DE60311843T2 - Chipkartverbinder - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder, der Kontaktstifte umfasst, die für den Kontakt mit einer Chipkarte bestimmt sind.
  • Die Erfindung hat viele Anwendungen auf dem Gebiet von Kommunikationsgeräten für den Austausch von Daten mit Chipkarten.
  • DER ERFINDUNG ZUGRUNDELIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Ein elektrischer Steckverbinder ermöglicht es, eine Chipkarte mit einem Chipkartenlesegerät elektrisch zu verbinden. Verschiedene Arten von Signalen werden über den Steckverbinder zwischen der Chipkarte und dem Chipkartenlesegerät ausgetauscht. Steckverbinder kommen zum Beispiel bei Chipkarten bei professionellen Produkten zum Einsatz, zum Beispiel in der Bankwelt oder bei Konsumgütern, in tragbaren Vorrichtungen, wie zum Beispiel bei Funktelefonen. In besonderen werden Elektroenergie-Signale (zum Beispiel die Zuführung von Strom) und Daten-Signale (zum Beispiel binäre Signale, welche Informationen übermitteln, die auf der Chipkarte gelesen werden oder geschrieben sind) ausgetauscht.
  • Spezielle Verarbeitungsschaltkreise werden im Allgemeinen bereitgestellt, um die Handhabung dieser verschiedenen Signale zu gewährleisten, zum Beispiel um ihren Potentialpegel zu verifizieren. Diese Verarbeitungsschaltkreise können direkt auf dem Steckverbinder platziert sein.
  • Das Patent Nr. 6,165,021 der Vereinigten Staaten beschreibt einen Steckverbinder dieser Art, bei dem ein integrierter Schaltkreis auf dem Chipkarten-Steckverbinder platziert ist. Dieser bekannte Steckverbinder hat zwei getrennte Bereiche, die von einander entfernt sind:
    • – einen ersten Bereich für die Verbindung mit einer Chipkarte über einen Satz von Kontaktstiften,
    • – einen zweiten Bereich für die Aufnahme eines integrierten Schaltkreises, der für die Vornahme spezieller Verarbeitungen der elektrischen Signale zuständig ist, die zwischen der Chipkarte und dem Chipkartenlesegerät ausgetauscht werden.
  • Diese bekannte Art des Steckverbinders weist eine bestimmte Anzahl von Einschränkungen auf. In der Tat sind die Kontaktstifte für die Ausführung von speziellen Verarbeitungen mit dem integrierten Schaltkreis durch Anschlussleiterbahnen über die gedruckte Leiterplatte (PCB) des Chipkartenlesegerätes verbunden. Diese Anschlussleiterbahnen bilden Stromschleifen aus, die über den induktiven Effekt eine Störung bei den elektrischen Signalen verursachen, die zwischen der Chipkarte und dem Chipkartenlesegerät ausgetauscht werden. Diese Störung ist stärker, da diese Anschlussleiterbahnen zahlreicher sind, und da sie länger sind. Bei einem solchen Steckverbinder ist eine Chipkarte, die ein Datensignal präsentiert, das eine hohe Impedanz hat, besonders anfällig für eine solche Störung. Dieser Steckverbinder steht nicht in Übereinstimmung mit den Standards der neuen Chipgenerationen, die eine Stromspannungsversorgung haben, die 1,8 V entspricht.
  • Darüber hinaus ist die Miniaturisierung dieses Steckverbinders nicht von großer Bedeutung in Anbetracht dieser zwei getrennten Bereiche, die seinen Einsatz bei hochgradig miniaturisierten Produkten, wie zum Beispiel Funktelefonen oder Personal Digital Assistants (PDA) schwierig gestalten.
