DE4212808C2 - Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenschaltung, die
für eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung vorgese
hen ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer der
artigen Antennenschaltung.
Unter den tragbaren Speichervorrichtungen, wie z. B. inte
grierte Schaltungen aufweisende Karten bzw. IC-Karten, wur
den in den letzten Jahren auch kontaktlose bzw. kontaktfreie
tragbare Speichervorrichtungen verwendet, die
Signale unter Verwendung von Raum-Übertragungsmedien,
z. B. von elektromagnetischen Wellen oder von Licht, aus
tauschen können. Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau einer
derartigen kontaktlosen Speichervorrichtung. Ein Festwert
speicher bzw. ROM 2 sowie ein Speicher mit wahlfreiem Zu
griff bzw. RAM 3 sind über einen Bus 8 an eine Zentralein
heit bzw. CPU 1 angeschlossen, die zur Betriebssteuerung der
Speichervorrichtung dient. Eine zur Steuerung der Eingabe
von Daten von sowie der Ausgabe von Daten zu einem (nicht
gezeigten) externen Gerät dienende Eingabe/Ausgabe-Steuer
schaltung 4 ist gleichfalls an den Bus 8 angeschlossen. Eine
Antennenschaltung 6 ist über eine Modulator/Demodulator
bzw. Modem-Schaltung 5 an die Eingabe/Ausgabe-Steuerschal
tung 4 angeschlossen. Zur Stromversorgung der einzelnen, in
der Speichervorrichtung vorgesehenen elektrischen Schaltun
gen ist ferner eine Batterie 7 in der Speichervorrichtung
vorgesehen.
In einer derartigen Speichervorrichtung wird ein über die
Antennenschaltung 6 von einem externen Gerät, wie z. B. einem
Terminal, in Form einer elektromagnetischen Welle empfange
nes Befehlssignal von der Modem-Schaltung 5 demoduliert und
daraufhin der CPU 1 über die Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung
4 zugeführt. Die CPU 1 entschlüsselt bzw. decodiert das Be
fehlssignal und erzeugt ein vorbestimmtes Antwortsignal.
Dieses Antwortsignal wird der Modem-Schaltung 5 über die
Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 4 zugeführt, welche dieses
Signal moduliert. Das modulierte Signal wird schließlich aus
der Antennenschaltung 6 zu einem jeweiligen externen Gerät
übertragen bzw. gesendet.
Bei einer in der Praxis verwendeten, in Fig. 4 schematisch
gezeigten Speichervorrichtung sind die CPU 1, das ROM 2, das
RAM 3, die Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 4, die Modem-
Schaltung 5 sowie der Bus 8 in einer einzigen integrierten
Schaltung bzw. IC 9 ausgebildet, wobei dieses IC 9 und die
Batterie 7 auf einem Karten-Substrat 10 befestigt sind. Die
Antennenschaltung 6, die mit einem externen Gerät Signale
unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle austauscht,
weist eine Spule 62, die eine Induktivität L besitzt und aus
einem leitfähigen, spiralförmig auf dem Umfangsabschnitt
bzw. Peripheriebereich des Karten-Substrats 10 ausgebilde
ten Muster 61 besteht, sowie einen Kondensator 63 auf, der
eine Kapazität C besitzt und gleichfalls auf dem Karten-Sub
strat 10 ausgebildet ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 7
bildet die Zusammenschaltung der Spule 62
und des Kondensators 63 einen LC-Parallelschwingkreis, der
immer dann eine Spannung induziert, wenn er eine elektroma
gnetische Welle mit einer Frequenz empfängt, die nahe der
Resonanzfrequenz liegt. Der Empfang wird durchgeführt, indem
diese induzierte Spannung erfaßt wird. In diesem Fall wird
die Frequenz der mittels der Antennenschaltung 6 empfangba
ren elektromagnetischen Wellen durch die Resonanzfrequenz f₀
= 1/{2π(L·C)1/2} des LC-Parallelschwingkreises bestimmt.
Gemäß vorstehender Erläuterung ist die Spule 62 der An
tennenschaltung 6 auf dem Umfangsabschnitt des Karten-
Substrats 10 in Form eines leitfähigen Musters ausgebildet.
Demzufolge wird die Induktivität L der Spule 62 während der
Herstellung des Karten-Substrats 10 festgelegt, wobei eine
Änderung des Werts der Induktivität L nach der Herstellung
unmöglich ist. Aus diesem Grund ist eine derartige Anten
nenschaltung immer dann nicht verwendbar, wenn sich die zum
Signalaustausch verwendete Trägerfrequenz ändert. Darüber
hinaus kann die Anpassung der Resonanzfrequenz nach der
Herstellung des Karten-Substrats 10 nicht in ausreichendem
Maße durchgeführt werden.
