicherten Daten zu ermöglichen. Derar
tige Transpondereinheiten werden beispielsweise in sogenannten kontakt
losen Chipkarten, in codierten Etiketten oder auch zur Schlachtviehken
nung, hier verwendet als sogenannte Injektionstransponder, eingesetzt.
Bedingt durch die unterschiedlichen Einsatzgebiete von Transponderein
heiten ergeben sich zum Teil extrem voneinander abweichende Übertra
gungsdistanzen zwischen der jeweiligen Transpondereinheit und der
zugeordneten Leseeinrichtung, die entsprechend unterschiedliche Be
triebsspannungen der Transpondereinheiten bzw. des davon umfaßten
Chips erfordern. Darüber hinaus ist es bislang notwendig, in jedem Ein
zelfall das Layout der Transpondereinheit auf die Leseeinrichtung abzu
stimmen, was in der Regel eine Impedanzanpassung zwischen der Trans
pondereinheit und der Leseeinrichtung notwendig macht. Aus dem Vorste
henden wird deutlich, daß schon aufgrund lediglich der beiden Ausle
gungsparameter Betriebsspannung und Impedanz eine Vielzahl unter
schiedlich ausgelegter Transpondereinheiten notwendig ist, um einen
sicheren Betrieb der jeweiligen Transpondereinheit in Abhängigkeit von
der Übertragungsdistanz und der Art der zugeordneten Leseeinrichtung zu
gewährleisten. Diese Anforderungen stehen daher einer grundsätzlich
gewünschten Standardisierung in der Auslegung von Transpondereinheiten
entgegen, die eine wesentlich kostengünstigere Herstellung von Transpon
dereinheiten ermöglichen würde.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unabhängig
von der im Einzelfall vorliegenden Übertragungsdistanz bzw. der jeweili
gen Art der Leseeinrichtung die Ausbildung einer standardisierten Trans
pondereinheit zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Übertragungsmodul mit den Merkmalen der
Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Übertragungsmodul zur kontaktlosen Daten
übertragung zwischen einem Chip und einer Leseeinrichtung vorgeschla
gen, das eine Spulenanordnung mit einem Koppelelement und mindestens
einer Antennenspule aufweist, welche elektrisch miteinander verbunden
sind, wobei das Koppelelement zur Herstellung einer induktiven Kopplung
mit einer elektrisch mit dem Chip verbundenen Transponderspule und die
Antennenspule zur Herstellung einer berührungslosen Verbindung mit der
Leseeinrichtung dient. Dabei sind das als Koppelspule ausgebildete
Koppelelement und die Antennenspule hinsichtlich mindestens eines ihrer
die Spulenimpedanz beeinflussenden Spulenparameter unterschiedlich
ausgebildet.
Ein derart gestaltetes Übertragungsmodul, das mittels induktiver Kopp
lung mit der Transpondereinheit kombinierbar ist, ermöglicht somit eine
Impedanzanpassung zwischen der Leseeinrichtung und der Transponder
einheit. Das bedeutet, daß ausgehend von einer standardisierten Trans
pondereinheit eine Anpassung an eine von der Impedanz der Transponder
einheit abweichende Impedanz der Leseeinrichtung dadurch erfolgen kann,
daß die Koppelspule hinsichtlich ihrer Impedanz im wesentlichen mit der
Impedanz der Transpondereinheit übereinstimmt und die elektrisch mit der
Koppelspule verbundene Antennenspule hinsichtlich ihrer Impedanz auf
die Impedanz der Leseeinrichtung abgestimmt ist. Somit ist es durch eine
entsprechende Ausbildung der Spulenparameter von Koppelspule und
Antennenspule möglich, ein und dieselbe Transpondereinheit mit sich
hinsichtlich ihrer Impedanz voneinander unterscheidenden Leseeinrichtun
gen zu kombinieren. Als derartige, die Impedanz der jeweiligen Spule
beeinflussende Spulenparameter stehen bei Ausführung des Koppelele
ments als Koppelspule beispielsweise der Drahtquerschnitt der Spule, die
Länge des der jeweiligen Spule zugeordneten Spulendrahtes oder auch das
zur Herstellung des Spulendrahtes verwendete Material zur Verfügung.