  • Das Patent Nr. 5902152 der Vereinigten Staaten beschreibt einen Steckverbinder für eine Chipkarte. Der Steckverbinder besteht aus einer Komponente für die Steuerung der Lese-Schreib-Operationen der Chipkarte und einem Leserahmen für die Chipkarte. Der Leserahmen umfasst eine Trägerkomponente aus isolieren dem Material und Empfangs-Kontakt-Terminals einer ersten Art, die aus einer oberen Ebene des aus isolierendem Material hergestellten Trägers austreten, um in elektrischem Kontakt mit Kontaktbereichen der Chipkarte zu sein. Der isolierende Träger umfasst eine untere Seite, die in eine untere Ebene beschriftet, von der aus, einerseits, Kontaktterminals einer zweiten Art so hervorstehen, dass sie in elektrischem Kontakt mit Kontaktbereichen der Komponente für die Steuerung der Lese-Schreib-Operationen der Chipkarte stehen und, andererseits, Anschluss-Fußstücke für den Anschluss an einen gedruckten Schaltkreis. Die Fußhöhe begrenzt einen Raum zwischen dem isolierenden Träger und dem gedruckten Schaltkreis dergestalt, dass die Steuerkomponente zwischen der unteren Ebene des isolierenden Trägers und dem gedruckten Schaltkreis aufgenommen ist.
  • Diese bekannte Art des Steckverbinders weist eine weitere Reihe von Einschränkungen auf. In der Tat gestattet es die Aufnahme der Steuerkomponente zwischen der unteren Ebene des isolierenden Trägers und dem gedruckten Schaltkreis nicht, die Steuerkomponente in den Steckverbinder einzufügen oder aus diesem zu entfernen, entweder ehe der Steckverbinder an die Leiterplatte angeschlossen ist oder danach. Darüber hinaus ist die Miniaturisierung dieses Steckverbinders nicht zufriedenstellend angesichts der Tatsache, dass die Steuerkomponente zwischen der unteren Ebene des isolierenden Trägers und dem gedruckten Schaltkreis aufgenommen ist und somit keinen freien Platz belässt.
  • AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Steckverbinders für eine Chipkarte, der ausgetauschte Signale nicht stört, und der einen hohen Grad an Miniaturisierung aufweist.
  • Zu diesem Zweck umfasst der erfindungsgemäße Steckverbinder:
    • – eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche,
    • – Kontaktstifte, die oberhalb der oberen Oberfläche austreten und für den Kontakt mit einer Chipkarte bestimmt sind,
    • – Kontaktstifte, die unterhalb der unteren Oberfläche austreten und für den Kontakt mit einer Leiterplatte bestimmt sind,
    • – einen Hohlraum in der oberen Oberfläche, der dafür ausgelegt ist, einen Schaltkreis aufzunehmen, der Kontaktflachstecker umfasst, wobei der Hohlraum Kontaktoberflächen umfasst, die mit den Kontaktstiften verbunden sind und dafür ausgelegt sind, mit den Kontaktflachsteckern im Kontakt zu stehen.
  • Die Anschlussleiterbahnen zwischen den Kontaktstiften des Steckverbinders und den Kontaktflachsteckern des Schaltkreises haben eine Mindestlänge, welche die Störerscheinungen reduziert, die von dem induktiven Effekt herrühren.
  • Die Bereitstellung eines Hohlraumes in der oberen Oberfläche macht es möglich, den Schaltkreis in den Steckverbinder einzufügen oder aus diesem zu entfernen, entweder ehe der Steckverbinder an die Leiterplatte angeschlossen ist oder danach, was die Herstellung und die Wartung erleichtert.
  • Darüber hinaus ist die Größe dieses Hohlraumes für die vollständige Aufnahme des Schaltkreises im Steckverbinder ausgelegt, so dass eine größere Miniaturisierung erreicht wird.
  • Da die Kontaktstifte unterhalb der unteren Oberfläche austreten, wird ein freier Raum zwischen dem Steckverbinder und der Leiterplatte geschaffen. Der Steckverbinder kann somit in vorteilhafter Weise oberhalb von vorhandenen Komponenten, die an der Leiterplatte befestigt sind, platziert werden, oder zusätzliche Komponenten können in diesem freien Raum platziert werden, was es möglich macht, den Bereich unterhalb des Steckverbinders in entsprechender Weise zu nutzen, wodurch der Grad der Miniaturisierung erhöht wird.
  • Bei einer verbesserten Ausführungsform ist der Hohlraum in einem zentralen Bereich platziert, der von den Kontaktstiften begrenzt wird.
