DE3780403T2 - Persoenliches speicherkartensystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Kartenlese/Schreibeinrichtungen zur Verwendung mit tragbaren Datenkarten.
• Die Verwendung von Kreditkarten für Käufe und im Bankwesen und für andere Transaktionen ist so populär geworden, daß die meisten Personen dies heute mit sehr wenig Bargeld tun. Die Karte, die typischerweise aus Plastik hergestellt ist, in die eine Kontonummer und der Name des Kontoinhabers eingeprägt ist, dient einzig dazu, ein autorisiertes Konto bei einer Bank oder einem Kreditinstitut zu identifizieren, um dieses mit einer Transaktion zu belasten. Ein Magnetstreifen auf der Rückseite von einigen Karten enthält die gleiche Information, ist aber maschinenlesbar, um die Transaktion zu beschleunigen. Alle kontobezogenen Informationen sind in der Bank oder dem Kreditinstitut gespeichert.
• Da Transaktionen in allgemeinen an der Bank oder dem Kreditinstitut fern liegenden Orten auftreten, ist es einfach für eine Person, eine entwendete Karte zu verwenden, oder für den legitimierten Besitzer, versehentlich sein Kreditlimit zu Überziehen. Die meisten Kaufleute verlangen deshalb, daß bevor Käufe über einen relativ bescheidenen Betrag, wie 50$, abgeschlossen werden, die Berechtigung durch die Bank oder das Kreditinstitut als angemessen bestätigt werden. Sogar mit automatischem telefonischem Ruf ist die Prozedur langwierig und zeitintensiv. Weiterhin wird eine getrennte Karte für jedes Konto benötigt.
• Mit dem Auftreten der jüngsten Fortschritte in der Mikroelektronik ist es jedoch nun möglich, eine große Menge an Rechnerleistung und Speicher selbst auf der Karte unterzubringen, um eine "intelligente Karte" oder "persönliche Speicherkarte" herzustellen. Die Karte könnte dazu persönliche Identifizierungsdaten tragen, um praktisch betrügerische Verwendung zu vermeiden - solche Daten wie persönliche Charakteristika, Führerschein, Sozialversicherungsnummer, persönliche Intentifizierungsnummern und sogar einen Stimmabdruck. Die Karte könnte ebenfalls die Kontonummern aller Belastungskonten des Benutzers, die Kontostände aller Konten, die Kreditlimite von allen Konten und weitere solcher persönlicher Daten, wie zum Beispiel die Größen der Familienmitgliedern für Kleiderkäufe, persönliche Telefonverzeichnisse ect. enthalten. Die Arten der persönliche Daten sind nur durch das persönliche Vorstellungsvermögen beschränkt.
• Die Technologie, um all dies auf einer Karte mit Standardgröße unter zu bringen, besteht. Was diese sehr ansprechende Karte jedoch aufhält, ist was zunächst als das einfache Problem einer geeigneten Schnittstelle für die Zuführung der Betriebsleistung zur Karte und die zuverlässige Übertragung von Daten zur und von der Karte erscheint.
• Intelligente Karten, die im Stand der Technik bekannt sind, werden durch vielfältige Kontaktverfahren gelesen und auf diese geschrieben. Ein Problem, das auftritt, wenn Metallkontakte verwendet werden, ist jedoch der erhöhte ohmsche Widerstand aufgrund der Oxydation, die mit der Zeit auf der Kontaktoberflächen stattfindet. Dies ist von Bedeutung, da die Exaktheit der Datenübertragung zwischen einer Karte und einer Lese- oder Schreibeinrichtung abnimmt, wenn der ohmsche Widerstand dieser Kontakte zunimmt. Zusätzlich lassen es die Kontakte in einer freiliegenden Stellung zu, daß die der Luft entstammenden Teilchen sich auf der Oberfläche absetzen und die Kontaktfläche verkleinern und die Verbindung zeitweilig unterbrochen wird. Wieviel Betriebsleistung zum Lesen und Schreiben einer solchen Karte auch von einer dazugehörigen Station in einem System für diese Karte über diese Kontakte auch Übertragen wird, es existiert ein Verlust an der Menge Übertragener Energie nach einiger Zeit des Gebrauchs, der die Karte unbetreibbar macht.
• Ein zweites Problem, das bei der Bereitstellung von Betriebsleistung und Daten auf den intelligenten Karten, mit der Verwendung von Metallkontakten zusammenhängt, besteht in der Möglichkeit des Auftretens von elektrostatischer Entladung (ESD), welch die Mikroelektronik auf der Karte zerstören kann. Hohe Spannungen, die durch eine Person oder Karte gebildet werden, oder die versehentlich in diese von andere Quellen eingekoppelt wird, kann sehr leicht direkt an die Elektronik der Karte gekoppelt werden, wenn metallische Kontakte verwendet werden. Klammerdioden, die an den verschiedenen Eingängen einer Karte eingesetzt werden, stellen ein gewisses Maß an Schutz zur Verfügung, sind aber nicht in der Lage, gegen einige der höheren Spannungspegel zu schützen, auf die eine Karte gelegentlich während ihres normalen Gebrauchs in ihrer erwarteten Umgebung treffen kann.
• Die US-A-4277837 beschreibt ein persönliches tragbares Terminal und eine Datenspeicher- und Übertragungskarte für finanzielle Transaktionen, das kapazitive Kopplung verwendet, um Daten zu Übertragen und induktive Kopplung, um Leistung aus dem Terminale in die Karte zu Übertragen. Das tragbare Terminal begleitet eine Person, wenn sie Käufe tätig, und gestattet ihr die Kontrolle über die Art der Transaktion, die unmittelbar in die Datenübertragungs- und Speicherkarte eingegeben wird.
