DE7919060U1

DE7919060U1 - Circuit unit

Info

Publication number: DE7919060U1
Application number: DE19797919060
Authority: DE
Original assignee: GAO GESELLSCHAFT fur AUTOMATION und ORGANISATION MBH 8000 MUENCHEN DE
Current assignee: GAO GESELLSCHAFT fur AUTOMATION und ORGANISATION MBH 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1979-07-03
Publication date: 1987-01-02

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinheit, die einen auf einem Substrat integrierten Schaltkreis aufweist und die zu ihrem Betrieb über Koppelungselemente zur Energieübertragung, Datenausgabe und gegebenenfalls Dateneingabe verfügt.The invention relates to a circuit unit which has a circuit integrated on a substrate and which, for its operation, has coupling elements for energy transmission, data output and, if necessary, data input.

Schaltungseinheiten in Form integrierter Kreise werden heute in der Mehrzahl auf einem einzigen Halbleiterchip (Substrat) realisiert. Diese Halbleiterchips besitzen an ihren Rändern metallisierte Anschlußpunkte, über die sie über geeignete Schweiß- oder Lötverfahren über Drähte mit den Anschlußstellen des sie umgebenden Gehäuses oder direkt mit der umgebenden Schaltung verbunden werden können.Today, circuit units in the form of integrated circuits are mostly implemented on a single semiconductor chip (substrate). These semiconductor chips have metallized connection points on their edges, via which they can be connected to the connection points of the surrounding housing or directly to the surrounding circuit using suitable welding or soldering processes.

Es gibt Anwendungen, in denen die galvanische Verbindung des Halbleiterchips mit seiner Umgebung unerwünscht ist. So ist z. B. vorgeschlagen worden (DE-OS 26 59 573), Identifikationskarten mit Halbleiterchips auszurüsten, um hierdurch ihre Nachahmungssicherheit zu verbessern, zugleich eine Vielzahl von Informationen in der Identifikationskarte zu speichern und gegebenenfalls diese Informationen im Zusammenwirken mit Sendern und Empfängern in einem kontrollierenden Gerät zu verändern.There are applications in which the galvanic connection of the semiconductor chip with its environment is undesirable. For example, it has been proposed (DE-OS 26 59 573) to equip identification cards with semiconductor chips in order to improve their security against counterfeiting, at the same time to store a large amount of information in the identification card and, if necessary, to change this information in cooperation with transmitters and receivers in a controlling device.

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Die Einbringung von Schaltungseinheiten in Identifikationskarten macht Schwierigkeiten, weil die Karten im Gebrauch mechanischen Beanspruchungen unterliegen und hierdurch besonders die galvanischen Verbindungen zwischen der Schaltungseinheit und den auf der Karte befindlichen Anschlußpunkten zerstört werden können. Auch die Einbringung der Schaltungseinheiten in Identifikationskarten ist aufgrund der gegen mechanische Beanspruchungen empfindlichen Anschlußleitungen erschwert.The incorporation of circuit units into identification cards is difficult because the cards are subject to mechanical stress during use and this can destroy the galvanic connections between the circuit unit and the connection points on the card. The incorporation of circuit units into identification cards is also made more difficult by the connection cables being sensitive to mechanical stress.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen (DE-OS 19 45 777), die für die Datenaufnahme und Datenausgabe zuständigen Kopplungselemente ohne Anschlußleitungen direkt auf dem Halbleiterchip anzuordnen, die in einem sogenannten "Identifikaten", beispielsweise zur Identifizierung von Personen, untergebracht sind. Die Daten werden dabei über Lichtleiterbündel übertragen, die kongruent zu den Kopplungsexementen auf die Schaltungseinheit aufgesetzt werden müssen. Die Energie wird kapazitiv über entsprechende metallische Flächen übertragen, die auf der Außenfläche des Identifikanten aufgebracht sind. Die Flächen sind durch Anschlußleitungen mit dem Halbleiterchip verbunden, womit sich die schon oben genannten Schwierigkeiten ergeben.It has therefore already been proposed (DE-OS 19 45 777) to arrange the coupling elements responsible for data input and output directly on the semiconductor chip without connecting lines, which are housed in a so-called "identifier", for example for identifying people. The data is transmitted via fiber optic bundles, which must be placed on the circuit unit congruently with the coupling elements. The energy is transferred capacitively via corresponding metal surfaces, which are applied to the outer surface of the identifier. The surfaces are connected to the semiconductor chip by connecting lines, which gives rise to the difficulties already mentioned above.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine integrierte Schaltungseinheit für oben genannte oder ähnliche Anwendungen vorzuschlagen, deren Kopplungselemente so ausgebildet sind, daß sie gegen mechanische Beanspruchungen weitgehend unempfindlich, s.ind. The object of the invention is therefore to propose an integrated circuit unit for the above-mentioned or similar applications, the coupling elements of which are designed in such a way that they are largely insensitive to mechanical stresses.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle
Kopplungselemente auf dem den intecrrierten Schaltkreis aufnehmenden Substrat angeordnet sind.The object is achieved according to the invention in that all
Coupling elements are arranged on the substrate receiving the integrated circuit.

