DE10007284A1 - Chip card for contact and contactless data transfer with own voltage supply and clock with switch over between system clock and card clock - Google Patents
Chip card for contact and contactless data transfer with own voltage supply and clock with switch over between system clock and card clockInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine kontaktbehaftet oder kontaktlos arbeitende Chipkarte. Derartige Chipkarte werden in großen Stückzahlen zum Beispiel als Bankkarten, Telefonkarten, Krankenversichertenkarten, Zugangsberechtigungskarten o. dgl. eingesetzt.The invention relates to a chip card with contact or contactless operation. Such a chip card are used in large quantities for example as bank cards, telephone cards, Health insurance cards, access authorization cards or the like are used.
Der Kartenkörper solcher Chipkarten besteht aus mehreren laminierten Kunststoffolien oder einem im Spritzgußverfahren hergestellten Kartenkörper, in dem karteninterne Schaltungen, vorzugsweise als integrierte Halbleiterbausteine (IC, Chip) untergebracht sind. Der Datenaustausch mit entsprechenden Kartenlesern erfolgt dabei über eine auf der Chipkarte angeordnete Schnittstelle (elektrische Kontaktflächen oder Antennenspule). Über diese Schnittstelle wird die Chipkarte auch vom Kartenleser mit Spannung versorgt und mit dem Systemtakt beaufschlagt.The card body of such chip cards consists of several laminated plastic films or one in Injection molding process produced card body, in which card-internal circuits, preferably as Integrated semiconductor components (IC, chip) are housed. Data exchange with corresponding Card readers take place via an interface (electrical Contact surfaces or antenna coil). The chip card is also Card reader supplied with voltage and loaded with the system clock.
Aufgabe der Erfindung ist es, den tragbaren Datenträger (Chipkarte) zusätzlich zu seiner Verwendung in Verbindung mit einem Kartenleser betreibbar zu machen und somit neue Anwendungen für die Chipkarte zu erschließen.The object of the invention is to use the portable data carrier (chip card) in addition to make it operable in conjunction with a card reader and thus new applications for the To open up a chip card.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die sich daran anschließenden Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by the features of patent claim 1. The subsequent ones Subclaims relate to advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß weist die Chipkarte eine Spannungsquelle zur karteninternen Spannungsversorgung für karteninterne Schaltungen und eine Takteinrichtung zur Erzeugung eines karteninternen Systemtakts für getaktet betriebene karteninterne Schaltungen auf. Damit kann die Chipkarte unabhängig von einem Kartenleser betrieben werden, da die notwendig Spannungsversorgung sowie der Systemtakt intern zur Verfügung gestellt werden und nicht über die Schnittstelle zum Kartenleser.According to the invention, the chip card has a voltage source for supplying power to the card for internal circuits and a clock device for generating an internal card System clock for clocked operated card-internal circuits. So that the chip card can be operated independently of a card reader as the necessary power supply as well the system clock is made available internally and not via the interface to the card reader.
Darüber hinaus verfügt die Chipkarte erfindungsgemäß über eine Systemtakt-Umschalteinrichtung, die die getaktet betriebenen karteninternen Schaltungen anstelle des kartenexternen Takts mit dem karteninternen Takt beaufschlagt. Dabei schaltet die Systemtakt-Umschalteinrichtung anhand eines Signals für die kartenexterne Spannungsversorgung zwischen dem karteninternen und dem kartenexternen Systemtakt um. Die Eingänge der Systemtakt-Umschalteinrichtung sind der kartenexterne Systemtakt über die Schnittstelle zum Kartenleser und der karteninterne Systemtakt über die interne Takteinrichtung sowie im einfachsten Fall die externe Versorgungsspannung als Schaltsignal. Der Ausgang der Systemtakt-Umschalteinrichtung ist der jeweils aktive Systemtakt, mit dem dann die getaktet betriebenen karteninternen Schaltungen beaufschlagt werden. Hat der Wert der externen Versorgungsspannung einen bestimmten Schwellwert über- oder unterschritten, so schaltet die Systemtakt-Umschalteinrichtung entweder den externen Systemtakt oder den internen Systemtakt durch.In addition, the chip card according to the invention has a system clock switchover device the clocked operated card-internal circuits instead of the card-external clock with the card internal clock applied. The system clock switching device switches using a Signals for the external voltage supply between the card internal and the system clock external to the card. The inputs of the system clock switching device are the System clock external to the card reader via the interface and the system clock internal to the card the internal clock device and in the simplest case the external supply voltage as Switching signal. The output of the system cycle switching device is the currently active system cycle, with to which the clocked card-internal circuits are then applied. Has the value of external supply voltage exceeds or falls below a certain threshold, switches the system clock switching device either the external system clock or the internal system clock by.