• Die GB-A-1152833 beschreibt eine Einrichtung zum Messen eines variablen Parameters eines drehbaren Körpers und zum Bereitstellen einer Anzeige davon in einem nicht drehenden Teil. Der variable Parameter, der zu Verfügung gestellt wird, kann Information, wie die Temperatur eines Rotors einer elektrischen Maschine, die Belastung, die auf diesen Rotor aufgebracht wird, sein. Diese Information wird ohne den Rückgriff auf mechanischen Kontakt zwischen stationären und beweglichen Teilen erhalten, welches Probleme der Wartung involviert. Die Vorrichtung enthält eine induktive Einrichtung für die induktive Kopplung alternierender Ströme zu einem rotierenden Körper von einem stationären Teil aus, eine Messeinrichtung in dem Körper, die durch diesen Strom mit Leistung versorgt wird und geeignet ist, ein Ausgabesignal zu erstellen, welches für den gemessenen Parameter repräsentativ ist, und eine Einrichtung für das differentielle Übertragen des Ausgabesignals über kapazitive Kopplung an den stationären Teil.
• Bezug wird ebenfalls auf die parallelen Verfahren anhängigen Anmeldungen EP-A-0262181 und EP-A-0267231 des gleichen Anmelders genommen.
• Entsprechend dieser Erfindung wird eine Kartenlese/Schreibeinrichtung bereitgestellt, wie in Anspruch 1 beansprucht.
• Beim Übertragen wird kein direkter ohmscher elektrischer Kontakt zwischen der Karte und der Lese/Schreibeinrichtung der Betriebsleistung zur Karte hergestellt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Primärabschnitt eines Transformators in der Lese/Schreibeinrichtung angeordnet und ein Induktor, der in der Karte eingebettet ist, funktioniert als der zweite Abschnitt des Transformators. Diese Abschnitte, die jeweils zusammen mit Ferritkernen in der Lese/Schreibeinrichtung und in der Karte angeordnet sind, stellen eine induktive Schnittstelle dar, die gebildet wird, wenn der zweite Abschnitt des Transformators in enger Nachbarschaft zu dem ersten Abschnitt der Lese/Schreibeinrichtung ausgerichtet ist. Ausreichende Leistung für den Betrieb der Elektronik in der Karte und ebenfalls ein Zeitsignal zur Bereitstellung der benötigten zeitlichen Koordination wird in die Karte über diese induktive Schnittstelle eingekoppelt.
• Wenn die Karte an ihrem Ort in der Lese/Schreibeinrichtung ist, werden Daten zur und von der Karte und Leistung zur Karte in zuverlässiger Weise Übertragen. Dies bleibt so, sogar nach einiger Zeit der Benutzung, da keine freiliegenden Metallfläche zukorrodieren oder sich an diesen Teilchen sammeln können. Zusätzlich ist die Möglichkeit der Zerstörung der Karte durch elektrostatische Entladungen über die Elektronik in der Karte minimiert, da ein Isolator in der Form eines Dieleketrikums zwischen den Leitern der Karte und irgendwelchen Quellen, von welchen aus diese Entladung auftreten kann, bereitgestellt ist. Im Betrieb ist das persönliche Speicherkartensystem in der Lage, einem autorisierten Benutzer bei der zugeordneten Station zu gestatten, eine persönliche Speicherkarte selektiv mit neuen und verschiedenen Daten wie erwünscht umzuprogrammieren.
• Die Erfindung wird nachstehend mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1: eine funktionale Blockdarstellung eines persönlichen Speicherkartensystems, das eine Kartenlese/Schreibeinrichtung enthält, welche die Erfindung verkörpert,
• Fig. 2: die Basisstruktur der persönlichen Speicherkarte und die Anordnung der Hauptkomponenten darauf,
• Fig. 3: ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung der hauptsächlichen funktionalen Komponenten der analogen Schnittstellenschaltung, die im dem Speicherkartensystem von Fig. 1 dargestellt ist, stärker im Detail , und
• Fig. 4: ein schematisches Schaltbild, das die hauptsächlichen funktionalen Komponenten der Lese/Schreibeinrichtung von Fig. 1 mehr im Detail erläutert.
• In den Zeichnungen sind die gleichen Elemente, wenn sie in mehr als einer Figur dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Nachstehen wird auf Fig. 1 Bezug genommen. In dieser ist ein Blockschaltbild einer tragbaren Karte oder einer persönlichen Speicherkarte 10 und einer Kartenlese/Schreibeinrichtung 15 dargestellt, welche die Erfindung verkörpern. Einige der prinzipiellen Komponenten, die in der Karte 10 angeordnet sind, ein Microcomputer 110, ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 115, eine analoge Schittstellen-Schaltung 300, die Sekundärwicklung 121 eines Transformators 120 und kapazitive Platten 125-128.
• Der Microcomputer 110 enthält eine zentrale Prozessoreinheit und Speichereinheiten in der Form eines Schreib/Lesespeichers mit wahlfreien Zugriff und eines Nur-Lesespeichers. Beim Betrieb unter der Steuerung vorprogrammierter Firmensoftware, die durch seinen interne Nur-Lesespeicher bereitgestellt wird, formatiert der Microcomputer 110 Daten zu dem EEPROM 115 und zu der Lese/Schreibeinrichtung 15 über die analoge Schnittstellenschaltung 300. Der Microcomputer 110 interpretiert ebenfalls Befehle, die er von der Lese/Schreibeinrichtung durch die analoge Schnittstellenschaltung 300 empfangen hat. Zusätzlich prüft der Microcomputer 110 Fehler beim Lesen und Schreiben von Daten zu dem EEPROM 115 und bei Übertragungen zu und von der Lese/Schreibeinrichtung 15.
