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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kodierbare Vorrichtungen und ein
Verfahren zu deren Kodierung. Insbesondere bezieht sie sich auf die Kodierung von
HF-Identifikationsmarkierungen.
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RE-Markierungen bzw. "HE-Etiketten" werden zunehmend als Identifikationsmittel
akzeptiert. Eine Hauptanwendung liegt im Einsatz als Mittel zur Gewährleistung
einer bequemen Zugriffssteuerung innerhalb der Sicherheitstechnik.
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Für Zugriffssteueranwendungen wird jede Markierung allgemein mit individuellen
Daten programmiert, die einen Bezug zu einem speziellen Karteninhaber haben.
Diese Daten werden bevorzugt in eine Anzahl von Feldern aufgeteilt, wobei jedes
Feld eine spezielle Funktion hat. Ein Feld kann beispielsweise einer speziellen
Kundenzuordnungsnummer zugeordnet sein, während sich ein anderes Feld auf die
Referenznummer des einzelnen Karteninhabers beziehen kann. Im Rahmen normaler
geschäftlicher Abläufe ergibt sich regelmäßig die Notwendigkeit, Karten
auszugeben oder einzuziehen, wenn Beschäftigte in eine Einrichtung eintreten oder sie
verlassen. Im übrigen verlieren oder zerstören die Nutzer nicht selten ihre Karten.
Daraus ergibt sich, daß die Möglichkeit einer schnellen, leichten und sicheren Vor-
Ort-Programmierung der Markierungen die Ausgabe von Karten an die Endnutzer
erheblich vereinfacht.
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Es gibt bereits eine Anzahl passiver Markierungen ("Etiketten"), die eine
Vorprogrammierung während der Herstellung erfordern. Dieser Vorgang wird
üblicherweise mittels eines Lasers oder durch direkten Kontakt mit der elektronischen
Programmierschaltung der Karte ausgeführt. Das Erfordernis der Definition der Daten in der
Markierung zum Zeitpunkt der Herstellung macht das Vorgehen unflexibel und
aufwendig. Es kompliziert die Verteilung der Karten an Endnutzer erheblich.
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Es gibt jedoch eine zweite Art passiver Markierungen, die anwenderprogrammierbar
ist. Diese Markierung nutzt eine kundenspezifische Vorrichtung auf Siliziumbasis,
die einen elektrisch löschbaren Speicher enthält. Obgleich dieses Verfahren
Flexibilität sichert, ist es jedoch mit erheblichen Kosten verbunden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, welches es ermöglicht,
eine passive Markierung durch Schmelzen oder Durchbrennen ausgewählter
Datenelemente innerhalb einer Siliciumvorrichtung zu programmieren.
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FR-A-2463457 beschreibt eine kodierbare Karte mit Zellen, die über ihre
Gebrauchsdauer nach und nach alle gelöscht werden, nach Löschen ausgewählter
Zellen wird eine entsprechende Sicherung durchgebrannt, um ein nachfolgendes
Rücksetzen der gelöschten Zellen zu verhindern.
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Ein besonderes Problem der Fernprogrammierung einer Markierung durch
Schmelzen oder Durchbrennen von Speicherelementen sind die beträchtlichen
Zeitunterschiede zur Ausführung des Vorgangs. Diese sind auf Abweichungen im
Siliciumwaver während der Herstellung zurückzuführen. Verläßt man sich nur auf eine
Zeitverzögerung, so ist es schwer, Sicherheit hinsichtlich der korrekten
Programmierung jedes Speicherelementes zu gewinnen.
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Die vorliegende Erfindung strebt danach, dieses Problem zu lösen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Kodierung einer kodierbaren Vorrichtung bereitgestellt, deren Kode dadurch
bestimmt ist, ob einzelne aus einer Mehrzahl von Schmelz- bzw. durchbrennbaren
Verbindungen geschmolzen bzw. durchgebrannt sind, wobei eine Schmelz- bzw.
Durchbrennspannung an jede der durchzubrennenden Verbindungen angelegt und
der Zustand dieser Verbindung überwacht wird, so daß unmittelbar nach dem
Durchbrennen durch die Schmelzspannung das Anlegen der Schmelzspannung
beendet und diese an die nächste durchzubrennende Verbindung angelegt wird.
