-
Die Erfindung betrifft eine universelle
Identifizierungsmarke zur Verwendung in einem elektromagnetischen
Erkennungssystem sowie ein zugehöriges Erkennungssystem.
-
Identifizierungsinarken, die nach dem in dem US-Patent 3 299
424 (Vinding) beschriebenen Absorptionsprinzip arbeiten,
weisen oft eine abgestimmte Spule auf, um durch
Resonanzphänomene die höchstmögliche Spannung über die Spule zu
erreichen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die
Versorgungsspannung für aktive Logikschaltungen der Marke aus dem
magnetischen Abfragefeld gezogen werden muß, wie dies bei
dem aus dem US-Patent 4 196 418 (Nedap) bekannten Responder
der Fall ist, da dabei innerhalb der zulässigen Feldstärken
die größtmögliche Distanz überbrückt werden kann. Zwar
bietet eine nicht abgestimmte Spule eine weitaus geringere
Erkennungsdistanz, jedoch ist die Frequenz frei wählbar.
Ferner ermöglicht die verhältnismäßig große Bandbreite eines
solchen Systems die Verwendung nicht sinusförmiger Signale.
Dies findet bei der im deutschen Patent 3 149 789 (ADE)
beschriebenen Vorrichtung Anwendung, welche eine mit einem
Kurzschlußschalter in Reihe verbundene Diode verwendet, so
daß nur eine Phase der in die Spule induzierten
Wechselspannung zur Modulation verwendet wird.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Identifizierungsmarke zu schaffen, die sowohl eine große Erkennungsdistanz
(was eine abgestimmte Spule erforderlich macht, wodurch die
maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit begrenzt ist) als
auch eine hohe Betriebsgeschwindigkeit aufweist. Eine Lösung
könnte darin bestehen, den Abstimmkondensator der Spule
abschaltbar vorzusehen. Dies ist aufgrund der hohen
Verluste, die in einem sich für diesen Zweck anbietenden
elektronischen Schalter auftreten können, problematisch. Daher
verwendet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Reihenschaltung aus zwei Spulen, von denen wenigstens
eine abgestimmt ist. In diesem Fall ist das Verhalten der
Marke dadurch bestimmt, ob die magnetische Kopplung über die
abgestimmte Spule oder über die andere Spule, die abgestimmt
sein kann oder nicht, erfolgt. Das Vorsehen einer dritten
Spule, die mit ihrem eigenen Gleichrichter verbunden ist,
ermöglicht das Erzeugen einer Spannung mit einer
Phasendifferenz von ungefähr 90º über diese Spulen, und zwar indem
entweder zwei externe Magnetfelder mit der geeigneten
Phasendifferenz vorgesehen oder eine interne Phasendrehung
zwischen den Signalen der zweiten und der dritten Spule
durchgeführt wird. Aufgrund der überlappenden Phasen wird
nach dem Gleichrichten eine Gleichspannung erzeugt, deren
Wechselspannungskomponente verhältnismäßig gering ist, so
daß ein kleiner Abgleichkondensator ausreicht. Das Vorsehen
zweier um 90º phasenverschobener Magnetfelder ist von der
C2-Karte der Firma VALVO her bekannt. Zur Übertragung vom
Kartenleser zur Karte verwendet dieses bekannte Verfahren
die Phasenmodulation der beiden Magnetfelder. Ein Nachteil
besteht darin, daß die Ausrichtung der Karte bestimmt, wie
der Phasensprung übertragen wird. Ferner ist ein geeigneter
Phasendetektor komplex. Aufgrund des in einer
Spulen-Kondensatorschaltung bei der Resonanzfrequenz auftretenden großen
Phasensprungs ist es praktisch unmöglich, in dem
VALVO-System abgestimmte Spulen zu verwenden. Daher ist die maximale
Erkennungsdistanz relativ gering.
-
Die Erfindung schafft eine relativ einfach zu erreichende
Lösung, bei der die Abhängigkeit der Marke von ihrer
Ausrichtung entfällt, und die die Verwendung abgestimmter
Schaltungen ermöglicht, so daß größere Erkennungsdistanzen
erreicht werden können.
-
Zu diesem Zweck werden die Amplituden zweier Magnetfelder
derart moduliert, daß das Nichtvorhandensein oder das
Vorhandensein von praktisch keiner Differenz zwischen den
Amplituden der Magnetfelder oder der entsprechenden
elektrischen Signale einen ersten Logikpegel und eine vorbestimmte
Amplitudendifferenz einen anderen Logikpegel repräsentiert.
