DE4443979C1 - Chip card with contact surfaces and data exchange coils - Google Patents

Chip card with contact surfaces and data exchange coils

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Abstract

Various uses of chip card contacts in electronic circuits are disclosed. By using contacts (2) as capacitors or antennas, contacts may be used as contactless transmission means.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Chipkarte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a chip card according to the preamble of patent claim 1.

Es sind Chipkarten (Kombinationschipkarten, Hybridkarten) aus der DE 39 35 364 bekannt, welche sowohl kontaktfrei als auch kontaktbehaftet mit ihren Endgeräten (Schreib/Lesegeräten) Energie und Daten austauschen können. Diese Karten können für vielfache Anwendungen wie beispielswei­ se Telefonkarten, Gesundheitskarten, Zutrittskontrollkarten eingesetzt wer­ den.They are chip cards (combination chip cards, hybrid cards) from DE 39 35 364 known, which is both non-contact and contact with exchange energy and data on their end devices (read / write devices) can. These cards can be used for multiple applications such as se phone cards, health cards, access control cards the.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das kontaktfreie Übertragen von Informationen von der Karte zu einer Kartenlesestation zu verbessern.The invention has for its object the contactless transmission of Improve information from the card to a card reader.

Karten, wie sie in dem internationalen Standard ISO 10536 beschrieben sind, sollen Informationen nur über sehr kleine Distanzen übertragen können und zum Betrieb in einen Leser eingeschoben oder auf einen Leser aufge­ legt werden. Sie werden Nahbereichskarten bezeich­ net. Für Fernbereichskarten, welche über Entfernungen bis zu 100 cm In­ formationen übertragen können, ist mit einer Standardisierung (ISO 14 443) im Herbst 1994 begonnen worden. Ein fertiger Standard ist nach allgemeiner Erfahrung in einigen Jahren zu erwarten.Cards as described in the international standard ISO 10536 are, should Can only transmit information over very small distances and inserted into a reader for operation or opened onto a reader be placed. They are called short-range maps net. For long-range maps that cover distances of up to 100 cm Formations can be transferred with a standardization (ISO 14 443) was started in autumn 1994. A finished one According to general experience, standard can be expected in a few years.

Vom Markt werden standardisierte Karten nachgefragt, welche in den viel­ fach installierten Kontaktkartenlesern genutzt werden können und welche zusätzlich das Übertragen von Informationen über Entfernung zulassen. In eine solche Karte könnten über die Kontakte gemäß Patent DE 39 35 364 Informationen geladen werden und über die kontaktfreie Strecke könnten die Informationen ausgelesen werden. Ist eine solche Karte streng nach ISO-Normen aufgebaut, kommt nur eine Nahbereichskarte gemäß ISO 10536 infrage, d. h. die Karte muß auch beim kontaktfreien Auslesen in ei­ nen Leser gesteckt oder auf den Leser aufgelegt werden. Beim schnellen Identifizieren der Karte an U-Bahnstationen, an Firmeneingängen, etc. würden sich durch die benötigten Zeiten zum Einstecken und Auslesen der Karten Warteschlangen ergeben. Somit besteht die erfindungsgemäße Aufgabe, eine Karte streng nach Norm zu konzipieren, welche zusätzlich über größere Ent­ fernungen Informationen überträgt.The market is asking for standardized cards, which in the many Tray installed contact card readers can be used and which additionally allow the transmission of information about distance. In such a card could be made via the contacts according to patent DE 39 35 364 Information could be loaded and about the contactless route the information is read out. Such a card is strictly after ISO standards built, comes only a short-range map according to ISO  10536 in question, d. H. the card must also be read out in a non-contact manner a reader or put on the reader. When fast Identify the card at subway stations, company entrances, etc. yourself through the times required to insert and read the cards Queues result. The object of the invention is therefore to design a card strictly according to the standard, which also has larger ent distant information.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claim 1 solved.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Spule (4), welche mit ihren Ausgängen (10) an die elektronische Schaltung (11) angeschlossen ist. Die elektronische Schaltung (11) ist mit ihren Ausgängen (13) per gestrichelter Linie (12) an Kontaktflächen (2) im Kontaktfeld (1) angeschlossen. Fig. 1 shows schematically a coil ( 4 ) which is connected with its outputs ( 10 ) to the electronic circuit ( 11 ). The outputs ( 13 ) of the electronic circuit ( 11 ) are connected to contact surfaces ( 2 ) in the contact field ( 1 ) by a dashed line (12).