Das Substrat weist also außer dem integrierten Schaltkreis auch Elemente zur Datentransformation und Energieversorgung auf, die direkt mit dem Substrat verbunden sind. Die Schaltungseinheit ist so eine kompakte Einheit, die in einfacher Weisa, z. B. in ein beliebig gestaltetes Identifikations-Element, wie eine Identifikations-Karte, Münze, Ring etc.,
eingebracht werden kann und aufgrund nicht vorhandener Anschlußleitungen im Gebrauch einen äußerst störungsfreien
Betrieb gewährleistet. Schließlich bietet die kompakte Ausführungsform weitere Möglichkeiten zur Miniaturisierung
derartiger Schaltungseinheiten, wodurch sich Anwendungsfälle ergeben, die bisher bekannten Schaltungseinheiten verschlossen waren.In addition to the integrated circuit, the substrate also has elements for data transformation and power supply that are directly connected to the substrate. The circuit unit is thus a compact unit that can be easily integrated into an identification element of any design, such as an identification card, coin, ring, etc.
can be introduced and due to the lack of connecting cables in use, it offers an extremely trouble-free
operation is guaranteed. Finally, the compact design offers further possibilities for miniaturization
of such circuit units, which opens up applications that were previously closed to known circuit units.

Zur Realisierung der Kopplungselemente im Sinne der Erfindung bieten sich eine Vielzahl von Möglichkeiten. So können beispielsweise zur Energieübertragung auf dem Substrat integrierte Lichtwandler, wie Fotoelemente, vorgesehen werden, die bei Lichteinfall den für den Schaltkreis notwendigen Strom liefern. Die Aufnahme und auch die Ausgabe von Daten kann ebenfalls auf optischem Weg erfolgen, wobei beispielsweise für die Datenausgabe eine Flüssigkristallanzeige verwendet wird und für die Datenaufnahme entsprechende lichtempfindliche Elemente, wie Fotodioden. Die Daten können avch kapazitiv eingegeben bzw.There are a number of possibilities for implementing the coupling elements in accordance with the invention. For example, light converters such as photo elements can be integrated into the substrate to transfer energy, which supply the current required for the circuit when light hits them. The recording and output of data can also be carried out optically, with a liquid crystal display being used for data output, for example, and corresponding light-sensitive elements such as photodiodes being used for data recording. The data can also be input or output capacitively.

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ausgegeben werden. Die dazu notwendigen Sende- und Empfangselektroden werden in Form leitender Beläge direkt auf das Substrat aufgedampft.The necessary transmitting and receiving electrodes are vapor-deposited directly onto the substrate in the form of conductive coatings.

Entscheidend ist für alle Ausführungsformen, daß die Kopplungselemente ohne jegliche Anschlußleitungen in direktem Kontakt mit dem Substrat stehen.What is crucial for all embodiments is that the coupling elements are in direct contact with the substrate without any connecting lines.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:Further advantages and developments of the invention are the subject of subordinate claims. In the following, embodiments of the invention are described in more detail with reference to the accompanying drawings. They show:

Fig. 1a, 1b eine optisch betriebene Schaltungseinheit in der Draufsicht und im Schnitt,Fig. 1a, 1b an optically operated circuit unit in plan view and in section,

Fig. 2a die Schaltungseinheit aus Fig. 1, eingebaut in eine Identifikationskarte,Fig. 2a the circuit unit from Fig. 1, built into an identification card,

