WO1996018973A1 - Kontaktfreie informationsübertragung von chipkarten - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a chip card according to the preamble of patent claim 1.
  • Chip cards (combination chip cards, hybrid cards) are known from DE 39 35 364, which can exchange energy and data with their end devices (read / write devices) both in a contactless manner and in contact. These cards can be used for multiple applications such as telephone cards, health cards, access control cards.
  • the invention has for its object to improve the contactless transmission of information from the card to a card reading station.
  • FIG. 1 schematically shows a coil (4) which is connected with its outputs (10) to the electronic circuit (11).
  • the outputs (13) of the electronic circuit (11) are connected to contact surfaces (2) in the contact field (1) by a dashed line (12).
  • Fig. 2 shows schematically a coil (4) which is connected with its outputs (10) to the electronic circuit (11).
  • a capacitor (3) is connected with its outputs via switches (8) either to contacts (7) or (6).
  • the switch positions of the switch (8) are determined by the electronics (11), which is symbolized by the dashed lines (9).
  • the contacts (6) represent taps on the coil (4).
  • the contacts (7) represent contacts to the electronics (11), which according to the patent serve to electrically charge the capacitor (3).
  • Claim 1 describes the use of the metal contact surfaces (2) of a conventional chip card as antenna elements for transmitting information. If the contact surfaces (2) are used as capacitors in an open resonant circuit, they emit electrical fields parallel to the plane of their surface. Their use as antenna elements thus also represents their use as electrical capacities. If the contact areas (2) are changed in time by an electronic circuit (11) applied voltages, electromagnetic waves are emitted from the contact surfaces. The shorter the times of the voltage change at the contact surfaces (2), the greater the frequency of the emitted electromagnetic wave. When a square wave voltage pulse is applied, the frequencies of the emitted waves are determined by the rise angle (fall angle) of the pulse, the amplitude by the height of the pulse.
  • a wave can thus be sent via the contacts into the surrounding space, which can be detected remotely.
  • the emitted wave can have frequencies which are far enough from the frequencies which are transmitted to the coil (4) by conventional methods, such as are described, for example, in the ISO 10536 standard. Mutual influencing of the waves is thus minimized.
  • the connection of an electronic circuit (11) with the contacts (2) is described.
  • the circuit (11) is located in the chip card and gains energy from the alternating field of the coil (4). Part of this energy is applied by the electronics (11) to one or more of the contacts (2) for the purpose of contactless transmission of information.
  • the energy can be obtained from an oscillating circuit and can thus be supplied to the contacts (2) indefinitely. Short-term voltage pulses can also be applied, as described for claim 1.
  • a capacitor (3) in the card or in a part of the circuit (11) which serves as an energy store and as a discharge capacitor.
  • the capacitor (3) is connected to the contacts of the circuit (11) by means of an electronically controlled switch (8).
  • the circuit (11) there can be, for example, a rectifier circuit which obtains a DC voltage from the AC voltages at the coil outputs (4). This DC voltage can be used to charge the capacitor (3) via the contacts (7) become.
  • the amount of charge (according to the capacitance of the capacitor) can be increased, which is used for the contactless transmission of information.
  • the information can be emitted via the contacts (2) or the coil (4) in an open resonant circuit.
  • the coil (4) acts at its outputs (10) like a voltage transformer for multiplying a voltage which is applied to the contacts (6) and changes over time. This multiplied voltage is used to increase the performance of a contactless transmission.
  • the circuit (11) connects the capacitor (3) to parts of the coil (4) via the contacts (6).
  • the resulting short-circuit current of the capacitor (3) in one part of the coil (4) leads to induced voltages in the other parts of the coil.
  • the ratio of the number of turns in the partial coil with its contacts (6) to the number of turns in the coil (4) determines the increase in the voltage at the coil outputs (10).
  • the voltage applied by the capacitor (3) to the contacts (6) is present at the outputs (10) of the coil (4).
  • the circuit (11) controls the optional connection of the capacitor for recharging via the contacts (7) or for discharging via the contacts (6).

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Abstract

Es werden Nutzungen von Chipkartenkontakten in elektronischen Schaltungen beschrieben. Durch die Nutzung der Kontakte (2) als Kondensatoren oder Antennen können Kontakte als Elemente kontaktfreier Übertragung genutzt werden.

