DE3490220C2

DE3490220C2 -

Info

Publication number: DE3490220C2
Application number: DE3490220A
Authority: DE
Inventors: Seiichi Koganei Tokio/Tokyo Jp Nishikawa; Koichi Okada; Teruaki Tokio/Tokyo Jp Shiro
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2004-05-19
Also published as: US4720626A; JPS59212949A; WO1984004612A1; DE3490220T

Description

Die Erfindung betrifft eine Verarbeitungsvorrichtung für eine IC- Karte und eine mit dieser Vorrichtung zu verarbeitende IC-Karte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Verarbeitungsvorrichtung und eine derartige IC-Kar te sind aus der DE 27 38 113 A1 bekannt. Dabei sind die Wandler elemente zur Übertragung der magnetischen Datensignale zwischen der Verarbeitungsvorrichtung und der IC-Karte und umgekehrt als induktive Kopplungsschleifen ausgebildet.

Ferner ist aus der DE 27 53 941 A1 eine elektronische Identifika tionsvorrichtung bekannt, bei der über eine Spule ein Magnetfeld empfangen wird. Die daraus resultierende Spannung wird als Speise spannung für andere Baueinheiten benutzt und wird außerdem so ver arbeitet, daß eine Serie von Impulsen entsteht.

Weiterhin ist aus der DE 27 47 585 C2 eine Identitätskarten-Lese vorrichtung bekannt, bei der als Leseköpfe Hallgeneratoren einge setzt werden.

Schließlich ist es aus der DE 31 22 923 A1 bekannt, auf Kreditkar ten planare Spulen zur Energiekopplung vorzusehen und aus der DE- AS 26 21 989, Wicklungen um einen Kern mit Magnetspalt vorzusehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs erwähnte Verarbeitungsvorrichtung für eine IC-Karte und die mit dieser Vor richtung zu verarbeitende IC-Karte derart weiter zu verbessern, daß die IC-Karte noch kleiner und dünner ausgebildet und besonders einfach in der Verarbeitungsvorrichtung positioniert werden kann, dabei aber bei vereinfachtem Schaltungsaufbau eine exakte Daten übertragung gewährleistet ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1.

Aufgrund der Verwendung von Hallgeneratoren und ebenen, in der IC- Karte nebeneinander angeordneten Wicklungen kann die IC-Karte sehr dünn ausgebildet und in der Verarbeitungsvorrichtung schnell und sicher positioniert werden. Aufgrund der Anordnung des Hallgenera tors im Mittelpunkt der Datenübertragungswicklung der IC-Karte und der Verwendung von Taktimpulsen ist dabei die Datenübertragung in beiden Richtungen exakt und verzerrungsfrei.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung darge stellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Gesamt aufbaus,

Fig. 2A und 2B Skizzen zur Erläuterung des Einführens der IC-Karte in die Verarbeitungsvorrichtung und

Fig. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung der Energie- und der Datenübertragung.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugsziffer 1 eine Kartenverarbei tungsvorrichtung, die so beschaffen ist, daß ein magneti sches Signal an eine IC-Karte 2 übertragen und von dieser empfangen werden kann. Es wird zunächst der Aufbau der Kar tenverarbeitungsvorrichtung 1 beschrieben und danach wird auf den Aufbau der lC-Karte 2 eingegangen werden.

Die Kartenverarbeitungsvorrichtung 1 bewirkt eine Daten übertragung einen Datenempfang mit Hilfe einer Steuerein heit 11 entsprechend einem Taktsignal von einem Taktsignal generator 17 im Zusammenwirken mit einer Verarbeitungs schaltung 12. Zu übertragende Daten werden von einem Aus gangsverstärker 13 verstärkt, um über eine Datenausgabe wicklung 14 als magnetisches Signal zur IC-Karte 2 hin über tragen zu werden. Andererseits wird ein magnetisches Signal von der IC-Karte 2 mittels eines Wandlerelements 16 für die Dateneingabe detektiert und dann von einem Eingangsverstär ker 15 verstärkt. Somit wird das magnetische Signal von der Steuereinheit 11 empfangen. Ferner wird ein Ausgangssignal des Taktsignalgenerators 17 zur IC-Karte 2 hin über einen HF-Oszillator 18 und eine ebene Wicklung 19 zur Energieversorgung übertragen.