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Bevorzugt wird nach Beendigung des Kodierens die kodierbare Vorrichtung einem
Verfahren unterzogen, welches ihren Zustand dahingehend ändert, daß kein
Anlegen einer Schmelz- bzw. Durchbrennspannung zum Durchbrennen der
auftrennbaren Verbindungen mehr möglich ist. Dieses Merkmal kann einem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine kodierbare
Vorrichtung bereitgestellt, welche aufweist: einen Speicher mit einer Mehrzahl von
durchbrennbaren Verbindungen, die logische "1" und "0" definieren, Mittel, die im
Ansprechen auf eine externe Eingabe der Reihe nach ausgewählte Verbindungen
durchbrennen, um ihren jeweiligen logischen Zustand zu ändern und so die
Vor
richtung zu kodieren, und auf die Änderung im logischen Status ansprechende
Mittel zum Anlegen des externen Eingangssignals an die nächste durchbrennbare
Verbindung.
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Es können Mittel zu einer Modifizierung der Vorrichtung nach einem beendeten
Kodierungsprozeß derart vorgesehen sein, daß keine weitere Kodierung
vorgenommen werden kann. Diese Mittel können eine spezielle durchbrennbare Verbindung
sein, welche in einem letzten Schritt des Kodierungsprozesses geschmolzen bzw.
durchgebrannt wird.
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Die externe Eingabe kann ein konventionelles Abfrage- und/oder ein Leistungssignal
und ein separates Eingangssignal zum Anlegen einer Aufschmelzspannung an
ausgewählte schmelzbare Verbindungen zum ausgewählten Zeitpunkt sein. Die
kodierbare Vorrichtung kann ein kodiertes Etikett oder ein Transponder, bevorzugt
eine passive Vorrichtung, sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt - nur im
Sinne eines Beispiels - unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung
beschrieben, bei der
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Fig. 1 ein Schaltbild einer kodierbaren Markierung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Die bevorzugte Ausführungsform ist ein passives "Etikett", das auf denselben
Grundprinzipien wie die oben erwähnte GB-E-2077556 beruht. Die passive
Vorrichtung bezieht ihre Energie jedoch aus einem 132 kHz-Sendesignal. Dies
erfordert eine vollständig abweichende Gestaltung für die Eingangsschaltung.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist eine auf 132 kHz abgestimmte Spule 1
des "Etiketts" (Tag) 50 direkt mit dem Eingang eines Brückengleichrichters 2
verbunden. Der Ausgang des Brückengleichrichters 2 bildet die
Stromversorgungsschienen Vdd und Vss der Vorrichtung, während ein Kondensator 3 zwischen den
Schienen eine Glättung bewirkt. Ein Bein des Brückengleichrichters 2 ist über einen
Widerstand 4 mit einem Ausgangspuffer verbunden, der den impulsmodulierten
66 kHz-Datenausgang liefert. Dieser moduliert effektiv bei 66 kHz das 132 kHz
Signal an der Spule 1 in Übereinstimmung mit dem Dateninhalt des Speichers.
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Eine Seite der abgestimmten Spule 1 ist mit einem Inverter 6 verbunden. Eine
Nebenschluß(shunt)-Schaltung 7 schützt den Eingang des Inverters vor
Übersteuerung. Der Ausgang des Inverters 6 passiert eine Teilerkette 8 und den
Datenselektor 9, die die innere Logik der Vorrichtung steuern.
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Eine Rücksetzschaltung 10 ist vorgesehen, die einen Betrieb der logischen
Schaltung inhibiert, solange die durch das 132 kHz-Eingangssignal induzierte Spannung
noch nicht einen vorbestimmten Pegel erreicht hat. Unterhalb dieses Pegels wird
die gesamte interne Logik in einem Reset-Zustand gehalten. Wenn der Reset R
aufgehoben wird, wird die Tellerkette 8 aktiviert, und die Vorrichtung beginnt
Daten auszugeben. Ein Speicher 100 umfaßt n Elemente, die mit einer unteren
Leiterschiene 13 und einer oberen Leiterschiene 18 verbunden sind. Jedes Element
besteht aus einer programmierbaren Verbindung 11 in Serie mit einem pFET 12.
Jede Verbindung 11 umfaßt ursprünglich zwei leitfähige Schichten, die durch eine
dazwischenliegende Schicht aus Isoliermaterial elektrisch voneinander isoliert sind.