Description

Kontaktfreie Informationsübertragung von Chipkarten.
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Chipkarte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind Chipkarten (Kombinationschipkarten, Hybridkarten) aus der DE 39 35 364 bekannt, welche sowohl kontaktfrei als auch kontaktbehaftet mit ihren Endgeräten (Schreib/Lesegeräten) Energie und Daten austauschen können. Diese Karten können für vielfache Anwendungen wie beispiels¬ weise Telefonkarten, Gesundheitskarten, Zutrittskontrollkarten eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das kontaktfreie Übertragen von Informationen von der Karte zu einer Karteniesestation zu verbessern.
Karten, wie sie in dem internationalen Standard ISO 10536 beschrieben sind, sollen Informationen nur über sehr kleine Distanzen übertragen kön- nen und zum Betrieb in einen Leser eingeschoben oder auf einen Leser aufgelegt werden. Sie werden Nahbereichskarten bezeichnet. Für Fernbe¬ reichskarten, welche über Entfernungen bis zu 100 cm Informationen über¬ tragen können, ist mit einer Standardisierung (ISO 14 443) im Herbst 1994 begonnen worden. Ein fertiger Standard ist nach allgemeiner Erfahrung in einigen Jahren zu erwarten.
Vom Markt werden standardisierte Karten nachgefragt, welche in den viel¬ fach installierten Kontaktkartenlesern genutzt werden können und welche zusätzlich das Übertragen von Informationen über Entfernung zulassen. In eine solche Karte könnten über die Kontakte gemäß Patent DE 39 35 364 Informationen geladen werden und über die kontaktfreie Strecke könnten die Informationen ausgelesen werden. Ist eine solche Karte streng nach ISO-Normen aufgebaut, kommt nur eine Nahbereichskarte gemäß ISO 10536 infrage, d.h. die Karte muß auch beim kontaktfreien Auslesen in ei¬ nen Leser gesteckt oder auf den Leser aufgelegt werden. Beim schnellen Identifizieren der Karte an U-Bahnstationen, an Firmeneingängen, etc. würden sich durch die benötigten Zeiten zum Einstecken und Auslesen der Karten Warteschlangen ergeben. Somit besteht die erfinduπgsgemäße Aufgabe, eine Karte streng nach Norm zu konzipieren, welche zusätzlich über größere Entfernungen Informationen überträgt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale ge- löst.
FIG. 1 zeigt schematisch eine Spule (4), welche mit ihren Ausgängen (10) an die elektronische Schaltung (11 ) angeschlossen ist. Die elektronische Schaltung (11 ) ist mit ihren Ausgängen (13) per gestrichelter Linie (12) an Kontaktflächen (2) im Kontaktfeld (1 ) angeschlossen.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Spule (4), welche mit ihren Ausgängen (10) an die elektronische Schaltung (11 ) angeschlossen ist. Ein Kondensator (3) wird mit seinen Ausgängen über die Schalter (8) wahlweise an die Kontak- te (7) oder (6) angeschlossen. Die Schaltstellungen des Schalters (8) wer¬ den von der Elektronik (11 ) bestimmt, was durch die gestrichelten Linien (9) symbolisiert ist. Die Kontakte (6) stellen Abgriffe an der Spule (4) dar. Die Kontakte (7) stellen Kontakte zur Elektronik (11 ) dar, welche patent¬ gemäß dazu dienen, den Kondensator (3) elektrisch zu laden.
Zu Anspruch 1 :
Anspruch 1 beschreibt die Nutzung der metallenen Kontaktflächen (2) einer herkömmlichen Chipkarte als Antennenelemente zum Übertragen von In¬ formation. Werden die Kontaktflächen (2) als Kapazitäten in einem offenen Schwingkreis genutzt, strahlen sie elektrische Felder parallel zur Ebene ihrer Oberfläche ab. Ihre Nutzung als Antennenelemente stellt somit gleichzeitig eine Nutzung als elektrische Kapazitäten dar. Werden an die Kontaktflächen (2) durch eine elektronische Schaltung (11) zeitlich verän- derliche Spannungen angelegt, werden elektromagnetische Wellen von den Kontaktflächen abgestrahlt. Je kürzer die Zeiten der Spannungsverän¬ derung an den Kontaktflächen (2), desto größer ist die Frequenz der ab¬ gestrahlten elektromagnetischen Welle. Bei Anlegen eines Rechteckspan- nungsimpulses werden die Frequenzen der abgestrahlten Wellen von dem Anstiegswinkel (Abfallwinkel) des Impulses, die Amplitude von der Höhe des Impulses bestimmt. Bei geeignetem Aufbau der Schaltung (11 ) kann somit eine Welle über die Kontakte in den umgebenden Raum gesandt werden, die entfernt nachgewiesen werden kann. Die abgestrahlte Welle kann Frequenzen haben, die weit genug von den Frequenzen entfernt sind, welche zur Spule (4) nach üblichen Methoden übertragen werden, wie sie beispielsweise in dem Standard ISO 10536 beschrieben sind. Somit ist ei¬ ne gegenseitige Beeinflussung der Wellen minimiert.
Zu Anspruch 2:
Es wird die Verbindung einer elektronische Schaltung (11 ) mit den Kontak¬ ten (2) beschrieben. Die Schaltung (11) befindet sich in der Chipkarte und gewinnt Energie aus dem Wechselfeld der Spule (4). Ein Teil dieser Ener¬ gie wird von der Elektronik (11 ) an einen oder mehrere der Kontakte (2) zwecks kontaktfreier Übertragung von Information anlegt. Die Energie kann aus einem Schwingkreis bezogen werden und somit zeitlich unbegrenzt den Kontakten (2) zugeführt werden. Es können auch kurzzeitige Span¬ nungspulse angelegt werden, wie es zu Anspruch 1 beschrieben ist.
Zu Anspruch 3:
Es wird ein Kondensator (3) in der Karte oder in einem Teil der Schaltung (11) beschrieben, der als Energiespeicher und als Entladungskondensator dient. Zum Speichern von Energie wird der Kondensator (3) per elektro¬ nisch gesteuerter Schalter (8) an die Kontakte der Schaltung (11) ange- schlössen. In der Schaltung (11) kann beispielsweise eine Gleichrichter¬ schaltung vorhanden sein, welche aus den Wechselspannungen an den Spulenausgängen (4) eine Gleichspannung gewinnt. Diese Gleichspan¬ nung kann zum Laden des Kondensators (3) über die Kontakte (7) benutzt werden. Durch die Nutzung eines Kondensators zur Energiespeicherung kann die Ladungsmenge (gemäß der Kapazität des Kondensators) erhöht werden, welche zur kontaktfreien Übertragung von Information genutzt wird. Die Information kann über die Kontakte (2) oder die Spule (4) in ei- nem offenen Schwingkreis abgestrahlt werden.
Zu Anspruch 4:
Es wird beschrieben, wie die Spule (4) an ihren Ausgängen (10) wie ein Spannungstransformator zum Vervielfachen einer an den Kontakten (6) an- gelegten, zeitlich veränderlichen Spannung wirkt. Diese vervielfachte Spannung wird zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer kontaktfreien Übertragung genutzt wird. Die Schaltung (11 ) schließt den Kondensator (3) an Teile der Spule (4) über die Kontakte (6) an. Der dadurch erzeugte Kurzschlußstrom des Kondensators (3) in einem Teil der Spule (4) führt zu induzierten Spannungen in den anderen Teilen der Spule. Das Verhältnis der Anzahl der Windungen in der Teilspule mit ihren Kontakten (6) zu der Anzahl der Windungen in der Spule (4) bestimmt die Erhöhung der Span¬ nung an den Spulenausgängen (10). Die vom Kondensator (3) an den Kontakten (6) angelegte Spannung liegt nach einer Verzögerungszeit ver- größert an den Ausgängen (10) der Spule (4) an. Die Schaltung (11 ) steu¬ ert das wahlweise Verbinden des Kondensators zum Nachladen über die Kontakte (7) oder zum Entladen über die Kontakte (6).
Zu Anspruch 5: Es wird beschrieben, wie die Zeitpunkte des kontaktfreien Übertragens von Informationen von der Chipkarte zu einem Leser bestimmt werden. Die Zeitpunkte sind identisch mit denen, welche standardisierte Chipkarten nach genormtem Verfahren zum kontaktfreien Übertragen von Information von der Karte zum Leser nutzen. Damit ergibt sich der Vorteil, daß eine in der Karte erzeugte kontaktfreie, standardisierte Übertragung von Informa¬ tionen auch gleichzeitig Informationen nach den vorstehenden Ansprüchen erzeugt. Ein Karte gemäß den Ansprüchen kann also in Übereinstimmung mit dem internationalen Standard aufgebaut sein und zusätzlich Informa- tionen gemäß den Patentansprüchen übertragen. Durch die Nutzung des Standards wird auch der Aufbau von Geräten zum Empfangen der kontakt¬ frei übertragenen Information vereinfacht.