Da relative Werte verwendet werden, kann der Unterschied
zwischen den Logikpegeln gering bleiben, so daß nur
geringfügiges Brummen in die Versorgungsspannung eingeleitet wird,
während die Erkennung einfach und zuverlässig bleibt. Diese
Differenzmodulation zur Datenübertragung von der
Lesevorrichtung zur Marke kann in Kombination mit der bekannten
Absorptionsmodulation für die Übertragung von der Marke zur
Lesevorrichtung verwendet werden, vorausgesetzt, daß beide
Spulen gleichermaßen moduliert sind. Auf diese Weise ist
eine Voll-Duplexverbindung möglich. Die Übertragung von der
Marke zur Lesevorrichtung erfolgt somit durch
Gleichtaktignale auf den Spulen, während die Übertragung von der
Lesevorrichtung zur Marke durch ungleichphasige Signale auf den
Spulen erfolgt. Durch den Wegfall der dritten Spule wird
eine Untergruppe erzeugt, die eine Halb-Duplexübertragung
ermöglicht.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein drahtloses
Interface für eine Mikrosteuerung zu schaffen, das zur
Übertragung gemäß der Norm ISO 7816-3 Identification cards,
- Integrated circuit(s) with contacts-" geeignet ist. Zu
diesem Zweck ist die Marke an eine Mikrosteuerung anschließbar
oder weist eine Mikrosteuerung auf, wobei sie in diesem Fall
eine zusätzliche Betriebsart, nämlich den Interfacemodus,
aufweist. Dieser Interfacemodus wird eingeschaltet, sobald
ausreichend Energie zur Versorgung der Mikrosteuerung
vorhanden ist und nachdem ein Befehl dazu empfangen wurde. Im
Interfacemodus werden Signale in Übereinstimmung mit der
Norm ISO 7816-3 erzeugt. Der E/A-Pin wird bidirektional
verwendet und ist vollständig transparent mit der Modulation
verbunden, d. h., daß die von der Lesevorrichtung bewirkte
Modulation diesem Pin zugeführt wird und daß der Logikpegel
dieses Pins den Modulationstransistor, und somit die
Feldabsorption,
direkt steuert. Diese Rückführung bewirkt, daß
während der Übertragung von der Lesevorrichtung zur Marke
eine positive Rückführung entsteht. Dies erfordert in
Verbindung mit der größtmöglichen Feldabsorption eine geeignete
Dimensionierung der magnetischen Kopplung zwischen der Marke
und der Lesevorrichtung. Befindet sich die Marke nicht im
interfacemodus, sind sämtliche Verbindungen zur
Mikrosteuerung offen, so daß die Mikrosteuerung entsprechend der Norm
ISO 7816 verwendet werden kann. Dies bedeutet, daß die
Kompatibilität mit existierenden Lesevorrichtungen gewahrt
bleibt. Der normale Betriebsmodus einer
Identifizierungsmarke sieht selbstverständlich das Erzeugen eines
Identifizierungscodes vor. In diesem Modus ist die Marke mit der im
US-Patent 4 196 418 (Nedap) beschriebenen Funktion
kompatibel. Die Speicherkapazität ist verschieden und der Speicher
ist ein EE-Speicher, jedoch wird eine erfindungsgemäße Marke
in gleicher Weise ausgelesen, nämlich seriell und mit dem
gleichen Datenformat wie bei einer Marke nach dem US-Patent
4 196 418. Bei nach diesem Prinzip arbeitenden
Identifizierungsmarken ist eine Resonanz schaltung mit begrenzter
Bandbreite erforderlich, da ihre Anwendung eine große
Erkennungsdistanz mit sich bringt. Dies beschränkt die maximale
Datenübertragungsgeschwindigkeit. Oftmals wird jedoch nur
ein Teil der Gesamtinformation des Speichers angefordert.
Unter Ausnutzung dieser Tatsache, ist es weiterhin möglich,
die relevanten Informationen innerhalb kurzer Zeit
zu.übertragen. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, daß
selektiv Teile des Speichers angesprochen werden, wie dies
in der deutschen offenlegungsschrift 2 919 753 an Brown,
Boveri & Cie. AG beschrieben ist. Gemäß dem aus der
deutschen Offenlegungsschrift 2 919 753 bekannten Verfahren
erfolgt die Steuerung des Zugriffs auf den Speicher der
Marke sowohl zum Lesen als auch zum Schreiben von Daten
durch Anfangscodes. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht
darin, daß die Marke in der Lage sein muß, einen Anfangscode
zu empfangen und zu verarbeiten; dies ist bei einer Marke
ohne Batterie über eine große Entfernung schwer
durchführbar.