• Durch den Einsatz des EEPROM 115 in der Karte 10 hat ein autorisierter Benutzer die Möglichkeit, verschiedene Abschnitte der Karte mit neuen und verschiedenen Daten wie erwünscht bei einer autorisierten zugehörigen Anwendungsstation zu programmieren. Ein derartiger Speicher ist von einer Anzahl von Lieferanten erhältlich, viele von diesen sind in dem Artikel mit dem Titel "Are EEPROMS Finally Ready to take off?" von J. Robert Lineback, Elektronics, Vol. 59, Nr. 7 (17. Februar, 1986) Seiten 440-41 erwähnt. Daten können aus einem EEPROM wiederholtermassen geschrieben und gelesen werden oder gelöscht werden während die Betriebsleistung angelegt wird. Wenn die Betriebsleistung entfernt wird, verbleiben beliebige Änderungen, die an den Daten vorgenommen wurden, in dem EEPROM und sind abrufbar wann immer die Karte 10 wieder mit Leistung versorgt wird.
• Die analoge Schnittstellenschaltung 300 stellt eine Einrichtung zur Verfügung zur Bildung einer Schnittstelle zwischen der Speicherkarte 10 zur Lese/Schreibeinrichtung 15. Diese Schnittstelle führt eine Vielzahl von Funktionen aus, welche die Bereitstellung von Betriebsleistung aus magnetischer Energie, die von der Lese/Schreib-Einrichtung 15 zur Karte 10 gekoppelt wird, und ebenfalls das Koppeln von Daten zwischen der Lese/Schreibeinrichtung 15 und dem Microcomputer 110 in der Karte 10, enthalten. Leistung für die Karte 10 wird aus der Lese/Schreibeinrichtung 15 an die analoge Schnittstellenschaltung 300 über eine induktive Schnittstelle bereitgestellt, welche durch die Sekundärwicklung 121 eines Transformators 120 gebildet wird. Dieser Transformator wird gebildet, wenn die Sekundärwicklung der Karte 10 in Deckung mit einer Primärwicklung 122 in der Lese/Schreibeinrichtung 15 gebracht wird.
• Der Transformator 120 kann in vorteilhafter Weise einen Ferritkern 123 in der Lese/Schreibeinrichtung für verbesserte Kopplung zwischen der Primärwicklung 122 des Transformators und der Sekundärwicklung 121 enthalten. Ein zweiter solcher Kern 124 kann ebenfalls im dem Transformator 120 enthalten sein und der Sekundärwicklung 121 in der Karte zu einer weiteren Erhöhung der Kopplungseffizienz zugeordnet sein. In solchen Anordnungen, in denen reichlich Leistung zur Verfügung steht und Effizienz keiner Überlegung bedarf, kann eine oder beide dieser Kerne weggelassen werden. Die Verwendung eines Transformators für die Kopplung von Leistung in eine Kreditkarte wurde durch R. L. Billings in dem US Patent 4692604 mit dem Titel "Flexibel Inductor", welches zu dem EP 0 180 380 korrespondiert, vorgeschlagen.
• Der Datenempfang zur und die Datenübertragung von der Karte werden für die analogen Schnittstelle 300 durch eine kapazitive Schnittstelle zur Verfügung gestellt, die vier Kondensatoren enthält, die gebildet werden, wenn Elektroden oder Platten 125-128 auf der Speicherkarte 10 mit korrespondierenden Elektroden der Platten 155-158 in der Lese/Schreibeinrichtung 15 zur Deckung gebracht werden. Zwei dieser Kondensatoren werden verwendet, um Daten zu der Speicherkarte 10 aus der Lese/Schreibeinrichtung 15 zu Übertragen und die verbleibenden zwei werden verwendet, um Daten zu der Lese/Schreibeinrichtung 15 von der Karte 10 zu übertragen. Die Kombination der induktiven Schnittstelle und der kapazitiven Schnittstelle stellt die komplette Nachrichtenschnittstelle zwischen der Lese/Schreibeinrichtung 15 und der Speicherkarte 10 zur Verfügung. Die analoge Schnittstellenschaltung 300 ist in Fig. 3 mehr im Detail und später weiterhin in der begleitenden Beschreibung dargestellt.
• Die Organisation einiger der Komponenten in der Lese/Schreibeinrichtung 15 spiegelt funktional diejenige in der Karte wieder. Diese Komponenten sind zum Beispiel eine analoge Schnittstellenschaltung 400 und ein Microcomputer 110. Zusätzlich enthält die Lese/Schreibeinrichtung ebenfalls eine Stromversorgung 162 und eine Eingangs/Ausgangsschnittstelle 160. Die Stromversorgung 162 wird verwendet, um Leistung bereit zu stellen und um ebenfalls ein Zeitsignal aus der Lese/Schreibeinrichtung 15 zur Karte 10 durch den Transformators 120 zu koppeln. Die Eingangs/Ausgangsschnittstelle 160 ist prinzipiell ein universeller asynchroner Sendeempfänger (UART), der für externe Kommunikation mit solchen Stationen verwendet wird, wie einer Schaltereditierstation, einer Werkseditierstation, einer Ausgabeeditierstation, einer öffentlichen Telefoneinrichtung oder einer anderen geeignet konfigurierten Station.
