DE4215957A1 - Einrichtung zur Informationsübertragung mit einem stationären Teil und einer tragbaren Datenträgeranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1. Solche Einrichtungen beste­ hen üblicherweise aus mindestens zwei Teilen, einem sta­ tionären Teil und einer tragbaren Datenträgeranordnung. Der stationäre Teil wird üblicherweise in Abhängigkeit von seiner Ausbildung als Terminal, als Schreib-/Leseeinheit, als Lesegerät oder als Mikrostation bezeichnet. Als Gehäu­ seform für die tragbare Datenträgeranordnung sind in Ab­ hängigkeit vom einzelnen Anwendungsfall unterschiedliche Ausbildungsformen, wie z. B. ein Schlüssel bekannt. In den meisten Anwendungsfällen wird jedoch als Datenträgeranord­ nung eine sogenannte Chipkarte verwendet, wie sie in dem Buch "Die Karte mit dem Chip: Schlüssel zu einer Welt neuer Leistungen und Lösungen" von Winfried Wigand, 1991, Verlag: Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, eingehend beschrieben ist. Insbesondere beschäftigt sich dieses Buch auf den Seiten 29 bis 36 mit unterschiedlichen Kartentypen und auf den Seiten 58 bis 63 mit unterschied­ lichen Terminals. Als Möglichkeit, Daten oder Informatio­ nen zu übertragen, ist auf Seite 29 beschrieben, auf einer solchen Karte im Bereich der Chip-Einbauzone Kontaktflä­ chen an einer Oberfläche anzubringen oder am Rand der Kar­ te solche Kontaktflächen vorzusehen. Auf Seite 34 wird auf kontaktlose Chipkarten hingewiesen, die entweder eine Si­ gnalübertragung mit Hilfe von Mikrowellen vornehmen oder aber mit Hilfe einer transformatorischen Koppelung.

Eine Einrichtung zur Informationsübertragung mit Hilfe transformatorischer Koppelung ist unter anderem in der DE 34 47 560 A1 sowie der korrespondierenden US-A-4,697,183 beschrieben. Die EP 0 309 201 A2 beschreibt ebenfalls eine solche Einrichtung. Aus der US-A-4818,855 ist eine solche Einrichtung bekannt, bei der Signale mit Hilfe kapazitiver Koppelung übertragbar sind.

Wie dem oben beschriebenen Buch von W. Wigand auf Seite 34 im letzten Absatz entnehmbar ist, sind jedoch Datenträger­ anordnungen in Form von Chipkarten mit Kontakten derzeit am gebräuchlichsten.

In sehr vielen Anwendungsfällen solcher Einrichtungen zur Signalübertragung muß ein Abhören der Signalübertragung zwischen stationärer Einheit und Datenträgeranordnung un­ terbunden werden. Kann ein Betrüger den Signalfluß abhö­ ren, so ist er nämlich unter Umständen in der Lage, eine Datenträgeranordnung zu simulieren, die das gleiche Ver­ halten wie eine echte Datenträgeranordnung hat. Damit ein Betrüger keine Datenträgeranordnung in eine stationäre Einheit einführen kann und den Signaltransfer über nach außen geführte Leitungen abhören kann, sind qualitativ hochwertige stationäre Einheiten mit einem Sicherheitssy­ stem ausgerüstet, das unter anderem das Betreiben einer Datenträgeranordnung in dieser stationären Einheit erst ermöglicht, wenn nach Einführen der Datenträgeranordnung die Verbindung von der stationären Einheit nach außen bei­ spielsweise durch ein Klappensystem verschlossen worden ist. Eine stationäre Einheit, bei der eine Überwachung des Signalflusses zwischen stationärer Einheit und Datenträ­ geranordnung und somit des Datenflusses zwischen stationä­ rer Einheit und Datenträgeranordnung sicher unterbunden wird, ist hierbei sehr aufwendig konstruiert.

Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen einer Einrich­ tung zur Signalübertragung, bei der ein Abhören des gesam­ ten Signalflusses zwischen stationärer Einheit und tragba­ rer Datenträgeranordnung auf weniger aufwendige Weise er­ schwert wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ein­ richtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Unter­ ansprüche beschreiben besonders günstige Ausgestaltungs­ formen der Erfindung.

Der stationäre Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung enthält Mittel, mit deren Hilfe in Abhängigkeit von einer zu übertragenden Information ein gerichtetes Magnetfeld beeinflußt werden kann. Ein solches Mittel kann eine stromdurchflossene Induktivität sein, wobei der Stromfluß in Abhängigkeit von den zu über tragenden Informationen be­ einflußt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Stromquelle ein- bzw. ausgeschaltet werden oder es können zwei unter­ schiedlich große Ströme durch die Induktivität geschaltet werden. Außerdem kann die Stromflußrichtung in der Induk­ tivität geändert werden. Als Induktivität kann eine Spule verwendet werden. Zur Lenkung und/oder Bündelung des in dieser Spule induzierten Magnetfeldes kann ein entspre­ chender Kern vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann es sich hierbei um einen geschlossenen Kern mit Luftspalt handeln, in dem der magnetische Fluß geführt ist, wobei im Luft­ spalt dieses Kernes die tragbare Datenträgeranordnung mit einem galvanomagnetischen Bauelement anordenbar ist.

