IC-KARTE
TECHNISCHES GEBIET, ZU DEM DIE ERFINDUNG GEHÖRT
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Die Erfindung betrifft eine IC-Karte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1, die eine Einrichtung zum Schutz vor Fehlbetrieb aufgrund von mangelhaftem
elektrischen Kontakt mit einer externen Stromversorgung aufweist.
VERWANDTER TECHNISCHER HINTERGRUND
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Man hat jüngst erwartet, daß IC-Karten wegen der bequemen Handhabung und
der großen Speicherkapazität auf vielen Anwendungsgebieten verwendet werden.
Die IC-Karten, die eine hohe Sicherheit gegen unrechtmäßige Benutzung durch
Andere aufweisen und verschiedene Vorgänge selbst durchführen können, sind als
Speichermedium anstelle der Magnetkarte herausgestellt worden. Die IC-Karten
finden zahlreiche Anwendungen für Guthabenkarten, Karten mit der persönlichen
Krankheitsgeschichte, Ausweiskarten usw . .
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Eine IC-Karte besteht im allgemeinen aus ein er Plastikkarte und einem
Halbleiterchip, beispielsweise einem Mikrocomputerchip und einem Speicherchip, die
in der Karte versiegelt sind. Die IC-Karte weist außerdem eine Vielzahl von
Anschlußflecken auf, die auf der Oberfläche der Plastikkarte angeordnet sind.
Der Halbleiterchip für die IC-Karte ist gewöhnlich ein
CMOS-Mikrocomputerchip, der weniger Betriebsstrom verbraucht.
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Bei Benutzung wird eine IC-Karte in einen Kartenleser eingeführt und empfängt
dann vom Kartenleser über die Anschlußflecken eine Stromversorgung und
Steuersignale. Zwischen der IC-Karte und dem IC-Kartenleser werden ein
Datenempfang und eine Datenübertragung durchgeführt.
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Die Druckschrift EP-A-0 265 312 beschreibt eine bekannte Schaltung, die
verhindert, daß in einen Speicher einer IC-Karte geschrieben wird, wenn die
Versorgungsspannung unter einem Schwellenwert liegt oder falls die
Versorgungsleitung einen hohen Widerstand hat.
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Eine IC-Karte nach dem Stand der Technik wird nachstehend unter Bezugnahme
auf Fig. 2 erläutert. Die bekannten IC-Karten umfassen einen Mikrocomputer
100, der auf einer Plastikkarte angeordnet ist, Anschlußflecken 10, 11, 12, 13 und
14, Widerstände R1, R2 und R3 und Dioden D1, D2, D3, D4, D5 und D6, wie in
Fig. 2 gezeigt. Der Anschlußfleck 10 empfängt ein positives
Stromversorgungspotential VDD (zum Beispiel +5 Volt), das dem Mikrocomputer 100 vom
Kartenleser zugeführt wird. Der Anschlußfleck 11 empfängt ein -Signal
vom Kartenleser an den Mikrocomputer 100. Der Anschlußfleck 12 empfängt
ein Taktsignal CLK vom Kartenleser. Der Anschlußfleck 13 empfängt serielle
Daten SIO vom Kartenleser und sendet serielle Daten vom Mikrocomputer 100.
Der Anschlußfleck 14 empfängt ein elektrisches Bezugspotential GND (zum
Beispiel 0 Volt) vom Kartenleser. Die Schutzwiderstände R1, R2 und R3 sind
zwischen diese Anschlußflecken 11, 12 und 13 und den Mikrocomputer gelegt. Die
Dioden D1-D6 sind zwischen den Anschlußflecken 11-13 und dem Anschlußfleck
14 verbunden und bilden zusammen mit den Schutzwiderständen R1-R3 eine
Schutzschaltung. Die Schutzschaltungsanordnung ist dafür geeignet, die Gate-
Isolierschichten einer CMOS-Eingangsschaltung 11, 12, 13 zu schützen (siehe die
Japanische Patentveröffentlichung Nr. 48-30189).