Eine weitere Möglichkeit der Anpassung einer Transpondereinheit an die
jeweiligen Gegebenheiten des Einzelfalls hinsichtlich unterschiedlicher
Übertragungsdistanzen besteht nach Anspruch 2 erfindungsgemäß darin,
ein Übertragungsmodul zur kontaktlosen Datenübertragung zwischen
einem Chip und einer Leseeinrichtung vorzusehen, das eine Spulenanord
nung mit einem Koppelelement und mindestens einer Antennenspule
aufweist, wobei das Koppelelement zur Herstellung einer induktiven
Kopplung mit einer elektrisch mit dem Chip verbundenen Transponder
spule und die Antennenspule zur Herstellung einer berührungslosen
Verbindung mit der Leseeinrichtung dient, wobei das als Koppelspule
ausgebildete Kontaktelement derart ausgebildet ist, daß die Koppelspule
als Primärspule eines mit der zugeordneten Transponderspule gebildeten
Transformators zur Induzierung einer erhöhten Betriebsspannung im Chip
der Transpondereinheit dient.
Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung macht man sich demnach die zwi
schen der Koppelspule und der Transponderspule gegebene induktive
Kopplung zunutze, um aus der Koppelspule und der Transponderspule
einen Transformator zu bilden, mit dem die Betriebsspannung in der
Transpondereinheit erhöht werden kann. Somit wird es möglich, ausge
hend von einer standardisiert ausgelegten Transpondereinheit unter
schiedliche Übertragungsdistanzen dadurch zu überbrücken, daß entspre
chend unterschiedlich ausgelegte Übertragungsmodule verwendet werden,
der Art, daß durch ein geeignetes Verhältnis der Windungszahlen zwi
schen der Koppelspule und der Transponderspule das für die Induzierung
der zur Überwindung der jeweiligen Übertragungsdistanz notwendige
Übersetzungsverhältnis festgelegt wird.
Neben der vorgenannten Möglichkeit, eine erhöhte Betriebsspannung in
der Transpondereinheit über eine geeignete Festlegung des Windungzahl-
Übersetzungsverhältnisses zu erzielen, gibt es auch die Möglichkeit, ganz
allgemein das magnetische Feld der Koppelspule durch eine geeignete
Verstärkungseinrichtung zu verstärken, um hierdurch eine entsprechend
erhöhte Induktion und eine damit verbundene Spannungserhöhung in der
Transpondereinheit zu erzielen. Eine derartige Verstärkungseinrichtung
kann aus einer die an der Koppelspule anliegende Spannung erhöhenden
oder erzeugenden Spannungsquelle gebildet sein, also etwa durch eine im
Übertragungsmodul angeordnete, mit der Koppelspule kontaktierte Batte
rie. Hierdurch läßt sich ein aktives Übertragungsmodul bilden, das über
eine eigene Spannungsversorgung verfügt.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer Verstärkungswirkung
besteht darin, die Koppelspule mit einem Kern aus einem permeablen
Material, insbesondere Ferrit, zu versehen, der die magnetische Feldstärke
der Koppelspule erhöht. Die vorbeschriebene Verstärkungseinrichtung
bildet somit auch eine von der Lösung, die Koppelspule und die Trans
ponderspule zur Bildung eines Transformators zu nutzen, unabhängige
Lösung.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Übertragungsmoduls, die als
Kern einen permeablen Materialstab zur Ausbildung eines axial ausge
richteten Magnetfeldes verwendet, dient die Antennenspule gleichzeitig
als Koppelspule.
Um eine Handhabung der Spulenanordnung als Übertragungsmodul und
eine vereinfachte Applikation der Spulenanordnung auf einer Transpon
dereinheit oder einem Substrat einer Transpondereinheit zu ermöglichen,
ist die Spulenanordnung auf einer Trägerfolie angeordnet. Der Begriff
"Trägerfolie" ist hier nicht einschränkend hinsichtlich einer für die Trä
gerfolie in Frage kommenden Materialauswahl zu verstehen, das heißt,
entgegen einem weit verbreiteten Verständnis vom Bedeutungsinhalt des
Begriffs "Trägerfolie" fallen unter diesen Begriff wie er hier verwendet
wird, nicht nur Kunststoffmaterialien, sondern auch natürliche Materiali
en, wie beispielsweise Zellfasern oder Papier. Mit dem Begriff "Träger
folie" soll hier lediglich zum Ausdruck gebracht werden, daß ein als
Trägerfolie ausgebildetes Substrat im wesentlichen durch seine Flächen
dimension bestimmt ist und eine gegenüber der Flächenausdehnung eher
zu vernachlässigende Dicke aufweist.