Wenn sie für eine ausreichend lange Zeit einer Schmelz- bzw. Durchbrennspannung
ausgesetzt wird, zeigt die Isolierschicht einen Durchbruch, und die beiden leitenden
Schichten werden permanent elektrisch miteinander verbunden, wodurch ein
Strompfad gebildet wird. Das Gate des pFET 12 in jedem Element ist mit dem ihm
zugeordneten Ausgang des Datensektors 9 verbunden. Die untere Schiene 13 ist
über einen nFET 14 mit der Programmierungsleitung 15 verbunden. Das Gate des
nFET 14 wird über eine Pegelanpaßschaltung 17 durch einen Reset gesteuert. Die
obere Schiene 18 des Speichers wird durch einen hochohmigen Widerstand 16 bei
Vdd vorgespannt. Die obere Schiene bildet auch über einen Inverter 19 einen
Dateneingang für das Exklusiv-Oder-Gatter 20.
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Die Programmierungsleitung 15 ist in Reihe mit einer Diode 22 mit der
Programmierungsspule 21 verbunden. Ein Kondensator 23 ist zwischen Vdd und die
Programmierungsleitung 15 geschaltet. Im Ruhezustand ist die Programmierungsleitung 15
durch den Widerstand 24 auf Vss vorgespannt. Die Programmierungsleitung 15 ist
auch mit dem Gate eines pFET 25 verbunden, der in Reihe mit einem Widerstand
26 geschaltet ist. Die Anordnung ist zwischen Vdd und Vss in Reihe geschaltet.
Den Mittelpunkt der Anordnung bildet der Eingang der Steuerleitung 27. Die
Steuerleitung 27 bildet einen Eingang eines UND-Gatters 28 am Anfangspunkt der
Haupttellerkette 18. Dies ermöglicht es, den Betrieb des Datenselektors 9 zu
inhibieren. Die Steuerleitung ist auch mit dem Gate einer starken pFET-Vorrichtung
29 verbunden, die zwischen Vdd und die obere Schiene 18 geschaltet ist. Die
starke FET-Vorrichtung hat einen niedrigen Widerstand.
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Einige der Datenbits, die höheren Werten von n entsprechen, können zur Steuerung
des internen Betriebs der Vorrichtung benutzt werden. Jedes dieser Elemente hat
eine zwischen Vdd und den Verbindungspunkt zwischen der schmelzbaren
Verbindung 111 und dem pFET geschaltete Halteschaltung 30. In einer speziellen
Ausführungsform der Markierung bzw. des "Etiketts" realisieren die höchsten n
Datenbits die Funktion eines Schreibschutzes. Der Ausgang dieses
Speicherelementes bildet den Dateneingang für einen Zwischenspeicher (Latch) 31, der gesetzt
wird, wenn AG hoch ist. Der Ausgang des Latch 31 stellt - über ein NAND-Gatter
32 - einen Eingang des Gate eines starken pFET 33 dar, welcher seinerseits
zwischen die Rücksetzleitung und Vss geschaltet ist.
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Der zweite Eingang für das NAND-Gatter 32 ist über einen Inverter 34 von der
Steuerschaltung 27 abgeleitet. Wenn der pFET im Ein-Zustand ist, gewährleistet er,
daß der Reset angelegt wird.
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Nachfolgend wird der Betrieb der "Etikett"- Schaltung beschrieben. Zunächst
wird der Betrieb der Vorrichtung im Lesemodus beschrieben. Bei Empfang eines
132-kHz-Impulses wird über den Brückengleichrichter 2 die Hauptschaltung mit
Strom versorgt. Die Programmierungsleitung 15 verbleibt bei der Spannung Vss.
Anfangs, während das 132-kHz-Signal ansteigt, ist Reset auf "low", was alle
Zwischenspeicher in einem definierten Zustand hält. Es gewährleistet auch, daß die
Halteschaltungen 30 anfangs auf "high" gesetzt sind und an der oberen Schiene 18
Vdd anliegt. In dem Fall, daß die Spannung zwischen Vdd und Vss einen Wert von
etwa 3,0 V erreicht, veranlaßt die Rücksetzschaltung, daß Reset auf "high" geht.