Fig. 2b die Identifikationskarte aus Fig. 2a in einem Kontrollgerät,Fig. 2b the identification card from Fig. 2a in a control device,

Fig. 3 eine optisch betriebene Schaltungseinheit mit der Möglichkeit der Dateneingabe,Fig. 3 an optically operated circuit unit with the possibility of data input,

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Fig. 4a, 4bFig. 4a, 4b

die Lichtspektren der Beleuchtungsquellen für Energieversorgung und Dateneingabe für die Schaltungseinheit aus Fig. 3_# the light spectra of the illumination sources for power supply and data input for the circuit unit from Fig. 3 _#

Fig. 4c, 4dFig. 4c, 4d

die Dämpfungsverläufe der Filter zur Abdeckung des Dateneingabebereichs und des Energieversorgungsbereichs ,the attenuation curves of the filters to cover the data input area and the power supply area ,

Fig. 5Fig.5

eine kapazitiv betriebene Schaltungseinheit unda capacitively operated circuit unit and

Fig. 6Fig.6

die Schaltungseinheit aus Fig. 5 in einem Kontrollgerät.the circuit unit from Fig. 5 in a control device.

Fig. la und 1b zeigen eine Schaltungseinheit 15 gemäß der Erfindung in einer schematischen, stark vergrößerten einfachen Ausführungsform. Dies kann beispielsweise eine Schaltungseinheit sein, die über lichtelektrische Wandler mit Energie versorgt wird und die außerdem Elemente besitzt, mit deren Hilfe während des Betriebs das Ausgeben bestimmter Informationen möglich ist. Eingebaut in eine Identifikationskarte läßt sich die Schaltungseinheit beispielsweise zur Speicherung eines Codewortes nutzen, so daß die Karte als elektronischer Schlüssel zur Zugangskontrolle oder dergl. genutzt werden kann.Fig. 1a and 1b show a circuit unit 15 according to the invention in a schematic, greatly enlarged, simple embodiment. This can be, for example, a circuit unit that is supplied with energy via photoelectric converters and that also has elements with the help of which it is possible to output certain information during operation. Built into an identification card, the circuit unit can be used, for example, to store a code word, so that the card can be used as an electronic key for access control or the like.

Wie aus der Darstellung in der Fig. 1b hervorgeht, befindet sich auf einem Siliziumplättchen 1 (Substrat) eine in bekannter Weise hergestellte integrierte Schaltung 2. Die integrierteAs can be seen from the illustration in Fig. 1b, an integrated circuit 2, manufactured in a known manner, is located on a silicon wafer 1 (substrate). The integrated

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Schaltung 2 bedeckt nur einen geringen Teil des Plättchens In die verbleibende Fläche sind lichtempfindliche Halbleiter, beispielsweise Fotoelemente 3, integriert, die in bekannter Weise abhängig von der auffallenden Strahlungsleistung die für den Betrieb der integrierten Schaltung notwendige Energie liefern. Verbunden werden die Elemente untereinander und mit der integrierten Schaltung mit Hilfe von Leitstegen, die, wie bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen üblich, auf das Plättchen 1 aufgedampft werden. Die Daten werden über sogenannte Flüssigkristallelemente 4, die heute vielfach als Anzeigeelemente Verwendung finden, ausgegeben. Das Flüssigkristallelement besteht aus einer Flüssigkristallschicht 5, die zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektroden 6, 7 in einem Rahmen 8 eingeschlossen ist. Der Rahmen 8 ist der Größe des Siliziumplättchens 1 angepaßt. Wie bekannt, haben Flüssigkristallschichten die Eigenschaft, bei äußerst geringem Energieverbrauch ihre Lichtdurchlässigkeit zu ändern, sobald man an die beidseitig der Schicht angebrachten leitenden Belege 6, 7 ein elektrisches Feld anlegt. So erscheint die beleuchtete Flüssigkristallschicht einem Betrachter einmal milchig trüb, während sie im angeregten Zustand klar durchsichtig wird, wobei der jeweils vorhandene Untergrund, in der Fig. 1b eine dunkel gefärbte Schicht 10, sichtbar wird. Zur Fertigstellung der Schaltungseinheit wird der den Flüssigkristall tragende Rahmen 8 beispielsweise mit einem geeigneten Kleber fest mit dem Siliziumplättchen 1 verbunden, wobei die Elektroden 6, 7 im Durch-Circuit 2 covers only a small part of the plate. Light-sensitive semiconductors, for example photoelements 3, are integrated into the remaining surface, which, in a known manner, supply the energy required to operate the integrated circuit depending on the incident radiation power. The elements are connected to one another and to the integrated circuit using conductive strips which, as is usual in the manufacture of integrated circuits, are vapor-deposited onto the plate 1. The data is output via so-called liquid crystal elements 4, which are now often used as display elements. The liquid crystal element consists of a liquid crystal layer 5 which is enclosed between two light-permeable electrodes 6, 7 in a frame 8. The frame 8 is adapted to the size of the silicon plate 1. As is known, liquid crystal layers have the property of changing their light permeability with extremely low energy consumption as soon as an electric field is applied to the conductive coatings 6, 7 attached to both sides of the layer. The illuminated liquid crystal layer appears to an observer as milky and cloudy, while in the excited state it becomes clearly transparent, whereby the existing background, in Fig. 1b a dark-colored layer 10, becomes visible. To complete the circuit unit, the frame 8 carrying the liquid crystal is firmly connected to the silicon plate 1, for example with a suitable adhesive, whereby the electrodes 6, 7 in the