  • Diese besondere Ausführungsform ermöglicht die Minimierung der Länge des Anschlusses zwischen den Kontaktstiften des Steckverbinders und den Kontaktflachsteckern des Schaltkreises, was zu einer Reduzierung der Störerscheinungen führt, die vom induktiven Effekt herrühren.
  • Bei einer verbesserten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Steckverbinder eine Haltevorrichtung für das Halten des Schaltkreises in dem Hohlraum.
  • Diese Haltevorrichtung gewährleistet, dass der Schaltkreis sicher im Steckverbinder verriegelt ist.
  • Bei einer verbesserten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Steckverbinder eine zusätzliche Anschlussvorrichtung für den elektrischen Anschluss der Kontaktflachstecker und der Kontaktoberflächen.
  • Diese zusätzliche Anschlussvorrichtung verbessert den elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktflachsteckern des Schaltkreises und den Kontaktoberflächen des Steckverbinders.
  • Bei einer verbesserten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Steckverbinder einen Schaltkreis mit Entkopplungskondensatoren mit elektrischem Anschluss zwischen einer elektrischen Erdung und den Kontaktflachsteckern.
  • Die Einfügung der Entkopplungskondensatoren in den Schaltkreis gestattet es, das mögliche Phänomen der Störung und des Rauschens auf den Kontaktoberflächen des Steckverbinders weiter zu reduzieren, in Anbetracht der Tatsache, dass diese Entkopplungskondensatoren sich am nächsten zu den Kontaktstiften des Steckverbinders befinden, wenn der Schaltkreis in den Steckverbinder eingeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Chipkartenlesegerät, ein Funktelefon-Set und einen Personal Digital Assistant, welche einen Steckverbinder, wie zuvor oben beschrieben, umfassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Ausführungsformen der Erfindung werden offensichtlich und deutlich gemacht werden, als ein nicht einschränkendes Beispiel, durch Bezugnahme auf die oben beschriebene Ausführungsform/beschriebenen Ausführungsformen, wie hiernach beschrieben. Es zeigt bei den Zeichnungen:
  • 1 einen erfindungsgemäßen Steckverbinder,
  • 2 einen Schaltkreis, der für die Einführung in den erfindungsgemäßen Steckverbinder bestimmt ist,
  • 3 einen erfindungsgemäßen Steckverbinder, der einen eingeführten Schaltkreis umfasst.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Steckverbinder C. Die Ansicht 1 entspricht der Draufsicht, die Ansicht 2 entspricht der Querschnittsansicht entlang der Achse AA, und die Ansicht 3 entspricht der Querschnittsansicht entlang der Achse BB. Dieser Steckverbinder C umfasst:
    • – eine obere Oberfläche US und eine untere Oberfläche LS,
    • – Kontaktstifte P1-P6, die oberhalb der oberen Oberfläche US austreten und dafür bestimmt sind, im Kontakt mit einer Chipkarte (nicht dargestellt) zu stehen
    • – Kontaktstifte P7-P12, die unterhalb der unteren Oberfläche LS austreten und dafür bestimmt sind, im Kontakt mit einer Leiterplatte BD zu stehen,
    • – einen Hohlraum in der oberen Oberfläche US, der dafür bestimmt ist, einen Schaltkreis IC aufzunehmen, der Kontaktflachstecker CT umfasst. Der Hohlraum umfasst Kontaktoberflächen CS, elektrisch angeschlossen an die Kontaktstifte P1-P12 und dafür bestimmt, im Kontakt mit den Kontaktflachsteckern CT zu stehen.
  • Jeder Kontaktstift P1-P6 ist elektrisch an eine Kontakt-Oberfläche CS angeschlossen. Für Chipkarten, die 6 Kontakte umfassen, wird der Anschluss der Stifte P1-P6 zum Beispiel wie folgt definiert:
    • – P1 entspricht dem Netzanschlussterminal VDD der Chipkarte (1,8 V oder 3,6 V).
    • – P2 entspricht einem RÜCKSTELL-Terminal für eine Rückstellung auf Null,
    • – P3 entspricht dem Taktgeber-Terminal CLK, welcher die Datengeschwindigkeit taktet,
    • – P4 entspricht dem Eingabe-/Ausgabe-Terminal I/O der Daten der Chipkarte,
    • – der P5 Terminal ist nicht in Gebrauch,
    • – P6 entspricht einer Erdung GND, die als Bezugspotential dient.
