DE4233283A1

DE4233283A1 - Non-contact reader for chip card - uses inductive coupling between transmitters and receives when card inserted through guide plate assembly

Info

Publication number: DE4233283A1
Application number: DE19924233283
Authority: DE
Inventors: Walter Holzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-07

Abstract

The non-contact reader for integrated circuit carrying chip cards, has a front panel loading point that leads into a guide channel section. The card (4) is produced with a number of receiver and transmitter coils and these align with similar coils on a built circuit board (10). Located between the card and the board in the reader are ferrite core elements and yoke elements. When the card is located the integral solar cell (16) is charged by being positioned adjacent to an activated light source (15). ADVANTAGE - Cost effective. Easy to assemble.

Description

Die Entwicklung von Chipkarten tendiert eindeutig in Richtung von Multifunktionskarten, welche über längere Dauer benutzt werden sollen, um Kosten zu sparen und Entsorgungsprobleme zu vermindern.The development of chip cards is clearly heading in the direction of multifunction cards that are used over a longer period of time to save costs and reduce disposal problems.

Da solche Karten in erhöhtem Maße einer Verschmutzung ausge setzt sind, welche die Kontaktsicherheit von kontaktierten Chip karten gefährdet, ist kontaktlosen Chipkarten der Vorzug zu geben.Because such cards are increasingly contaminated are what sets the contact security of contacted chip cards at risk, contactless chip cards should be preferred.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und preiswertes, zuverlässig arbeitendes Lesegerät zu beschreiben, welches kosten günstig hergestellt und montiert werden kann.The object of the invention is to provide a simple and inexpensive Describe reliably working reader, which costs can be manufactured and assembled cheaply.

Die Erfindung besteht darin, ein solches Lesegerät, welches aus einem Kunststoffteil mit einem Schlitz in der Frontplatte zum Einstecken der Chipkarte besteht, und das mit Mitteln zum kontakt losen Eingeben bzw. Empfangen von Informationen zur und von der Chipkarte ausgestattet sein muß, mit zwei einfach zu gestaltenden Führungsleisten (2) hinter der Frontplatte (1) zu versehen und eine Stegplatte (7) diese Führungsleisten (2) verbindet, wobei die Führungsleisten (2) zumindest Führungsschlitze (3) für die Chip karte (4) aufweisen.The invention is such a reader, which consists of a plastic part with a slot in the front panel for inserting the chip card, and which must be equipped with means for contactless input or reception of information to and from the chip card, with two simple to be provided to be designed guide strips (2) behind the front plate (1) and a web plate (7) connecting these guide rails (2), wherein the guide strips (2) at least the guide slots (3) map for the chip (4) have.

Auf diese Weise entsteht ein starres, stabiles Kunststoff teil, welches erfindungsgemäß sowohl die Chipkarte (4), aber auch mit weiteren Führungsschlitzen (6) eine oder mehrere Leiterplatten halten kann.In this way, a rigid, stable plastic part is created, which according to the invention can hold both the chip card ( 4 ) but also with further guide slots ( 6 ) one or more printed circuit boards.

Auf der Stegplatte (7) und/oder der Leiterplatte (10) können auch die zur kontaktlosen Eingabe oder zum Empfang von Informatio nen nötigen Mittel, z. B. in Form von Sendespulen (S2) und Empfangsspulen (E1), angeordnet werden, falls man eine induktive Übertragung dieser Informationen wünscht. Gleichartig wäre die An ordnung von Kondensatorbelägen, falls man eine kapazitive Übertra gung vorzieht, was u. U. weitere Vereinfachungen bedeuten kann, da Kondensatorbeläge nur einen Anschluß, hingegen Induktionsspulen zwei Anschlüsse benötigen.On the multi-wall sheet ( 7 ) and / or the printed circuit board ( 10 ), the means necessary for contactless input or for receiving information, for. B. in the form of transmit coils (S2) and receive coils (E1), if you want an inductive transmission of this information. The arrangement of capacitor coatings would be the same if you prefer a capacitive transmission, which u. U. can mean further simplifications, since capacitor linings only require one connection, whereas induction coils require two connections.