Die tragbare Datenträgeranordnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung enthält mindestens ein galvanomagnetisches Bauelement, wie z. B. ein Hall-Element oder eine Feldplat­ te, das geeignet ist, mit Hilfe einer Auswerteschaltung aufgrund einer Magnetfeldänderung eine Spannungsänderung zu bewirken. Dieses mindestens eine galvanomagnetische Bauelement ist vorzugsweise auf dem gleichen Halbleiter­ körper angeordnet wie eine Speichereinrichtung sowie eine Steuereinrichtung in Form einer Logikschaltung oder eines Mikroprozessors. Dadurch kann ggf. mit Hilfe des stationä­ ren Teiles zusätzlich überprüft werden, ob in einer trag­ baren Datenträgeranordnung die mit dem stationären Teil kommunizierende Steuereinrichtung in die vorgegebene Ge­ häuseform, z. B. eine Plastikkarte, an der richtigen Stelle eingebettet ist. Auch dadurch kann eine Simulationsschal­ tung als nichtberechtigt erkannt werden.

Galvanomagnetische Halbleiterbauelemente sind u. a. aus dem Buch "Halbleitersensoren" von Herbert Reichl et al., expert verlag, Kap. 6, S. 243 bis 267 bekannt, in dem sowohl die physikalischen Grundlagen sowie die Herstel­ lungstechnologien von Hall-Sensoren und Feldplatten be­ schrieben sind. Zur technischen Ausführung von Hall-Ele­ mentschaltungen wird insbesondere auf die Literaturhin­ weise zu Kap. 6 auf den S. 403 und 404 dieses Buches ver­ wiesen.

Die Verwendung von einzelnen Hall-Sensoren sowie die Ver­ wendung von Hall-Differenzsensoren, insbesondere zur Er­ fassung von Zahnraddrehzahlen, ist u. a. in folgenden Ver­ öffentlichungen beschrieben: "A differential Hall IC for geartooth sensing" von R. Podeswa und U. Lachmann, er­ schienen in C391/059, IMechE 1989, S. 93 bis 98; "Diffe­ rential Hall IC for Gear-tooth Sensing" von H. Jasberg, Sensors and Actuators, A21-A23 (1990), S. 737-742; "Function and Application of the Hall-Effect Vane Switch HKZ 101" von U. Lachmann, Siemens Components XVII (1982), No. 3 S. 73-75; "Differential Hall ICs for Gear Tooth Sensing in Hostile Environments" von R. Podeswa und U. Lachmann, Sensors, January 1989, S. 34 ff. und aus dem Vortrag "Silicon Magnetic Field Sensor With Frequency Output" von K. Hölzlein und J. Larik, Proceeding of the Conference Eurosensor V; VDE (ITG); Sensors and Actuators, Karlsruhe, 1. bis 3.10.1990. Die Veröffentlichungen "Positionsgeber mit Hallsensor KSY 10", Siemens Bericht MSR 8512 vom 27.08.1985 und "Positionsmessung mit dem Differential-Hallsensor KSY 20", Siemens Bericht MSR 8517 vom 04.10.1985, beide von Walter Hirschmann, beschreiben jeweils eine einfache Ausgestaltungsform einer Auswerte­ schaltung in Form von Operationsverstärkern bzw. Schmitt-Trig­ gerschaltungen, um aus Analogsignaländerungen an einem Hall-Element ein Rechtecksignal zu erzeugen.

Die Auswertung von Magnetfelddifferenzen mit Hilfe von zwei Hall-Elementen ist für den Anwendungsfall der Dreh­ zahlerfassung und Drehrichtungserfassung unter Verwendung von kommerziell erhältlichen integrierten Differenz-Hall-Schalt­ kreisen mit der Bezeichnung TLE 4920G und TLE 4921UD in den folgenden Artikeln beschrieben: "Drehzahl- und Drehrichtung - berührungslos erfaßt mit Differenz-Hall-IC" von K. Fischer, Siemens-HL-Anwendungsbericht PDII 9111; "Zahnrad-Sensor TLE 4920, Ein Chip-Differenz-Hall-IC zur Auswertung kleinster Magnetfelddifferenzen" von K. Fischer, Siemens-HL-Anwendungsbericht PD11 9011; "Hall-Sensor TLE 4920G/TLE 4921UD, Ein-Chip-Differenz-Hall-IC zur dy­ namischen Auswertung kleinster Magnetfelddifferenzen" von K. Fischer, Siemens-HL-Anwendungsbericht PD11 9110 und "Mikrocomputergesteuerte Drehzahlerfassung mittels Zahn­ radsensor TLE 4920 als Pulsgeber" von A. Biebl, Siemens-HL-Anwendungsbericht PD11 9003.

Die Verwendung eines Hall-Elementes zur Realisierung eines Magnetfeldmeßgerätes oder eines Magnet-Wechselfeldmeßgerä­ tes ist in dem Artikel "SAS 231, eine integrierte Hall­ effektschaltung mit analogem Ausgang" insbesondere Bild 5 und Bild 6 mit zugehöriger Beschreibung, von U. Lachmann, bauteile report 17 (1979), Heft 6 der Siemens AG, S. 225-227, gezeigt.