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kontaktierverfahren mit den entsprechenden Anschlüssen der integrierten Schaltung 2 zusammengefügt werden. Der Rahmen 8 ist in dem für die Fotoelemente 3 relevanten Spektralbereich lichtdurchlässig, so daß durch die Abdeckung der Fotoelemente deren Funktion nicht beeinträchtigt ist. Die Anordnung des Datenausgabeelementes 4 und des Energieversorgungselementes 3 hat vor allem bei der Verwendung von Flüssigkristallelementen zur Datenausgabe den Vorteil, daß bei großflächiger Anstrahlung der Schaltungseinheit sowohl die Fotoelemente aktiviert als auch die Flüssigkristallanzeige beleuchtet wird. Der Betrieb der Schaltungseinheit ist dadurch ohne aufwendige Positionierprobleme und ohne großen Aufwand (nur eine Beleuchtungseinheit) möglich.contacting process with the corresponding connections of the integrated circuit 2. The frame 8 is transparent in the spectral range relevant to the photo elements 3, so that the function of the photo elements is not impaired by covering them. The arrangement of the data output element 4 and the energy supply element 3 has the advantage, especially when liquid crystal elements are used for data output, that when the circuit unit is illuminated over a large area, both the photo elements are activated and the liquid crystal display is illuminated. The circuit unit can therefore be operated without complex positioning problems and without great effort (only one lighting unit).

Die Elemente für die Energieversorgung und für die Datenausgabe müssen allerdings nicht zwingend nur auf einer Seite des Siliziumplättchens angeordnet werden.However, the elements for the power supply and for the data output do not necessarily have to be arranged on only one side of the silicon wafer.

Fig.2a zeigt eine Schaltungseinheit 15, eingebaut in eine Identifikationskarte 16.Fig.2a shows a circuit unit 15 built into an identification card 16.

Wie oben schon erwähnt) hat die Schaltungseinheit in ihrer einfachsten Ausführungsform die Aufgabe, während eines Kontrollvorgangs lediglich eine definierte Information, beispielsweise in Form einer Identifikations-Nr., auszugeben.As already mentioned above, the circuit unit in its simplest embodiment has the task of only outputting defined information, for example in the form of an identification number, during a control process.

Die Nummer wird in einem entsprechenden, nicht flüchtigen Speicher innerhalb der Schaltungseinheit bei dessen Herstellung nach bekannten Methoden gespeichert. Wie Fig. 2b zeigt, wird die Identifikationskarte bei der Prüfung der Identifikations-Nr. unter eine Vorrichtung 17 geführt,The number is stored in a corresponding non-volatile memory within the circuit unit during its manufacture using known methods. As shown in Fig. 2b, the identification card is guided under a device 17 when checking the identification number.