Für bestimmte Anwendungsfälle, beispielsweise zur Herstellung einer mit
einem derartigen Übertragungsmodul versehenen Chipkarte, ist es vorteil
haft, die Spulenanordnung insgesamt als Karteninlay auszubilden.
Soll die Spulenanordnung zur Verwendung bei codierten Etiketten oder
dergleichen dienen, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Spulenanord
nung auf einem Haftsubstrat ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Transpondervorrichtung ist nach Anspruch 11 mit
einer Transpondereinheit und einem Übertragungsmodul versehen, wobei
die Transpondereinheit einen Chip mit einer elektrisch mit dem Chip
verbundenen Transponderspule und das Übertragungsmodul ein Koppel
element mit einer Antennenspule aufweist, wobei das Koppelelement zur
Herstellung einer induktiven Kopplung mit der Transponderspule dient,
und die Antennenspule elektrisch mit dem Koppelelement verbunden ist
und zur Herstellung einer kontaktlosen Verbindung mit einer Leseein
richtung dient, wobei zur Ermöglichung einer Anpassung zwischen der
Transpondereinheit und der Leseeinrichtung das als Koppelspule ausgebil
dete Koppelelement und die Antennenspule hinsichtlich mindestens eines
ihrer die Spulenimpedanz beeinflussenden Spulenparameter unterschiedlich
ausgebildet sind. Die Vorteile einer derartigen mit einem Übertragungs
modul versehenen Transpondervorrichtung sind bereits eingangs ausführ
lich erläutert worden.
Weiterhin wird erfindungsgemäß nach Anspruch 12 eine Transpondervor
richtung mit einer Transpondereinheit und einem Übertragungsmodul
vorgeschlagen, wobei die Transpondereinheit einen Chip mit einer elek
trisch mit dem Chip verbundenen Transponderspule und das Übertra
gungsmodul ein Koppelelement mit einer Antennenspule aufweist, wobei
das Koppelelement zur Herstellung einer induktiven Kopplung mit der
Transponderspule dient, und die Antennenspule elektrisch mit dem Kop
pelelement verbunden ist und zur Herstellung einer kontaktlosen Verbin
dung mit einer Leseeinrichtung dient, wobei das Koppelelement als
Koppelspule ausgebildet ist und eine vergleichsweise geringere Windungs
anzahl als die Transponderspule aufweist, derart, daß die Koppelspule
eine Primärspule und die Transponderspule eine Sekundärspule eines
Transformators bildet.
Die Vorteile einer derartigen mit einem Übertragungsmodul versehenen
Transpondereinrichtung im Zusammenhang mit einer hierdurch möglichen
Erhöhung der Betriebsspannung der Transpondereinheit wurden bereits
eingangs ausführlich erörtert.
Eine weitere erfindungsgemäße Transpondervorrichtung nach Anspruch 13
ist mit einer Transpondereinheit und einem Übertragungsmodul versehen,
wobei die Transpondereinheit einen Chip mit einer elektrisch mit dem
Chip verbundenen Transponderspule und das Übertragungsmodul ein
Koppelelement mit einer Antennenspule aufweist, wobei das Koppelele
ment zur Herstellung einer induktiven Kopplung mit der Transponderspule
dient, und die Antennenspule elektrisch mit dem Koppelelement verbunden
ist und zur Herstellung einer kontaktlosen Verbindung mit einer Leseein
richtung dient, wobei das Koppelelement aus einem permeablen Material
stab, insbesondere einem Ferritkern, gebildet ist, dessen Stirnfläche als
Koppelfläche dient, und die Antennenspule um den Materialstab herum
angeordnet ist.