Aus der DE 38 24 870 A1 ist eine IC-Karte bekannt,
die eine Antennenschaltung und eine Speichervorrichtung
aufweist. Die Antennenschaltung besteht aus mindestens zwei
spiralförmigen, in unterschiedlichen Verdrahtungsschichten
der IC-Karte angebrachten Spulen.
In der DE 35 90 698 C2 ist eine Erkennungsmarke zur
Identifizierung von Objekten beschrieben, die eine Anzahl
von Resonanzkreisen enthält. Die Resonanzkreise bestehen
aus flachen Spulen und flachen Kondensatoren auf einer iso
lierenden dünnen Unterlage. Eine Abstimmung der Resonanz
kreise auf neue Resonanzfrequenzen kann beispielsweise
durch Stanzen von Löchern in die Spulen oder Kondensatoren
erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Speicher
vorrichtung zu schaffen, bei der die Anpassung der Reso
nanzfrequenz auch nach der Herstellung der einzelnen Schal
tungskomponenten auf einem Substrat leicht durchführbar
ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angege
benen Merkmalen gelöst.
Weiterhin wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Her
stellung einer derartigen Antennenschaltung für eine kon
taktlose, tragbare Speichervorrichtung gemäß Patentanspruch
5 beschrieben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä
her erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 anhand einer schematischen Draufsicht eine Spule
einer ersten Ausführungsform einer Antennenschaltung für
eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung;
Fig. 2 einen Schaltplan zur Erläuterung des Schaltungs
aufbaus einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Antennenschaltung;
Fig. 3 anhand eines Blockschaltbilds eine herkömmliche
kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung;
Fig. 4 anhand einer Draufsicht die mechanische Struktur
der in Fig. 3 gezeigten kontaktlosen, tragbaren Speichervor
richtung; und
Fig. 5 ein Schaltbild der Antennenschaltung der in Fig.
3 gezeigten kontaktlosen, tragbaren Speichervorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Spule 11 einer ersten Ausführungsform ei
ner erfindungsgemäßen Antennenschaltung für eine kontakt
lose, tragbare Speichervorrichtung gezeigt. Es sei darauf
hingewiesen, daß Fig. 1 lediglich eine schematische Darstel
lung der Spule 11 zeigt; in der Praxis ist die Spule 11 näm
lich auf einem Umfangsabschnitt bzw. Peripheriebereich eines
Karten-Substrats ausgebildet, während gemäß der Darstellung
in Fig. 4 im Inneren bzw. Zentrum der Spule 11 eine inte
grierte Schaltung bzw. IC und weitere Komponenten, wie bspw.
eine Batterie, angeordnet sind. Die Spule 11 weist eine
Hauptspule 12 auf, die aus einem leitfähigen Spiralmuster
besteht, das in drei Windungen auf dem Substrat in der Weise
ausgebildet ist, daß sich seine Größe bzw. sein Durchmesser
mit fortschreitender Annäherung an das Zentrum verringert.
Auf dem Substrat ist ein erstes Feineinstellungs- bzw. An
passungsmuster 13 ausgebildet, das dazu dient, einen Bereich
D, an dem die erste Windung - von einem Endbereich A der
Hauptspule 12 her gesehen - die zweite Windung schneidet,
mit dem anderen Endbereich B der Hauptspule 12 zu verbinden.
Auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats ist ein zwei
tes Anpassungsmuster 14 ausgebildet, das dazu dient, einen
Bereich E, an dem die dritte Windung - vom Endbereich der
Hauptspule 12 her gesehen - endet, mit dem anderen Endbe
reich B der Hauptspule 12 zu verbinden. Das zweite Anpas
sungsmuster 14 ist mit der Hauptspule 12 über Durchgangslö
cher 16 elektrisch verbunden. Auf der rückseitigen Oberflä
che des Substrats ist ein drittes Anpassungsmuster 15 ausge
bildet, das dazu dient, einen Bereich F, an dem die dritte
Windung - vom Endbereich A der Hauptspule 12 her gesehen -
endet, mit dem anderen Endbereich B der Hauptspule 12 zu
verbinden. Dieses Anpassungsmuster 15 ist mit der Hauptspule
12 über Durchgangslöcher 16 elektrisch verbunden.
Die Anzahl der zur Ausbildung der Spule 11 benötigten Win
dungen kann zwischen eins und drei dadurch gewählt werden,
daß diese drei Anpassungsmuster 13 bis 15 an einer Durch
trennungs- bzw. Schneidelinie L1, L2 oder L3 mit Ausnahme
eines Anpassungsmusters durchtrennt wer
den. Wenn bspw. das Anpassungsmuster 13 verbunden bleibt,
während die anderen Anpassungsmuster 14 und 15 durch
trennt werden, wird eine Spule 11 mit lediglich einer einzi
gen Windung gebildet. In ähnlicher Weise wird eine zwei Win
dungen aufweisende Spule 11 dann gebildet, wenn das Muster
14 verbunden bleibt. Schließlich führt eine Aufrechterhal
tung der Verbindung des Anpassungsmusters 15 zu einer Spule
11, die drei Windungen aufweist.