Claims

Ansprüche:
1. Chipkarte mit Kontaktflächen und zusätzlichn Spulen zum Empfang von Energie und zum Senden und Empfangen von Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der metallenen Kontaktflächen (2) als Antennenele¬ mente zum kontaktfreien Übertragen von Information an einen Leser, und als Kondensatorflächen zur Bildung eines Schwingkreises mit den Spulen zum Senden und Empfangen der informationen genutzt werden.
2. Chipkarte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Schaltung (11 ) in der Karte Energie aus dem Wech¬ selfeld einer Spule (4) gewinnt und einen Teil dieser Energie an einen oder mehrere der Kontakte (2) anlegt.
3. Chipkarte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (3) in der Karte oder in einem Teil der Schaltung (11 ) über einen elektronisch gesteuerten Schalter (8) wahlweise über Kontakte (6) an Abgriffe der Spule (4) zum Entladen, oder an die Schal- tung (11 ) zum Laden angeschlossen werden kann, und daß das wechselweise Anschließen an die Kontakte (6) der Spule (4) dem kontaktfreien Übertragen von Informationen dient.
4. Chipkarte nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) an ihren Ausgängen (10) wie ein Spannungstransformator zum Vervielfachen einer an den Kontakten (6) angelegten, zeitlich ver¬ änderlichen Spannung wirkt, und diese vervielfachte Spannung von der Schaltung (11 ) zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer kontaktfreien Übertragung genutzt wird. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Zeitpunkte des kontaktfreien Übertragens von Informationen von der Chipkarte zu dem Leser den Zeitpunkten entsprechen, bei welchen eine standardisierte Chipkarte nach einem genormtem Verfahren Informatio¬ nen kontaktfrei von der Karte zum Leser überträgt.
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