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die unter anderem eine Lichtquelle 18 zur Bestrahlung der Schaltungseinheit 15 aufweist. Aufgrund der Strahlung liefern die Fotoelemente 3 die für den Betrieb der Einheit notwendige Energie. Sobald die Schaltung betriebsbereit ist, werden die gespeicherten Informationen über das in der Fig. 1b gezeigte Flüssigkristall element 4, das ebenfalls von der Beleuchtungsquelle bestrahlt wird, in Form von Heli-/Dunkel-Modulationen ausgegeben. Zur Auswertung der Hell-/DurJcel-Modulationen wird das Flüssigkristallelement mit Hilfe eines optischen Systems, bestehend aus einer Blende 20 und zwei Linsen 21, 22, auf einer Fotodiode 23 abgebildet. Die Justierung der Identifikationskarte innerhalb des Kontrollgerätes kann mit Hilfe entsprechender mechanischer Positionierhilfen (nicht dargestellt) durchgeführt werden.which, among other things, has a light source 18 for irradiating the circuit unit 15. Due to the radiation, the photo elements 3 supply the energy required to operate the unit. As soon as the circuit is ready for operation, the stored information is output in the form of light/dark modulations via the liquid crystal element 4 shown in Fig. 1b, which is also irradiated by the light source. To evaluate the light/dark modulations, the liquid crystal element is imaged on a photodiode 23 using an optical system consisting of a diaphragm 20 and two lenses 21, 22. The adjustment of the identification card within the control device can be carried out using appropriate mechanical positioning aids (not shown).

Tie in den Fig. 1a, 1b beschriebene Schaltungseinheit ist lediglich in der Lage, eine fest vorgegebene, nicht veränderbare und für jede Identifikationskarte typische Information während des Kontrollvorgangs auszugeben. Für eine Reihe -von AnwonCun^sfällen kann es jedoch wünschenswert sei . der Schaltungseinlieit auch extern Daten zuzuführen, die in der integrierten Schaltung unter Umständen mit dort gespeicherten Daten verknüpft zu einer Ausgangsinformation verarbeitet werden, oder aber die in der integrierten Schaltung Speicherzustände ändern, die deren künftiges Verhalten beeinflussen. Eine auch für diese AufgabeThe circuit unit described in Fig. 1a, 1b is only able to output a fixed, unchangeable piece of information that is typical for each identification card during the control process. For a number of applications, however, it may be desirable to also supply the circuit unit with external data that may be processed in the integrated circuit with data stored there to form output information, or that change the memory states in the integrated circuit that affect its future behavior. A function that is also suitable for this task

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geeignete Ausführungsform besteht beispielsweise darin, die extern zuzuführenden Daten über die zur Stromversorgung der Schaltungseinheit verwendeten Fotoelemente einzuspeisen. Die Schaltungseinheit kann dabei rein äußerlich den in Fig. 1a, 1b gezeigten Aufbau haben. Bei dieser Ausführungsform setzt sich das zur Beleuchtung der Fotoelemente verwendete Licht aus einem Gleichanteil und einem die Information enthaltenden Wechselanteil zusammen, so daß die mit derart moduliertem Licht bestrahlten Fotoelemente entsprechend modulierte elektrische Signale liefern. Innerhalb der integrierten Schaltung wird der Wechselanteil über bekannte elektrische Filter ausgekoppelt und als Information gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung den nachfolgenden elektronischen Schaltungen zugeführt.A suitable embodiment consists, for example, in feeding the data to be supplied externally via the photo elements used to power the circuit unit. The circuit unit can have the structure shown in Fig. 1a, 1b purely externally. In this embodiment, the light used to illuminate the photo elements is made up of a direct component and an alternating component containing the information, so that the photo elements irradiated with light modulated in this way deliver correspondingly modulated electrical signals. Within the integrated circuit, the alternating component is coupled out via known electrical filters and fed as information to the subsequent electronic circuits, if necessary after appropriate amplification.

Eine andere Möglichkeit, die Schaltungseinheit extern mit Daten zu Vorsorgen, ist in der Fig. 3 gezeigt. Die Oberfläche der Schaltungseinheit weist in diesem Fall ein gegenüber der Umgebung isolierten Bereich 26 auf - in der Fig. doppeltschraffiert angedeutet -, in dem in das Siliziumsubstrat eine zusätzliche Fotodiode integriert ist. Die Fotodiode wandelt las entsprechend der einzugebenden Information modulierte Licht in elektrische Signale um.Another possibility of externally supplying the circuit unit with data is shown in Fig. 3. In this case, the surface of the circuit unit has an area 26 that is insulated from the environment - indicated by double hatching in the figure - in which an additional photodiode is integrated into the silicon substrate. The photodiode converts the light modulated according to the information to be input into electrical signals.