Die IC-Karte 2 ist so aufgebaut, daß magnetische Signale zur Kartenverarbeitungsvorrichtung 1 übertragen und von dieser empfangen werden können, indem Gebrauch gemacht wird von einer ebenen Wicklung 22 für den Energieempfang, einem Wandlerelement 25 für die Dateneingabe und einer ebenen Wicklung 28 für die Datenausgabe. Die ebene Wicklung 22 für den Energieempfang ist mit einer Energieversorgungs schaltung 23 und einer Taktsignalaufnahmeschaltung 24 ver bunden. In der Energieversorgungsschaltung 23 wird eine Energieversorgungsspannung P, die einer jeden Schaltungskom ponente in der IC-Karte 2 zugeführt werden soll, mittels ei ner Gleichspannungserzeugungsschaltung 23a erzeugt, und ei ne Spannung, die benötigt wird, wenn Daten in einen Spei cher 29 geschrieben werden, wird mittels einer Booster schaltung 23b erzeugt. In der Taktsignalaufnahmeschaltung 24 wird ein Signal von der ebenen Wicklung 22 für den Ener gieempfang einer Wellenformung unterzogen, um ein Taktsi gnal zu erzeugen, das einer Steuereinheit 21 und einem Mi krocomputer 30 zugeführt wird.

Ein Ausgangssignal eines Wandlers 25 für die Dateneingabe wird mittels eines Eingangsverstärkers 26 verstärkt und an die Steuereinheit 21 geliefert. Ein zur Kartenverarbei tungsvorrichtung 1 zu übertragendes Signal wird von der Steuereinheit 21 über einen Ausgangsverstärker 27 an die ebene Wicklung 28 für die Datenausgabe geliefert, so daß das Signal als ein magnetisches Signal übertragen wird. Die Signalübertragung wird aufgrund der Tat sache bewirkt, daß der Mikrocomputer 30 mit dem Speicher 29 und der Steuereinheit 21 zusammenarbeitet.

Diese Schaltungskomponenten sind mittels Kunststoff in einer Karte integriert.

Mit diesem Aufbau wird ein magnetisches Signal, das sowohl als Energiesignal als auch als Taktsignal dient, von der Kartenverarbeitungseinheit 1 zur IC-Karte 2 hin geliefert, und ein magnetisches Signal zur Datenübertragung/zum Daten empfang wird zwischen der Kartenverarbeitungsvorrichtung 1 und der IC-Karte 2 übertragen und empfangen. Das sowohl als Energiesignal als auch als Taktsignal dienende magnetische Signal weist eine Frequenz auf, die mit einer Frequenz iden tisch ist, die auf einer Betriebsfrequenz des Mikrocompu ters beruht oder durch deren Multiplikation mit einer gan zen Zahl erhalten worden ist. Beispielsweise weist das ma gnetische Signal eine Frequenz von 4,9152 MHz auf. Ferner wird die Stärke des magnetischen Signals unter Berücksich tigung der Energieverluste in der IC-Karte 2 bestimmt.