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Die oben erwähnte IC-Karte arbeitet an einer externen Stromversorgung, die über
ihre Anschlußflecken zugeführt wird, die mit den Anschlußflecken des
Kartenlesers mechanisch in Kontakt stehen. Tritt ein mangelhafter Kontakt zwischen den
Anschlußflecken und dem Kartenleser auf, so wird ein über den -
Signaleingangs-Anschlußfleck 11, den Taktsignaleingangs-Anschlußfleck 12 und
den Seriellsignal-Anschlußfleck 13 zugeführtes Potential über die Widerstände
R1, R2 und R3 und die Dioden D1 bis D6 der Stromversorgungsleitung zugeführt.
Das Potential wird durch die Schutzwiderstände und die Dioden abgesenkt und ist
instabil, da Taktsignale eingegeben werden. An so einer abgesenkten Spannung
kann der aus CMOS-Schaltungen gebildete Mikrocomputer 100 jedoch nur
mangelhaft arbeiten. Ein mangelhafter Kontakt zwischen Anschlußflecken und
einem Kartenleser kann die Daten zerstören, die in einem EEPROM oder einem
EPROM im Mikrocomputer gespeichert sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme zu
lösen und insbesondere einen Fehlbetrieb einer IC-Karte aufgrund von
mangelhaftem elektrischen Kontakt mit einer externen Stromversorgung zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch die IC-Karte gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Im allgemeinen wird eine IC-Karte geschaffen, die einen
Stromversorgungspotential-Detektor und einen Rücksetzsignalgenerator aufweist, um als Antwort
auf ein Ausgangssignal-Empfangssignal des Detektors ein Rücksetzsignal zu
erzeugen.
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Insbesondere umfaßt die IC-Karte gemäß der vorliegenden Erfindung einen IC-
Chip und eine Vielzahl von Anschlußflecken, die sich auf der Oberfläche der
Karte befinden und die mit dem IC-Chip verbunden sind, wobei die Vielzahl von
Anschlußflecken einen Stromversorgungs-Anschlußfleck, einen Erdanschlußfleck,
einen ersten Signalanschlußfleck und einen zweiten Signalanschlußfleck umfaßt
und wobei die IC-Karte weiterhin eine Potentialreduzierschaltung, die zwischen
dem Stromversorgungs-Anschlußfleck und dem ersten Signalanschlußfleck
verbunden ist, und eine Fehlbetriebs-Schutzschaltung aufweist, die eine erste
Schaltung zum Nachweis eines mangelhaften Kontakts zwischen dem
Stromversorgungs-Anschlußfleck und einem externen Gerät, um ein Nachweissignal
auszugeben, und eine zweite Schaltung zur Erzeugung eines Rücksetzsignals
aufweist, um als Antwort auf das Nachweissignal den Betrieb des IC-Chips
anzuhalten, wobei die erste Schaltung einen Transistor mit einer Gate-Elektrode,
die ein Potential auf dem Stromversorgungs-Anschlußfleck empfängt, eine
Source-Elektrode, die mit dem ersten Signalanschlußfleck verbunden ist, und eine
Drain-Elektrode umfaßt, die mit einem Eingang der zweiten Schaltung zum
Rücksetzen des IC-Chips verbunden ist.
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Die IC-Karte gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß ein
Fehlbetrieb der IC-Karte verhütet werden kann, selbst wenn ein mangelhafter
Kontakt zwischen Anschlußflecken und einem IC-Kartenleser auftritt.
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Die Fehlbetriebs-Schutzschaltung umfaßt vorzugsweise weiterhin eine dritte
Schaltung, die einen Widerstands-Potentialteiler aufweist, der zwischen dem
Stromversorgungs-Anschlußfleck und dem Erdanschlußfleck verbunden ist, um
ein Zweigpotential zu erzeugen, und einen Transistor, der eine Gate-Elektrode,
die das Zweigpotential empfängt, eine Drain-Elektrode, die mit einem Eingang
der zweiten Schaltung verbunden ist, und eine Source-Elektrode aufweist, die mit
dem zweiten Signalanschlußfleck verbunden ist.
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Die Potentialreduzierschaltung umfaßt vorzugsweise eine Vielzahl von
hintereinander verbundenen Dioden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Schaltplan einer IC-Karte mit einer Fehlbetriebs-
Verhütungsfunktion gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 ist ein Schaltplan einer IC-Karte nach dem Stand der Technik;
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Fig. 3 ist ein Signalform-Diagramm an verschiedenen Knotenpunkten eines
Detektors für ein positives Stromversorgungspotential für eine IC-Karte gemäß
der Erfindung;
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Fig. 4 ist ein Signalform-Diagramm an verschiedenen Knotenpunkten eines
Erdpotential-Detektors für eine IC-Karte gemäß der Erfindung; und
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Fig. 5 ist ein Signalform-Diagramm an verschiedenen Knotenpunkten eines
Rücksetzsignalgenerators für eine IC-Karte gemäß der Erfindung.
