DE69834607T2

DE69834607T2 - Radiofrequenzsignaldetektor für kontaktlose IC-Karte

Info

Publication number: DE69834607T2
Application number: DE69834607T
Authority: DE
Inventors: Andrew Roberts; Frederic Subbiotto; Nathalie Donat
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: DE69834607D1; EP0903688A1; JP3065586B2; EP0903688B1; FR2768875A1; US6152373A; FR2768875B1; JPH11168416A

Description

Die Erfindung betrifft kontaktlose Chipkarten, in denen die Übertragung binärer Daten zwischen einer Benutzungsvorrichtung und der Karte mittels Hochfrequenz durchgeführt wird, und insbesondere eine Schaltung in solchen Karten zur Erfassung einer solchen Hochfrequenzübertragung, um mit Exaktheit zu bestimmen, dass es sich um eine solche Übertragungsart handelt.
Es ist bekannt, in den kontaktlosen Chipkarten die binären Daten der Benutzervorrichtung an die Karte mithilfe eines Signals mit einer Trägerfrequenz von zum Beispiel 13,56 MHz zu übertragen, dass in seiner Amplitude durch die binären Ziffern des Übertragungscodes moduliert ist.
Solche Chipkarten funktionieren nur dann korrekt, wenn sie sehr schnell und mit Sicherheit erkennen, dass die Benutzervorrichtung mittels Hochfrequenzsignalen kommuniziert, um sich auf den Betriebsmodus einzustellen, der für diesen Signaltyp ausgelegt ist.
Diese Erkennung erfolgt mithilfe einer elektronischen Vorrichtung in der Bauweise, die durch das Schema in 1 beschrieben wird.
Diese Vorrichtung umfasst:

– eine Erfassungsschaltung 10 von Hochfrequenzsignalen, die durch eine Resonanzschaltung gebildet wird, welche eine Antennenschleife umfasst, die durch eine Wicklung 20 und einen Kondensator Co in Parallele verkörpert ist. Diese Schaltung 10 liefert ein Signal V_AC, dessen Verlauf durch das Diagramm der 2a angegeben ist:
– eine Gleichrichtungs- und Filterungsschaltung 12, die aus einer Brücke aus vier Dioden 22 gebildet wird, der ein Kondensator C₁ folgt, welcher ein gleich gerichtetes Ganzwellensignal V_DC liefert, dessen Verlauf durch das Diagramm der 2b angegeben ist,
– einen Widerstand 14, und
– eine Vergleicherschaltung 16, die die Potentiale V_DC und V_DD an den Anschlussklemmen des Widerstands 14 vergleicht.

Die Vergleicherschaltung 16 liefert auf ihrem Ausgangsanschluss ein Signal V_RF, welches das Vorhandensein von Hochfrequenzsignalen mit binärer Amplitudenmodulation angibt. Dieses Signal V_RF zeigt dem Mikrokontroller 50 an, dass das an die Karte übertragene Signal ein Hochfrequenzsignal ist.
Das Dokument EP-A-0 791 706 beschreibt eine Gleichrichterschaltung. Sie umfasst einen ersten und zweiten Transistor, die ein erstes Transistorenpaar bilden, das den Spannungsabfall zwischen der Masse und dem Substrat des Transponders minimiert. Ein dritter und ein vierter Transistor bilden ein zweites Transistorenpaar, das den Spannungsabfall zwischen der maximalen Amplitude der Wechselspannung und der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung minimiert. Die Transistorenpaare werden durch wechselnde Eingangssignale gesteuert. Eine Reihenregelschaltung entkoppelt das erste und zweite Transistorenpaar von kapazitiven Ladungen der Transponderschaltung.
Die Erfindung hat zum Ziel, einen Detektor für das Vorhandensein von Hochfrequenzsignalen für eine kontaktlose Chipkarte gemäß den Ansprüchen zu schaffen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels deutlich, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen erfolgt, in welchen:
1 ein Funktionsschema eines Detektors von Hochfrequenzsignalen gemäß des Standes der Technik ist,
2a und 2b Diagrammen von Signalen bestimmter Punkte des Schemas aus 1 sind,
3 ein Funktionsschema eines Detektors von Hochfrequenzsignalen für eine Chipkarte gemäß der Erfindung ist,
4 ein Schema einer der Schaltungen 28 oder 30 der 3 ist, und
5 ein Schema des Phasendetektors 26 aus 3 ist.
In den verschiedenen Figuren geben gleiche Bezugszeichen identische Elemente an.
Die 1 und 2 wurden in der Einleitung beschrieben, um den Stand der Technik zu würdigen und werden nicht nochmals beschrieben.
Ein Detektor gemäß der Erfindung ist durch die Elemente der 3 schematisch dargestellt. Er umfasst:

– eine Erfassungsschaltung 10 des durch eine Benutzervorrichtung der Chipkarte (nicht dargestellt) übertragenen Signals, die jeweils die Signale V_AC1 und V_AC0 an die Endpunkte AC1 und AC0 einer Wicklung 22 liefert,
– eine Erfassungsschaltung 24 für das Vorhandensein von Hochfrequenzsignalen, an welche die Signale V_AC1 und V_AC0 angelegt sind.