Allgemein gilt zwischen der Induktivität L der Spule und der
Anzahl der Windungen der Spule die durch die Gleichung
L = a·N² ausgedrückte Beziehung, in der a eine Konstante be
zeichnet, die durch die Form der Spule festgelegt ist. Die
Induktivität L der Spule 11 kann daher durch Ändern der An
zahl der Windungen der Spule 11 eingestellt werden.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 4 und 5 ist mit dem Endbe
reich A der Spule 11 ein Kondensator mit einer Kapazität C
verbunden. Dieser Kondensator und die Spule 11 bilden zusam
men einen LC-Parallelschwingkreis, der als Antennenschaltung
dient. Bei dieser Antennenschaltung ist es selbst nach der
Ausbildung der Schaltungskomponenten auf dem Substrat mög
lich, eine Änderung der Trägerfrequenz sowie eine Anpassung
der Resonanzfrequenz auf einfache Weise vorzunehmen, indem
eine geeignete Auswahl unter den Anpassungsmustern 13 bis 15
vorgenommen wird.
Eine derartige Antennenschaltung wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird auf dem Umfangsabschnitt des Substrats die aus dem spiralförmigen leitförmigen Muster bestehende Hauptspule 12 ausgebildet, während gleichzeitig die Anpassungsmuster zur jeweiligen Verbindung der Bereiche D bis F der Hauptspule 12 mit dem Endbereich B ausgebildet werden. An schließend werden die Anpassungsmuster 13 bis 15 mit Aus nahme desjenigen Musters durchtrennt, mittels dem die je weils gewünschte Induktivität erhalten wird. Das Durchtren nen der Anpassungsmuster wird bspw. durchgeführt, indem das jeweilige Muster mit einem Laserstrahl belichtet oder mit Hilfe von Sand oder chemischer Ätzung durchtrennt wird. An schließend wird der Kondensator mit dem Endbereich A der Hauptspule 12 verbunden, um einen Schwingkreis zu bilden. Das Verbinden des Kondensators mit dem Endbereich A der Hauptspule 12 kann noch vor dem Durchtrennen der Anpassungs muster durchgeführt werden.
Zunächst wird auf dem Umfangsabschnitt des Substrats die aus dem spiralförmigen leitförmigen Muster bestehende Hauptspule 12 ausgebildet, während gleichzeitig die Anpassungsmuster zur jeweiligen Verbindung der Bereiche D bis F der Hauptspule 12 mit dem Endbereich B ausgebildet werden. An schließend werden die Anpassungsmuster 13 bis 15 mit Aus nahme desjenigen Musters durchtrennt, mittels dem die je weils gewünschte Induktivität erhalten wird. Das Durchtren nen der Anpassungsmuster wird bspw. durchgeführt, indem das jeweilige Muster mit einem Laserstrahl belichtet oder mit Hilfe von Sand oder chemischer Ätzung durchtrennt wird. An schließend wird der Kondensator mit dem Endbereich A der Hauptspule 12 verbunden, um einen Schwingkreis zu bilden. Das Verbinden des Kondensators mit dem Endbereich A der Hauptspule 12 kann noch vor dem Durchtrennen der Anpassungs muster durchgeführt werden.
Obwohl in Fig. 1 eine Hauptspule 12 gezeigt ist, die drei
Windungen aufweist, ist die Anzahl der Windungen der Spule
selbstverständlich nicht auf diese Zahl beschränkt. In einer
tatsächlich verwendeten Schaltung weist eine derartige
Hauptspule vielmehr mehrere zehn Windungen auf. Im Hinblick
darauf ist die Anzahl der Anpassungsmuster nicht auf die
Zahl drei beschränkt, es können vielmehr vier-oder noch mehr
Anpassungsmuster ausgebildet werden.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsge
mäßen Antennenschaltung. Ein Ende einer eine Induktivität L
aufweisenden Spule 22 ist mit einem Ende eines eine Kapazi
tät C aufweisenden Kondensators 23 verbunden, um dadurch
einen LC-Schwingkreis zu bilden. Die Spule 22 ist in Form
einer Solenoid-Spule ausgebildet. Bereiche P, Q und R, die
jeweils einer vorbestimmten Anzahl von Windungen entspre
chen, sind mit einem Ende eines jeweils zugeordneten Schal
ters S1, S2 bzw. S3 verbunden. Die anderen Enden dieser
Schalter S1, S2 und S3 sind miteinander verbunden und bilden
auf diese Weise das andere Ende der Spule 22.
