DE4212808C2 - Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Antennenschaltung für eine kontaktlose, tragbare Speichervorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung derselben

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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.
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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