In erfindungsgemäßen Einrichtungen werden galvanomagneti­ sche Elemente nicht in erster Linie als Positionssensor, sondern als Signalempfänger verwendet. Hierbei werden die Hall-Elemente in bekannter Weise entweder mit einem kon­ stanten Strom gespeist oder mit einer konstanten Spannung vorgespannt. Der als Signal zugeführte Magnetfeldzustand oder die Magnetfeldänderung werden durch eine Auswerte­ schaltung festgestellt, die insbesondere einen Komparator, vorzugsweise eine Schmitt-Triggerschaltung enthält.

Galvanomagnetische Bauelemente wie z. B. Hall-Elemente kön­ nen üblicherweise Signalfrequenzen bis ca. 100 kHz verar­ beiten. Wenn ein Austausch größerer Informationsmengen zwischen dem stationären Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung und einer tragbaren Datenträgeranordnung vor­ gesehen ist, empfiehlt es sich, zusätzlich zu der Infor­ mationsübertragung mit Hilfe eines galvanomagnetischen Bauelementes noch eine Informationsübertragung von der stationären Einheit zur tragbaren Datenträgeranordnung vorzunehmen, die auf einem anderen Übertragungsverfahren beruht. Hierzu bieten sich Kontakte, vorzugsweise metalli­ scher Art an. Es kann jedoch auch eine Informationsüber­ tragung über Induktivitäten mit Hilfe transformatorischer Koppelung durchgeführt werden oder eine kapazitive Über­ tragung. In einer bevorzugten Ausführungsform wird über metallische Kontakte sowohl Energie von einem stationären Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung zu einer tragba­ ren Datenträgeranordnung übertragen als auch Informatio­ nen. Außerdem können Informationen von der tragbaren Da­ tenträgeranordnung zum stationären Teil mit Hilfe dieser Kontakte übertragen werden. Die Übertragungsrate von In­ formationen über die Kontakte kann hierbei größer sein als die Übertragungsrate über das bzw. die galvanomagnetischen Bauelemente.

Um eine Simulation einer tragbaren Datenträgeranordnung aufgrund des "Abhörens" der eingegebenen und ausgegebenen Signale zu unterbinden, empfiehlt es sich, die über die bekannte Koppelstrecke, wie z. B. metallische Kontakte, übertragenen Informationen in irgendeiner Weise mit den über ein signalabhängig verändertes Magnetfeld und minde­ stens ein galvanomagnetisches Element gebildete Übertra­ gungsstrecke übertragenen Informationen zu verknüpfen. Beispielsweise könnten die über metallische Kontakte über­ tragenen Informationen als Binärsignal an einen Eingang einer Logikschaltung, wie z. B. einem Exklusiv-ODER-Glied geschaltet werden. Die von dem galvanomagnetischen Element bereitgestellten Informationen könnten von einer Auswerte­ schaltung ausgewertet und als Binärsignal an den anderen Eingang dieser Logikschaltung geschaltet werden und das Ausgangssignal dieser Logikschaltung könnte als Eingangs­ information der tragbaren Datenträgeranordnung vorgesehen sein. Wesentlich für eine Anordnung zur Verknüpfung zweier auf unterschiedlichem Übertragungsweg empfangener Signale ist, daß jeder Zustandskombination an den beiden Eingängen der Verknüpfungsanordnung immer eindeutig ein Ausgangszu­ stand zuordenbar ist, so daß der die Informationen senden­ de stationäre Teil in Abhängigkeit von den gesendeten In­ formationen eine eindeutige Antwort erwarten kann.

Da bei tragbaren Datenträgeranordnungen, insbesondere bei Chipkarten, aufgrund der ungünstigen Wärmeableitung der Energieverbrauch einer eingebetteten integrierten Schal­ tung möglichst gering sein sollte, ist es empfehlenswert, das oder die galvanomagnetischen Bauelemente möglichst selten und möglichst nur kurzzeitig zu aktivieren, z. B. mit Konstantstrom zu versorgen. Daher ist es empfehlens­ wert, seitens der tragbaren Datenträgeranordnung an den stationären Teil eine Mitteilung zu übermitteln, wenn das bzw. die galvanomagnetischen Elemente aktiviert sind, so daß nur dann von dem stationären Teil ein entsprechendes Magnetfeld-Signal gesendet wird. Eine andere Möglichkeit wäre, daß der stationäre Teil unabhängig von dem galvano­ magnetischen Element eine Mitteilung auf einem anderen Da­ tenübertragungsweg an die tragbare Datenträgeranordnung übermittelt, wenn mit einem Magnetfeld-Signal zu rechnen ist. Daraufhin kann die tragbare Datenträgeranordnung rechtzeitig vor Eintreffen dieses Signales das Hall-Ele­ ment aktivieren. Ob und wie oft in diesem Moment eine Mag­ netfeldänderung vorgenommen wird, ist hierbei in beiden Fällen offen. Die Aktivierung des Hall-Elementes kann hierbei zeitlich begrenzt sein, d. h. immer nach einer fest vorgegebenen Zeitdauer beendet werden, oder es kann eine weitere Mitteilung vorgesehen sein, die ein Deaktivieren anzeigt. Um auch dann, wenn das bzw. die galvanomagneti­ schen Bauelemente nicht aktiviert sind, an eine logische Verknüpfungsschaltung wie z. B. ein Exklusiv-ODER-Gatter einen definierten Logikpegel anzulegen, kann eine Spei­ chervorrichtung, wie z. B. ein Merkspeicher, ein Register oder ein Flipflop vorgesehen sein, das z. B. immer den letzten Signalpegel bereitstellt, den das galvanomagneti­ sche Element geliefert hatte.