Um eine Vereinfachung im Aufbau der integrierten Schaltung zu erreichen, ist bei der letztgenannten Ausführungsform eine Trennung der Lichtströme für die Energieversorgung und die Dateneingabe sinnvoll. Dies kann beispielsvzeise mit HilfeIn order to simplify the structure of the integrated circuit, it is advisable in the latter embodiment to separate the light currents for the power supply and the data input. This can be achieved, for example, with the help of

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optischer Abbildungssysteme geschehen, die die Bereiche 3, 26 getrennt beleuchten.optical imaging systems that illuminate areas 3 and 26 separately.

Eine technisch einfacher zu realisierende Möglichkeit besteht darin, die Lichtströme frequenzmäßig zu trennen. Aus der Vielzahl der Möglichkeiten, die Lichtströme frequenzmäßig zu trennen, sei nachfolgend eine Ausführungsform genannt. Dabei wird der Bereich 26 für die Dateneingabe mit einem Spektrum beleuchtet, dem der IR-Anteil fehlt, während der Bereich 3 für die Energieversorgung ausschließlich mit IR-Licht beleuchtet wird. Die Versorgung des Energiebereichs mit IR-Licht nutzt die Eigenschaft von Siliziumfotoelementen gerade in diesem Bereich besonders empfindlich zu sein, so daß auch bei Fotoelementen mit kleinen Abmaßen ein guter Wirkungsgrad erzielt werden kann. Grundsätzlich kann natürlich der Bereich für die Dateneingabe umgekehrt auch mit IR-Licht oder mit Licht eines anderen Spektralbereichs beleuchtet werden. Die empfangsseitige Trennung der Lichtströme erfolgt durch entsprechende, für den jeweiligen Lichtbereich empfindliche Detektoren. Bei Verwendung physikalisch gleichwertiger Detektoren werden die Bereiche 3, 26 durch optische Filter abgedeckt, die jeweils nur für das infrage kommende Licht durchlässig sind. In den Fig. 4a 4d ist der letztgenannte Sachverhalt schematisch skizziert. Die Fig. 4a und 4b zeigen die Spektren für die Beleuchtung der Bereiche 3 (Energieversorgung) und 26 (Dateneingabe). In den Fig. 4c und 4d sind die Dämpfungsverlaufe der für die Bereiche 3 und 26 zu verwendenden Filter gezeigt. Die frequenzmäßige Trennung der Lichtströme hat gegenüber der Trennung der Lichtströme durch optische Systeme den Vorteil, daß die Identifikationskarte im Bereich der schaltungseinheit relativ zur Größe der Schaltungseinheit großflächig bestrahlt werden kann. Eine Justierung der Beleuchtungs-A technically simpler option is to separate the light streams by frequency. From the multitude of options for separating the light streams by frequency, one embodiment is mentioned below. In this case, the area 26 for data input is illuminated with a spectrum that lacks the IR component, while the area 3 for the energy supply is illuminated exclusively with IR light. Supplying the energy area with IR light makes use of the property of silicon photoelements to be particularly sensitive in this area, so that good efficiency can be achieved even with photoelements with small dimensions. In principle, of course, the area for data input can also be illuminated with IR light or with light from another spectral range. The separation of the light streams on the receiving side is carried out by corresponding detectors that are sensitive to the respective light range. When using physically equivalent detectors, the areas 3, 26 are covered by optical filters that are only permeable to the light in question. The latter situation is schematically outlined in Fig. 4a 4d. Fig. 4a and 4b show the spectra for the illumination of areas 3 (power supply) and 26 (data input). Fig. 4c and 4d show the attenuation curves of the filters to be used for areas 3 and 26. The frequency-based separation of the light streams has the advantage over the separation of the light streams by optical systems that the identification card in the area of the circuit unit can be illuminated over a large area relative to the size of the circuit unit. Adjustment of the illumination

- 15 kegel erübrigt sich damit.- 15 cones are therefore no longer necessary.