Mit der erfindungsgemäßen Chipkarte läßt sich z. B. eine Sensor-Chipkarte realisieren, die eine zusätzliche Sensorelektronikschaltung zur Messung einer chemischen und/oder physikalischen und/oder biologischen Größe und/oder eines biometrischen Merkmals aufweist, wobei die ermittelten Meßdaten in einem Meßdatenspeicher der Chipkarte gespeichert werden. Zur Messung der vorstehend genannten Größen wird die Sensor-Chipkarte unabhängig von einem Kartenleser als Sensorkarte autark eingesetzt werden. Zur Auswertung, Abspeicherung und/oder Dokumentation können die Meßdaten dann über die Schnittstelle für den Kartenleser (kontaktbehaftet oder kontaktlos) ausgelesen werden. Hier kann in vorteilhafter Weise auf bestehende Technik und Infrastruktur zurückgegriffen werden.With the chip card according to the invention can, for. B. implement a sensor chip card, the one additional sensor electronics circuit for measuring a chemical and / or physical and / or biological size and / or a biometric feature, the determined Measurement data are stored in a measurement data memory of the chip card. To measure the above mentioned sizes, the sensor chip card is independent of a card reader as a sensor card can be used independently. For evaluation, storage and / or documentation, the Measured data are then read out via the interface for the card reader (contact or contactless) become. Here, existing technology and infrastructure can be used in an advantageous manner become.
Darüber hinaus läßt sich im Rahmen der Erfindung auch eine Chipkarte mit Tastatur und/oder Display realisieren, die das Eingeben und/oder Auslesen von Daten auch ohne einen Kartenleser mit Tastatur und Display ermöglicht.In addition, a chip card with keyboard and / or display can also be used within the scope of the invention realize the input and / or readout of data even without a card reader with keyboard and display enables.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Chipkarte einen Start- und/oder Stopschalter zum Ein- und/oder Ausschalten der internen Takteinrichtung auf. Damit wird sichergestellt, daß die verbrauchsstarke, über die interne Spannungsquelle gespeiste Takteinrichtung nur dann in Betrieb ist, wenn der karteninterne Systemtakt benötigt wird. Auf diese Weise werden die Lebensdauer oder die Aufladeintervalle der internen Spannungsquelle verlängert.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the chip card has a start and / or stop switch for switching the internal clock device on and / or off. So that will ensures that the high-consumption clock device, which is fed by the internal voltage source is only in operation when the internal system clock is required. In this way, the Lifespan or the charging intervals of the internal voltage source are extended.
Anhand der beigefügten Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Auf der Zeichnung ist ein Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Chipkarte mit ihren
Komponenten dargestellt. Die Schnittstelle für den Kartenleser ist mit (3) bezeichnet. In der
dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine kontaktbehaftet betriebene Chipkarte. Die
Schnittstelle (3) besteht in diesem Fall aus elektrischen Kontaktflächen:
Vcc für die externe Versorgungsspannung,
CLK für den externen Systemtakt,
I/O für den bidirektionalen Datenaustausch,
GND für eine galvanische Masseankopplung an den Kartenleser,
RST für ein externes Reset-Signal.