Fig. 2 zeigt schematisch eine Spule (4), welche mit ihren Ausgängen (10) an die elektronische Schaltung (11) angeschlossen ist. Ein Kondensator (3) wird mit seinen Ausgängen über die Schalter (8) wahlweise an die Kontakte (7) oder (6) angeschlossen. Die Schaltstellungen des Schalters (8) werden von der Elektronik (11) bestimmt, was durch die gestrichelten Linien (9) symbolisiert ist. Die Kontakte (6) stellen Abgriffe an der Spule (4) dar. Die Kontakte (7) stellen Kontakte zur Elektronik (11) dar, welche patentgemäß dazu dienen, den Kondensator (3) elektrisch zu laden. Fig. 2 shows schematically a coil ( 4 ) which is connected with its outputs ( 10 ) to the electronic circuit ( 11 ). A capacitor ( 3 ) is connected with its outputs via switches ( 8 ) to contacts ( 7 ) or ( 6 ). The switch positions of the switch ( 8 ) are determined by the electronics ( 11 ), which is symbolized by the dashed lines (9). The contacts ( 6 ) represent taps on the coil ( 4 ). The contacts ( 7 ) represent contacts to the electronics ( 11 ), which according to the patent serve to electrically charge the capacitor ( 3 ).

Zu Anspruch 1To claim 1

Anspruch 1 beschreibt die Nutzung der metallenen Kontaktflächen (2) einer herkömmlichen Chipkarte als Antennenelemente zum Übertragen von In­ formation. Werden die Kontaktflächen (2) als Kapazitäten in einem offenen Schwingkreis genutzt, strahlen sie elektrische Felder parallel zur Ebene ihrer Oberfläche ab. Ihre Nutzung als Antennenelemente stellt somit gleichzeitig eine Nutzung als elektrische Kapazitäten dar. Werden an die Kontaktflächen (2) durch eine elektronische Schaltung (11) zeitlich verän­ derliche Spannungen angelegt, werden elektromagnetische Wellen von den Kontaktflächen abgestrahlt. Je kürzer die Zeiten der Spannungsverän­ derung an den Kontaktflächen (2), desto größer ist die Frequenz der ab­ gestrahlten elektromagnetischen Welle. Bei Anlegen eines Rechteckspan­ nungsimpulses werden die Frequenzen der abgestrahlten Wellen von dem Anstiegswinkel (Abfallwinkel) des Impulses, die Amplitude von der Höhe des Impulses bestimmt. Bei geeignetem Aufbau der Schaltung (11) kann somit eine Welle über die Kontakte in den umgebenden Raum ge­ sandt werden, die entfernt nachgewiesen werden kann. Die abgestrahlte Welle kann Frequenzen haben, die weit genug von den Frequenzen ent­ fernt sind, welche zur Spule (4) nach üblichen Methoden übertragen wer­ den, wie sie beispielsweise in dem Standard ISO 10536 beschrieben sind. Somit ist eine gegenseitige Beeinflussung der Wellen minimiert.Claim 1 describes the use of the metal contact surfaces ( 2 ) of a conventional chip card as antenna elements for transmitting information. If the contact surfaces ( 2 ) are used as capacitors in an open resonant circuit, they emit electrical fields parallel to the plane of their surface. Their use as antenna elements thus also represents use as electrical capacities. If voltages that vary over time are applied to the contact areas ( 2 ) by an electronic circuit ( 11 ), electromagnetic waves are emitted from the contact areas. The shorter the times of the voltage change at the contact surfaces ( 2 ), the greater the frequency of the electromagnetic wave emitted. When a square wave voltage pulse is applied, the frequencies of the emitted waves are determined by the rise (fall) angle of the pulse, the amplitude by the height of the pulse. With a suitable structure of the circuit ( 11 ), a wave can thus be sent via the contacts into the surrounding space, which can be detected remotely. The emitted wave can have frequencies far enough from the frequencies ent which are transmitted to the coil ( 4 ) according to the usual methods, such as are described, for example, in the ISO 10536 standard. Mutual influence of the waves is thus minimized.

