DE3715199B4

DE3715199B4 - Chipkartensystem

Info

Publication number: DE3715199B4
Application number: DE19873715199
Authority: DE
Inventors: Gert Prof. Dr.Rer.Nat. Siegle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-05-07
Filing date: 1987-05-07
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2007-05-08
Also published as: DE3715199A1

Abstract

Chipkartensystem mit einer elektronischen Lese- und Schreibvorrichtung, die Spulen aufweist und mit kontaktlosen Chipkarten, die einen elektronischen Speicher aufweisen, wobei bei in die Lese- und Schreibvorrichtung eingesteckter Chipkarte eine Spule der Chipkarte einen magnetischen Kreis bildet und zur Übertragung von Betriebsenergie für den elektrischen Speicher durch eine weitere Spule der elktronischen Lese- und Schreibvorrichtung bestimmt ist und Mitteln für die kontaktlose Übertragung von Daten, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Lese- und Schreibvorrichtung (100) und die Chipkarte (100) die Übertragung von Daten und ggf. von Steuersignalen optisch vornimmt und daß zur Übertragung der Betriebsenergie und von Taktimpulsen eine Wechselspannung bestimmter Frequenz (F1) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Chipkartensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist ein Chipkartensystem mit kontaktlosen Chipkarten gemäß der DE 36 22 246 A1 bekannt, bei dem die Verbindung zwischen einem in einer Chipkarte enthaltenen elektronischen Speicher und einer Lese- und Schreibvorrichtung auf induktivem Weg erfolgt. Bei diesem Chipkartensystem enthält die Chipkarte vier Wicklungen, von denen eine erste Wicklung zum . Empfang von Betriebsenergie für den Speicher, eine zweite Wicklung zum Empfang der von dem Speicher aufzunehmenden Daten, eine dritte Wicklung zum Abgeben der in dem Speicher enthaltenen Daten an die Lese- und Schreibvorrichtung und eine vierte Wicklung für den Empfang von Betriebszustandsbefehlen bestimmt sind. Korrespondierend zu den vier Wicklungen der Chipkarte enthält die Lese- und Schreibvorrichtung ebenfalls vier Wicklungen. Aus der US-PS 4,650,981 ist eine Kreditkarte mit aktiver Elektronik bekannt geworden, bei dem der Leser und die Chipkarte induktiv miteinander gekoppelt sind. Über die induktive Kopplung wird nicht nur die Betriebsenergie übertragen, sondern auch Daten. Aus dem Artikel „Kontaktfreie Chipkarte" aus Elektronik, 4/20.02.87, S. 14 ist ebenfalls eine Chipkarte bekanntgeworden, bei der die Informationen durch magnetische Kopplung übertragen wird. Schließlich ist es aus der DE 36 39 333 A1 bekannt, eine Speicherpackungseinheit vorzusehen, bei der die Datenübertragung mit einem Schreib- und Lesegerät durch optische Kopplung erfolgt. Hierbei werden die Daten und der Takt getrennt optisch übertragen. Die Stromversorgung erfolgt durch induktive Übertragung. Die DE 34 90 220 T1 zeigt ein Verarbeiturigssystem für IC-Karten, bei welchem die Zufuhr eines Taktsignals mit einer Versorgungsenergie zu der IC-Karte unter Verwendung eines ersten magnetischen Signals mit derselben Frequenz wie der des Taktsignals bewirkt wird und dass eine in beiden Richtungen stattfindende Datenübertragung zwischen der IC-Karten und der Kartenverarbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines der Datenübertragung- und des Datenempfangs dienenden zweiten magnetischen Signals bewirkt wird, das vom ersten magnetischen Signal verschieden ist.

Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgahe der Erfindung, ein Chipkartensystem zu schaffen, bei dem die Daten- und Taktübertragung auf besonders einfache Weise erfolgt.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Einerseits ist die Zahl der magnetischen Kreise stark verringert, wobei jedoch durch die magnetischen Kreise nicht nur die Stromversorgung sichergestellt ist, sondern auch gleichzeitig ein Taktsignal für die Chipkarte gewonnen wird. Durch die optische Übertragung der Daten ist zudem eine sichere Entkopplung zwischen der magnetischen Takt- und Stromversorgung und den Daten andererseits sichergestellt, so daß gegenseitige Störungen sicher auszuschließen sind.