Andererseits werden beide magnetische Signale, die Daten von der Kartenverarbeitungsvorrichtung 1 zur IC-Karte 2 und umgekehrt darstellen, als serielles Signal übertragen und dann in ein paralleles Signal umgewandelt, um danach einer Signalverarbeitung unterzogen zu werden. Wenn man diesen Signalfluß betrachtet, wird ein Signal von der Kar tenverarbeitungsvorrichtung 1 zur IC-Karte 2 vom Wandlerelement 25 empfangen, und danach wird eine Pegeleinstellung mit Hilfe des Eingangsverstärkers 26 vorgenommen. Dann wird das solchermaßen hinsichtlich seines Pegels eingestellte Signal über die Steuereinheit 21 an den Mikrocomputer 30 geliefert. Der Mikrocomputer 30 erhält eine serielle Ein gabe und bewirkt eine Serien Parallel-Umsetzung, entspre chend einem in ihm assemblierten Steuerprogramm, um ver schiedene Arten von Datenverarbeitung auszuführen und bei Bedarf Daten in den Speicher 29 zu schreiben. Wenn ferner Daten von der IC-Karte 2 zur Kartenverarbeitungsvorrich tung 1 übertragen werden, werden die seriell umgesetzten Daten vom Mikrocomputer 30 zur ebenen Spule 28 für die Da tenausgabe geliefert, und zwar über die Steuereinheit 21 und den Ausgangsverstärker 27, und werden dann zur Karten verarbeitungsvorrichtung 1 hin übertragen.

Die in der Kartenverarbeitungsvorrichtung 1 und der IC-Karte 2 vorge sehenen Wandlerelemente 16 bzw. 25 für den Empfang dieses Datenmagnetsignals sind Hall-Elemente. Der Grund, weswegen das Hall-Element verwendet wird, ist der, daß es eine Rechteckwellenform als Detektorausgangssignal für ein magnetisches Signal aufweist, so daß eine Signalre generierungsschaltung weggelassen werden kann, und das es zusammen mit peripheren Schaltungen integriert werden kann, so daß es kleine Abmessungen haben und vereinfacht sein kann.

Es werden nun die Fig. 2A und 2B betrachtet. Diese zeigen, wie die IC-Karte in die Verarbeitungsvorrichtung für die IC-Karte gemäß der Erfindung eingeführt wird, um einen Ver arbeitungsvorgang durchzuführen. In diesen Figuren ist nicht der gesamte Aufbau der Verarbeitungseinheit 1 ge zeigt, und eine Energieversorgungsschaltung mit einer Wick lung 19 zur Energieübertragung und Energieübertragungs schaltungen 17 und 18 sowie eine Datenübertragungs-/-emp fangsschaltung mit Ferritkernen 101 und 102, der Wicklung 14 und dem Hall-Element 16 sind als typische Schaltungskom ponenten der Verarbeitungsvorrichtung 1 gezeigt. Die Wick lung 19 zur Energieübertragung und ein im Ferritkern 101 vorgesehener Magnetspalt sind so angeordnet, daß sie kopla nar zueinander sind. Das Fall-Element 16 ist im Zentralbe reich der Endoberfläche des Ferritkerns 101 oder 102 zum Magnetspalt weisend vorgesehen. Dementsprechend sind die Wicklung 22 für den Energieempfang, das Hall-Element 25 für die Dateneingabe und die Wicklung 28 für die Datenausgabe auf der Oberfläche der IC-Karte 2 vorgesehen.

Wenn die IC-Karte 2 in eine vorbestimmte Position der Ver arbeitungsvorrichtung 1 eingesetzt ist, sind somit das Ener gieversorgungssystem und das Datenübertragungs-/-empfangs system zwischen der Verarbeitungsvorrichtung 1 und der IC- Karte 2 gekoppelt.

Es wird nun Fig. 3 betrachtct. Diese zeigt einen Schal tungsaufbau für das Energieversorgungssystem und das Daten übertragungs-/-empfangssystem, die vorgesehen sind in der Verarbeitungsvorrichtung 1 und der IC-Karte 2, wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt. In dieser Figur ist die Verarbei tungsvorrichtung 1 links gezeigt, während die IC-Karte 2 rechts gezeigt ist, wobei die Doppelpunkte aufweisende strichpunktierte Linie in der Mitte der Figur die Grenzli nie darstellt. Es wird davon ausgegangen, daß die IC-Karte 2 bereits in die Verarbeitungseinheit 1 eingesetzt ist.