  • Der Hohlraum ist vorzugsweise in einem zentralen Bereich platziert, der von den Kontaktstiften begrenzt wird. Bei 1 wird der Hohlraum durch den Umkreis PER abgegrenzt. Der Hohlraum ist zum Beispiel so ausgelegt, dass er einen integrierten Schaltkreis in dem Rahmenformat aufnimmt, das als MLF bezeichnet wird (Mikro-Leiterrahmen).
  • Die Kontaktstifte P7-P12 sind dafür bestimmt, eingehende und/oder ausgehende Signale des Schaltkreises zu übertragen, ohne Kontakt mit der Chipkarte zu haben. Jeder Kontaktstift P7-P12 ist elektrisch an eine Kontaktoberfläche CS angeschlossen.
  • Die Kontaktstifte P7-P12 sind dafür bestimmt, an eine Leiterplatte BD (nicht dargestellt) einer Anwendung angelötet oder mit dieser verbunden zu werden, welche die Rolle eines Chipkartenlesegerätes spielt, wie zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte. Diese Kontaktstifte P7-P12 machen es möglich, einen freien Raum ES zwischen der unteren Oberfläche LS und der Leiterplatte BD zu schaffen, so dass der Steckverbinder C oberhalb vorhandener Komponenten (nicht dargestellt) platziert werden kann, die auf der Leiterplatte platziert sind, oder zusätzliche Komponenten (nicht dargestellt) in diesem freien Raum ES platziert werden können.
  • 2 zeigt einen Schaltkreis IC, der für die Einfügung in den erfindungsgemäßen Steckverbinder C bestimmt ist. Dieser Schaltkreis IC ist ein integrierter Schaltkreis, der eine Vielzahl von Kontaktflachsteckern CT umfasst.
  • Dieser Schaltkreis entspricht in vorteilhafter Weise einem kleinen und dünnen integrierten Schaltkreis, zum Beispiel im Rahmenformat MLF (Mikro-Leiterrahmen), da dieses Format die Miniaturisierung des Steckverbinders ermöglicht.
  • Der Schaltkreis IC ist im Besonderen verantwortlich für die elektrische Schnittstelle mit der Chipkarte (zum Beispiel für das Feststellen eines Kurzschlusses, die Umwandlung und Regelung der Netzanschlusspannung der Chipkarte, die Rückstellung auf Null, und für den Datenaustausch).
  • Dieser Schaltkreis kann in vorteilhafter Weise einen Spannungs-Aufwärtswandler für die Erhöhung der Eingangsspannung eines periodischen Signals umfassen, welche auf einen der Stifte P7-P12 aufgebracht wird, um eine Ausgangsspannung zur Chipkarte über die Stifte P1-P6 zu erzeugen. Dieser Umwandler kann einem Ladungspumpenspannungsverdoppler entsprechen.
  • In vorteilhafter Weise umfasst der Schaltkreis IC Entkopplungskondensatoren (nicht dargestellt), die zwischen der Erdung GND und den Kontaktflachsteckern CT platziert sind, um die Hochfrequenz-Störkomponenten zu dämpfen. Da der Schaltkreis sich am nahesten zu den Kontaktstiften des Steckverbinders befindet, ist der Effekt der Entkopplungskondensatoren umso besser.
  • 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Steckverbinder C, in welchen ein Schaltkreis IC eingefügt ist. Die Ansicht 1 entspricht der Draufsicht, und die Ansicht 2 entspricht der Querschnittsansicht entlang der Achse CC.
  • Wie dargestellt ist, sind die Kontaktflachstecker CT des Schaltkreises IC elektrisch an die Kontaktoberflächen CS angeschlossen, entweder durch eine zusätzliche Anschlussvorrichtung, welche den angemessenen elektrischen Kontakt sichert, zum Beispiel mit Hilfe von Federn SP oder direkt (nicht dargestellt).