In din bisher genannten Ausführungsbeispielen wurde die Datenausgabe mit Hilfe von Flüssigkristallelementen bewerkstelligt/ die aufgrund des sehr geringen Energiebedarfs vorteilhaft einsetzbar sind. Die Ausführungsformen erfordern jedoch aufgrund der Verknüpfung unterschiedlicher Technologien einen hybriden Aufbau der Schaltungseinheit. Werden auch die zur Datenausgabe notwendigen Elemente in das Silizium-Plättchen integriert, erhält man einen monolitischen Aufbau der Schaltungseinheit. Dies kann grundsätzlich dadurch erreicht werden, daß man für die Datenausgabe direkt in das Substrat integrierbare lichtemittierende Dioden verwendet, wobei allerdings der hohe Stromverbrauch dieser Elemente für spezielle Anwendungsbereiche nachteilig sein kann.
Eine vorteilhaftere Ausführungsform ist in der Fig. 5 gezeigt.In the previously mentioned embodiments, the data output was achieved using liquid crystal elements, which can be used advantageously due to their very low energy requirements. However, the embodiments require a hybrid structure of the circuit unit due to the combination of different technologies. If the elements required for data output are also integrated into the silicon wafer, a monolithic structure of the circuit unit is obtained. This can basically be achieved by using light-emitting diodes that can be integrated directly into the substrate for data output, although the high power consumption of these elements can be disadvantageous for specific areas of application.
A more advantageous embodiment is shown in Fig. 5.

Bei dieser Schaltungseinheit werden die Daten kapazitiv ein- bzw. auch ausgekoppelt. Dazu befinden sich auf dem Siliziumplättchen 1 aufgedampfte leitende Beläge 30, 31, die über ebenfalls aufgedampfte Leitstege (in der Fig. nicht dargestellt) mit der integrierten Schaltung 2 verbunden sind. Für die Energieversorgung sind wieder Fotoelemente 3 vorgesehen, die neben der integrierten Schaltung 2 direkt in das Siliziumplättchen integriert sind.In this circuit unit, the data is coupled in and out capacitively. For this purpose, conductive coatings 30, 31 are vapor-deposited on the silicon wafer 1, which are connected to the integrated circuit 2 via vapor-deposited conductive webs (not shown in the figure). Photoelectric elements 3 are again provided for the energy supply, which are integrated directly into the silicon wafer next to the integrated circuit 2.

Fig. 6 zeigt den Betrieb einer mit dem letztgenannten Schalkreis ausgestatteten Identifikationskarte in einem Kontrollgerät. Um die Daten eingeben bzw. aufnehmen zu können, wird auf die Identifikationskarte im Bereich der SchaltungseinheitFig. 6 shows the operation of an identification card equipped with the latter circuit in a control device. In order to be able to enter or record the data, the identification card is clicked on in the area of the circuit unit.

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eine Gegenelektrode 33 aufgesetzt, die erheblich größer sein kann als der Schaltkreis selbst. Aufgrund der Ver-a counter electrode 33 is placed, which can be considerably larger than the circuit itself. Due to the