The invention will be explained in more detail below with the aid of the accompanying drawing. The drawing shows a functional diagram of a chip card according to the invention with its components. The interface for the card reader is labeled ( 3 ). In the illustrated embodiment, it is a chip card operated with contacts. In this case, the interface ( 3 ) consists of electrical contact surfaces:
Vcc for the external supply voltage,
CLK for the external system clock,
I / O for bidirectional data exchange,
GND for a galvanic ground connection to the card reader,
RST for an external reset signal.
Die Kontaktflächen dieser Schnittstelle sind über entsprechende Leitungen mit einem Microcontroller verbunden, wobei das Signal (S4) für den externen Systemtakt (CLK) über eine Systemtakt- Umschalteinrichtung (5) an den Microcontroller geführt ist. Daneben wird der von der Takteinrichtung generierte interne Systemtakt (S5) über die Systemtakt-Umschalteinrichtung (4) an den Microcontroller geführt. Ob nun der interne oder der externe Takt als aktueller Systemtakt durchgeschaltet wird, wird über die kartenexterne Versorgungsspannung (Vcc) als Schaltsignal (S6) bewirkt. Die Takteinrichtung (4) besteht aus einem Oszillator und entsprechenden Logikbausteinen. Die Spannungsversorgung der Takteinrichtung (4) erfolgt über die interne Batterie (6). Zum Einschalten der Takteinrichtung (4) verfügt die Chipkarte über einen Schalter (7). Der Schalter (7) ist vorzugsweise als Start- und/oder Stopschalter ausgelegt und mit einer Signalerzeugungsschaltung (8) zum Erzeugen von Einschalt- und/oder Ausschaltsignalen (S1, S2, S3) verbunden. Ein einmaliger Tastendruck für, eine Zeitdauer kleiner als 5 Sekunden erzeugt ein Einschaltsignal (S3) für die interne Takteinrichtung (4) und für den Microcontroller. Ein einmaliger Tastendruck für eine Zeitdauer länger als 5 Sekunden erzeugt ein Resetsignal (S1) für den Microcontroller. Ein zweimaliger Tastendruck ("Doppelklick") mit einem Pausenintervall von kleiner 1 Sekunde erzeugt ein Stopsignal (S2) für den Microcontroller, wodurch dieser dann vorzugsweise in einen Energiesparmodus geschaltet wird. Durch den Microcontroller wird dann auch über eine Verzögerungsschaltung (9) die interne Takteinrichtung (4) ausgeschaltet. Durch diese Verzögerung ist sichergestellt, daß der interne Takt niemals ausgeschaltet wird bevor nicht der Microcontroller sich im Energiesparmodus befindet. Im Energiesparmodus des Microcontrollers werden lediglich noch die Daten im RAM über die Batterie als Puffer (6) gespeichert.The contact surfaces of this interface are connected to a microcontroller via corresponding lines, the signal (S4) for the external system clock (CLK) being led to the microcontroller via a system clock switchover device ( 5 ). In addition, the internal system clock (S5) generated by the clock device is fed to the microcontroller via the system clock switchover device ( 4 ). Whether the internal or the external clock is switched through as the current system clock is effected via the external supply voltage (Vcc) as a switching signal (S6). The clock device ( 4 ) consists of an oscillator and corresponding logic modules. The clock device ( 4 ) is powered by the internal battery ( 6 ). The chip card has a switch ( 7 ) for switching on the clock device ( 4 ). The switch ( 7 ) is preferably designed as a start and / or stop switch and connected to a signal generating circuit ( 8 ) for generating switch-on and / or switch-off signals (S1, S2, S3). A single button press for a period of less than 5 seconds generates a switch-on signal (S3) for the internal clock device ( 4 ) and for the microcontroller. A single press of the button for a period longer than 5 seconds generates a reset signal (S1) for the microcontroller. A double push of a button ("double click") with a pause of less than 1 second generates a stop signal (S2) for the microcontroller, as a result of which the microcontroller is then preferably switched to an energy-saving mode. The internal clock device ( 4 ) is then also switched off by the microcontroller via a delay circuit ( 9 ). This delay ensures that the internal clock is never switched off until the microcontroller is in energy-saving mode. In the energy-saving mode of the microcontroller, only the data in the RAM are saved via the battery as a buffer ( 6 ).