Bei einer derartig ausgebildeten Transpondervorrichtung ist aufgrund der
stark gebündelten axialen Ausrichtung des durch den permeablen Materi
alstab erzeugten Magnetfeldes eine besonders effektive und damit ver
lustarme induktive Kopplung zwischen der Transponderspule der Trans
pondereinheit und der Antennenspule möglich, so daß bereits diese Konfi
guration der Transpondervorrichtung unabhängig von der vorstehend
geschilderten Möglichkeit der Impedanzanpassung oder der Hochtrans
formation der Betriebsspannung der Transpondereinheit lediglich durch
die besonders verlustarme Kopplung über den Materialstab eine Erhöhung
der Betriebsspannung in der Transpondereinheit ermöglicht.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die vorstehend geschilderte
Konfiguration der Transpondervorrichtung aufgrund der besonders ver
lustarmen induktiven Kopplung zwischen der Antennenspule und der
Transponderspule über den Materialstab die Verwendung einer Transpon
derspule ermöglicht, die als eine auf der Oberfläche des Chips angeord
nete Chipspule ausgebildet ist. Derartige Chipspulen sind auch unter dem
Begriff "Coil on Chip" bekannt.
In einer speziellen Ausführungsform der Transpondervorrichtung ist dabei
der Chip mit seiner Rückseite auf der Stirnfläche des permeablen Materi
alstabs angeordnet, und die auf der der Rückseite gegenüberliegenden
Kontaktseite des Chips angeordnete Chipspule ist mit ihrer Spulenfläche
im wesentlichen deckungsgleich mit der Stirnfläche des Materialstabs
angeordnet. Hieraus ergibt sich eine extrem miniaturisierte Transponder
vorrichtung, wie sie beispielsweise bei einem Injektionstransponder
Verwendung findet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Transpondervor
richtung mit einer einen Chip und eine Transponderspule aufweisenden
Transpondereinheit und einem eine Koppelspule und eine mit der Koppel
spule elektrisch verbundene Antennenspule aufweisenden Übertragungs
modul wird mittels des Übertragungsmoduls die an eine mit der Transpon
dereinheit kommunizierende Leseeinrichtung angepaßte Impedanz der
Antennenspule in eine an die Impedanz der Transpondereinheit angepaßte
Impedanz der Koppelspule geändert.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Transpon
dervorrichtung mit einer einen Chip und eine Transponderspule aufwei
senden Transpondereinheit und einem eine Koppelspule und eine mit der
Koppelspule elektrisch verbundene Antennenspule aufweisenden Übertra
gungsmodul besteht darin, die Koppelspule des Übertragungsmoduls
zusammen mit der Transponderspule als die Betriebsspannung in der
Transpondereinheit erhöhenden Transformator zu verwenden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemä
ßen Übertragungsmodule sowie Ausführungsformen von mit derartigen
Übertragungsmodulen versehenen Transpondervorrichtungen unter Erläu
terung möglicher Betriebsweisen derartiger Transpondervorrichtungen
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Datenübertra
gungsanordnung mit einer Transpondervorrichtung
und einer Leseeinrichtung;
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der in Fig. 1 schema
tisch dargestellten Transpondervorrichtung,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer in Lagentechnik aufge
bauten, mit einer Transpondervorrichtung versehenen
Chipkarte;
Fig. 4 die in der in Fig. 3 dargesellten Chipkarte angeord
nete Transpondervorrichtung in einer Draufsicht;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Transponder
vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Datenübertragungsanordnung 10 mit einer Transponder
vorrichtung 11 und einer Leseeinrichtung 12. Die Transpondervorrichtung
11 umfaßt eine Transpondereinheit 13 und ein Übertragungsmodul 14. In
der in Fig. 1 gewählten schematischen Darstellung weist die Transponder
einheit 13 einen Chip 15 und eine an Anschlußflächen 16, 17 des Chips 15
elektrisch angeschlossene Transponderspule 18 auf.
Das Übertragungsmodul 14 besteht im vorliegenden Fall aus einem, hier
als Koppelspule 19 ausgebildeten Koppelelement und einer elektrisch mit
der Koppelspule verbundenen Antennenspule 20.