wendung nur einer Gegenelektrode, die zudem gegenüber der Identifikationskarte relativ großflächig sein kann, ergeben sich hinsichtlich der Justierung der Karte innerhalb des Kontrollgerätes keine Probleme. Die aus lichtdurchlässigem Material bestehende Elektrode ist mit einer ebenfalls lichtdurchlässigen, jedoch leitenden Beschichtung 34 versehen, so daß das Licht der Beleuchtungsquellen 35 ungehindert auf die Fotoelemente des Schaltkreises gelangen kann. Die Kommunikation des Kontrollgeräts mit der Schaltungseinheit der Identifikationskarte erfolgt nach dem sogenannten Zeitmultiplex-Verfahren. Dabei werden Datenein- und ausgabe innerhalb definierter Zeitfenster seriell vorgenommen. Nach der Inbetriebnahme des Schaltkreises, d. h. nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach Beleuchtung der Fotoelemente, wird zunächst das Fenster für die Datenaufnahme erzeugt und die entsprechende Empfangselektrode (s. Fig. 5 beispielsweise die Elektrode 30) in Arbeitsbereitschaft gesetzt. Die Elektrode des Kontrollgerätes wirkt in dieser Phase als Sender. Innerhalb des Aufnahmefenster erzeugt die integrierte Schaltung eine Folge äquidistanter "Rasterpunkte". Erscheint innerhalb zweier Rasterpunkte ein durch eine Datensende- und empfangseinheit 36 erzeugter und an die aufgelegte Elektrode geführter Spannungsimpuls, so interpretiert die Logik des integrierten Schaltkreises das beispielsweise als logisch 1, im andern Fall, wenn also zwischen 2 Rasterpunkten kein Impuls erscheint, als logisch 0. Die Potentiale der auf den leitenden Belag 30 ge-Using only one counter electrode, which can also be relatively large compared to the identification card, there are no problems with adjusting the card within the control device. The electrode, which is made of a translucent material, is provided with a coating 34 that is also translucent but conductive, so that the light from the lighting sources 35 can reach the photo elements of the circuit unhindered. The control device communicates with the circuit unit of the identification card using the so-called time-multiplex method. Data input and output are carried out serially within defined time windows. After the circuit has been put into operation, i.e. after a defined period of time has elapsed after the photo elements have been illuminated, the window for data recording is first created and the corresponding receiving electrode (see Fig. 5, for example electrode 30) is put into operation. The electrode of the control device acts as a transmitter in this phase. Within the recording window, the integrated circuit generates a sequence of equidistant "raster points". If a voltage pulse generated by a data transmission and reception unit 36 and fed to the electrode appears within two grid points, the logic of the integrated circuit interprets this as a logic 1, for example, or in the other case, i.e. if no pulse appears between two grid points, as a logic 0. The potentials of the voltage pulses applied to the conductive coating 30

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führten Datenimpulse sind dabei gegen den auf der Unterseite des Siliziumplättchens aufgedampften und durch die geerdete Grundplatte 40 des Kontrollgerätes kapazitiv auf Bezugspotential gehaltenen Belag 31 definiert.The data pulses are defined against the coating 31 which is vapor-deposited on the underside of the silicon wafer and capacitively held at reference potential by the grounded base plate 40 of the control device.

Die Ausgabe der Daten erfolgt wie die Aufnahme der Daten nach dem oben geschilderten Prinzip, sobald wieder nach einer definierten Zeit das fenster "Datenausgabe" erzeugt worden ist. Während dieser Zeit arbeitet die aufgelegte Elektrode 33, gekoppelt mit dem leitenden Belag 30, als Empfänger. Die Datenein- und Aasgabezeiten können nach bekannten Methoden durch entsprechende Steuerinformation definiert werden, die das Kontrollgerät an die Schaltungseinheit übermittelt.The data is output in the same way as the data is recorded according to the principle described above, as soon as the "data output" window has been generated again after a defined time. During this time, the applied electrode 33, coupled with the conductive coating 30, works as a receiver. The data input and output times can be defined according to known methods by means of corresponding control information that the control device transmits to the circuit unit.

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Claims

GAO Society for Automation... Protection claims:

1. Circuit unit/ the one on a

Substrate has an integrated circuit and which, for its operation, has coupling elements for energy transmission, data output and, if necessary, data input, characterized in that all coupling elements (3, 4, 26, 30, 31) are arranged on the substrate receiving the integrated circuit.

2. Circuit unit according to claim 1, characterized in that the coupling elements are optoelectronic elements.

3. Circuit unit according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling elements for energy transmission are photo elements (3).

4. Circuit unit according to claims 1-3, characterized in that the coupling elements for data input are photodiodes (26).

5. Circuit unit according to one of the claims

1-4, characterized in that the coupling elements for data output are liquid crystal elements.

6. Circuit unit according to one of the claims

1-4, characterized in that the coupling elements for data output are light-emitting diodes.

I11 ■

7. Circuit unit according to claims 1-3, characterized in that the capacitive coupling elements for data input and output are conductive coatings (30, 31) vapor-deposited on the substrate.

8. Circuit unit according to one or more of claims 2-6, characterized in that a common optoelectronic element (3) is provided for data input and energy transmission.

9. Circuit unit according to one of claims 2-6, characterized in that separate optoelectronic elements (3, 26) arranged on one side of the substrate are provided for data input and energy transmission.

10. Circuit unit according to claim 9, characterized in that the optoelectronic elements for data input (26) respond to a specific frequency range of the radiated light and the optoelectronic elements for energy transmission (3) respond to another frequency range.