Falls Sendespulen (S2) und Empfängerspulen (E1) vorgesehen sind, wird alternativ empfohlen, diese auf einer ein- oder mehrla gigen Leiterbahnfolie anzuordnen, welche auf der der Chipkarte (4) zugewandten Seite der Stegplatte (7) aufgebracht wird und gleich zeitig eine flexible Verbindung zur Leiterplatte (10) bildet. Diese Maßnahme führt zu einer extremen Verringerung des Abstandes zwischen Sende- und Empfangsspulen und verbessert damit die Funk tion des Lesegerätes. Eine derartige Folie, bei der die Leiterbah nen der Spulen durch eine dünne Schicht nach außen geschützt sind, bedeutet zusätzliche Betriebssicherheit.If transmitter coils (S2) and receiver coils (E1) are provided, it is alternatively recommended to arrange them on a single or multi-layer conductor foil, which is applied to the side of the web plate ( 7 ) facing the chip card ( 4 ) and at the same time is flexible Forms connection to the printed circuit board ( 10 ). This measure leads to an extreme reduction in the distance between the transmitting and receiving coils and thus improves the function of the reader. Such a film, in which the conductor tracks of the coils are protected from the outside by a thin layer, means additional operational reliability.

Erfindungsgemäß kann auch die erforderliche Energie über gleichartige induktive Spulen der Chipkarte zugeführt werden.According to the invention, the required energy can also be exceeded similar inductive coils of the chip card are supplied.

Bei Chipkarten, welche eine Solarzelle (16) zur Stromversor gung aufweisen, kann überdies erfindungsgemäß eine Lampe (15) auf der Leiterplatte (10) angeordnet werden, deren Licht auf die So larzelle (16) fällt.For chip cards, which have a solar cell ( 16 ) for power supply, a lamp ( 15 ) according to the invention can also be arranged on the circuit board ( 10 ), the light of which falls on the solar cell ( 16 ).

Hierbei ist wesentlich, daß alle elektronischen und sonst er forderlichen elektrischen Bauelemente auf der Leiterplatte (10) zusammengefaßt werden können.It is essential that all electronic and otherwise necessary electrical components on the circuit board ( 10 ) can be summarized.

Um die induktive Übertragung der Informationen zu verbessern, wird ferner vorgeschlagen, zwischen den Sendespulen und Empfänger spulen magnetisch gut leitende Kerne, z. B. Ferritkerne (9), anzu ordnen, die den magnetischen Fluß zwischen diesen Spulen verbes sern.In order to improve the inductive transmission of the information, it is also proposed to coil cores with a good magnetic conductivity between the transmitter coils and receiver, e.g. B. ferrite cores ( 9 ) to arrange that verbes the magnetic flux between these coils.

Noch vorteilhafter ist, wie in Fig. 6 dargestellt, die An ordnung von Magnetjochen (8), welche die korrespondierenden Sende- und Empfangsspulen übergreifen und dabei den Induktionsfluß verbessern, aber vor allem auch eine störende Ausstrahlung dieser hochfrequenten Ströme reduzieren.Even more advantageous is, as shown in Fig. 6, the arrangement of magnetic yokes ( 8 ), which overlap the corresponding transmitting and receiving coils and thereby improve the induction flow, but above all also reduce interference from these high-frequency currents.

Schließlich wird aus mechanischen Gründen die Anordnung von federnden Andruckelementen, z. B. Federn (11), empfohlen, welche die Chipkarte (4) in eine definierte Lage bringen. Diese Andruck elemente sollen zumindest im letzten Bereich vor Erreichen der Endlage wirksam sein.Finally, the arrangement of resilient pressure elements, z. B. springs ( 11 ) are recommended, which bring the chip card ( 4 ) into a defined position. These pressure elements should be effective at least in the last area before reaching the end position.