BESCHREIBUNG EINER SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In Fig. 1 umfaßt eine IC-Karte einen Mikrocomputer 100, Schutzwiderstände R1,
R2 und R3, polaritätsumgekehrte Schutzdioden D2, D4 und D6 und eine
Fehlbetriebs-Schutz(Verhütungs)schaltung. Ein Stromversorgungs-Anschlußfleck
10 wird von einem externen Kartenleser mit einem positiven Potential VDD von
+5 Volt versorgt. Ein -Signaleingangs-Anschlußfleck 11 wird von dem
Kartenleser mit einem -Signal versorgt, das den Mikrocomputer 100
initialisiert. Ein Taktsignaleingangs-Anschlußfleck 12 wird vom Kartenleser mit
einem Taktsignal CLK versorgt. Ein Anschlußfleck 13 leitet Daten SIO in serieller
Form zwischen dem Mikrocomputer 100 und dem Kartenleser weiter. Ein
Erdanschlußfleck wird vom Kartenleser mit einem Potential GND von 0 Volt
versorgt. Der Schutzwiderstand R1 ist zwischen dem Anschlußfleck 11 und der
Gate-Elektrode in einer CMOS-Eingangsschaltung I1 des Mikrocomputers 100,
R2 zwischen dem Anschlußfleck 12 und einer Gate-Elektrode in der CMOS-
Eingangsschaltung I2 des Mikrocomputers 100 und R3 zwischen dem
Anschlußfleck 13 und der Gate-Elektrode in der CMOS-Eingangsschaltung I3 des
Mikrocomputers 100 verbunden. Eine Potentialreduzierschaltung D11 ist
zwischen dem Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 und der Gate-Elektrode der
CMOS-Eingangsschaltung I1 verbunden. Die Potentialreduzierschaltung D11 ist
aus hintereinander verbundenen Dioden D11a und D11b gebildet, wobei die
Kathode mit dem Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 verbunden ist und die
Anode mit der Gate-Elektrode der CMOS-Eingangsschaltung I1 verbunden ist.
Eine Schutzdiode D2 ist zwischen der Gate-Elektrode der CMOS-
Eingangsschaltung I1 und dem Erdanschlußfleck 14 verbunden, wobei die Kathode
mit der Gate-Elektrode der CMOS-Eingangsschaltung I1 verbunden ist und die
Anode mit dem Erdanschlußleck 14 verbunden ist. Eine Verhütungsschaltung für
elektrostatische Schäden für die CMOS-Eingangsschaltung I1 umfaßt den
Schutzwiderstand R1, die Potentialreduzierschaltung D11 und die Schutzdiode
D2. Auf die gleiche Weise umfaßt eine Verhütungsschaltung für elektrostatische
Schäden für die CMOS-Eingangsschaltung I2 den Schutzwiderstand R2, die
Potentialreduzierschaltung D13 und die Schutzdiode D4. Eine
Verhütungsschaltung für elektrostatische Schäden für die CMOS-Eingangsschaltung I3
umfaßt den Schutzwiderstand R3, die Potentialreduzierschaltung D15 und die
Schutzdiode D6.
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Eine Fehlbetriebs-Verhütungsschaltung umfaßt die Potentialreduzierschaltungen
D11, D13 und D15, einen Erdpotential-Detektor 20, einen
Stromversorgungspotential-Detektor 30 und einen Rücksetzsignalgenerator 40.
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Der Erdpotential-Detektor 20 umfaßt eine Potentialteiler-Widerstandsschaltung,
einen N-Kanal-Transistor T25, einen Widerstand R23 und einen Kondensator
C26. Die Potentialteiler-Widerstandsschaltung umfaßt Widerstände R21 und R22,
die hintereinander zwischen dem Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 und dem
Erdanschlußfleck 14 verbunden sind. Die Drain-Elektrode eines N-Kanal-
Transistors T25 ist über den Widerstand R23 mit dem Stromversorgungs-
Anschlußfleck 10 verbunden, die Source-Elektrode ist über den Widerstand R2
mit dem Taktsignaleingangs-Anschlußfleck 12 verbunden, und die Gate-Elektrode
ist mit dem Knotenpunkt N24 der Potentialteiler-Widerstandsschaltung
verbunden. Der Kondensator C26 ist parallel zum Widerstand R22 verbunden.