Das Übertragungsmodul 14 dient grundsätzlich dazu, die von einer Sende
spule 21 der Leseeinrichtung 12 emittierte elektromagnetische Sendelei
stung über die Antennenspule 20 aufzunehmen und mittels der Koppel
spule 19 induktiv auf die Transponderspule 18 der Transpondereinheit 13
zu übertragen. Dabei kommt der Koppelspule 19 im wesentlichen die
Aufgabe zu, das elektromagnetische Feld auf die Transponderspule 18 zu
fokussieren, um eine möglichst effektive induktive Kopplung zwischen der
Koppelspule 19 und der Transponderspule 18 zu erzielen.
Eine weitere Funktion des Übertragungsmoduls 14 besteht darin, über ein
geeignetes Zusammenwirken mit der Transponderspule 18 eine Erhöhung
der Betriebsspannung des Chips 15 zu bewirken, um eine vergrößerte
Übertragungsdistanz A zwischen der Transpondervorrichtung 11 und der
Leseeinrichtung 12 zu ermöglichen.
Darüber hinaus ermöglicht das Übertragungsmodul 14 eine Anpassung der
Impedanz ZT der Transpondereinheit 13 an die Impedanz ZL der Leseein
richtung 12 dadurch, daß die Koppelspule 19 und die Antennenspule 20 in
ihren Impedanzwerten im wesentlichen mit der Transpondereinheit 13
bzw. der Leseeinrichtung 12 übereinstimmen bzw. daran angepaßt sind.
Fig. 2 zeigt zur eingehenderen Erläuterung der vorstehend angeführten
Funktionsweisen des Übertragungsmoduls 14 eine detaillierte Darstellung
der Transpondervorrichtung 11 mit der Transpondereinheit 13 aus dem
Chip 15 und der Transponderspule 18 und dem Übertragungsmodul 14 mit
der Koppelspule 19 und der Antennenspule 20.
Im vorliegenden Fall weist die Antennenspule 20 eine Windungszahl n = 8
und die Koppelspule 19 eine Windungszahl n = 10 auf. Die Koppelspule
19 und die Antennenspule 20 sind über elektrische Leiter 22, 23 verbun
den. Aufgrund der im Zusammenhang mit der Windungszahl unterschiedli
chen Wicklungslänge der Spulen bei ansonsten übereinstimmenden, die
Spulenimpedanz beeinflussenden Spulenparameter der Koppelspule 19 und
der Antennenspule 20 weist im vorliegenden Fall die Koppelspule 19 eine
im Vergleich zur Antennenspule 20 geringere Impedanz auf. Die in Fig. 2
dargestellte Ausführung des Übertragungsmoduls 14 kann demnach
beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Koppelspule 19 an die relativ
niedrige Impedanz der Transpondereinheit 13 angepaßt ist und die Anten
nenspule 20 an die relativ hohe Impedanz einer hier nicht näher darge
stellten Leseeinrichtung angepaßt ist, so daß es mittels des Übertra
gungsmoduls 14 möglich wird, eine hochohmige Leseeinrichtung mit einer
niederohmigen Transpondereinheit zu verbinden, ohne daß hierzu die
Transpondereinheit selbst, also die Transponderspule 18, unmittelbar
impedanzmäßig angepaßt werden müßte.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Übertragungsmoduls
14 ergibt sich darüber hinaus durch ein Zusammenwirken der mit einer
relativ niedrigen Windungszahl n = 10 versehenen Koppelspule 19 mit der
eine relativ hohe Windungszahl n = 20 aufweisenden Transponderspule 18
über die hier durch einen schematisierten Feldlinienverlauf 24 angedeutete
induktive Kopplung ein Transformatoreffekt, derart, daß die Koppelspule
19 und die Transponderspule 18 als Primärspule bzw. Sekundärspule eines
Transformators 25 wirken, mit der Folge, daß in der Transponderspule 18
eine vergleichsweise erhöhte Spannung induziert wird, wodurch für den
Chip 15 eine entsprechend erhöhte Betriebsspannung zur Verfügung steht.
Fig. 3 zeigt ein Übertragungsmodul 26 in einer Ausführungsform als
Karteninlay in einer in Schichttechnik gebildeten Chipkarte 27.