  • Dieser Steckverbinder umfasst in vorteilhafter Weise eine Haltevorrichtung M1-M4 für das Halten des integrierten Schaltkreises IC im Hohlraum. Diese Haltevorrichtung kann zum Beispiel mit Federn montierten flexiblen Flachsteckern entsprechen, wobei sich die flexiblen Flachstecker von einer Ausgangsposition weg bewegen, wenn der integrierte Schaltkreis IC eingefügt wird, und zu ihrer Ausgangsposition zurückkehren, wenn der integrierte Schaltkreis den Boden des Hohlraums erreicht, um gegen die äußere Oberfläche des integrierten Schaltkreises anzuliegen. Natürlich kann eine begrenzte Anzahl von Haltevorrichtungen ebenfalls erwogen werden (nicht dargestellt).
  • Der erfindungsgemäße Steckverbinder kann in verschiedenen Geräten eingesetzt werden, wie zum Beispiel Chipkartenlesegeräte für Geräte für professionellen Gebrauch (zum Beispiel Bank-Kartenlesegeräte), für Funktelefone oder Personal Digital Assistants (zum Beispiel PDA, elektronisches Tagebuch). Wenn ein Nutzer eine Chipkarte in eines dieser Geräte einführt, gestattet der erfindungsgemäße Steckverbinder die Herstellung der Schnittstelle zwischen der Chipkarte und dem Gerät.
  • Die Erfindung ist auf der Grundlage eines Steckverbinders für eine Chipkarte beschrieben worden, die 6 Kontaktstifte aufweist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenfalls mit einem Steckverbinder für eine Chipkarte zum Einsatz kommen, die eine andere Anzahl von Kontaktstiften aufweist, zum Beispiel eine Chipkarte mit 8 Kontaktstiften, welche dem ISO7816 Standard entspricht, was im besonderen der Fall bei GSM-Anwendungen ist. In ähnlicher Weise kann die Anzahl von Kontaktstiften, die in Kontakt mit der Leiterplatte stehen, unterschiedlich sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (9)

  1. Steckverbinder (C), umfassend: – eine obere Oberfläche (US) und eine untere Oberfläche (LS), – Kontaktstifte (P1-P6), die oberhalb der oberen Oberfläche (US) austreten und für den Kontakt mit einer Chipkarte bestimmt sind, – Kontaktstifte (P7-P12), die unterhalb der unteren Oberfläche (LS) austreten und für den Kontakt mit einer Leiterplatte (BD) bestimmt sind, wobei der Steckverbinder dadurch gekennzeichnet ist, dass er weiterhin umfasst: – einen Hohlraum in der oberen Oberfläche (US), der dafür ausgelegt ist, einen Schaltkreis (IC) aufzunehmen, der Kontaktflachstecker (CT) umfasst; wobei der Hohlraum Kontaktoberflächen (CS) umfasst, die mit den Kontaktstiften verbunden sind und dafür bestimmt sind, in Kontakt mit den Kontaktflachsteckern (CT) zu stehen.
  2. Steckverbinder (C), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Steckverbinder weiterhin den Schaltkreis (IC) umfasst, der Kontaktflachstecker (CT) umfasst, die mit den Kontaktstiften verbunden sind.
  3. Steckverbinder, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei der Hohlraum in einem zentralen Bereich platziert ist, der von den Kontaktstiften begrenzt wird.
  4. Steckverbinder, wie in Anspruch 1, 2 oder 3 beansprucht, der eine Haltevorrichtung (M1-M4) für das Halten des Schaltkreises (IC) im Hohlraum umfasst.
  5. Steckverbinder, wie in Anspruch 1, 2, 3 oder 4 beansprucht, der eine zusätzliche Verbindungsvorrichtung (SP) für die elektrische Verbindung der Kontaktflachstecker (CT) mit den Kontaktoberflächen (CS) umfasst.
  6. Steckverbinder, wie in Anspruch 2, 3, 4 oder 5 beansprucht, wobei der Schaltkreis (IC) Entkopplungskondensatoren umfasst, die zwischen einer Erdung (GND) und den Kontaktflachsteckern (CT) angeschlossen sind.
  7. Chipkartenlesegerät, das einen Steckverbinder, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, umfasst.
  8. Funktelefon, das einen Steckverbinder, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, umfasst.
  9. Personal Digital Assistant, der einen Steckverbinder, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, umfasst.
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