Zunächst wird das Energieversorgungssystem betrachtet. Der ebenen Wicklung 19 für die Energieversorgung wird vom Oszil lator 18 in Übereinstimmung mit dem vom Taktsignalgenerator 17 zugeführten Taktsignal mit einer Frequenz von 4,9152 MHz eine hochfrequente Energie zugeführt. Wenn nämlich das Takt signal H ist, schaltet die Diode D₁ ab und schaltet die Diode D₂ ein, so daß der Transistor Q₁₁ einschaltet. Als Folge davon schaltet der Transistor Q₂₁ ein, während der Transistor Q₁₂ ausschaltet. Folglich schaltet der Transi stor Q₂₂ ebenfalls aus. Wenn dagegen das Taktsignal L wird, schaltet die Diode D₁ ein und die Diode D₂ schaltet aus. Als Ergebnis schaltet der Transistor Q₁₁ aus, so daß der Transistor Q₂₁ ausschaltet. Andererseits schaltet der Tran sistor Q₁₂ ein, so daß der Transistor Q₂₂ einschaltet. Als Ergebnis bewirkt der FET Q₂₃ einen Ein-Aus-Betrieb mit ei ner Frequenz von 4,9152 MHz, um die Wicklung 19 zu erregen.

Somit wird ein Hochfrequenzstrom in der in der IC-Karte 2 vorgesehenen Wicklung 22 für den Energieempfang induziert. Der solchermaßen induzierte Hochfrequenzstrom wird einer seits als Taktsignal ausgegeben und andererseits mittels der Diode D₃ gleichgerichtet und gelangt dann durch eine Glättungsschaltung, um danach auf eine Konstantspannungs schaltung 23A gegeben zu werden, um in eine konstante Aus gangsspannung umgewandelt zu werden. Die solchermaßen er haltene konstante Ausgangsspannung wird über eine Rauschun terdrückungsschaltung auf jede in der IC-Karte 2 vorgesehe ne Schaltung gegeben.

Es wird nun das Datenübertragungs-/-empfangssystem betrach tet. Es wird zunächst das System zur Datenübertragung von der IC-Karte 2 zur Verarbeitungsvorrichtung 1 beschrieben. Wenn ein Datensignal mit 9600 BPS (Bits pro Sekunde) von der Steuereinheit 21 auf den Ausgangsverstärker 27 gegeben wird, wird das Datensignal einerseits über einen Inverter INV₂ an den Transistor Q₂₈ und andererseits direkt an den Transistor Q₂₇ geliefert. Somit werden die Transistoren Q₂₇ und Q₂₈ mit einer Gegenphase von 180° zueinander ein- und ausgeschaltet, um die Wicklung 28 für die Datenausgabe in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu erregen. Somit wird in der Wicklung 28 ein Magnetfeld erzeugt, das in die Vor wärtsrichtung und in die Rückwärtsrichtung gerichtet ist. Das solchermaßen erzeugte Magnetfeld wird von dem in der Verarbeitungsvorrichtung 1 vorgesehenen Hall-Element 16 detektiert und dann von dem im Eingangsverstärker 15 vor gesehenen Transistor Q₂₄ verstärkt, um an die Steuereinheit 11 geliefert zu werden. Der Eingangsverstärker 15 besitzt einen variablen Widerstand VR₁ zur Nulleinstellung des Hall-Elements 16 und einen variablen Widerstand VR₂ zur Verstärkungseinstellung des Eingangsverstärkers 15.

Es wird nun das System zur Datenübertragung von der Verar beitungsvorrichtung 1 zur IC-Karte 2 beschrieben. Wenn ein Datensignal von 9600 BPS von der Steuereinheit 11 an den Ausgangsverstärker 13 geliefert wird, wird das Datensignal dem Transistor Q₂₅ über einen Inverter INV₁ und dem Tran sistor Q₂₆ direkt zugeführt. Somit bewirken die Transisto ren Q₂₅ und Q₂₆ einen Ein-Aus-Betrieb, wobei sie eine Pha senverschiebung von 180° zueinander aufweisen, um die Wick lung 14 für die Datenausgabe in der Vorwärts- und der Rück wärtsrichtung zu erregen. Als Ergebnis wird in der Wicklung 14 ein Magnefeld erzeugt, das in die Vorwärts- und die Rückwärtseinrichtung gerichtet ist. Das solchermaßen erzeug te Magnetfeld wird von dem in der IC-Karte 2 vorgesehenen Hall-Element 25 detektiert und dann von dem im Eingangs- Verstärker 26 vorgesehenen Transistor Q₂₉ verstärkt, um an die Steuereinheit 21 ausgegeben zu werden. Gleicherma ßen wie in dem in der Verarbeitungsvorrichtung 1 vorgese henen Eingangsverstärker 15 wird im Eingangsverstärker 26 eine Verstärkungseinstellung und eine Nulleinstellung des Hall-Elements mit den variablen Widerständen VR₃ und VR₄ durchgeführt.