Neben dem Übertragungsmodul 26 werden die weiteren Lagen aus einem
Chipinlay 28 mit einem darin aufgenommenen Chip 29, einem Transpon
derspuleninlay 30 mit einer darin eingebetteten, mit dem Chip 29 kontak
tierten Transponderspule 31 und zwei jeweils auf dem Chipinlay 28 bzw.
dem Übertragungsmodul 26 angeordneten äußeren Decklagen 32 und 33
gebildet. Das Chipinlay 28 und das Transponderspuleninlay 30 bilden im
vorliegenden Fall eine Transpondervorrichtung 49.
Fig. 4 zeigt das Übertragungsmodul 26 in einer Draufsicht mit einer
Koppelspule 34 und einer Antennenspule 35, die über Leiter 36, 37
miteinander verbunden sind und auf einer gemeinsamen, hier als Dünn
schichtsubstrat ausgeführten Trägerschicht 38 angeordnet sind, die im
vorliegenden Fall aus einer Polyimidfolie bestehen kann.
Sowohl die Transponderspule 31 als auch die Koppelspule 34 und die
Antennenspule 35 können als Drahtspulen sowie auch als auf sonstige Art
und Weise realisierte Spulen ausgebildet sein.
Fig. 5 zeigt eine Transpondervorrichtung 39 mit einer Transpondereinheit
40, die aus einem Chip 41 und einer unmittelbar auf der mit Anschlußflä
chen versehenen Kontaktoberfläche 42 angeordneten Transponderspule 43
gebildet ist. Derartige Spulenanordnungen werden fachsprachlich auch mit
dem Begriff "coil on chip" bezeichnet und können in einem Ätz- oder
Abscherverfahren hergestellt werden.
Die Transpondervorrichtung 39 weist ein Übertragungsmodul 44 auf, das
aus einer um einen Ferritkern 45 angeordneten, kurzgeschlossenen Anten
nenspule 46 besteht. Abweichend von den in den Fig. 2 und 4 dargestell
ten Übertragungsmodulen 14 und 26 erfolgt bei dem Übertragungsmodul
44 die Fokussierung des von der Antennenspule 46 aufgenommenen
elektromagnetischen Feldes auf die Transponderspule 43 nicht über eine
Koppelspule, sondern über den das magnetische Feld stark bündelnden
und axial ausrichtenden Ferritkern 45.
Wie in Fig. 5 dargestellt, ermöglicht die Transpondervorrichtung 39 einen
Aufbau, bei dem der Chip 41 mit seiner Rückseite 47 unmittelbar auf einer
Stirnfläche 48 des Ferritkerns 45 positioniert werden kann. Zur Erzielung
einer möglichst effektiven induktiven Kopplung zwischen dem Ferritkern
45 und der Transponderspule 43 ist der Chip 41 derart auf der Stirnfläche
48 des Ferritkerns 45 angeordnet, daß sich die Stirnfläche 48, aus der im
wesentlichen das magnetische Feld emittiert wird, und die Transponder
spule 43 in einer Überdeckungslage befinden.
Die in Fig. 5 dargestellte Transpondervorrichtung eignet sich in besonde
rem Maße zur Verwendung als sogenannter Injektionstransponder, bei
dem die Transpondervorrichtung 39 hermetisch verschlossen in einem
beispielsweise aus Glas gebildeten Injektionsbehälter angeordnet ist, der
beispielsweise subkutan injiziert als Transponder zur Schlachtviehkennung
verwendet werden kann.
Claims (17)
1. Übertragungsmodul (14, 26, 44) zur kontaktlosen Datenübertragung
zwischen einem Chip (15, 29, 41) und einer Leseeinrichtung (12)
mit einer Spulenanordnung, die ein Koppelelement (19, 34) und
mindestens eine Antennenspule (20, 35, 46) aufweist, welche elek
trisch miteinander verbunden sind, wobei das Koppelelement zur
Herstellung einer induktiven Kopplung (24) mit einer elektrisch mit
dem Chip verbundenen Transponderspule (18, 31, 43) dient und die
Antennenspule zur Herstellung einer Verbindung mit der Leseein
richtung dient, wobei das als Koppelspule (19, 34) ausgebildete
Koppelelement und die Antennenspule (20, 35, 46) hinsichtlich ihrer
die Spulenimpedanz beeinflussenden Spulenparameter unterschied
lich ausgebildet sind.