• Nachstehend wird auf Fig. 2 Bezug genommen. In dieser ist die Basisstruktur der Karte 10 dargestellt und die relative Anordnung der prinzipiellen Komponenten darauf. Die Karte enthält im allgemeinen eine laminierte Struktur, die eine 0,125mm (0,005 Inch) dicke einzel- oder doppelseitig bedruckte Schaltungsplatine 201 enthält. Kapazitive Platten 125-128 sind auf der Oberseite dieser gedruckten Schaltungsplatine angeordnet dargestellt, aber es ist festzuhalten, daß es innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmannes auf dem Gebiet liegt, diese Platten auf der Unterseite oder an gegenüberliegenden Seiten der Platine anzuordnen, so lange diese durch einen geeigneten Isolator oder eine dielektrische Schicht abgedeckt sind. Anschlußkontakte zum Bonden der analogen Schnittstellenschaltung 300, des Microcomputers 110, des EEPROMs 115, der Transformatorsekundärseite 121 und der an der Oberfläche befestigten Kondensatoren 302 und 315 sind auf der Oberseite auf der Platine 201 angeordnet. Die integrierten Schaltungen z. B. der Microcomputer 110, das EEPROM 115 und die analoge Schnittstellenschaltung 300 sind drahtgebondet und die Kondensatoren sind leitfähig auf die gedruckte Schaltungsplatine 201 aufgeklebt. Es ist festzuhalten, daß andere Maßnahmen zur elektrischen Verbindung der elektrischen Schaltungen mit der gedruckten Schaltungsplatine 201 für Fachleute auf diesem Gebiet bekannt sind. Automatisiertes Bandbonden ist ein Beispiel einer solchen Maßnahme.
• Bei der Herstellung der Karte 10 wurde die gedruckte Schaltungsplatine 201 auf ein strukturelles Element 202 laminiert, welches ungefähr 0,5mm (0,020 Inch) dick ist. Dieses strukturelle Element hat vielfache Öffnungen 203, um die physikalische Größe der obenstehend erwähnten Komponenten, die auf der gedruckten Schaltungsplatine 201 befestigt sind, aufzunehmen. Vergußmaterial wird nach einander in ausreichender Menge in die Öffnungen 203 des strukturellen Elementes 202 gebracht, um die darin angeordneten Komponenten zu bedecken und um die geringfügig abgesenkte obere Oberfläche jeder dieser Komponenten auszubilden, um sich an die alleroberste Oberfläche des strukturellen Elementes 202 anzuschließen.
• Eine obere Deckplatte 204 ist auf das strukturelle Element 202 auflaminiert. Auf dieser Deckplatte ist eine geeignete Zeichnung und sind Logos entweder darauf befestigt oder darin eingebettet. Eine dielektrische Lage ist ebenfalls auf der Unterseite der doppelseitig bedruckten Schaltungsplatine 201 auflaminiert, wobei die Leiteradern (und möglicherweise leitfähige Platten), die auf der unteren Seite dieser Platine angeordnet sind, bedeckt sind, die anderenfalls freiliegend wären. Es ist diese untere Außenseite der Karte, die im allgemeinen Anweisungen und ebenfalls einen Magnetstreifen und ein Unterschriftenfeld wie erwünscht enthält.
• Nachstehend wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in dieser ist in größerem Detail die analoge Schnittstellenschaltung 300 der Fig. 1 dargestellt. Eine Anzahl von Funktionen für die Speicherkarte 10 werden durch diese Schnittstellenschaltung bereitgestellt, wie z. B. die Leistungsgleichrichtung und -steuerung, die Übertragung von Daten zu und das Empfangen von Daten von der Lese/Schreibeinrichtung 15, das Empfangen eines Zeitsignals von der Transformatorsekundärseite 121 zum Betrieb des Microcomputers 110 und ebenfalls das Bereitstellen einer Versorgungsleistungsrücksetzfunktion zum Zurücksetzen des Microcomputers wann immer die Versorgungsleistung entfernt wird und dann wieder an die Speicherkarte 10 angelegt wird.
• Ein Wechselstromsignal von ungefähr 1,5 MHz wird durch den Transformator 120 zu der Sekundärwicklung 121 magnetisch von der Lese/Schreibeinrichtung 15 gekoppelt. Das Ausgangssignal dieser Sekundärwicklung 121 wird an einen Vollwellenbrückengleichrichter 301 angelegt. Die Gleichspannung, die durch den Brückengleichrichter 301 erzeugt wird, wird durch einen Kondensator 302 gefiltert und dann in einen zweiteiligen Regler 303 eingekoppelt, welcher einen Nebenschlußregelabschnitt in der Eingangsseite und einen seriellen Längsregler auf der Ausgangsseite enthält.
• Der Nebenschlußregler dient dazu, den aus der Sekundärwicklung 121 des Transformators gezogenen Strom einigermaßen konstante zu halten und dadurch den Betrieb in einem optimalen Bereich der Leistungsübertragungskurve des Transformators 120 sicher zu stellen. Dies ist erwünscht, da falls der Leistungsbedarf der Karte 10 abnimmt, der Nebenschlußreglerabschnitt die zusätzliche Leistung verbraucht, um die Last an der Lese/Schreibeinrichtung 15 und an der Sekundärwicklung 121 des Transformators, welche die Wechselstromleistung empfängt, konstant zu halten. Und falls der Leistungsbedarf zunimmt in der Karte, da eine Operation auftritt, die mehr Leistung benötigt, reduziert der Nebenschlußreglerabschnitt seine Leistungsaufnahme, wenn er einen Spannungsabfall detektiert. Der Strom läuft dann durch den seriellen Spannungslängsregler und stellt die Betriebsleistung für alle anderen Schaltungen in der Karte zur Verfügung. Der Kondensator 315 stellt zusätzliche Filterung für den Gleichspannungsausgang des Nebenschluß- und des seriellen Längsreglers 303 bereit.
• Eine Zeitsignalwiederherstellungsschaltung 304 ist an die Sekundärwicklung 121 des Transformators 120 gekoppelt, um ein Zeitsignal bereitzustellen, das geeignet ist für den Betrieb des Microcomputers 110. Diese Schaltung 304 enthält einen Komparator der differentiell eine Seite der Sekundärwicklung 121 des Transformators 120 relativ zu dem Masseknoten des Brückengleichrichters 301 vergleicht. Die bereitgestellten Pulse werden durch den Komparator geformt, was relativ schnelle Einschalt- und Ausschaltzeiten ergibt, die geeignet sind für die Ansteuerung des Microcomputers 110.