Durch Einschalten eines dieser Schalter S1, S2 und S3 und
durch gleichzeitiges Ausschalten der jeweils anderen Schal
ter ist es möglich, die Anzahl der Windungen der Spule 23
unter drei verschiedenen Werten zu wählen. Das heißt, durch
Änderung des einzuschaltenden Schalters kann die Anzahl von
Windungen der Spule 22 geändert werden. Demzufolge kann die
Induktivität des Schwingkreises eingestellt werden.
Diese zweite Ausführungsform der Erfindung kann dadurch im
plementiert werden, daß auf ähnliche Weise wie bei der in
Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform eine aus einem spi
ralförmigen leitfähigen Muster bestehende Spule sowie eine
Vielzahl von Einstellungsmustern auf dem Umfangsabschnitt
des Substrats ausgebildet werden und daß daraufhin ein
Schalter zum Ein- und Ausschalten des Anpassungsmusters für
jedes Anpassungsmuster vorgesehen wird.
Die Schalter S1, S2 und S3 können analoge Halbleiter-Schal
ter sein. Die Anzahl der Schalter ist gleichfalls nicht auf
drei beschränkt.
Bei der zweite Ausführungsform kann das Ein- und Ausschal
ten der Schalter S1, S2 und S3 durch ein Steuersignal einer
(nicht gezeigten) Zentraleinheit bzw. CPU gesteuert werden,
welche Teil der kontaktlosen, tragbaren Speichervorrichtung
ist. Demzufolge kann die maßgebliche Induktivität der Spule
22 in einem Anwendungsprogramm durch das die CPU steuernde
Programm geändert werden.
Claims (5)
1. Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Spei
chervorrichtung, wobei die Antennenschaltung unter Verwen
dung elektromagnetischer Wellen Signale mit einem externen
Gerät austauscht und folgendes aufweist:
- a) eine Spule (11) auf einem Substrat der kontaktlo sen, tragbaren Speichervorrichtung mit spiralförmigem leit fähigem Muster,
- b) eine Vielzahl von Anpassungsmustern (13, 14, 15), von denen jedes einen einer gewünschten Anzahl von Windun gen der Spule (11) entsprechenden Bereich (D, E, F) des leitfähigen Musters mit einem Ende (B) der Spule (11) elek trisch verbindet, wobei die Vielzahl der Anpassungsmuster (13, 14, 15) mit Ausnahme eines einzigen Anpassungsmusters durchtrennt sind, um gewünschte Induktivitäts-Eigenschaften zu erhalten, und
- c) einen mit der Spule (11) zur Bildung eines Schwingkreises verbundenen Kondensator
2. Antennenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß eines der Anpassungsmuster (13) auf derselben
Substratseite wie das spiralförmige Muster und die übrigen
Anpassungsmuster (14, 15) auf der anderen Substratseite an
geordnet sind.
3. Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Spei
chervorrichtung, wobei die Antennenschaltung unter Verwen
dung elektromagnetischer Wellen Signale mit einem externen
Gerät austauscht und folgendes aufweist:
- a) eine Spule (22) auf einem Substrat der kontaktlo sen, tragbaren Speichervorrichtung mit spiralförmigem leit fähigem Muster,
- b) eine Vielzahl von Schaltern (S1, S2, S3), von de nen jeder elektrisch zwischen jeweils einen einer gewünsch ten Anzahl von Windungen der Spule (22) entsprechenden Be reich (Q, P) des leitfähigen Musters und ein Ende der Spule (22) geschaltet ist, und
- c) einen an das andere Ende der Spule (22) zur Bil dung eines Schwingkreises angeschlossenen Kondensator.
4. Antennenschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schalter als Halbleiter-Analogschalter
(S1, S2, S3) ausgebildet sind.
5. Verfahren zur Herstellung einer Antennenschaltung für
eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung, wobei das
Verfahren folgende Schritte umfaßt:
- a) Ausbilden einer Spule (11) mit einem spiralförmi gen leitfähigen Muster (12) auf einem Substrat;
- b) Ausbilden einer Vielzahl von Anpassungsmustern (13, 14, 15) auf dem Substrat, von denen jedes einen der gewünschten Anzahl von Windungen der Spule (11) entspre chenden Bereich des leitfähigen Musters (12) elektrisch mit einem Ende (B) der Spule (11) verbindet,
- c) Durchtrennen der Vielzahl von Anpassungsmustern (13, 14, 15) mit Ausnahme eines einzigen Anpassungsmusters, um die gewünschten Induktivitäts-Eigenschaften zu erhalten; und
- d) Verbinden eines Kondensators mit dem anderen Ende (A) der Spule (11), um einen Schwingkreis zu bilden.
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