Die nachstehend beschriebenen Abbildungen sollen schematisch den Erfindungsgedanken darstellen, sind aber nicht als beschrän kend aufzufassen, da viele Details variiert werden können.The illustrations described below are intended to be schematic represent the inventive concept, but are not limited kend to understand, since many details can be varied.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Gestaltung eines Kunst stoffteils, bestehend aus einer Frontplatte (1), den beiden Füh rungsleisten (2), welche durch die Stegplatte (7) miteinander starr verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Schlitze (3) für die Chipkarte (4) und weitere Schlitze (6) zur Halterung einer Leiterplatte (10) vorgesehen. Durch den Schlitz (5), welcher die Frontplatte (1) durchbricht, kann später die Chipkarte (4) eingeschoben werden. Die Öffnung (19) in der Frontplatte (1) dient zur Beobachtung einer Anzeigelampe, welche die Betriebsbereitschaft des Lesegerätes anzeigt. Fig. 1 shows the design of a plastic part according to the invention, consisting of a front plate ( 1 ), the two Füh approximately strips ( 2 ) which are rigidly connected to each other by the web plate ( 7 ). In the exemplary embodiment shown, slots ( 3 ) for the chip card ( 4 ) and further slots ( 6 ) for holding a printed circuit board ( 10 ) are provided. The chip card ( 4 ) can be inserted later through the slot ( 5 ) which breaks through the front plate ( 1 ). The opening ( 19 ) in the front plate ( 1 ) is used to observe an indicator lamp which indicates the readiness of the reader.

Die Vorderansicht der Frontplatte (1) ist in Fig. 3 darge stellt, die auch eine vertiefte Aussparung (17) zeigt, welche das Anfassen der eingesteckten Chipkarte (4) erleichtern soll.The front view of the front panel ( 1 ) is shown in Fig. 3 Darge, which also shows a recessed recess ( 17 ), which should facilitate the handling of the inserted chip card ( 4 ).

Die Fig. 2 stellt schematisch die Draufsicht eines erfin dungsgemäßen Lesegerätes dar. Die Chipkarte (4) wird durch die Frontplatte (1) eingeschoben, und ihre Lage wird durch die An schläge (18) bestimmt. Fig. 2 shows schematically the top view of an inventions to the invention reader. The chip card ( 4 ) is inserted through the front panel ( 1 ), and its position is determined by the strokes ( 18 ).

Wie in der Schnittzeichnung 5 deutlich zu erkennen ist, liegt oberhalb der Chipkarte (4) die Stegplatte (7) und darüber einge schoben in die Schlitze (6) die Leiterplatte (10), die alle elek tronischen Bauelemente des Lesegerätes aufnehmen kann.As can be clearly seen in the sectional drawing 5 , is above the chip card ( 4 ), the web plate ( 7 ) and above inserted into the slots ( 6 ), the circuit board ( 10 ), which can accommodate all electronic components of the reader.

Da die Aufnahme der Chipkarte (4) nach unten offen ist, wird ein böswilliges oder fahrlässiges Zustopfen der Aufnahme weitge hend unmöglich.Since the recording of the chip card ( 4 ) is open at the bottom, malicious or negligent plugging of the recording is largely impossible.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung der Induktionsspulen auf der Chipkarte (4) und die korrespondierenden Induktionsspulen auf der Leiterplatte (10). Zum besseren Verständnis sind in Fig. 5 diese Platten gegeneinander verschoben dargestellt. Im Betriebszu stand liegt die Empfangsspule (E1) über der Sendespule (S1), ebenso die Sendespulen (S2 und S3) über den Empfangsspulen (E2 und E3). Im Falle einer kapazitiven Datenübertragung wären jeweils die Induktionsspulen durch Kondensatorbeläge zu ersetzen. Da die An wendung von induktiven oder kapazitiven Übertragungselementen ana log und kompatibel ist, soll nachfolgend nur über die induktive Datenübertragung gesprochen werden. Fig. 5 shows schematically the arrangement of the induction coils on the chip card ( 4 ) and the corresponding induction coils on the printed circuit board ( 10 ). For a better understanding, these plates are shown shifted from one another in FIG. 5. In the operating state, the receiver coil (E1) is above the transmitter coil (S1), as are the transmitter coils (S2 and S3) above the receiver coils (E2 and E3). In the case of capacitive data transmission, the induction coils would have to be replaced by capacitor coverings. Since the use of inductive or capacitive transmission elements is analog and compatible, only the inductive data transmission will be discussed below.