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Der Erdpotential-Detektor 20 weist ein Potential von mehr als null Volt am
Erdanschlußfleck 14 nach und gibt ein Nachweissignal vom Drain-Anschluß des
Transistors T25 an den Rücksetzsignalgenerator 40 aus. Der
Stromversorgungspotential-Detektor 30 umfaßt einen N-Kanal-Schutztransistor T32, einen
Widerstand R31 und einen P-Kanal-Transistor T33. Bei dem N-Kanal-Schutztransistor
T32 ist die Drain-Elektrode über den Widerstand R31 mit dem Stromversorgungs-
Anschlußfleck 10 verbunden und sind sowohl die Source-Elektrode als auch die
Gate-Elektrode mit dem Erdanschlußfleck 14 verbunden. Bei dem P-Kanal-
Transistor T33 ist die Drain-Elektrode mit dem Knotenpunkt N33 verbunden, die
Source-Elektrode über den Widerstand R1 mit dem Rücksetz-Signaleingangs-
Anschlußfleck 11 verbunden und die Gate-Elektrode mit dem Drain-Anschluß des
Schutztransistors T32 verbunden. Der Stromversorgungspotential-Detektor 30
weist ein Potential nach, das niedriger als ein Stromversorgungspotential (zum
Beispiel +5 Volt) ist, und gibt ein Nachweissignal vom Drain-Anschluß des
Transistors T33 an den Rücksetzsignalgenerator 40 aus.
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Der Rücksetzsignalgenerator 40 umfaßt Inverter I41, I42, ein ODER-Gatter G43
und ein R/S-Flipflop 44. Der Rücksetz-Signaleingangsanschluß des R/S-Flipflops
44 ist über den Inverter I41 und den Widerstand R1 mit dem Rücksetz-
Signaleingangs-Anschlußfleck 11 verbunden, und der Setz-Anschluß ist mit dem
Ausgang des ODER-Gatters G43 verbunden. Das ODER-Gatter G43 ist über den
Inverter I42 und den Knotenpunkt N33 des Stromversorgungspotential-Detektors
30 mit einem Ausgangssignal des Erdpotential-Detektors 20 verbunden. Der
Rücksetzsignalgenerator 40 wird durch das -Signal initialisiert, das am
Anschlußfleck 11 empfangen wird, und gibt bei Empfang eines Ausgangssignal des
Erdpotential-Detektors 20 oder des Stromversorgungspotential-Detektors 30 das
Rücksetzsignal an den Mikrocomputer aus.
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Als nächstes wird nachfolgend der Betrieb einer für eine IC-Karte geeigneten
Fehlbetriebs-Verhütungsschaltung gemäß der Erfindung erläutert.
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Man nehme an, daß der Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 mangelhaften
Kontakt mit einem externen Kartenleser hat, aber sowohl der
-Signaleingangs-Anschlußfleck 11 als auch der Erdanschlußfleck 14 mit dem Kartenleser
Kontakt haben, um mit +5 Volt beziehungsweise 0 Volt versorgt zu werden.
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In diesem Fall weist der Stromversorgungspotential-Detektor 30 den
mangelhaften Kontakt zwischen dem Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 und dem
Kartenleser nach. Der Stromversorgungspotential-Detektor 30 arbeitet in
Übereinstimmung mit den in Fig. 3 gezeigten Signalformen.
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Trotz des fehlerhaften Kontakts zwischen dem Stromversorgungs-Anschlußfleck
10 und dem Kartenleser erscheint am Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 ein
Potential von 4 Volt, da die Potentialreduzierschaltung D11 das
Stromversorgungspotential (5 Volt) verringert.
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Der Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 liegt auf 4 Volt, die Source-Elektrode
des P-Kanal-Transistors T33 liegt auf +5 Volt und die Drain-Elektrode des
Schutztransistors T32 liegt auf 0 Volt. Der Schutztransistor T32, ein N-Kanal-
Transistor, befindet sich im Aus-Zustand. Die Schutzschaltung für den P-Kanal-
Transistor T33 besteht aus dem Schutztransistor T32 und dem Widerstand R31.
