DE4115065A1 - Stromfluss kontroll-schaltung - Google Patents

Description

Unter Verwendung der Patentschrift DE 34 47 560 C2 werden Chips (hier CI genannt) von namhaften europäischen Chipherstellern hergestellt und in Chipkarten aber auch in Autoschlüsseln zur kontaktfreien Übertragung von Energie und Daten eingesetzt. Der CI löst im wesentlichen folgende Aufgaben (siehe Fig. 1):

Es wird die von einem stationären Bauteil (PE = primäre Elektronik) mittels Oszillator über zwei primäre Spulen (PS1, PS2) per Transformatorprinzip (T1, T2) zur Verfügung gestellte Energie (Spannung und Strom) über Sekundärspulen (SS1, SS2) im CI so über spezifische Schaltungen (z. B. Gleichrichter G1, G2; Control Logic CTL; Power Control PC) aufbereitet, daß übliche IC-Schaltungen, insbesondere auch Speicherbausteine (z. B. EE-PROMS) vom CI zur Erfüllung ihrer Funktion mit Strom und Spannung und Signalfluß (Data Request DR, Clock CLK, RESET RST) versorgt werden.

Der CI führt an beiden Sekundärspulen SS1, SS2 Belastungsänderungen in Abhängigkeit von Speicherinhalten mittels einer Informationssequenz DT durch, welche auf der Primärseite in der PE als Impedanzänderungen nachweisbar sind. Es handelt sich um Datenübertragung vom CI zum PE inform einer Amplitudenmodulation.

Der CI detektiert eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Schwingungen, welche in der PE per Datensequenz DT erzeugt werden und über die Transformatorstrecke T1, T2 per Spulen zum CI eingekoppelt werden. Es handelt sich um Datenübertragung vom PE zum CI inform einer Phasenmodulation.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den CI so abzuwandeln, daß die Energieverluste, welche bei der Amplitudenmodulation auftreten, minimiert werden und die Datenübertragung vom CI zur Primärseite (PI) sicherer ist.

Die Vorteile des CI, die hohe Energieeinspeisung, die Minimierung eines bei Gleichrichtern auftretenden Spannungsrippels und die Trennung der bidirektionalen Datenübertragung in Phasensprung- und Amplitudenmodulationsverfahren sollen durch Nutzung zweier Spulen erhalten bleiben.

Für den Einsatz kontaktlos arbeitender Chipkarten werden CI′s eingesetzt, welche beispielsweise über zwei in einer Ebene spiralig angeordneten Spulen SS1 und SS versorgt werden. Spulen und Chips werden unsichtbar in Chipkartenmaterial verschweißt und halten die internationalen ISO Normen für Chipkarten ein, wie sie für kontaktbehaftete Karten (z. B. Telefonkarten) bestehen.

Um Daten vom CI zur PE zu übertragen, werden die Spulen SS1, SS2 gemäß P 34 47 560 C2 ganz oder teilweise kurzgeschlossen, womit eine Belastung auftritt. Diese Belastungsänderung ist auf Seiten der PE nachweisbar und dient damit zum kontaktlosen Übertragen von Informationen von der Sekundärseite zur Primärseite.

Werden die beiden Gleichrichter G1, G2 mit den angeschlossenen Spulen SS1, SS2 als Stromquellen betrachtet, welche die Ströme I1, I2 liefern, so resultiert der Gesamtstrom Imax, welcher in die Schaltung einfließt, aus den beiden Strömen I1, I2 als Teilströmen.

Eine patentgemäß aufgebaute Current Control Schaltung (CC) beeinflußt die Ströme durch Verwendung der Informationssequenz DT, welche als Steuersequenz zur kontaktlosen Übertragung über T1, T2 ansteht, indem beispielsweise bei DT auf Highlevel (Spannung des DT Signals auf Höchstwert, z. B. Vcc) der Strom I1 kleiner ist als der Strom l2. Dies Ziel kann patentgemäß in einer speziellen Ausführung erreicht werden, indem beispielsweise ein Schalter S1 gemäß Fig. 2 ausgeführt, den Strompfad für I1 aus dem Gleichrichter G1 über I an den Stromknoten P anlegt oder von P trennt und den Strompfad für I1 direkt an den Stromknoten P anlegt. Bei DT auf Lowlevel könnte S1 so dimensioniert sein, daß I1 größer als I2 wäre.