Dies ermöglicht einen Betrieb der internen Logik. Während einer dem ersten
Datenbit eines Abfragezyklus entsprechenden Zeitspanne wird das erste bzw. führende
Datenbit DO ausgewählt. Da der nFET 14 offen ist, nimmt die obere Schiene 18 in
Abhängigkeit davon einen hohen oder niedrigen Pegel ("high" bzw. "low" Zustand)
an, ob die Verbindung im ersten Datenelement aufgeschmolzen ist. In das Exklusiv-
ODER-Gatter 20 gelangt der inverse Wert des Zustandes der oberen Schiene.
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Wenn der Abfragezyklus fortgesetzt wird, wird durch den Datenselektor 9 jedes
Datenbit ausgewählt, und sein Status gelangt zum Exklusiv-ODER-Gatter 20. Am
Exklusiv-ODERGatter 20 wird dieses mit dem (A-1)-Signal kombiniert, um am
Puffer 5 einen Manchester-kodierten Datenausgang zu erzeugen.
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Der Betrieb des Datenelements mit dem höchsten Wert von n unterscheidet sich
etwas von dem der anderen Datenbits. In Abhängigkeit vom Zustand der
schmelz
baren Verbindung 111 wird der Ausgang bei Beginn des Abfragezyklus entweder
"high" oder "low" sein. Wenn das Programmierungsschutz-Bit gesetzt ist, wird der
Ausgang "low" sein. Jeder Versuch einer Programmierung der Markierung wird
daher einen Übergang von Reset auf "low" bewirken. Dies bewirkt ein Rücksetzen
der Zwischenspeicher und sichert, daß der nFET 14 im Aus-Zustand ist. In diesem
Zustand ist es unmöglich, eines der Datenelemente aufzuschmelzen.
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Nun wird der Prozeß der Programmierung des Speichers der Vorrichtung betrachtet.
Es wird ein neues, unprogrammiertes "Etikett" geliefert, und daher ist jedes
Speicherelement im Zustand einer offenen Schaltung. Wenn der Markierungsträger ein
132 kHz-Eingangssignal empfängt, beginnt der Datenselektor, sequentiell jedes der
Datenbits aufzurufen bzw. abzufragen. Etwa 1 ms nachdem der Datenselektor 9
ein Bit abgerufen hat, das auf "1" gesetzt sein sollte, wird ein Hochfrequenzsignal
induktiv in die Programmierspule 21 ein-gekoppelt. Dieses Signal bewirkt, daß die
Programmierungsleitung 15 bezüglich Vss auf eine typische Spannung von -20 V
geht. Dies zieht das Gate des pEET 25 in den negativen Bereich, was wiederum die
Steuerleitung 27 auf negativen Pegel zieht. Die Teilerkette 8 wird sofort inhibiert,
was eine Verriegelung des Datenselektors 9 auf das Ziel Datenbit bewirkt.
Gleichzeitig wird die obere Schiene 18 des Speichers über den starken pFET 29 mit Vdd
verbunden. Die Pegelanpaßschaltung 17 wird in Betrieb gesetzt, um die
Spannungsdifferenz zwischen Vdd und der Programmierungsleitung 15 zu handhaben.
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Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Steuerleitung 27 ihren Zustand ändert, ist die
schmelzbare Verbindung des Ziel-Datenbits anfangs eine "offene Schaltung", so
daß die obere Schiene 18 auf "high" ist. Damit ist der Ausgang des Exklusiv-ODER-
Gatters auf Null. Dies führt dazu, daß am 66-kHz-Ausgabepuffer der Vorrichtung
5 der Vorrichtung kein Signal 5 erzeugt wird. Nach einer unbestimmten Zeitspanne,
die typischerweise irgendwo zwischen 5 und 50 ms liegt, schmilzt das
Speicherelement auf. Dies bewirkt, daß die obere Schiene 18 auf "high" übergeht und eine
logische "1" an den Dateneingang des Exklusiv-ODER-Gatters 20 anlegt. Das
"Etikett" wird jetzt ein kontinuierliches 66-kHz-Signal ausgeben, solange das
Programmierungssignal anliegt.