-
Die vorliegende Erfindung schafft daher eine universelle
Marke nach Anspruch 1. Im wesentlichen weist die Marke eine
Speicherstruktur auf, in die die auszulesenden Teile des
Gesamtspeichers der Marke eingegeben werden können. Auch die
Reihenfolge, in der diese Teile ausgelesen werden sollen,
kann programmiert werden. Zu diesem Zweck ist der Speicher
in Seiten unterteilt. Dem Speicher ist eine Tabelle
hinzugefügt, in der die Seitenzahlen der auszulesenden Seiten
gespeichert werden können, und Speichersteuereinrichtungen
lesen die in der Tabelle aufgelisteten Seitenzahlen. Ist das
Ende der Tabelle erreicht, beginnen die Steuereinrichtungen
den Zyklus erneut. Dadurch wird erreicht, daß schon bei
einer großen Distanz zwischen der Marke und der
Lesevorrichtung spezifische Informationen, beispielsweise der
Identifizierungscode der Marke, schnell ausgelesen werderi können.
Durch ein Paßwort ist es ebenfalls möglich, den gesamten
Inhalt des Speichers auszulesen, wenn über die magnetische
Kopplung ausreichend Energie für diesen Zweck zugeführt
wird. Wenn die Distanz zwischen der Marke und der
Lesevorrichtung geringer ist, kann mittels der zweiten Spule auch
eine höhere Feldfrequenz verwendet werden, ohne die durch
die Norm festgelegten Grenzen zu überschreiten. Das Auslesen
kann sodann sehr viel schneller erfolgen. Dies kann
beispielsweise bei Anwendungen vorteilhaft sein, die eine
Überprüfung beinhalten, bei der viele Daten erforderlich sind.
Beim verändern der Daten von Magnetkarten oder IC-Karten,
wird die Karte normalerweise in ein Lese-/Schreibgerät
eingeführt. Die Karte wird sodann einbehalten, bis der
Schreibvorgang abgeschlossen und überprüft ist. Bei einer IC-Karte,
die nach einem "Hands-free"-Verfahren auslesbar ist, ist es
insbesondere unter dem Aspekt der Benutzerfreundlichkeit
erwünscht, daß die Programmierung "hands free" erfolgt, d.
h. ohne die Karte zu diesem Zweck in einen Schlitz einführen
zu müssen. Die Energie, die zum Programmieren der Marke
erforderlich ist, ist erheblich höher als die zum Auslesen
erforderliche Energie. Das bedeutet, daß die Distanz, über
die eine Programmierung erfolgen kann, erheblich geringer
ist als die Lesedistanz. Ein Vorteil einer geringen
Programmierungsdistanz besteht darin, daß es physikalisch unmöglich
ist, mehrere Karten gleichzeitig zu programmieren. Mit
zunehmender Programmierungsdistanz steigt die Notwendigkeit
Schutzvorkehrungen vorzusehen, beispielsweise durch
Paßwörter, wie ebenfalls in der deutschen Patentanmeldung DE-A-
2919753 (BBC) beschrieben.
-
Es bestehen jedoch zwei Probleme, für die DE-A-2919753 keine
Lösung bietet. Das erste Problem besteht darin, daß wenn
beispielsweise infolge eines Übertragungsfehlers falsche
Daten in den Speicher geschrieben werden, die ursprünglichen
Informationen verloren sind. Die verlorenen Daten sind nicht
wiederherstellbar. Indem diese zu verändernden Daten
zunächst in einen Puffer abgelegt werden, können diese Daten
im Falle eines Fehlers wiederhergestellt werden. Diese
Lösung ist in der europäischen Patentanmeldung 0 282 926 der
Omron Tateisi Electronics Co. beschrieben. Diese Schrift
bieten jedoch keine Lösung für ein zweites Problem. Wenn
während des Wiederherstellens von Daten die
Energieversorgung der Marke ausfällt, sind die Informationen verloren.
Dies kann leicht geschehen, wenn die Schreibvorrichtung
(Programmiervorrichtung) keine Kontrolle über die
Verfügbarkeit der Karte hat. Dies ist beispielsweise der Fall,
wenn kein mit einem Verschluß versehener Schlitz vorhanden
ist.
-
Der Benutzer kann beispielsweise die Karte entnehmen bevor
der Schreibvorgang beendet ist, wodurch unrichtige
Informationen auf der Marke oder der Karte gespeichert werden
können.