Es sei angemerkt, dass die V_AC1 und V_AC0 auch an andere Schaltungen der Chipkarte angelegt werden können, insbesondere an eine Gleichrichtungsschaltung 12 gemäß dem Schema aus der 1 oder auch an eine Erarbeitungsschaltung der Versorgungsspannung der Chipkarte aus der erhaltenen Hochfrequenzenergie.
Die Erfassungsschaltung 24 umfasst:

– eine Schaltung zur Erfassung einer Phasenverschiebung 26, deren zwei Eingangsanschlüsse jeweils an zwei Endpunkten AC1 und AC0 der Wicklung 20 angeschlossen sind und deren Ausgangsanschluss an einen ersten Eingangsanschluss der drei Eingangsanschlüsse einer UND-Schaltung 32 angeschlossen ist,
– einen ersten Detektor 28 für Hochfrequenzsignale, dessen Eingangsanschluss an den Endpunkt AC1 der Wicklung 20 angeschlossen und dessen Ausgangsanschluss an den zweiten Eingangsanschluss der UND-Schaltung 32 angeschlossen ist,
– einen zweiten Detektor 30 für Hochfrequenzsignale, dessen Eingangsanschluss an den Endpunkt AC0 der Wicklung 20 angeschlossen ist und dessen Ausgangsanschluss an den dritten Eingangsanschluss der UND-Schaltung 32 angeschlossen ist,
– die UND-Schaltung 32, deren drei Eingangsanschlüsse wie oben angegeben angeschlossen sind und deren Ausgangsanschluss ein Signal über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Hochfrequenzsignals liefert.

Der Ausgangsanschluss der UND-Schaltung 32 kann direkt an den Mikrokontroller der Chipkarte angeschlossen sein, um diesem anzuzeigen, dass es sich um eine Übertragung von binären Daten durch Hochfrequenz handelt oder nicht, oder kann an einen ersten Eingangsanschluss einer UND-Schaltung 34 angeschlossen sein, deren anderer Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss des Vergleichers 16 des Schemas aus 1 angeschlossen ist.
Die Schaltung zur Erfassung einer Phasenverschiebung 26 ist tatsächlich ein Detektor einer Phasenopposition zwischen den Signalen V_AC1 und V_AC0, der eine ODER-Exklusiv-Schaltung 36 (5) umfasst, deren zwei Eingangsanschlüsse jeweils die Signale V_AC1 bzw. V_AC0 empfangen. Er liefert ein Signal, wenn sich die beiden Signale V_AC1 oder V_AC0 in Phasenopposition befinden.
Ein Kondensator 38 ist zwischen der Versorgungsspannung V_DD und dem Ausgangsanschluss der ODER-Exklusiv-Schaltung 36 angeschlossen, um die Effekte der Phasenmodifikationen von geringer Amplitude zwischen den Signalen V_AC1 und V_AC0 zu filtern.
Das gefilterte Signal wird an eine Rückstellschaltung in Form zum Beispiel von zwei Inverterschaltungen 46 und 48 angelegt.
Jede Erfassungsschaltung 28 oder 30 umfasst:

– eine Inverterschaltung 40, deren Eingangsanschluss an einen Endpunkt AC1 oder AC0 der Wicklung 20 des entsprechenden Detektors angeschlossen ist,
– eine Diode 42, deren Anode an den Ausgangsanschluss der Inverterschaltung 40 angeschlossen ist,
– einen Kondensator C₂, dessen Anschluss an die Kathode der Diode 42 angeschlossen ist und dessen anderer Anschluss an die Masse angeschlossen ist,
– einen Widerstand R₂, der parallel auf dem Kondensator C₁ angebracht ist, und
– eine Wippenschaltung 44, die unter der Bezeichnung "Trigger de Schmidt" bekannt ist, deren Eingangsanschluss an dem Gemeinschaftspunkt des Widerstands R₁, des Kondensators C₁ und der Kathode der Diode 42 angeschlossen ist.