• Eine Rücksetzschaltung 305, die eine Spannungsreferenz 306, einen Komparator 307 und einen monostabilen Multivibrator 308 enthält, überwacht das geregelte Ausgangssignal des Nebenschluß- und seriellen Längsreglers 303. Diese Schaltung verhindert den Betrieb des Microcomputers 110, falls die Versorgungsspannung an dem Ausgang des Nebenschluß- und seriellen Längsreglers 303 nicht innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereiches ist.
• Eine Widerstandskette mit den Widerständen 309 und 310 bildet eine Teilerschaltung, welche die Spannung, die dem Komparator 307 von dem Regler 303 zugeführt ist, reduziert. Und die Spannungsreferenz 306 setzt einen Spannungsschwellwert, der dem minimal erlaubten benötigten Betriebspegel entspricht, welcher dann mit der Spannung aus der Widerstandskette im Komparator 307 verglichen wird. Im Betrieb ist, wenn die Spannung von dem Nebenschluß- und seriellen Längsregler 303 von 0 ansteigt, die dem Komparator 307 von der Spannungsreferenz 306 zur Verfügung gestellte Spannung höher als die Spannung, die dem Komparator von der Widerstandskette zur Verfügung gestellt wird, und der Microcomputer verbleibt rückgesetzt. Wenn die Spannung von dem Nebenschluß- und seriellen Längsregler 303 über die minimale Betriebsspannung ansteigt, wird das Ausgangssignal der Widerstandskette höher als die Spannungsreferenz. Der Komparator 307 schaltet dann den Zustand und der monostabile Multivibrator 308 gibt einen Puls von ungefähr 200 msek Länge an den Microcomputer 110, welcher dadurch aktiviert wird, und ein darin enthaltener Prozessor startet den Betrieb.
• Falls es nach einiger Zeit nach dem Erreichen der benötigten Betriebspegel vorkommt, daß die geregelte Spannung unter den Spannungsschwellwert abfällt, detektiert die Rücksetzschaltung 305 diesen Abfall und sperrt den Microcomputer 110. Dieses sichert gegen irrelevante Operationen, welche auftreten könnten und in irgendeiner Weise die Daten in dem EEPROM 115 beeinflussen könnten. Die Rücksetzschaltung 305 bewirkt somit die Sperrung des Microcomputers 110, wenn immer die Spannung niedriger als die vorbestimmte Betriebsspannung ist, und schützt dementsprechend gegen inkorrekten Betrieb der Karte 10 in einem solchen Zustand mit niedriger Spannung.
• Solch eine inkorrekte Spannung kann möglicherweise auftreten, wenn die Karte nicht vollständig in die Lese/Schreibeinrichtung 15 eingesetzt ist oder wenn eine zu große Lücke zwischen der Oberfläche der Karte 10 und der entsprechenden Oberfläche in der Lese/Schreibeinrichtung 15 aufgrund von irgendwelchen auf irgend einer Oberfläche liegenden Hindernissen ist. Und da irgendeine Unterbrechung der Spannung der Karte ebenfalls die Rücksetzschaltung 305 veranlasst, aktiviert zu werden, veranlassen Ereignisse wie die Unterbrechung der Wechselstromleistung für die Lese/Schreibeinrichtung 15 oder ein Benutzer, der die Karte 10 aus der Lese/Schreibeinrichtung 15 zu einer ungeeigneten Zeit herauszieht, ebenfalls den Microcomputer 10 gesperrt zu sein. Der Betrieb des Microcomputers 110 wird wieder aufgenommen, wenn die Versorgungsspannung zu dem korrekten Betriebspegel zurückkehrt.
• Eine Datenausgangstreiberschaltung 311, die Treiberverstärker 312 und 313 enthält, empfängt serielle Daten von dem Microcomputer 110 und betreibt die kapazitiven Platten 125 und 126 differentiell, welche jeweils mit den kapazitiven Platten 155 und 156 in der Lese/Schreibeinrichtung 15 eine Schnittstelle bilden. Diese Treiber 312 und 313 konvertieren die serielle Daten aus dem Microcomputer 110, der mit einer Polarität arbeitet, in eine differenzelle Spannung, so daß für jeden Übergang des Signals des Microcomputers 110 einer der Treiber positiv wird, während der andere negativ wird.
• Eine Datenempfangsschaltung 320 besteht aus einem Differenzverstärker und wird beim Empfang von differentiellen Daten verwendet, die den kapazitiven Platten 127 und 128 von den kapazitiven Platten 157 und 158 in der Lese/Schreibeinrichtung 15 eingekoppelt werden. Diese Daten von der Lese/Schreibeinrichtung 15 sind dem Microcomputer 110 in der Karte 10 zur geeigneten Verarbeitung zugeführt. Hysterese ist der Datenempfangsschaltung 320 ausgebildet, so daß ein Differenzpuls, der größer als die Hysterese ist, alles ist, was benötigt wird, um den Ausgang des Verstärkers von einem "High"-Zustand zu einem "Low" -Zustand oder von einem "Low"-Zustand zu einem "High"-Zustand zu schalten. Die Hysterese hilft durch Ignorieren kleiner differentieller Störungssignale und durch Schalten nur bei großen differentiellen Datensignalen dabei, Störungen davon abzuhalten, eine falsche Triggerung der Datenempfangsschaltung zu bewirken. Somit wird, wenn einmal die Datenempfangsschaltung Zustände geschaltet hat, falls kein weiteres Eingangssignal vorliegt, diese in dem Zustand verbleiben, in welchen immer auch dann geschaltet wurde und wird nicht zu dem anderen Zustand zurückdriften.