Da zwischen den Spulen der Chipkarte (4) und den Spulen auf der Leiterplatte (10) ein gewisser Abstand besteht, wird vorge schlagen, diese Anordnung magnetisch dadurch zu verbessern, daß magnetisch gut leitende Kerne, z. B. Ferritkerne (9), zwischen den korrespondierenden Spulen angeordnet werden, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt.Since there is a certain distance between the coils of the chip card ( 4 ) and the coils on the printed circuit board ( 10 ), it is suggested to improve this arrangement magnetically in that magnetically well-conductive cores, for. B. ferrite cores ( 9 ) between the corresponding coils, as shown schematically in Fig. 4.

Fig. 6 erläutert nicht nur die Anordnung der Ferritkerne (9), sondern auch die zusätzliche Anordnung von Magnetjochen (8), wel che die Aufgabe haben, die induktive Übertragung der Daten zu ver bessern, aber auch ein Ausstreuen von störenden Feldlinien auf die Umgebung zu reduzieren. Fig. 6 explains not only the arrangement of the ferrite cores ( 9 ), but also the additional arrangement of magnetic yokes ( 8 ), which che have the task of improving the inductive transmission of the data, but also a spreading of interfering field lines on the environment to reduce.

Die Anordnung der Ferritkerne (9) und der Joche (8) ist in Fig. 2 deutlich erkennbar. Die Ferritkerne (9) liegen dabei in Durchbrüchen (14) der Stegplatte (7). In Fig. 4 ist ferner erkenn bar, daß zumindest in der Endlage der eingeschobenen Chipkarte (4) ein federndes Element, nämlich die Feder (11) die Chipkarte (4) in eine definierte Position gegen die Stegplatte (7) drückt. Damit ist nicht nur die Lage der Chipkarte (4) definiert, sondern auch ein minimaler Abstand zwischen den Sende- und Empfängerspulen.The arrangement of the ferrite cores ( 9 ) and the yokes ( 8 ) can be clearly seen in FIG. 2. The ferrite cores ( 9 ) lie in openings ( 14 ) in the web plate ( 7 ). In Fig. 4 it can also be seen that at least in the end position of the inserted chip card ( 4 ) a resilient element, namely the spring ( 11 ) presses the chip card ( 4 ) into a defined position against the web plate ( 7 ). This not only defines the position of the chip card ( 4 ), but also a minimum distance between the transmitter and receiver coils.

Da die Chipkarte (4) keine eigene Stromversorgung besitzt, kommt der kontaktlosen Energieversorgung besondere Bedeutung zu. Es werden nachfolgend zwei Varianten beschrieben.Since the chip card ( 4 ) does not have its own power supply, contactless energy supply is of particular importance. Two variants are described below.

Zunächst besteht die Möglichkeit, induktiv über die Sen despule (S3) zur Empfängerspule (E3) in der Chipkarte Energie zu übertragen, wobei zur Verbesserung des Wirkungsgrades die vorbe schriebenen Möglichkeiten mit Ferritkernen (9) und magnetischen Jochen (8) genutzt werden können.First of all, there is the possibility of inductively transmitting energy via the sensor coil (S3) to the receiver coil (E3) in the chip card, whereby the options described above with ferrite cores ( 9 ) and magnetic yokes ( 8 ) can be used to improve the efficiency.

Eine Alternative besteht darin, die Chipkarte (4) mit einer Solarzelle (16), ähnlich wie sie in kleinen Taschenrechnern benützt wird, auszustatten. In einem solchen Fall genügt es, eine kleine Lampe (15) auf der Leiterplatte anzuordnen, deren Licht auf die Solarzelle (16) fällt und unmittelbar den erforderlichen Gleichstrom für die Chipkarte (4) liefert. Eine solche Lampe kann gleichzeitig als Betriebszustandsanzeige dienen, und durch eine Öffnung (19) in der Frontplatte (1) kann die Lampe beobachtet wer den. Die Lampe erspart auch u. U. die hochfrequente Energieübertra gung über Sendespulen (S3) und Empfängerspule (E3) mit nachfol gender Gleichrichtung.An alternative is to equip the chip card ( 4 ) with a solar cell ( 16 ), similar to that used in small pocket calculators. In such a case, it is sufficient to arrange a small lamp ( 15 ) on the circuit board, the light of which falls on the solar cell ( 16 ) and immediately supplies the required direct current for the chip card ( 4 ). Such a lamp can also serve as an operating status indicator, and through an opening ( 19 ) in the front panel ( 1 ) the lamp can be observed. The lamp also saves u. U. the high-frequency energy transmission via transmitter coils (S3) and receiver coil (E3) with subsequent rectification.