Die Auswerteschaltung des galvanomagnetisch übertragenen Signales sollte vorzugsweise mit einer Übertragungsfre­ quenz der auf einem anderen Übertragungsweg übertragenen Daten synchronisiert werden. Der von dem bzw. den galva­ nomagnetischen Elementen bereitgestellte Analogspannungs­ wert sollte in Abhängigkeit von einer durch den stationä­ ren Teil vorgenommenen Magnetfeldänderung erst zu einem Zeitpunkt bewertet werden, in dem sichergestellt ist, daß sowohl die Magnetfeldänderung im stationären Teil vorge­ nommen worden ist als auch die Analogspannungsänderung am Hall-Element stattgefunden hat. Dadurch wird vermieden, daß durch physikalisch bedingt unterschiedliche Übertragungs­ geschwindigkeiten von Informationen keine Fehlbewertungen durch den stationären Teil der Einrichtung entstehen.

Als Auswertungskriterium für das Vorliegen einer Signal­ änderung für das galvanomagnetische Element kann eine Mag­ netfeldänderung, z. B. eine fallende oder steigende Flanke sein. Auch die Magnetfeldstärke, oder bei Verwendung einer Differenzschaltung die Magnetfeldrichtung, kann als Signal­ kriterium vorgesehen sein. Außerdem kann der Gradient ei­ nes Magnetfeldes durch eine Differenzschaltung mit zwei Hall-Elementen ausgewertet werden.

Zusätzlich zu dem Effekt der Informationsübertragung können die auf der tragbaren Datenträgeranordnung vorge­ sehenen Hall-Elemente auch in bekannter Weise zur Posi­ tionserfassung verwendet werden. Dadurch kann sicherge­ stellt werden, daß der die Hall-Elemente tragende Halb­ leiterchip im stationären Teil der Einrichtung zum Zeit­ punkt der Informationsübertragung an einer vorbestimmten Stelle angeordnet ist.

Im einzelnen wird die Erfindung nachsehend anhand der Fi­ guren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 als Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Ein­ richtung zur Informationsübertragung mit einem stationären Teil ST und einer tragbaren Datenträ­ geranordnung 1;

Fig. 2a eine Ausführungsform einer tragbaren Datenträger­ anordnung nach Fig. 1;

Fig. 2b eine Halbleiteranordnung als Teil einer tragbaren Datenträgeranordnung nach Fig. 1 und 2a;

Fig. 3 in schematischer Darstellungsform eine Ausfüh­ rungsform einer Einrichtung zur Informationsüber­ tragung nach der Erfindung;

Fig. 4 eine andere Ausgestaltungsform der Erfindung mit zwei Hall-Elementen und

Fig. 5 eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung, wobei mit Hilfe einer Induktivität des stationä­ ren Teiles sowohl ein magnetisches Wechselfeld zur tragbaren Datenträgeranordnung übertragen wird, das mit Hilfe einer Induktivität ausgewer­ tet wird, als auch ein magnetisches Gleichfeld zur tragbaren Datenträgeranordnung übertragen wird, dessen Informationsgehalt mit Hilfe eines galvanomagnetischen Elementes ausgewertet wird.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Infor­ mationsübertragung mit einem stationären Teil ST, der eine Steuereinheit 7 hat. Außerdem besteht die gezeigte Ein­ richtung aus einer tragbaren Datenträgeranordnung 1 mit einer Steuereinrichtung SDT und einer Speichereinrichtung MDT. Es ist eine erste Koppeleinrichtung dargestellt, be­ stehend aus einem Teil IFA des stationären Teiles ST und einem Teil IFB der tragbaren Datenträgeranordnung 1. Über diese erste Koppeleinrichtung IFA, IFB können Daten bzw. Informationen von dem stationären Teil ST zur tragbaren Datenträgeranordnung 1, insbesondere von der Steuerein­ richtung 7 zur Steuereinrichtung SDT übertragen werden und außerdem ist eine Übertragung von der tragbaren Datenträ­ geranordnung 1 zum stationären Teil ST über diese Koppel­ einrichtung IFA und IFB möglich. Es ist eine weitere Kop­ peleinrichtung dargestellt, bestehend aus einer Anordnung MFE zum Bereitstellen eines in Abhängigkeit von zu über­ tragenden Informationen beeinflußten gerichteten Magnet­ feldes als Teil des stationären Teiles ST und bestehend aus einem galvanomagnetischen Bauelement HSE als Teil der tragbaren Datenträgeranordnung 1. Außerdem ist dem galva­ nomagnetischen Bauelement HSE eine Auswerteschaltung HSA nachgeschaltet, die in Abhängigkeit von Analogsignalände­ rungen an dem galvanomagnetischen Bauelement HSE ein wert­ diskretes Signal bereitstellt. Mit Hilfe dieser zweiten Koppeleinrichtung MFE, HSE und HSA können nur Informatio­ nen von dem stationären Teil ST zur tragbaren Datenträger­ anordnung 1 hin übertragen werden.