Durch die in den Unteransprüchen 2-5 beanspruchten Maßnahmen sind weitere Verbesserungen des Chipkartensystems gemäß dem Hauptanspruch möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die optische Übertragung mittels Infrarot-Fotodioden vorzunehmen.Infrarot-Fotodioden sind preisgünstige Massenbauelemente sowie gegen Tageslichteinfall weitgehend unempfindlich, so daß hierdwch eine besonders sichere optische Übertragung möglich wird. Es ist von besonderem Vorteil, die Taktimpulse mittels eines RC-Gliedes in der Chipkarte zu separieren. Dies ist eine besonders einfache und mit wenigen externen Bauelementen zu erreichende Trennung. Weiter ist es besonders vorteilhaft, der Wechselsspannung mit der ersten Frequenz eine zweite Frequenz zu überlagern, aus der Freigabeimpulse für den elektronischen Speicher ableitbar sind. Durch diese Maßnahme wird eneicht, daß nicht nur die Taktfrequenz und die Betriebsenergie über den magnetischen Kreis zu übertragen sind, sondern auch Freigabeimpulse, d. h. weitere Steuersignale durch die magnetische Übertragung realisierbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Ansicht einer Chipkarte,
2 eine nichtmaßstäbliche Seitenansicht einer in eine elektronische Lese- und Schreibvorrichtung eingesteckten Chipkarte,
3 ein Schaltbild einer Chipkarte und
4 ein gegenüber 3 abgewandeltes Schaltbild einer Chipkarte.
In 1 ist eine Chipkarte 10 gezeigt, die vorzugsweise aus Kunststoff besteht und in ihrem Innern einen elektronischen Speicher 11 aufweist, das ist zum Beispiel ein EEPROM-Speicherbaustein. Weiterhin enthält die Chipkarte zwei mit dem Speicher 11 verbundene Spulen 12 und 13, die als gedruckte Spulen oder auch in anderer Ausführung hergestellt sein können. Die Chipkarte ist zum Einführen in eine elektronische Lese- und Schreibvorrichtung 14 (2) bestimmt, zu der zwei Spulen 15, 16 gehören, die auf etwa C-förmigen Magnetjochen 17, 18 angeordnet sind. Die Magnetjoche bilden in einer Ebene liegende Luftspalte 19, 20, die im Bereich einer Einfuhröffnung der Lese- und Schreibvorrichtung vorgesehen sind. Bei in die Lese- und Schreibvorrichtung 14 vollständig eingeschobener Chipkarte 10 nehmen die Luftspalte 19, 20 die Spulen 12, 13 zwischen sich auf.
Nach dem Schaltbild in 3, das den elektrischen Teil der Chipkarte 10 wiedergibt, steht ein Ende der ersten Spule 12 erstens über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 30, einer Diode 31 und einem Kondensator 32 mit Masse, zweitens über ein erstes RC-Glied 33, 34 mit Masse und drittens über ein zweites RC-Glied 35, 36 ebenfalls mit Masse in Verbindung. Ein erster Abgriff 37 zwischen der Diode 31 und dem Kondensator 32 ist mit einem ersten Anschluß 38, das ist ein Gleichspannungsanschluß, ein zweiter Abgriff 39 zwischen dem Widerstand 33 und dem Kondensator 34 mit einem zweiten Anschluß 40, das ist ein Takteingang, und ein dritter Abgriff 41 zwischen dem Kondensator 36 und dem Widerstand 35 mit einem dritten Anschluß 42, das ist ein Freigabesignal-Eingang (chip select) des elektronischen Speichers 11 verbunden. Das andere Ende der Spule 12 liegt ebenso wie ein vierter Anschluß 43, das ist ein Masseanschluß, sowie ein Ende der zweiten Spule 13 auf dem Massepotential. Das andere Ende der zweiten Spule 13 ist mit einem Datenein- und -ausgang 44 des Speichers 11 verbunden.
Die Spulen 12 und 15 bilden einen ersten Magnetkreis und die Spulen 13 und 16 einen zweiten Magnetkreis.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgende.
Der erste Magnetkreis mit den Spulen 12 und 15 dient ausschließlich zur Übertragung der Betriebsenergie für den elektronischen Speicher 11 und von Steuerimpulsen, das sind erstens Taktimpulse und zweitens Freigabesignale. Die Übertragung erfolgt mittels Wechselstrom mit einer Frequenz f₁ von zum Beispiel 50 kHz. Aus der in der ersten Spule 12 der Chipkarte 10 induzierten Wechselspannung wird erstens mittels Gleichrichtung mit der Diode 31 und einer eine Gleichspannungsstabilisierung bewirkenden Zenerdiode 9, die dem Kondensator 32 parallelgeschaltet ist, die Betriebsgleichspannung U_B von zum Beispiel 5V für den Speicher 11 gewonnen. Zweitens werden von der Wechselspannung über das erste RC-Glied 33, 34 die Taktimpulse und drittens über das zweite RC-Glied 35, 36 die Freigabesignale abgeleitet. Das zweite RC-Glied wirkt als Differenzierglied für die mit einer Frequenz f₂ = k · f₁ amplitudenmodulierte Wechselspannung. Der Faktor k ist vorzugsweise = 2,5, 3,5 oder 4,5, woraus sich für f₂ = 125 kHz, 175 kHz und 225 kHz ergeben.
Eine alternative Möglichkeit zum Ableiten der Freigabeimpulse besteht darin, daß zu dem chipförmigen Speicher 11 eine Auswerteschaltung für die Frequenz f₂ gehört.
Die wechselseitige Übertragung der Daten erfolgt über den zweiten magnetischen Kreis mit den Spulen 13 und 16. Um den Aufwand an elektrischer Energie möglichst gering zu halten, geschieht das Auslesen der in dem Speicher 11 gespeicherten Daten durch Verstimmung des zweiten magnetischen Kreises, dessen Spule 16 zu diesem Zweck durch einen Kondensator 8 zu einem Schwingkreis ergänzt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht nach 4 darin, daß das Einlesen von Daten in den elektronischen Speicher 11 über eine optische Übertragungsstrecke stattfindet. Zu diesem Zweck enthält eine elektronische Lese- und Schreibvorrichtung 140 eine Fotodiode 45, die die Daten in Form eines modulierten Infrarotträgers aussendet, der bei in die Lese- und Schreibvorrichtung eingesteckter Chipkarte auf einen optoelektrischen Wandler 46 der Chipkarte 100 fällt. Der Wandler ist in der in diesem Bereich für die infraroten Lichtstrahlen durchlässigen Chipkarte 100 enthalten und liegt in Reihe mit einem Widerstand 47 zwischen dem Anschluß 38 und Masse. Ein Schaltungspunkt 48 zwischen Widerstand 47 und Wandler 46 ist mit dem Datenein- und -ausgang 44 des Speichers 11 verbunden.
In analoger Weise kann auch die Datenübertragung in umgekehrter Richtung sowie die Übertragung der Freigabesignale (chip select) und der Taktimpulse auf optischem Wege erfolgen.