-
Da in den meisten Fällen Speicher, die nach den
entsprechenden herkömmlichen Verfahren erstellt wurden, vor dem
Einschreiben gelöscht werden müssen, ist es sogar möglich, daß
die Karte unmittelbar nach dem Löschen außerhalb der
Reichweite des Programmiergeräts gebracht wird, so daß keinerlei
Informationen mehr auf der Karte vorhanden sind.
-
Ein offensichtlicher Weg zur Verringerung dieses Risikos
besteht in der Verkürzung der Programmierzeiten durch
Unterteilen des Speichers in kleine Einheiten. Bei erheblichen
Fehlern werden nur wenige Informationen verstümmelt oder
gehen verloren. Ein Nachteil solcher kleiner
Speichereinheiten besteht darin, daß die zum Löschen und Schreiben einer
großen Menge an Informationen erforderliche Zeit von
erheblicher Länge sein kann, wodurch auch die Gefahr des
Entnehmens der Karte während dieses Vorgangs steigt. Es ist eine
Aufgabe der Erfindung, eine Speicherstruktur derart
vorzusehen, daß ein vorzeitiges Entfernen der Karte aus dem
Wirkungsbereich des Schreibgeräts nicht zu einer Verstümmelung
oder einem Verlust von Informationen führt. Auch bewirken
Übertragungsfehler und andere Fehler keinen
unwiederbringlichen Datenverlust. Zu diesem Zweck ist der Speicher
erfindungsgemäß in Seiten aufgeteilt, die seitenweise gelöscht
oder beschrieben werden können. Durch seitenweises Löschen
wird eine Anzahl von Wörtern gleichzeitig gelöscht, wodurch
ein erheblicher Zeitgewinn erreicht wird. Ferner ist zum
Löschen und Schreiben von neuen Informationen eine
zusätzliche Pufferspeicherseite hinzugefügt. Sämtliche neuen
Informationen werden zunächst in die Pufferspeicherseite
eingeschrieben. Die Pufferseite wird erst validiert, wenn
festgestellt wurde, daß bei dem Vorgang keine Fehler aufgetreten
sind, und gegebenenfalls geprüft wurde, ob die Informationen
ausreichend "hart" eingeschrieben wurden. Sodann wird eine
andere Seite als neue Pufferseite gewählt. Auf diese Weise
wird erreicht, daß die Informationen der Karte nur einen von
zwei Zuständen aufweisen können: entweder bleiben die alten
Informationen gültig oder die neuen Informationen sind
gültig. Der nicht definierte Zustand existiert nicht mehr.
Durch Austauschen der Seiten können die alten Informationen
wiederhergestellt werden, selbst nachdem die Pufferseite
validiert wurde.
-
Um anzugeben, welche Speicherseiten gültig sind und somit
ausgelesen werden können, weist die Erfindung zwei Tabellen
auf, von denen zu jeder Zeit nur eine gültig ist. In der
gültigen Tabelle ist die Auslesefolge der Speicher seiten,
d.h. sämtlicher gültiger Seiten, aufgelistet. Ferner gibt
die Seite an, welche Seite als Puffer wirkt. Durch Anpassen
der zweiten Tabelle nach dem Einschreiben neuer
Informationen in die Pufferseite, sind die neuen Informationen nunmehr
auslesbar. Erst wenn die neuen Informationen nach dem Lesen
endgültig bestätigt wurden erfolgt der Wechsel von der alten
zur neuen Tabelle. Dieser Wechsel ermöglicht das
anschließende Auslesen gemäß der neuen Tabelle.
-
Im Prinzip können auch bei der Wahl zwischen den beiden
Tabellen Fehler auftreten, jedoch erfordert der Wechsel nur
ein Bit, so daß die Chancen für einen Fehler hierbei sehr
gering sind. Wenn das Wechselbit redundant gemacht wird,
kann dieses Risiko weiter verringert werden. Ferner sind
alle alten Informationen weiterhin gültig; sie wurden in
keiner Weise überschrieben oder gelöscht.
-
Da das Einschreiben neuer Daten nur an Stellen erfolgen
kann, die keine gültigen Daten enthalten, also in die
Pufferseite und die nicht gültige Tabelle, kann selbst ein
Übertragungsfehler während der Programmierung keinen
unwiederbringlichen Verlust an Informationen hervorrufen. Durch
das Bestimmen der Leseabfolge der Speicherseiten mittels
einer Tabelle wird ebenfalls erreicht, daß die Leseabfolge
der Daten und die Zahl der Seiten, die ausgelesen wird,
programmierbar sind.