2. Übertragungsmodul (14, 26, 44) zur kontaktlosen Datenübertragung
zwischen einem Chip (15, 29, 41) und einer Leseeinrichtung (12)
mit einer Spulenanordnung, die ein Koppelelement (19, 34) und
mindestens eine Antennenspule (20, 35, 46) aufweist, welche elek
trisch miteinander verbunden sind, wobei das Koppelelement zur
Herstellung einer induktiven Kopplung (24) mit einer elektrisch mit
dem Chip verbundenen Transponderspule (18, 31, 43) dient und die
Antennenspule zur Herstellung einer Verbindung mit der Leseein
richtung dient, wobei das Koppelelement als Koppelspule (19, 34)
ausgebildet ist und zwar derart, daß die Koppelspule als Primär
spule eines mit der zugeordneten Transponderspule (18, 31) gebil
deten Transformators (25) zur Induzierung einer erhöhten elektri
schen Betriebsspannung im Chip (15, 29, 41) wirkt.
3. Übertragungsmodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Koppelspule (19, 34) eine gegenüber der zugeordneten
Transponderspule (18, 31) verringerte Windungszahl n aufweist.
4. Übertragungsmodul, insbesondere nach Anspruch 2 oder 3,
zur kontaktlosen Datenübertragung zwischen einem Chip (15, 29,
41) und einer Leseeinrichtung (12) mit einer Spulenanordnung, die
ein Koppelelement (19, 34) und mindestens eine Antennenspule (20,
35, 46) aufweist, welche elektrisch miteinander verbunden sind,
wobei das Koppelelement zur Herstellung einer induktiven Kopp
lung (24) mit einer elektrisch mit dem Chip verbundenen Transpon
derspule (18, 31, 43) dient und die Antennenspule zur Herstellung
einer Verbindung mit der Leseeinrichtung dient, wobei das Koppel
element als Koppelspule (19, 34) ausgebildet ist und die Koppel
spule mit einer das magnetische Feld der Koppelspule verstärkenden
Verstärkungseinrichtung versehen ist.
5. Übertragungsmodul nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärkungseinrichtung aus einer die an der Koppelspule
anliegende Spannung erhöhenden oder erzeugenden Spannungs
quelle gebildet ist.
6. Übertragungsmodul nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärkungseinrichtung aus einem die an der Koppelspule
erzeugte magnetische Feldstärke erhöhenden Kern aus permeablen
Material gebildet ist.
7. Übertragungsmodul nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Koppelspule gleichzeitig als Antennenspule (46) dient und
als Kern einen permeablen Materialstab (45) zur Ausbildung eines
axial ausgerichteten Magnetfeldes aufweist.
8. Übertragungsmodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulenanordnung (34, 35) auf einem als Trägerfolie ausge
bildeten Substrat (38) angeordnet ist.
9. Übertragungsmodul nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulenanordnung (34, 35) als Karteninlay (30) ausgebildet
ist.
10. Übertragungsmodul nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulenanordnung auf einem Haftsubstrat angeordnet ist.
11. Transpondervorrichtung (11, 39) mit einer Transpondereinheit (13,
28, 30, 40) und einem Übertragungsmodul (14, 26, 44), wobei die
Transpondereinheit einen Chip (15, 29, 41) mit einer elektrisch mit
dem Chip verbundenen Transponderspule (18, 31, 43) und das
Übertragungsmodul ein Koppelelement (19, 34) mit einer Antennen
spule (20, 35, 46) aufweist, wobei das Koppelelement zur Herstel
lung einer induktiven Kopplung mit der Transponderspule dient,
und die Antennenspule elektrisch mit dem Koppelelement verbunden
ist und zur Herstellung einer kontaktlosen Verbindung mit einer Le
seeinrichtung (12) dient, wobei zur Ermöglichung einer Anpassung
zwischen der Transpondereinheit (13, 28, 30) und der Leseeinrich
tung (12) das als Koppelspule ausgebildete Koppelelement (19, 34)
und die Antennenspule (20, 35) hinsichtlich mindestens eines ihrer
die Spulenimpedanz beeinflussenden Spulenparameter unterschied
lich ausgebildet sind.