Als Koppeleinrichtung IFA und IFB können vorzugsweise me­ tallische Kontakte vorgesehen sein. Diese Koppeleinrich­ tung kann jedoch auch aus einem Transformator bestehen, wobei sowohl IFA als auch IFB durch eine induktive Spule realisiert sind. Als weiteres Ausführungsbeispiel kann die Koppeleinrichtung IFA und IFB als kapazitive Koppelein­ richtung ausgebildet sein, d. h., der Teil IFA des statio­ nären Teiles ST und der Teil IFB der tragbaren Datenträger­ anordnung 1 bilden gemeinsam eine Kapazität.

Als galvanomagnetisches Element HSE wird üblicherweise ein Hall-Element, aber auch eine Feldplatte Verwendung finden.

Fig. 2a zeigt in perspektivischer Darstellung als Ausfüh­ rungsform einer tragbaren Datenträgeranordnung 1 eine Chipkarte mit vorzugsweise metallischen Kontaktflächen 3 als Ausgestaltungsform eines Koppeleinrichtungsteiles IFB sowie mit einem in der Chipkarte enthaltenen Halbleiter­ körper 2.

Fig. 2b zeigt einen Halbleiterkörper 2, wie er in einer Ausführungsform nach Fig. 2a verwendet werden kann, mit Anschlußzonen 4, die beispielsweise durch Drahtverbindun­ gen mit den flächigen Kontakten 3 verbindbar sind sowie mit einem galvanomagnetischen Element HS1.

Fig. 3 zeigt in der Seitenansicht eine tragbare Datenträ­ geranordnung 1 mit einem Halbleiterkörper 2 und mit an einer Hauptoberfläche der tragbaren Datenträgeranordnung 1 angeordneten flächigen Kontakten 4. Die Datenträgeranord­ nung 1 ist in einem Luftspalt eines Induktivitätenkernes 9 aus ferromagnetischem Material derart angeordnet, daß ein ggf. durch eine stromdurchflossene Induktivität 8 in dem Luftspalt bewirkter magnetischer Fluß an einem in dem Halbleiterkörper 2 der tragbaren Datenträgeranordnung 1 enthaltenen (nicht dargestellten) galvanomagnetischem Ele­ ment ein definiertes Analogsignal bewirkt. Hierbei ist es besonders günstig, wenn der magnetische Fluß im Luftspalt durch entsprechende körperliche Ausbildungen der Über­ gangszonen zwischen Luft und ferromagnetischem Spulen­ kern 9 gebündelt wird und ein galvanomagnetisches Element unmittelbar im Bereich der größten Felddichte angeordnet ist.