Die Inverterschaltung 40 und der Trigger de Schmit werden durch die Versorgungsspannung V_DD versorgt.
In jeder Erfassungsschaltung 28 oder 30 gemäß dem Schema aus 4 hat die Inverterschaltung den Zweck, das Signal mit Trägerfrequenz f in ein rechteckiges Amplitudensignal V_DD derselben Frequenz umzuwandeln. Die Diode 42 verhindert die Entladung des Kondensators C₂, wenn sich der Ausgangsanschluss der Inverterschaltung 40 auf dem Potential der Masse befindet. Der Kondensator C₂ und der Widerstand R₂ bilden eine Integrationsschaltung mit einer Entladung durch den Widerstand R₂ hindurch.
Die Spannung an dem Eingangsanschluss des Trigger de Schmit 44 erhöht sich in gleichem Maße wie sich die Frequenz f des Signals erhöht. Folglich müssen sein Schwellenwert für das Wippen und die Werte der Bauteile C₂ und R₂ so gewählt werden, dass die Signale eine höhere Frequenz als ein bestimmter erfasster Wert haben und die Kippung durchführen.
Die Erfindung wurde anhand eines Detektors beschrieben, der eine Schaltung zur Erfassung einer Phasenverschiebung 26 und zwei Hochfrequenzdetektoren 28 und 30 umfasst, deren Ausgangssignale in den Logikschaltungen 32, 36 kombiniert werden.
Dennoch kann ein solcher Detektor auch funktionieren, wenn er nur gewissen Elemente aufweist:

– einen Einzeldetektor 28 oder 30,
– die beiden Einzeldetektoren 28 und 30, was die Sicherheit der Erfassung gegenüber einem Einzeldetektor verbessert,
– einen Einzeldetektor 28 oder 30 mit dem Detektor für eine Phasenopposition,
– schließlich die beiden Detektoren 28 und 30 und den Detektor für die Phasenopposition, wie das mit Bezug auf 3 beschrieben ist.

Ferner können die unterschiedlichen Bauweisen mit der Schaltung des Standes der Technik aus 1, wie sie oben angegeben ist, kombiniert werden.
Figurenbeschreibung
1

ART ANTERIEUR = STAND DER TECHNIK

2a

Zéro = Null

2b

Zéro = Null

Claims

Detektor für das Vorhandensein von Hochfrequenzsignalen für eine kontaktlose Chipkarte, mit einer Wicklung für eine Empfangsantenne (10), um die Signale mit der Trägerfrequenz f zu erfassen, die durch eine Benutzungsvorrichtung für die Chipkarte gesendet werden, und wenigstens einer Erfassungsschaltung (28, 30) für das Vorhandensein von Signalen mit der Trägerfrequenz f, deren Eingangsanschluss mit einem Ende (AC1, AC0) der Antennenwicklung (10) verbunden ist; – dadurch gekennzeichnet, dass dieser ferner umfasst: – eine Gleichrichtungs- und Filterungsschaltung (12), die an die Enden (AC1, AC0) der Antennenwicklung angeschlossen ist; – eine Schaltung (26) zur Erfassung einer Phasenverschiebung, die zwei Eingangsanschlüsse aufweist, die jeweils an die Enden (AC1, AC0) der Antennenwicklung (20) angeschlossen sind, wobei die Schaltung zur Erfassung der Phasenverschiebung auf ihrem Ausgangsanschluss ein Signal bereit stellt, wenn sich die auf den Eingangsanschlüssen vorhandenen Signale in Phasenopposition befinden, und – eine Logik-UND-Schaltung (32), die wenigstens zwei Eingangsanschlüsse aufweist, von denen einer mit dem Ausgangsanschluss der Schaltung (26) zur Erfassung einer Phasenverschiebung verbunden ist und der andere mit dem Ausgangsanschluss einer der Erfassungsschaltungen (28 oder 30) verbunden ist.
Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsschaltung (28 oder 30) umfasst: – eine Inverterschaltung (40), deren Eingangsanschluss mit einem Ende (AC1, AC0) der Antennenwicklung (20) verbunden ist, – eine Diode (42), deren Anode mit dem Ausgangsanschluss der Inverterschaltung (40) verbunden ist, – eine Integrationsschaltung mit einem Kondensator (C2) und einem Widerstand (R2) in Parallele, von denen einer der gemeinsamen Punkte mit der Kathode der Diode (42) verbunden ist, und – eine Wippenschaltung (44), deren Eingangsanschluss mit der Kathode der Diode (42) verbunden ist, wobei die Wippenschaltung den Zustand ändert, wenn die Ladungsspannung, die vom Kondensator (C2) erreicht wird, größer als ein bestimmter Schwellenwert ist.
Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (26) zur Erfassung einer Phasenverschiebung umfasst: – eine ODER-EXKLUSIV-Schaltung mit zwei Eingangsanschlüssen, die jeweils an die Enden (AC1, AC0) der Antennenwicklung (20) angeschlossen sind, und – einen Kondensator (38), der an den Ausgangsanschluss der ODER-EXKLUSIV-Schaltung angeschlossen ist.