Die erfindungsgemäße Zuordnung einer mit den Übertragungsmit teln bestückten Leiterplatte, die auch alle übrigen elektronischen Bauelemente aufnehmen kann, bringt aber noch weitere wichtige Vor teile:The assignment according to the invention with the transmitters Equipped printed circuit board, which also all other electronic Can accommodate components, but brings other important advantages parts:

Für die Chipkarte (4) muß in jedem Fall eine voll integrierte Schaltung entwickelt werden, welche auch alle Sender- und Empfän gerfunktionen sowie die damit verbundene Ansteuerung enthält. Bei entsprechender geometrischer Anordnung der Spulen, die sich einfach durch Umklappen um die Längsachse der Chipkarte (4), wie beispielsweise in Fig. 5 und 8 gezeigt, ergibt, kann praktisch die gleiche integrierte Schaltung auch auf der Leiterplatte (10) verwendet werden. For the chip card ( 4 ), a fully integrated circuit must be developed in each case, which also contains all transmitter and receiver functions and the associated control. With a corresponding geometric arrangement of the coils, which is obtained simply by folding around the longitudinal axis of the chip card ( 4 ), as shown for example in FIGS. 5 and 8, practically the same integrated circuit can also be used on the printed circuit board ( 10 ).

Die Möglichkeit, praktisch die gleichen integrierten Schalt kreise auch im Lesegerät zu verwenden mit nur geringem zusätzli chen Aufwand, wie z. B. höhere Stromversorgung zur Energieübertra gung, kann sowohl die Abmessungen als auch die Kosten beträchtlich reduzieren.The possibility of practically the same integrated switching circles can also be used in the reader with only a small additional Chen effort, such as B. higher power supply for energy transfer gung, both the dimensions and the costs can be considerable to reduce.

Eine andere Variante, die Koppelung zwischen den Induktions spulen zu verbessern, ist in Fig. 8, 9 und 10 dargestellt.Another variant to improve the coupling between the induction coils is shown in FIGS. 8, 9 and 10.

In diesem Beispiel wird die Empfängerspule (E1) und die Sen despule (S2) in Art einer Multilayerschaltung auf dünnen Folien (12) aufgebracht, welche dank ihrer Flexibilität in einer bewegli chen Schlaufe direkt mit der Leiterplatte (10) verbunden werden können. Die Folie (12) kann in bekannter Art auf der Stegplatte (7) aufgeklebt oder thermisch verbunden werden, so daß, wie in Fig. 9 dargestellt, z. B. die Sendespule (S1) im Abstand von Bruchteilen von Millimetern mit der Empfängerspule (E1) der Folie (12) zu liegen kommt. Bei einer solchen Anordnung wird man vermutlich ohne magnetische Maßnahmen auskommen. Fig. 7 ist eine Schnittzeichnung des gesamten Lesegerätes, hingegen zeigt Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt des Spulenbereiches.In this example, the receiver coil (E1) and the sensor coil (S2) are applied in the manner of a multilayer circuit on thin foils ( 12 ) which, thanks to their flexibility, can be connected directly to the printed circuit board ( 10 ) in a movable loop. The film ( 12 ) can be glued or thermally bonded to the web plate ( 7 ) in a known manner, so that, as shown in FIG . B. the transmitter coil (S1) comes to lie at a fraction of a millimeter with the receiver coil (E1) of the film ( 12 ). With such an arrangement, you will probably get by without magnetic measures. FIG. 7 is a sectional drawing of the entire reading device, while FIG. 9 shows an enlarged section of the coil area.