12. Transpondervorrichtung (11, 39) mit einer Transpondereinheit (13,
28, 30, 40) und einem Übertragungsmodul (14, 26, 44), wobei die
Transpondereinheit einen Chip (15, 29, 41) mit einer elektrisch mit
dem Chip verbundenen Transponderspule (18, 31, 43) und das
Übertragungsmodul ein Koppelelement (19, 34) mit einer Antennen
spule (20, 35, 46) aufweist, wobei das Koppelelement zur Herstel
lung einer induktiven Kopplung mit der Transponderspule dient,
und die Antennenspule elektrisch mit dem Koppelelement verbunden
ist und zur Herstellung einer kontaktlosen Verbindung mit einer Le
seeinrichtung (12) dient, wobei das Koppelelement (19, 34) als
Koppelspule ausgebildet ist und eine vergleichsweise geringere
Windungszahl n als die Transponderspule (18, 31) aufweist, derart,
daß die Koppelspule eine Primärspule und die Transponderspule ei
ne Sekundärspule eines Transformators (25) bildet.
13. Transpondervorrichtung (11, 39) mit einer Transpondereinheit (13,
28, 30, 40) und einem Übertragungsmodul (14, 26, 44), wobei die
Transpondereinheit einen Chip (15, 29, 41) mit einer elektrisch mit
dem Chip verbundenen Transponderspule (18, 31, 43) und das
Übertragungsmodul ein Koppelelement (19, 34) mit einer Antennen
spule (20, 35, 46) aufweist, wobei das Koppelelement zur Herstel
lung einer induktiven Kopplung mit der Transponderspule dient,
und die Antennenspule elektrisch mit dem Koppelelement verbunden
ist und zur Herstellung einer kontaktlosen Verbindung mit einer Le
seeinrichtung (12) dient, wobei das Koppelelement aus einem per
meablen Materialstab (45) gebildet ist, dessen Stirnfläche (48) als
Koppelfläche dient, und die Antennenspule (46) um den Material
stab (45) herum angeordnet ist.
14. Transpondervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transponderspule als eine auf der Oberfläche (42) des
Chips (41) angeordnete "Coil on Chip"-Chipspule (43) ausgebildet
ist.
15. Transpondervorrichtung nach Anspruch 13 und 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Chip (41) mit seiner Rückseite (47) auf der Stirnfläche (48)
des permeablen Materialstabs (45) angeordnet ist und die auf der
der Rückseite (47) gegenüberliegenden Kontaktoberfläche (42) des
Chips (41) angeordnete Chipspule (43) mit ihrer Spulenfläche im
wesentlichen deckungsgleich mit der Stirnfläche (48) des Material
stabs (45) angeordnet ist.
16. Verfahren zum Betrieb einer Transpondervorrichtung (11, 27, 39)
mit einer einen Chip (15, 29, 41) und eine Transponderspule (18,
31, 43) aufweisenden Transpondereinheit (13, 28, 30, 40) und ei
nem eine Koppelspule (19, 34) und eine mit der Koppelspule elek
trisch verbundene Antennenspule (20, 35) aufweisenden Übertra
gungsmodul (14, 26), derart, daß mittels des Übertragungsmoduls
die an eine mit der Transpondereinheit kommunizierende Leseein
richtung (12) angepaßte Impedanz der Antennenspule in eine an die
Impedanz der Transpondereinheit angepaßte Impedanz der Koppel
spule geändert wird.
17. Verfahren zum Betrieb einer Transpondervorrichtung (11, 27, 39)
mit einer einen Chip (15, 29, 41) und eine Transponderspule (18, 31, 43)
aufweisenden Transpondereinheit (13, 28, 30, 40) und ei
nem eine Koppelspule (19, 34) und eine mit der Koppelspule elek
trisch verbundene Antennenspule (20, 35) aufweisenden Übertra
gungsmodul (14, 26), derart, daß die Koppelspule (19, 34) des
Übertragungsmoduls (14, 26) zusammen mit der Transponderspule
(18, 31) als die Betriebsspannung im Chip (15, 29) erhöhender
Transformator (25) wirkt.
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