Die flächigen Kontakte 4 der tragbaren Datenträgeranord­ nung 1 sind jeweils mit vorzugsweise metallischen Kontak­ ten 5 des stationären Teiles in Kontakt, so daß eine elek­ trisch leitende Verbindung zwischen dem stationären Teil und der tragbaren Datenträgeranordnung realisiert ist. Die Kontakte 5 des stationären Teiles ST sind mit einer Über­ tragungseinrichtung 6 verbunden, die Signale und ggf. elektrische Energie zwischen einer Steuereinrichtung 7 und den elektrischen Kontakten 5 überträgt. Die Steuereinrich­ tung 7 des stationären Teiles steuert außerdem eine Schalteinrichtung 10, die in Abhängigkeit von der Ansteue­ rung durch die Steuereinrichtung 7 den Strom einer an ei­ nem Versorgungspotential Vo angeschlossenen Stromquelle 11 an einen Anschluß einer Induktivität 8 schaltet. Der ande­ re Anschluß dieser Induktivität 8, die üblicherweise als an den Spulenkern 9 gekoppelte Spule realisiert wird, ist mit einem anderen Versorgungspotential, hier Masse, ver­ bunden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung zur Informa­ tionsübertragung können Informationen sowie Energie von einer Steuereinrichtung 7 eines stationären Teiles über metallische Kontakte 5 des stationären Teiles und metalli­ sche Kontakte 4 einer tragbaren Datenträgeranordnung 1 zu dieser tragbaren Datenträgeranordnung 1 übertragen wer­ den. Außerdem kann die Steuereinrichtung 7 des stationären Teiles eine Schalteinrichtung 10 betätigen. Wenn die Kon­ takte der Schalteinrichtung 10 geschlossen sind, fließt ein Strom der Stromquelle 11 durch die Spule 8 und indu­ ziert einen magnetischen Fluß innerhalb dieser Spule, der weitgehend durch den Spulenkern 9 geleitet wird und im Luftspalt dieses Spulenkernes 9 gebündelt wird. Innerhalb des Luftspaltes des Spulenkernes 9 ist ein Halbleiterkör­ per 2 nach Fig. 2b mit einem galvanomagnetischen Element angeordnet. Wenn dieses galvanomagnetische Element in be­ kannter Weise aktiviert ist, d. h. wenn entweder durch ei­ nen konstanten Strom oder eine angelegte konstante Span­ nung an dem galvanomagnetischen Element ein Arbeitspunkt bei geöffneter Schaltvorrichtung 10 eingestellt ist, so bewirkt das Schließen der Schaltvorrichtung 10 durch die Steuereinrichtung 7 ein Verschieben der an dem galvanomag­ netischen Element anliegenden Spannung aus diesem Arbeits­ punkt, also eine Analogsignaländerung. Bei Verwendung ei­ ner tragbaren Datenträgeranordnung 1 nach Fig. 1 wird eine solche Analogsignaländerung von einer Auswerteschal­ tung HSA in ein wertdiskretes Signal umgewandelt, so daß die von der Steuereinrichtung 7 an die Schaltvorrichtung 10 abgegebene Information von der Steuereinrichtung SDT der tragbaren Datenträgeranordnung 1 verarbeitet werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die tragbare Datenträgeranordnung 1 zwei galvanomagneti­ sche Elemente, wie z. B. Hall-Elemente HS1 und HS2 hat, die beide an eine Auswerteschaltung HSA angeschlossen sind. Dem galvanomagnetischen Element HS1 ist ein Spulenkern 9a zu­ geordnet und dem galvanomagnetischen Element HS2 ist ein Spulenkern 9x zugeordnet. An dem Spulenkern 9a ist eine aus zwei Teilen 8a und 8b bestehende Spule mit Mittelab­ griff angeordnet, wobei der Mittelabgriff an ein Bezugs­ potential Masse geschaltet ist. Die beiden freien An­ schlüsse der Spule 8a und 8b sind jeweils an einen Ausgang einer Umschaltvorrichtung 10a angeschlossen. Der Eingang der Umschalteinrichtung 10a ist mit dem Stromausgang einer Stromquelle 11a verbunden, deren anderer Anschluß an ein Versorgungspotential Vo geschaltet ist. Die Umschaltein­ richtung 10a kann also den Strom der Stromquelle 11a in Abhängigkeit von ihrer Schaltstellung entweder an den freien Anschluß des Spulenteiles 8a oder an den freien An­ schluß des Spulenteiles 8b schalten. In analoger Weise ist der Spulenkern 9x mit einer aus zwei Teilspulen 8x und 8y mit Mittelabgriff bestehenden Spule gekoppelt, deren Mit­ telabgriff ebenfalls an Bezugspotential Masse geschaltet ist und deren freie Anschlüsse an die beiden Ausgangsan­ schlüsse einer weiteren Umschalteinrichtung 10x geschaltet sind. Der Eingang der Umschalteinrichtung 10x wird von ei­ ner Stromquelle 11x gespeist, deren anderer Anschluß eben­ falls an Versorgungspotential Vo geschaltet ist. Die Um­ schaltvorrichtungen 10a und 10x werden von einer Steuer­ einrichtung 7 angesteuert. Die Steuereinrichtung 7 ist au­ ßerdem über eine Übertragungsvorrichtung 6 und metallische Kontakte 5 an metallische Kontakte 3 der tragbaren Daten­ trägeranordnung angeschlossen, die ihrerseits mit einer Steuereinrichtung SDT der tragbaren Datenträgeranordnung 1 verbunden sind. Auch die Auswerteschaltung HSA ist mit dieser Steuereinrichtung SDT der tragbaren Datenträgeran­ ordnung 1 verbunden.

Bei einer Vorrichtung nach Fig. 4 kann sowohl in dem Kern 9a als auch in dem Kern 9x die Richtung eines induzierten Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Schalterstellung der Schalter 10a bzw. 10x verändert werden. Wenn der Spulen­ kern 9a näher an dem galvanomagnetischen Element HS1 ange­ ordnet ist und der Spulenkern 9x näher an dem galvanomag­ netischen Element HS2 angeordnet ist, läßt sich leicht durch Auswerten des Differenzsignales der galvanomagneti­ schen Elemente ein Umschalten der Schaltvorrichtungen 10a und 10x bzw. ein Umkehren der Magnetfeldrichtungen durch die Auswerteschaltung HSA feststellen. Aufgrund der Mag­ netfelddifferenzmessung müssen die für die Informations­ übertragung veränderten Magnetfelder nicht mit großer Prä­ zision ausgerichtet sein. Es muß nur sichergestellt sein, daß jedes der beiden manipulierten Magnetfelder bezüglich eines ihm zuordenbaren galvanomagnetischen Elementes stär­ ker ist als das andere.