• Obwohl ESD-Probleme minimalisiert sind mit einer kontaktlosen Karte, kann die Hinzufügung von Schutzdioden, um die Spannungen an den Ausgängen der Datentreiberschaltungen 311 und den Eingängen der Datenempfangsschaltung 320 abzuklammern, konstruktiv vorgesehen sein und in der Kartenschaltung enthalten sein. Die Konstruktion solcher Klammerschaltungen zum Klammern und ebenfalls zum Integrieren von Spannungen auf sichere Pegel ist gut bekannt und liegt innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns auf diesem Gebiet.
• Nachstehend wird auf Fig. 4 Bezug genommen, in welcher ein schematisches Schaltbild die hauptsächlichen funktionalen Komponenten der in Fig. 1 gezeigten Lese/Schreibeinrichtung 15 in größerem Detail darstellt. Die Speicherkarte 10, die in Fig. 1 schematisch und in Fig. 2 grafisch dargestellt ist, ist in Fig. 4 in betriebsmäßigem Kontakt mit den daten- und leistungskoppelnden Komponenten der Lese/Schreibeinrichtung 15 dargestellt. Leistung für die Karte wird von der Lese/Schreibeinrichtung 15 über die Primärwicklung 122 des Transformators 120, der gebildet wird, wenn die Sekundärwicklung 121 in der Karte 10 mit der Primärwicklung 122 in der Lese/Schreibeinrichtung zur Deckung gebracht wird, zur Verfügung gestellt.
• Wie vorstehend erläutert ist die Übertragung von Daten zwischen der Lese/Schreibeinrichtung 15 und der Karte 10 durch eine kapazitive Schnittstelle bereitgestellt, die gebildet wird, wenn die Platten 125 bis 128 auf der Karte mit den korrespondierenden Platten 155 bis 158 in der Lese/Schreibeinrichtung 15 zur Deckung gebracht werden. Die Lese/Schreibeinrichtung 15 hat eine Anzahl von Komponenten, die im Betrieb mit denen vergleichbar sind, die auf der Speicherkarte 10 gefunden werden. Ähnlich der Karte 10, enthält die Lese/Schreibeinrichtung 15 eine Datenausgangstreiberschaltung, die einen nichtinvertierenden Treiberverstärker 401 und einen invertierenden Treiberverstärker 402 enthält. Diese Verstärker empfangen serielle Daten von einem UART 403 und treiben differentiell die Kondensatorplatten 157 und 158, welche mit den kapazitiven Platten 127 und 128 in der Karte 10 eine Schnittstelle bilden. Daten aus der Speicherkarte 10 werden zu dem UART in paralleler Anordnung über einen 8-Bit-Bus 411 von einem Microcomputer 410 übertragen.
• Die Lese/Schreibeinrichtung 15 enthält ebenfalls eine Datenempfangsschaltung 404, welche aus einem Differenzverstärker besteht und durch die Lese/Schreibeinrichtung 15 beim Empfang von Daten, die zu den kapazitiven Platten 155 und 156 von den kapazitiven Platten 125 und 126 in der Karte 10 gekoppelt werden, verwendet wird. Diese seriellen Daten von der Karte 10 werden zu dem UART 403 gekoppelt, wo diese in parallele Daten zurückumgeformt werden und dann zu dem Microcomputer 410 über den 8-Bit-Daten-Bus 411 gekoppelt werden. Der Microcomputer 410 konvertiert die Daten in ein serielles Format unter Verwendung eines internen UART mit Start- und Stopp-Bits zurück, bevor die Daten zu einer speziellen Anwendungsstation 440, mit welcher die Karte 10 und die Lese/Schreibeinrichtung 15 zur Kommunikation konfiguriert sind, gekoppelt werden.
• Die Anwendungsstation kann aus einer Anzahl von Konfigurationen bestehen. Sie kann konfiguriert sein als Werkseditierstation, als eine Schalterstation, als eine Ausgabeeditierstation, Öffentliche Telefoneinrichtung oder kann irgend eine andere Station sein, die geeignet konfiguriert ist für die Zusammenarbeit mit der Karte 10.
• Schaltungen zur effektiven Steuerung der Übertragung der Leistung auf die Karte 10 sind vorteilhaft in der Lese-/ Schreibeinrichtung 15 enthalten. Ein Leistungstreiber 420 steuert den Leistungspegel, der in die Primärwicklung 122 des Transformators 120 übertragen wird. Die Leistung, welche der Karte über die Sekundärwicklung 121 des Transformators zur Verfügung gestellt wird ist proportional zu dem Strom in dieser Primärwicklung 122 des Transformators. Der Betrag an Leistung, der der Karte 10 zu einer beliebigen gegebenen Zeit durch den Treiber 420 zugeführt wird, wird in der Transformatorwicklung 122 erfasst und die Information dem Analog/Digital-Konverter 421 zur Verfügung gestellt. Dieser Konverter stellt dem Microcomputer 410 ein Digitalsignal zur Verfügung, das zu dem erfassten analogen Leistungspegel äquivalent ist. Der Microcomputer 410 passt daraufhin die Leistung, die zur Karte 10 fließt, an den erwünschten Treiberpegel mit einem Signal an, das er einem Digital/Analog-Konverter 422 zur Verfügung stellt. Der Ausgang dieses Digital/Analog-Konverters ist mit einem Spannungsregler 423 gekoppelt, der kontinuierlich korrigierte Treiberleistung für die Karte 10 in dem Leistungstreiber 420 zur Verfügung stellt. Auf diese Weise wird die Leistung für die Karte 10 innerhalb des erwünschten Bereiches für korrekten und effizienten Betrieb gesteuert.