Zu Anspruch 2To claim 2

Es wird die Verbindung einer elektronischen Schaltung (11) mit den Kontak­ ten (2) beschrieben. Die Schaltung (11) befindet sich in der Chipkarte und gewinnt Energie aus dem Wechselfeld der Spule (4). Ein Teil dieser Ener­ gie wird von der Elektronik (11) an einen oder mehrere der Kontakte (2) zwecks kontaktfreier Übertragung von Information anlegt. Die Energie kann aus einem Schwingkreis bezogen werden und somit zeitlich unbegrenzt den Kontakten (2) zugeführt werden. Es können auch kurzzeitige Span­ nungspulse angelegt werden, wie es zu Anspruch 1 beschrieben ist.The connection of an electronic circuit ( 11 ) with the contacts th ( 2 ) is described. The circuit ( 11 ) is located in the chip card and gains energy from the alternating field of the coil ( 4 ). Part of this energy is applied by the electronics ( 11 ) to one or more of the contacts ( 2 ) for the purpose of contactless transmission of information. The energy can be obtained from an oscillating circuit and can thus be supplied to the contacts ( 2 ) indefinitely. Short-term voltage pulses can also be applied, as described for claim 1.

Zu Anspruch 3Regarding claim 3

Es wird ein Kondensator (3) in der Karte oder in einem Teil der Schaltung (11) beschrieben, der als Energiespeicher und als Entladungskondensator dient. Zum Speichern von Energie wird der Kondensator (3) per elektro­ nisch gesteuerter Schalter (8) an die Kontakte der Schaltung (11) ange­ schlossen. In der Schaltung (11) kann beispielsweise eine Gleichrichter­ schaltung vorhanden sein, welche aus den Wechselspannungen an den Spulenausgängen (4) eine Gleichspannung gewinnt. Diese Gleichspan­ nung kann zum Laden des Kondensators (3) über die Kontakte (7) benutzt werden. Durch die Nutzung eines Kondensators zur Energiespeicherung kann die Ladungsmenge (gemäß der Kapazität des Kondensators) erhöht werden, welche zur kontaktfreien Übertragung von Information genutzt wird. Die Information kann über die Kontakte (2) oder die Spule (4) in ei­ nem offenen Schwingkreis abgestrahlt werden.A capacitor ( 3 ) in the card or in a part of the circuit ( 11 ) is described, which serves as an energy store and as a discharge capacitor. To store energy, the capacitor ( 3 ) is connected to the contacts of the circuit ( 11 ) by means of an electronically controlled switch ( 8 ). In the circuit ( 11 ), for example, a rectifier circuit can be present, which gains a DC voltage from the AC voltages at the coil outputs ( 4 ). This DC voltage can be used to charge the capacitor ( 3 ) via the contacts ( 7 ). By using a capacitor for energy storage, the amount of charge (according to the capacitance of the capacitor) can be increased, which is used for the contactless transmission of information. The information can be emitted via the contacts ( 2 ) or the coil ( 4 ) in an open resonant circuit.

Zu Anspruch 4To claim 4

Es wird beschrieben, wie die Spule (4) an ihren Ausgängen (10) wie ein Spannungstransformator zum Vervielfachen einer an den Kontakten (6) angelegten, zeitlich veränderlichen Spannung wirkt. Diese vervielfachte Spannung wird zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer kontaktfreien Übertragung genutzt wird. Die Schaltung (11) schließt den Kondensator (3) an Teile der Spule (4) über die Kontakte (6) an. Der dadurch erzeugte Kurzschlußstrom des Kondensators (3) in einem Teil der Spule (4) führt zu induzierten Spannungen in den anderen Teilen der Spule. Das Verhältnis der Anzahl der Windungen in der Teilspule mit ihren Kontakten (6) zu der Anzahl der Windungen in der Spule (4) bestimmt die Erhöhung der Span­ nung an den Spulenausgängen (10). Die vom Kondensator (3) an den Kontakten (6) angelegte Spannung liegt nach einer Verzögerungszeit ver­ größert an den Ausgängen (10) der Spule (4) an. Die Schaltung (11) steu­ ert das wahlweise Verbinden des Kondensators zum Nachladen über die Kontakte (7) oder zum Entladen über die Kontakte (6).It is described how the coil ( 4 ) acts at its outputs ( 10 ) like a voltage transformer for multiplying a time-varying voltage applied to the contacts ( 6 ). This multiplied voltage is used to increase the performance of a contactless transmission. The circuit ( 11 ) connects the capacitor ( 3 ) to parts of the coil ( 4 ) via the contacts ( 6 ). The resulting short-circuit current of the capacitor ( 3 ) in one part of the coil ( 4 ) leads to induced voltages in the other parts of the coil. The ratio of the number of turns in the partial coil with its contacts ( 6 ) to the number of turns in the coil ( 4 ) determines the increase in the voltage at the coil outputs ( 10 ). The voltage applied by the capacitor ( 3 ) to the contacts ( 6 ) is increased after a delay time at the outputs ( 10 ) of the coil ( 4 ). The circuit ( 11 ) controls the optional connection of the capacitor for recharging via the contacts ( 7 ) or for discharging via the contacts ( 6 ).