Durch günstige Wahl der Teilspulen 8a, 8b, 8x und 8y kann erreicht werden, daß unabhängig von der Schalterstellung der Schalter 10a und 10x immer die gleiche magnetische Feldstärke im Bereich der tragbaren Datenträgeranordnung herrscht, wenn auch mit lokal anderer Feldrichtung. Da­ durch wird ein unberechtigtes Erfassen der mit Hilfe der Änderung dieser Magnetfelder zu übertragenden Information zusätzlich erschwert.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt eine Steuerein­ richtung 7, die einen Anschluß einer Spule L1 über eine Leitung ansteuern kann. Der andere Anschluß der Spule L1 ist mit dem Eingangsanschluß einer Umschalteinrichtung 10b verbunden. Ein Ausgangsanschluß der Umschalteinrichtung 10b ist unmittelbar an das Versorgungspotential Masse ge­ schaltet. Der andere Ausgangsanschluß der Umschalteinrich­ tung 10b ist über eine Stromquelle 11b an das Versorgungs­ potential Masse geschaltet. Der Steuereingang der Um­ schalteinrichtung 10b wird von der Steuereinrichtung 7 an­ gesteuert. Die Steuereinrichtung 7 kann, wie durch eine unterbrochene Linie dargestellt, mit einem weiteren Aus­ gang an einen Anschluß einer weiteren Induktivität L3 an­ geschlossen sein, deren anderer Anschluß ebenfalls an das Versorgungspotential Masse geschaltet ist. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die Steuereinrichtung 7 zudem an ein Ver­ sorgungspotential Vo angeschlossen.

Die in Fig. 5 dargestellte tragbare Datenträgeranordnung 1 hat eine Induktivität L2, die mit der Induktivität L1 des stationären Teiles ST einen elektromagnetischen Trans­ formator bildet. Im Bereich des von diesem Transformator induzierten Magnetfeldes ist ein galvanomagnetisches Ele­ ment HSE angeordnet, das an eine Auswerteschaltung HSA an­ gekoppelt ist. Die beiden Anschlußklemmen der Spule L2 sind an einen Schaltungsteil 12 angeschlossen, der eine Demodulatorschaltung und ggf. eine Schaltung zum Aufberei­ ten der Versorgungsspannung der tragbaren Datenträgeran­ ordnung beinhaltet. Wenn der stationäre Teil ST eine zu­ sätzliche Induktivität L3 enthält, so hat die tragbare Datenträgeranordnung 1 eine weitere Induktivität L4, die mit der Induktivität L3 einen weiteren elektromagnetischen Übertrager bildet. Auch diese Induktivität L4 ist dann, wie unterbrochen dargestellt, mit dem Schaltungsteil 12 zusammengeschaltet.

Bei einer Anordnung nach Fig. 5 ist die Steuereinrich­ tung 7 derart ausgebildet, daß sie die Induktivität L1 mit einem Wechselstromsignal beaufschlagt. Dieses Wechsel­ stromsignal wird infolge der elektromagnetischen Koppelung zur Induktivität L2 der tragbaren Datenträgeranordnung übertragen. Für den Fall, daß die Informationsübertragung über den Übertrager L1 und L2 mit Hilfe eines wertdiskret phasenmodulierten Signales (PSK phase shift keying) vorge­ nommen werden soll, so wird die Spule L1 und die Spule L3 mit dem gleichen Wechselstromsignal angesteuert, wobei zwischen den beiden Signalen eine Phasenverschiebung durch die Steuereinrichtung 7 steuerbar ist. Das von der Steuer­ einrichtung 7 in die Induktivität L1 eingespeiste Wechsel­ stromsignal führt dazu, daß ein durch einen eingeprägten Strom oder eine vorgegebene Spannung an dem galvanomagne­ tischen Element HSE eingestellter Arbeitspunkt in Abhän­ gigkeit von dem magnetischen Wechselfeld des elektromag­ netischen Übertragers L1, L2 variiert. In diesem Fall müs­ sen die Schaltschwellen der Auswerteschaltung HSA so ein­ gestellt sein, daß diese wechselsignalbedingte Magnetfeld­ änderung keine Auswirkung auf den Schaltzustand der Aus­ werteschaltung HSA hat. Es empfiehlt sich also, in der Auswerteschaltung HSA eine Schmitt-Triggerschaltung vor zu­ sehen, deren Hysteresebereich entsprechend groß gewählt wird.

Durch die Umschaltvorrichtung 10b kann dem Wechselstrom­ signal i in der Induktivität L1 noch ein Gleichstrom I der Stromquelle 11b überlagert werden. Die dadurch bewirkte Magnetfeldänderung im Bereich des Übertragers L1 und L2 führt in dem galvanomagnetischen Element HSE zu einer ein­ deutig erkennbaren Analogsignaländerung, die von der Aus­ werteschaltung HSA bewertet wird.