• Die Verwendung einer Karte mit der Lese/Schreibeinrichtung 15 erfordert das Einstecken der Karte in einen Aufnahmeschlitz in der Lese/Schreibeinrichtung 15. Um korrekte Ausrichtung zwischen der Karte 10 und den Schnittstellenkomponenten innerhalb der Lese/Schreibeinrichtung 15 sicher zu stellen und um ebenfalls das korrekte Einschalten der Schaltungen der Lese/Schreibeinrichtung sicher zu stellen, sind Näherungsschalter in dem Schlitz in der Lese/Schreibeinrichtung 15 angeordnet. Ein Karteneingeführt- Sensor 425 ist ungefähr auf der Hälfte des Weges in dem Kartenschlitz angeordnet. Dies ist ein optischer Sensor mit beleuchtenden und detektierenden Elementen. Ein mechanischer Arm ist ausgebildet, um einen optischen Strahl zu unterbrechen, der durch das beleuchtende Element erzeugt wird und durch das detektierende Element detektiert wird, wenn die Karte ungefähr den halben Weg in den Schlitz fortgeschritten ist. Dieser Karteneingeführt-Sensor 425 stellt dem Mikroprozessor 410 ein Signal zur Verfügung, sobald eine Karte an dem Punkt des halben Weges auf ihrem Weg hinein oder aus der Station heraus ist.
• Ein Kartevollständigeingeführt-Sensor ist in seinem Betrieb vergleichbar zu dem Karteneingeführt-Sensor, ist aber an dem innersten Teil des Kartenschlitzes angeordnet. Dieser Sensor informiert den Microcomputer 310, wenn die Karte vollständig in dem Kartenschlitz sitzt.
• Die Lese/Schreibeinrichtung 15 ist praktischer Weise konstruiert, nicht nur persönliche Speicherkarten mit umprogrammierbarer Mikroelektronik darin auf zunehmen sondern auch Karten aufzunehmen, die nur einen an diesen befestigten Magnetstreifen haben. Sobald eine Karte vollständig eingesetzt ist, wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Karte eine kontaktfreie persönliche Speicherkarte oder eine Karte mit nur einem Magnetstreifen ist. Dieser Test wird durch das Anlegen von Leistung an den Leistungstreiber 420 durch den Microcomputer 410 eingeleitet. Falls Leistung von der Primärwicklung 122 des Transformators gezogen wird, nimmt die Lese/Schreibeinrichtung 15 an, daß eine Speicherkarte in dem Schlitz ist. Andernfalls nimmt die Lese/Schreibeinrichtung an, daß eine Karte mit Magnetstreifen in den Schlitz besetzt.
• Sobald die Karte vollständig eingeführt ist und falls basierend auf dem durch die Primärseite 122 des Transformators gezogenen Strom festgestellt wird, daß die Karte eine Speicherkarte ist, wird eine Spule 427 durch den Microcomputer 410 aktiviert, um die Nachrichtenschnittstelle in der Lese/Schreibeinrichtung 15 in Kontakt mit der eingeführten Karte zu bringen. Die kapazitiven Platten 155 bis 158 und die Primärseite 122 des Transformators, welche diese Schnittstelle bilden, sind auf einer Platte befestigt zur ablenkbare Positionierung gegen die Karte, um die beste kapazitive und induktive Kopplung mit der Karte zu erhalten. Falls der Kartevollständigeingeführt-Sensor 426 jemals betätigt wird, da die Karte teilweise herausgezogen wird, gibt die Spule 427 unmittelbar frei, so daß die Karte leicht herausgezogen werden kann.
• Falls die Prüfung, ob eine Speicherkarte vorliegt, negativ verläuft, entscheidet der Microcomputer 410, daß die Karte, die gerade eingeführt worden ist, nur eine Magnetstreifenkarte ist. Der Microcomputer 410 stellt dann ein hörbares oder sichtbares Signal für den Benutzer zum Entfernen der Karte bereit. Wenn die Karte aus dem Schlitz herausgezogen wird, werden die Daten auf dem Magnetstreifen durch einen Magnetkopf 430 gelesen, durch einen Verstärker 431 verstärkt und dann in eine serielle Eingangsschaltung auf dem Microcomputer 410 gekoppelt.
• In der Lese/Schreibeinrichtung 15 ist ein Oszillatorabschnitt 435 enthalten. Dieser Abschnitt stellt ein Zeitsignal für den Microcomputer 410 zur Verfügung und stellt ebenfalls ein ungefähr 1,8 MHz Signal für den Leistungstreiber 420 bereit. Dies ist das Signal, das durch die Zeitsignalwiederherstellungsschaltung 304 in Fig. 3 detektiert wird, um ein Zeitsignal bereit zu stellen, das geeignet für das Betreiben des Microcomputers aus Fig. 1 ist.
• Ein Zeitsignal für die Datenübertragungsschaltungen wird ebenfalls durch den Oszillatorabschnitt 435 dem UART 403 zur Verfügung gestellt. Dieses Signal setzt die Datenübertragungsrate zwischen der Karte 10 und der Lese/Schreibeinrichtung 15 auf 19,2 kBit pro Sekunde. Solch eine Datenrate hält die kapazitiven Platten in korrekter Weise unter Vorbelastung während der Intervalle zwischen Datenbitübergängen und minimiert dadurch die Empfänglichkeit gegen Störungen in der Nachrichtenschnittstelle zwischen der Karte und der Lese/Schreibeinrichtung aufgrund von Spannungsdrift.
• Der Microcomputer 410 hat zusätzliche Speicher in der Form eines schreib/Lese-Speicherabschnittes 437 mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und eines externen Nur-Lese-Speicherabschnittes (ROM) 436. Zum Erleichtern des Aktualisierens oder Umprogrammierens kann der ROM-Abschnitt leicht ersetzt werden oder durch einen EEPROM-Abschnitt vergrößert werden. Solch ein EEPROM-Abschnitt in der Lese/Schreibeinrichtung 15 und/oder in der Station 450 ist leicht umprogrammierbar durch Daten, die in einer Karte enthalten sind, wenn die Karte in betriebsmäßigem Kontakt mit der Lese/Schreibeinrichtung 15 gebracht ist.