Zu Anspruch 5Regarding claim 5

Es wird beschrieben, wie die Zeitpunkte des kontaktfreien Übertragens von Informationen von der Chipkarte zu einem Leser bestimmt werden. Die Zeitpunkte sind identisch mit denen, welche standardisierte Chipkarten nach genormtem Verfahren zum kontaktfreien Übertragen von Information von der Karte zum Leser nutzen. Damit ergibt sich der Vorteil, daß eine in der Karte erzeugte kontaktfreie, standardisierte Übertragung vorm Informa­ tionen auch gleichzeitig Informationen nach den vorstehenden Ansprüchen erzeugt. Eine Karte gemäß den Ansprüchen kann also in Übereinstimmung mit dem internationalen Standard aufgebaut sein und zusätzlich Informa­ tionen gemäß den Patentansprüchen übertragen. Durch die Nutzung des Standards wird auch der Aufbau von Geräten zum Empfangen der kontakt­ frei übertragenen Information vereinfacht.It describes how the times of contactless transmission of Information from the smart card to a reader can be determined. The Time points are identical to those, which standardized chip cards according to a standardized procedure for the contact-free transmission of information from the card to the reader. This has the advantage that an in contact-free, standardized transmission of the card in front of the informa tion at the same time information according to the preceding claims generated. A card according to the claims can therefore be in agreement be built with the international standard and additional informa  tion transferred according to the claims. By using the Standards will also include building devices to receive contact freely transmitted information simplified.

Claims (5)

1. Chipkarte mit Kontaktflächen und zusätzlichen Spulen zum Empfang von Energie und zum Senden und Empfangen von Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der metallenen Kontaktflächen (2) als Antennenele­ mente zum kontaktfreien Übertragen von Information an einen Leser, und als Kondensatorflächen zur Bildung eines Schwingkreises mit den Spulen zum Senden und Empfangen der Informationen genutzt werden.1. Chip card with contact surfaces and additional coils for receiving energy and for sending and receiving information, characterized in that one or more of the metal contact surfaces ( 2 ) as Antenna elements for contactless transmission of information to a reader, and as capacitor surfaces for formation a resonant circuit with the coils for sending and receiving the information. 2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Schaltung (11) in der Karte Energie aus dem Wech­ selfeld einer Spule (4) gewinnt und einen Teil dieser Energie an einen oder mehrere der Kontakte (2) anlegt.2. Chip card according to claim 1, characterized in that an electronic circuit ( 11 ) in the card energy from the alternating field of a coil ( 4 ) wins and part of this energy to one or more of the contacts ( 2 ). 3. Chipkarte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (3) in der Karte oder in einem Teil der Schaltung (11) über einen elektronisch gesteuerten Schalter (8) wahlweise über Kontakte (6) an Abgriffe der Spule (4) zum Entladen, oder an die Schal­ tung (11) zum Laden angeschlossen werden kann, und daß das wechselweise Anschließen an die Kontakte (6) der Spule (4) dem kontaktfreien Übertragen von Informationen dient.3. Chip card according to claim 2, characterized in that a capacitor ( 3 ) in the card or in part of the circuit ( 11 ) via an electronically controlled switch ( 8 ) optionally via contacts ( 6 ) on taps of the coil ( 4 ) Discharge, or to the scarf device ( 11 ) can be connected for charging, and that the alternate connection to the contacts ( 6 ) of the coil ( 4 ) is used for the contactless transmission of information. 4. Chipkarte nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) an ihren Ausgängen (10) wie ein Spannungstransformator zum Vervielfachen einer an den Kontakten (6) angelegten, zeitlich ver­ änderlichen Spannung wirkt und diese vervielfachte Spannung von der Schaltung (11) zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer kontaktfreien Übertragung genutzt wird. 4. Chip card according to one of claims 2 or 3, characterized in that the coil ( 4 ) at its outputs ( 10 ) acts as a voltage transformer for multiplying a voltage applied to the contacts ( 6 ), changing time and this multiplied voltage of the circuit ( 11 ) is used to increase the performance of a contactless transmission. 5. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zeitpunkte des kontaktfreien Übertragens von Informationen von der Chipkarte zu dem Leser den Zeitpunkten entsprechen, bei welchen eine standardisierte Chipkarte nach einem genormtem Verfahren Informatio­ nen kontaktfrei von der Karte zum Leser überträgt.5. Chip card according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the times of contactless transmission of information from the Chip card to the reader correspond to the times at which one standardized chip card according to a standardized procedure Informatio transmits contact-free from the card to the reader.
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