In Fig. 8 ist ähnlich der Fig. 5 die aufeinanderliegende Folge der Chipkarte (4), der Stegplatte (7) und der Leiterplatte (10) schematisch dargestellt. Die Empfängerspule (E1) und die Sen despule (S2) liegen in der Folie (12) unterhalb der Stegplatte (7) und sind daher strichliert dargestellt. Die Verbindungsleitungen (13), welche von den Spulen (E1 und S2) zur Leiterplatte (10) füh ren, liegen ebenfalls innerhalb der nicht dargestellten Folie (12).In FIG. 8, similar to FIG. 5, the sequence of the chip card ( 4 ), the web plate ( 7 ) and the printed circuit board ( 10 ) lying one on top of the other is shown schematically. The receiver coil (E1) and the sensor coil (S2) lie in the film ( 12 ) below the web plate ( 7 ) and are therefore shown in broken lines. The connecting lines ( 13 ), which lead from the coils (E1 and S2) to the printed circuit board ( 10 ), also lie within the film ( 12 ), not shown.

Da die Stromversorgung entweder induktiv oder über eine So larzelle (16) erfolgen kann, sind diese Teile der Stromversorgung in Fig. 8 nicht dargestellt. Since the power supply can be either inductive or via a solar cell ( 16 ), these parts of the power supply are not shown in Fig. 8.

Die schematischen Darstellungen zeigen, wie grundlegend ein erfindungsgemäßes Lesegerät vereinfacht werden kann, wobei viele Varianten möglich sind. Es seien nur zwei Beispiele genannt.The schematic diagrams show how basic a reader according to the invention can be simplified, many Variants are possible. There are only two examples.

Für jeden Fachmann ist es klar, daß z. B. die Frontplatte (1) beliebig gestaltet werden kann. Das gleiche gilt auch z. B. für die Lage und Ausführung der Spulen und ähnliches.For every specialist it is clear that, for. B. the front panel ( 1 ) can be designed as desired. The same applies z. B. for the location and design of the coils and the like.

Claims

1. Reader for contactless chip cards, consisting of a receptacle made of plastic with a slot ( 5 ) in the front plate ( 1 ) for inserting the chip card ( 4 ) and means for contactless input and reception of information to and from the chip card ( 4 ) , characterized in that behind the front plate ( 1 ) two guide strips ( 2 ) are arranged, which connects a web plate ( 7 ) and the guide strips ( 2 ) have at least guide slots ( 3 ) for the chip card ( 4 ).

2. Reader according to claim 1, characterized in that the guide strips ( 2 ) and / or the web plate ( 7 ) for holding a printed circuit board ( 10 ) are formed.

3. Reading device according to claim 1 or 2, characterized in that in the guide strips ( 2 ) slots ( 6 ) for holding at least one circuit board ( 10 ) are present.

4. Reading device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that on the web plate ( 7 ) and / or the printed circuit board ( 10 ) means for contactless input or for receiving information from and to the chip card, for. B. transmitter coils (S2) and receiver coils (E1) are arranged.

5. Reading device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the transmitter coils (S2) and the receiver coil (E1) are arranged on a thin single-layer or multi-layer conductor track film ( 12 ) which on the chip card ( 4 ) facing side of the web plate ( 7 ) is applied and forms a flexible connection to the printed circuit board ( 10 ).

6. Reading device according to one or more of the preceding claims, characterized in that an inductive transmitter coil (S3) for energy transmission to the chip card ( 4 ) is arranged on the web plate ( 7 ) or on the printed circuit board ( 10 ).

7. Reading device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a lamp ( 15 ) is arranged on the printed circuit board ( 10 ) for transmitting energy to the chip card ( 4 ), the light of which, for. B. falls on a solar cell ( 16 ), which is on the chip card ( 4 ) be.

8. Reader according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the transmitter coils (S2, S3) and / or the receiver coil (E1) of the reader and the corresponding receiver coils (E2, E3) or the transmitter coil (S1) in the chip card ( 4 ), magnetically well conductive cores, for. B. ferrite cores ( 9 ) are arranged on.

9. Reading device according to one or more of the preceding claims, characterized in that Ma gnetjoche ( 8 ) are present, which improve the induction flow between the transmitter and receiver coils and reduce a disturbing radiation.

10. Reader according to one or more of the preceding Ansprü surface, characterized in that fe derende pressure elements, for. B. springs ( 11 ) are available, wel che the chip card ( 4 ), at least in the end position when a slide into the reader, bring them into a defined position.