In einer günstigen Ausgestaltungsform wird der Induktivi­ tät L1 zu dem Wechselstromsignal i ein Gleichstrom zur Ar­ beitspunkteinstellung eingeprägt, dem dann in Abhängigkeit von der Schalterstellung des Schalters 10b ein weiterer Gleichstrom überlagert wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 stellt der Schal­ tungsteil 12 ein von dem stationären Teil ST empfangenes Ausgangssignal S1 bereit und die Auswerteschaltung HA stellt ein von dem stationären Teil ST empfangenes Signal S2 bereit. Der Signalausgang der Auswerteschaltung HSA ist mit dem Eingang eines Zwischenspeichers REG verbunden, der Teil der Steuereinrichtung SDT der tragbaren Datenträger­ anordnung 1 ist. Als Zwischenspeicher REG kann beispiels­ weise ein Register, ein Merkspeicher oder ein Flipflop vorgesehen sein. Am Ausgang der Zwischenspeichereinrich­ tung REG wird ein Signal S2 bereitgestellt. Die Zwischen­ speichereinrichtung REG wird von einer Ablaufsteuerein­ richtung PU, beispielsweise einem Mikroprozessor gesteu­ ert. Ein das Ausgangssignal S1 bereitstellender Ausgang des Schaltungsteiles 12 ist mit einem Eingang einer Ver­ knüpfungsschaltung EX verbunden. Der das Signal S2 bereit­ stellende Ausgang des Zwischenregisters REG ist mit einem anderen Eingang der Verknüpfungsschaltung EX verbunden. Die Verknüpfungsschaltung EX stellt an einem Ausgang ein Signal S3 bereit. Der entsprechende Ausgang der Verknüp­ fungsschaltung EX ist mit der Ablaufsteuereinheit PU ver­ bunden. Die Verknüpfungsschaltung EX ist so ausgestaltet, daß sie zu jeder möglichen Eingangsbeschaltung eine ein­ deutig zuordenbare Ausgangsgröße bereitstellt. Daß also für jede Kombination der Signale S1 und S2 immer ein ein­ deutiges Signal S3 bereitgestellt wird. Eine einfache Aus­ gestaltungsform einer solchen Verknüpfungsschaltung ist ein Exklusiv-ODER-Gatter.

Die für einen Signalfluß von der tragbaren Datenträgeran­ ordnung 1 zu dem stationären Teil ST erforderlichen Schal­ tungsteile sowie die Speichereinrichtung MDT sind aufgrund der Übersichtlichkeit in Fig. 5 nicht dargestellt, sind jedoch vom Fachmann aufgrund seines allgemeinen Wissens leicht einfügbar. Selbstverständlich gibt es eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten der Einzelmerkmale der zuvor dargelegten Ausführungsbeispiele.

Claims (15)

1. Einrichtung zur Informationsübertragung, bestehend aus einem stationären Teil (ST) und einer tragbaren Datenträ­ geranordnung (1), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) der stationäre Teil (ST) enthält Mittel (MFE), um in Abhängigkeit von einer zur tragbaren Datenträgeranord­ nung (1) zu übertragenden Information ein gerichtetes Magnetfeld zu beeinflussen;
• b) die tragbare Datenträgeranordnung (1) enthält minde­ stens ein galvanomagnetisches Bauelement (HSE, HS1, HS2) sowie eine Auswerteschaltung (HSA), die die an dem galvanomagnetischen Bauelement (HSE, HS1, HS2) auftre­ tende Analogsignaländerung in ein die übertragende In­ formation enthaltendes wertdiskretes Signal umwandelt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Teil (ST) eine Anordnung (IFA) beinhaltet, die gemeinsam mit einer in der tragbaren Datenträgeranordnung (1) enthaltenen An­ ordnung (IFB) eine Koppeleinrichtung bildet und daß über diese Koppeleinrichtung (IFA, IFB) Energie von dem statio­ nären Teil (ST) zu der tragbaren Datenträgeranordnung (1) übertragbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß der stationäre Teil (ST) mit Hilfe der Koppeleinrichtung (IFA, IFB) Informationen zur tragbaren Datenträgeranordnung (1) überträgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der tragbaren Datenträgeranordnung (1) außerdem Informationen über die Koppeleinrichtung (IFA, IFB) zum stationären Teil (ST) übertragbar sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Auswerteschaltung (HSA) bereitgestellte wertdiskrete Signal ein Binärsignal ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanord­ nung (REG), die in Abhängigkeit von einer Änderung des von der Auswerteschaltung (HSA) bereitgestellten Signales ein zugeordnetes Logiksignal bereitstellt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswer­ teschaltung (HSA) eine Schmitt-Trigger-Schaltung vorgese­ hen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel­ einrichtung (IFA, IFB) aus metallischen Kontakten besteht.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel­ einrichtung (IFA, IFB) aus elektrisch leitfähigen Kontak­ ten besteht.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel­ einrichtung (IFA, IFB) aus Induktivitäten (8, 8a, 8b, 8x, 8y) besteht.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als galvanomagnetisches Bauelement ein Hall-Element (HSE, HS1, HS2) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine galvanomagnetische Bauelement (HSE, HS1, HS2) nur bedarfsweise kurzzeitig aktiviert wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des minde­ stens einen galvanomagnetischen Bauelementes (HSE, HS1, HS2) von dem stationären Teil (ST) angefordert wird, bevor mit Hilfe des galvanomagnetischen Bauelementes (HSE, HS1, HS2) auszuwertende Informationen zur tragbaren Datenträ­ geranordnung (1) übertragen werden.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ak­ tivierung des mindestens einen galvanomagnetischen Bauele­ mentes (HSE, HS1, HS2) dem stationären Teil (ST) mitge­ teilt wird, so daß dieser Informationen übertragen kann, die mit Hilfe des mindestens einen galvanomagnetischen Bauelementes (HSE, HS1, HS2) ausgewertet werden sollen.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein galvanomagnetisches Bauelement (HSE, HS1, HS2) auf einem Halbleiterkörper (2) angeordnet ist, auf dem außerdem eine Steuereinrichtung (SDT) und eine Speichereinrichtung (MDT) angeordnet sind.