Claims

1. Verarbeitungsvorrichtung für eine IC-Karte und mit dieser Vorrichtung zu verarbeitende IC-Karte,
wobei von der Verarbeitungsvorrichtung ein magnetisches Energieversorgungssignal an die IC-Karte geliefert wird und zwischen der Verarbeitungsvorrichtung und der IC-Karte mit tels magnetischer Signale in kontaktfreier Weise ein wechsel weiser Datenempfang erfolgt,
wobei die Verarbeitungsvorrichtung (1) einen Oszillator (18) zum Erzeugen eines Ausgangssignals vorbestimmter Frequenz, eine erste Spule (19) zum Erzeugen eines dem Oszillatoraus gang entsprechenden magnetischen Wechselfeldes als Versor gungsenergie für die IC-Karte (2), eine zweite Spule (14) zum Abgeben eines auf die IC-Karte zu übertragenden magnetischen Datensignals und ein Wandlerelement (16) zur Aufnahme eines von der IC-Karte (2) gelieferten magnetischen Datensignals aufweist, und
wobei die IC-Karte einen einen Speicher (29) und einen Mikro computer (30) aufweisenden elektronischen Schaltkreis, eine erste Spule (22) und eine Energieversorgungsschaltung (23) für die Aufnahme des magnetischen Energieversorgungs-Wechsel feldes der Verarbeitungsvorrichtung (1), eine zweite Spule (28) zum Abgeben eines auf die Verarbeitungsvorrichtung (1) zu übertragenden magnetischen Datensignals und ein Wandler element (25) zur Aufnahme eines von der Verarbeitungsvor richtung (1) gelieferten magnetischen Datensignals aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal des Oszillators (18) eine Frequenz gleich oder proportional der Betriebsfrequenz des Mikrocomputers (30) hat und in der IC-Karte (2) eine an ihre erste Spule (22) ange schlossene und den Mikrocomputer (30) taktende Taktsignal- Aufnahmeschaltung (24) vorgesehen ist,
daß die Wandlerelemente von Verarbeitungsvorrichtung (1) und IC-Karte (2) als Hallelemente (16; 25) ausgebildet und im Zentralbereich der zweiten Spulen (14; 28) der Verarbeitungs vorrichtung (1) und der IC-Karte (2) angeordnet sind und
daß die Spulen (22, 28) der IC-Karte (2) als ebene, nebenein ander in einer gemeinsamen Ebene liegende Wicklungen ausge bildet sind.

2. Verarbeitungsvorrichtung für eine IC-Karte und mit dieser Vorrichtung zu verarbeitende IC-Karte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (14) der Verarbeitungsvorrichtung (1) auf einen von zwei Ferritkernen (101, 102) aufgewickelt ist, die einen Magnetspalt zum Einschieben der IC-Karte (2) bil den, wobei das Hall-Element (16) der Verarbeitungsvorrichtung (1) im Zentralbereich der Endoberfläche eines der Ferritkerne angeordnet ist, und zwar zum Magnetspalt weisend.

3. Verarbeitungsvorrichtung für eine IC-Karte und mit dieser Vorrichtung zu verarbeitende IC-Karte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule (19) der Verarbeitungsvorrichtung (1) als ebene Wicklung ausgebildet und in der Ebene des Magnetspalts der Ferritkerne (101, 102) angeordnet ist.