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Das Vorliegen des 66-kHz-Signals zeigt der Programmiereinheit an, daß das Ziel-
Datenbit aufgeschmolzen ist. Das Programmiersignal wird jetzt entfernt. Dieser
Vorgang bewirkt, daß die Steuerleitung 27 auf "high" geht und so das Anlegen
eines weiteren Zeitsteuerimpulses an den Datenselektor 9 erlaubt. Der
Datenselektor wird jetzt fortfahren, der Reihe nach jedes Datenbit abzufragen, bis das
nächste Zielbit erreicht ist. An diesem Punkt wird ein weiteres Programmiersignal
kontinuierlich bis zu dem Zeitpunkt angelegt, zu dem das 66-kHz-Ausgangssignal
erfaßt wird. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis alle zu setzenden Bits adressiert und
aufgeschmolzen sind.
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Ein Merkmal der Vorrichtung ist die Fähigkeit der Gewährleistung eines
Schreibschutzes für den Speicher. Dieser wird durch Aufschmelzen der Verbindung 111
des letzten Datenelementes eingestellt. Die Schaltung arbeitet wie folgt:
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Während der ersten Hälfte eines Abfragezyklus ist der Status des letzten Datenbits
am Eingang des Latch 31 verfügbar, da A6 "high" ist. Wenn eine neue Vorrichtung
zu programmieren ist, wird daher der Ausgang des Schreibschutzspeichers 31
"low" sein. In dieser Situation wird der Status der Steuerleitung 27 keinen Einfluß
auf Reset haben, so daß die Programmierung wie oben beschrieben ablaufen kann.
Wenn der Datenselektor 9 das Schreibschutzbit aufruft, kann es auf dieselbe Weise
wie bei den anderen Speicherelementen aufgeschmolzen werden. Während der
Zeitspanne, während derer das Datenbit durch den Datenselektor 9 aufgerufen
wird, wird jedoch A6 "low". Dies verhindert, daß der Schreibschutzspeicher 31
gesetzt wird. Die Latch-Schaltung 31 ermöglicht es daher, den Status des
Programmschutzbits zu überwachen, während es aufgeschmolzen wird.
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Die oben beschriebene Ausführung hat eine Anzahl von Vorteilen. Ein besonderer
Nutzeffekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, den
Zustand des Speicherelementes kontinuierlich zu überwachen, während es
aufgeschmolzen wird. Dies gibt dem Verfahren einen hohen Grad an Integrität, während
die Gesamt-Programmierungszeit auf einem Minimum gehalten wird. Darüber
hinaus kann das Verfahren vor Ort ausgeführt werden und bietet so die
erforderliche Flexibilität. Zugleich kann die interne Silicium-Vorrichtung mit niedrigen Kosten
hergestellt werden. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei
Sicherheitsanwendungen, besteht darin, daß nach einer Eingabe der Daten in die
Karte diese gegenüber weiteren Programmierungsversuchen geschützt werden
kann. Außerdem sind die Daten im "Etikett" nahezu unzerstörbar, und dieses ist
daher nahezu unempfindlich gegenüber Verstümmelungen - auch dann, wenn es
sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird.
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Gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform sind verschiedene
Abwandlungen möglich. Insbesondere kann die aufschmelz- bzw. zerstörbare Verbindung
verschiedene Formen annehmen, beispielsweise können die Größe und Gestalt der
leitfähigen und isolierenden Teile nach Wunsch gewählt werden. In einer
alternativen Ausbildung entsprechen die weiteren Verbindungen insofern eher
herkömmlichen Sicherungen, als sie jeweils ein einzelnes leitfähiges Element oder eine Diode
oder eine andere elektronische Einrichtung enthalten, die anfangs in einem
Stromkreis liegt und dann in eine offene Schaltung "durchgebrannt" wird, indem für eine
hinreichend lange Zeit eine Durchbrennspannung angelegt wird. Das Verfahren zum
Kodieren des Speichers ist dann dahingehend modifiziert, daß geschmolzene
Verbindungen statt einer logischen "1" einer logischen "0" entsprechen.
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In weniger empfindlichen Anwendungen kann das Schreibschutzmerkmal
weggelassen sein.
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Das Kodierungsverfahren ist auch für aktive Markierungen bzw. "Etiketts"
geeignet, d. h. "Etiketts", die eine eigene Stromquelle haben - oder für jede
Anwendung, wo es von Vorteil ist, die Daten permanent in einer Vorrichtung zu kodieren.