Da das Potential der Gate-Elektrode 4 Volt empfängt, schaltet der P-Kanal-
Transistor T33 ein, um ein Pegel-"Hoch"-Signal an den Rücksetz-Signalgenerator
40 auszugeben. Dies bedeutet, daß das Potential an der Gate-Elektrode des P-
Kanal-Transistors T33 niedriger als das des
-Signaleingangs-Anschlußflecks 11 ist. Aus diesem Grunde kann der Stromversorgungspotential-Detektor 30
auch einen plötzlichen Spannungsabfall am Stromversorgungs-Anschlußfleck 10
nachweisen, selbst wenn der Anschlußfleck 10 vollständigen Kontakt mit dem
externen Kartenleser hat.
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Im Falle, daß sowohl der Stromversorgungs-Anschlußfleck 10 als auch der
Taktsignaleingangs-Anschlußfleck 12 vollständigen Kontakt mit dem Kartenleser
haben, um +5 Volt beziehungsweise ein Taktsignal mit einem Hub von 0 bis +5
Volt zu empfangen, während der Erdanschlußfleck 14 mangelhaften Kontakt mit
dem Kartenleser hat, weist der Erdpotential-Detektor 20 einen mangelhaften
Kontakt zwischen dem Erdanschlußfleck 14 und dem Kartenleser nach.
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Der Erdpotential-Detektor 20 arbeitet in Übereinstimmung mit den in Fig. 4
gezeigten Signalformen. Wenn der Taktsignal-Anschlußfleck 12 auf einem Pegel
"Niedrig" ist, wird der Erdanschlußfleck 14 zu 0,5 Volt. Im Erdpotential-Detektor
20 ist das Substratpotential des N-Kanal-Transistors T25 0,5 Volt, und das Source-
Elektroden-Potential des N-Kanal-Transistors T25 ist 0 Volt. Das
Widerstandsverhältnis
der Widerstände R21 und R22 wird so gewählt, daß der Transistor T25
ein schaltet, wenn der Erdanschlußfleck 14 im Zustand ohne Kontakt ist, und er
schaltet nicht ein, wenn sich der Erdanschlußfleck 14 im Kontaktzustand befindet.
Vorzugsweise ist das Widerstandsverhältnis 9 : 1, was den Transistor T25 ein
schaltet, um ein Pegel-"Niedrig"-Signal an den Rücksetzsignalgenerator 40 auszugeben,
wenn der Erdanschlußfleck 14 auf etwa 0,5 Volt ansteigt. Der Kondensator C26
leitet einen Potentialanstieg auf dem Erdanschlußfleck 14 aufgrund von Rauschen
ab, um zu verhindern, daß der Erdpotential-Detektor 20 unnötigerweise ein
Nachweissignal ausgibt.
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Der Erdpotential-Detektor 20 kann ein Nachweissignal ausgeben, wenn das
Potential des Erdanschlußflecks 14 das Schwellenpotential einer Diode übersteigt.
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Der Rücksetzsignalgenerator 40 sendet als Antwort auf ein Nachweissignal vom
Erdpotential-Detektor 20 oder vom Stromversorgungspotential-Detektor 30 ein
Rücksetzsignal an den Mikrocomputerchip 100.
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Der Rücksetzsignalgenerator 40 arbeitet in Übereinstimmung mit den in Fig. 5
gezeigten Signalformen.
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Das R/S-Flipflop 44 wird auf ein -Signal auf dem
-Signaleingangs-Anschlußfleck 11 hin zurückgesetzt. Darauf empfängt das R/S-Flipflop
44 ein Nachweissignal vom ODER-Gatter G43, um ein Rücksetz-Signal eines
Pegel-"Hoch"-Signals an den Mikrocomputer 100 auszugeben.
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Als Folge fährt der Rücksetzsignalgenerator 40 damit fort, ein Rücksetzsignal zu
senden, um den Betrieb des Mikrocomputers 100 anzuhalten, während sich eine
IC-Karte und ein extern er Kartenleser in einem Zustand ohne Kontakt befinden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Die IC-Karten gemäß der Erfindung werden für viele Anwendungen verwendet,
wie Guthabenkarten, Karten mit der persönlichen Krankheitsgeschichte,
Ausweiskarten usw . .