Claims

Chipkartensystem mit einer elektronischen Lese- und Schreibvorrichtung, die Spulen aufweist und mit kontaktlosen Chipkarten, die einen elektronischen Speicher aufweisen, wobei bei in die Lese- und Schreibvorrichtung eingesteckter Chipkarte eine Spule der Chipkarte einen magnetischen Kreis bildet und zur Übertragung von Betriebsenergie für den elektrischen Speicher durch eine weitere Spule der elktronischen Lese- und Schreibvorrichtung bestimmt ist und Mitteln für die kontaktlose Übertragung von Daten, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Lese- und Schreibvorrichtung (100) und die Chipkarte (100) die Übertragung von Daten und ggf. von Steuersignalen optisch vornimmt und daß zur Übertragung der Betriebsenergie und von Taktimpulsen eine Wechselspannung bestimmter Frequenz (F1) vorgesehen ist.
Chipkartensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Übertragung mittels Infrarot-Fotodioden (45) erfolgt.
Chipkartensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Speicher (11) ein EEPROM-Baustein ist.
Chipkartensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulse aus der Frequenz mittels eines ersten RC-Gliedes (33, 34) der Chipkarte (100) ableitbar sind.
Chipkartensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannung mit der ersten Frequenz (F1) eine zweite Frequenz (F2) überlagert ist, aus der Freigabeimpulse (Chip Select) für den elektronischen Speicher (11) ableitbar sind.