Ist der Schalter S1 in der Form eines FETT als regelbarer Widerstand ausgeführt, könnte I1 zwischen Stromstärke näherungsweise gleich Null (fast kein Stromfluß) und I1 gleich I2 liegen, so daß eine gleichmäßige Stromaufteilung von Imax auf I1, I2 vorliegt.

Durch Wahl und Dimensionierung geeigneter elektronischer Bauelemente ist es möglich, unterschiedliche, beliebig bestimmbare Verhältnisse der Stromflüsse I1 zu I2 in Abhängigkeit von der Informationssequenz DT zu erzeugen.

Die Größe der Stromflußänderungen l1, l2 auf der Sekundärseite der Übertragungsstrecken T1, T2 bestimmt die Größe der Spannungsänderungen auf den Primärseiten. Da der maximal benötigte Schaltungsstrom Imax additiv aus den Strömen I1, I2 gewonnen wird, ergibt sich mit Erhöhung von I1 bei geeigneter Schaltung gleichzeitig eine Minderung von I2 und umgekehrt, was zu entsprechenden gegensinnigen Spannungsänderungen (aus I1 Minderung folgt I2 und U1 Erhöhung, aus I1 Erhöhung folgt I2 und U1 Minderung) primärseitig führt. Durch die alleinige Beeinflussung des sekundärseitigen Stromes I1 kann derart die primärseitige Spannung sowohl in der Spule PS1 wie auch PS2 beeinflußt werden. Durch geeignete Schaltung auf der Primärseite können die Spannungen der Spulen SP1 und SP2 auch miteinander verglichen werden, so daß sich aus einer Differenzbildung der Signale ein größerer Störabstand ergibt und zur Sicherheit der Datenübertragung beiträgt. Diese Störabstandsverbesserung kann beispielsweise durch Anlegen der Spulenspannungen an die beiden Eingänge eines Komparators erfolgen.

Claims (2)

1. Der Aufbau kontaktloser Interfaceschaltungen (mit CI bezeichnet), wie sie auf der Grundlage der Patentschrift P 34 47 560 C2 vorrangig für Chipkartenanwendungen mit zwei Spulen I1, I2 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ströme I1, I2 welche per Gleichrichtung in den Gleichrichtern G1, G2 aus den Spannungen der Sekundärspulen SS1, SS2 gewonnen werden, in einer Current Controlschaltung CC elektronisch so verknüpft werden, daß der vom CI benötigte Gesamtstrom Imax additiv mit den beiden Strömen I1, I2 gekoppelt ist und durch diese Kopplung zwangsweise die sekundärseitige Minderung des Stromes I1 eine Erhöhung von I2 und eine Erhöhung von I1 eine Minderung von I2 zur Folge hat und damit der Gesamtstromverbrauch konstant gehalten wird und daß über die transformatorische Übertragungsstrecke kontaktlos die sekundärseitigen Stromänderungen von I1, I2 als Spannungsänderungen primärseitig an beiden Spulen PS1, PS2 infolge der Impedanzänderung in der Übertragungsstrecke nachgewiesen werden können, wobei die Größe eines Stromes, beispielsweise I1 von einer sekundärseitigen Informationssequenz DT, bestehend aus einer Sequenz von digitalen Spannungsänderungen, gesteuert wird, so daß die primärseitigen Spannungsänderungen eine direkte Folge der strombeeinflussenden Informationssequenz DT sind und ferner aufgrund der wechselweisen additiven Verknüpfung der Stromstärken I1, I2 die primärseitigen Spannungsänderungen an beiden Spulen PS1, PS2 in ebenfalls wechselweiser Verknüpfung anliegen, wobei steigender Stromfluß I1 die Spannung U1 reduziert und U2 erhöht und entsprechendes für den additiv mit I1 gekoppelten Strom I2 gilt, so daß primärseitig die Spannungsdifferenzen sich mit dem DT Sequenzwechsel vergrößern wodurch der Störabstand vergrößert und die Datenübertragung sicherer wird.

2. Anspruch gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die additive Verknüpfung der Ströme I1, I2 durch einen Schalter S1 erfolgt, welcher in den Strompfad I1 einen zusätzlichen ohmschen oder elektronischen Widerstand, beispielsweise ein FETT Transistor einfügt, wobei der Schalter gesteuert von der Sequenz DT durch diese Widerstandsänderung die Aufteilung der Ströme I1, I2 bestimmt.