• Wie vorstehend erläutert, kommunizierte der Microcomputer 410 mit der Außenwelt über einen seriellen Datenpfad zur Station 440. Dieser Datenpfad enthält eine Sendeleitung 441 und eine Empfangsleitung 442. Er enthält ebenfalls eine Warnleitung 443, die durch den Kartenvollständigeingeführt-Sensor 426 aktiviert wird. Schließlich enthält dieser eine Restleitung 444, welche die Station 440 in die Lage versetzt, die Lese/Schreibeinrichtung 15 zurückzusetzen und diese in einem bekannten Zustand zu initialisieren. Leistung ist der Lese/Schreibeinrichtung 15 ebenfalls durch die Station 440 zugeführt.
• Viele andere Modifikationen dieses Systems sind möglich und können offensichtlich durch Fachleute auf diesem Gebiet implementiert werden.

Claims (8)

1. Kartenlese/Schreibeinrichtung (15) zur Verwendung in Verbindung mit einer tragbaren Datenkarte (10) mit einer Prozessoreinrichtung (410) zur Verarbeitung von Daten, einer in der Prozessoreinrichtung enthaltenen Speichereinrichtung (410) zur Speicherung von Daten, einer Eingangs/Ausgangseinrichtung (400) zur Kommunikation mit wenigstens einer tragbaren Datenkarte, wobei die Eingangs/Ausgangseinrichtung betriebsmäßig mit der Prozessoreinrichtung und der Speichereinrichtung verbunden ist und mit ihnen kommuniziert sowie eine kapazitive Koppeleinrichtung (156-158) zur Übertragung von Daten von der Lese/Schreibeinrichtung zur Datenkarte und von der Datenkarte zur Lese/Schreibeinrichtung enthält, und mit einer Energiekoppeleinrichtung (122, 123) zur Übertragung magnetischer Energie von der Lese/Schreibeinrichtung zur Datenkarte, wobei die magnetische Energie Betriebsleistung für die Datenkarte bereitstellt und die kapazitive Koppeleinrichtung sowie die Energiekoppeleinrichtung in Kombination eine vollständige Nachrichtenschnittstelle zwischen der Lese/Schreibeinrichtung und der Datenkarte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lese/Schreibeinrichtung eine Kartenlese/Schreibstation ist, daß die kapazitive Koppeleinrichtung eine erste und eine zweite Elektrode zur symmetrischen Übertragung eines Datensignals von der Lese/Schreibeinrichtung zur Datenkarte und eine dritte sowie eine vierte Elektrode für den Empfang eines symmetrischen Datensignals von der Datenkarte enthält,

daß die Energiekoppeleinrichtung zur Bereitstellung von Betriebsleistung für die Datenkarte in einem gewünschten, von der Prozessoreinrichtung vorbestimmten Bereich dient, und daß die Energiekoppeleinrichtung eine Leistungsfühleinrichtung (420, 421) zur Abtastung des Pegels der zur Datenkarte übertragenen Leistung und eine Leistungssteuereinrichtung (410, 420, 422, 433) enthält, die unter Ansprechen auf die Prozessoreinrichtung und die Abfühleinrichtung den gewünschten Bereich an Betriebsleistung für die Datenkarte bereitstellt.

2. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die kapazitive Koppeleinrichtung (156-158) eine Serienverbindung zwischen der Lese/Schreibeinrichtung und der tragbaren Datenkarte enthält, wobei die Serienverbindung dadurch erzeugt wird, daß in dichter Nachbarschaft die Elektroden (155-158) in der Lese/Schreibeinrichtung und die Elektroden (125-128) der Datenkarte zueinander ausgerichtet werden.

3. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Energiekoppeleinrichtung eine Mehrwindungsspule (122) aus elektrisch leitendem Material und einen Ferritkern (123) enthält, der so ausgerichtet ist, daß er die Übertragung der magnetischen Energie in eine flache Mehrwindungsspule (121) in der tragbaren Datenkarte bewirkt.

4. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Eingangs/Ausgangseinrichtung eine analoge Schnittstellenschaltung (400) zur Kopplung von Daten zwischen der kapazitiven Koppeleinrichtung (156-158) und der Prozessoreinrichtung (410) enthält und bei der die Schnittstellenschaltung einen ersten Verstärker (401) und einen zweiten, invertierenden Verstärker (402) zum Empfang von seriellen Daten von der Prozessoreinrichtung und für eine symmetrische Übertragung dieser seriellen Daten zu der ersten und der zweiten Elektrode beinhaltet.

5. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach Anspruch 4, bei der die analoge Schnittstellenschaltung einen dritten, mit der dritten und der vierten Elektrode verbundenen Verstärker (404) für den Empfang von Daten von der kapazitiven Koppeleinrichtung und zur Kopplung dieser Daten an die Prozessoreinrichtung aufweist.

6. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die analoge Schnittstellenschaltung einen Oszillator- Generator (435) enthält, der mit der Energiekoppeleinrichtung verbunden ist, die Frequenz der zur tragbaren Datenkarte übertragenen magnetischen Energie bestimmt und Zeitsteuerungsinformationen für Datenübertragungsoperationen unter Einschluß der tragbaren Datenkarte bereitstellt.

7. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Prozessoreinrichtung einen Microcomputer (410) enthält.

8. Kartenlese/Schreibeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Speichereinrichtung einen elektrisch änderbaren, programmierbaren Nurlesespeicher (136) aufweist und die Lese/Schreibeinrichtung durch in der Datenkarte enthaltene Daten neu programmierbar ist, wenn die Datenkarte in betriebsmäßigen Kontakt mit der Lese/Schreibeinrichtung gebracht wird.