Der Microcontroller verfügt über einen Festwertspeicher vom Typ ROM und einen flüchtigen Speicher vom Typ RAM. Darüber hinaus kann der Microcontroller noch über einen nichtflüchtigen, programmierbaren Speicher vom Typ EEPOM verfügen. In der dargestellten Ausführungsform wird ein Microcontroller verwendet, in dem ein Analog-Digitalwandler integriert ist. Der Analog-Digital- Wandler dient der Umwandlung von analogen Meßgrößen (S8) einer auf der Chipkarte ebenfalls angeordneten Sensorelektronik (2). Für die interne Spannungsversorgung ist eine Batterie (6) als Spannungsquelle vorgesehen, die über entsprechende Leitungen (S7) die einzelnen Schaltungen der Chipkarte intern mit Spannung und Strom versorgt.The microcontroller has a read-only memory of the type ROM and a volatile memory of the type RAM. In addition, the microcontroller can still have a non-volatile, programmable EEPOM memory. In the embodiment shown, a microcontroller is used in which an analog-digital converter is integrated. The analog-digital converter is used to convert analog measured variables (S8) of sensor electronics ( 2 ) also arranged on the chip card. A battery ( 6 ) is provided as the voltage source for the internal voltage supply and supplies the individual circuits of the chip card internally with voltage and current via corresponding lines (S7).
Im ROM und/oder EEPROM des Microcontrollers ist neben dem Betriebssystem und dem Kommunikationsprogramm für den Kartenleser auch noch das Meßdatenerfassungsprogramm für die Daten der Sensorelektronik (2) untergebracht. In addition to the operating system and the communication program for the card reader, the ROM and / or EEPROM of the microcontroller also houses the measurement data acquisition program for the data from the sensor electronics ( 2 ).
Abschließend soll die Handhabung der erfindungsgemäßen Chipkarte in der Ausführungsform als Sensor-Chipkarte beschrieben werden: Der Benutzer der Karte, beispielsweise ein Mitarbeiter eines Analyselabors, der mit der Gewässeranalyse beauftragt ist und mit der Sensorkarte Messungen durchführen möchte, startet durch einmaliges Drücken der Taste (7) die interne Takteinrichtung (4) und aktiviert den Microcontroller (1). Da an der Systemtakt-Umschalteinrichtung (5) keine externe Versorgungsspannung (Vcc) anliegt, d. h. der Wert der entsprechenden Signalleitung (S6) unterhalb eines bestimmten Schwellwertes (z. B. 3 V oder 5 V) liegt, schältet die Umschalteinrichtung (5) den internen Systemtakt an den Microcontroller durch. Der Microcontroller (1) schaltet nun seinerseits die Sensorelektronik (2) ein, wozu diese mit der Batteriespannung (S7) beaufschlagt wird. Nun ist die Sensorkarte bereit für entsprechende Messungen. Durch einen "Doppelklick" auf die Taste (7) wird die Sensorkarte deaktiviert. Die Meßwerte bleiben jedoch gespeichert und können später über die Kartenleser-Schnittstelle ausgelesen werden, worin der große Vorteil einer Sensor-Chipkarte zu sehen ist. Zum Auslesen der gespeicherten Daten wird die Sensor-Chipkarte dann mit ihrer Kartenleser- Schnittstelle in den Wirkbereich eines Kartenlesers gebracht. Die Aktivierung und Spannungsversorgung des Microcontrollers erfolgt nun über die Standard-Kartenschnittstelle. Dabei erkennt die Systemtakt-Umschalteinrichtung (4) das Vorliegen der externen Versorgungsspannung (Vcc, S6) und schaltet dementsprechend den externen Systemtakt (CLK) an den Microcontroller durch. Nun können die Meßdaten aus der Sensor-Chipkarte ausgelesen werden.Finally, the handling of the chip card according to the invention in the embodiment as a sensor chip card is to be described: the user of the card, for example an employee of an analysis laboratory who is responsible for water analysis and wants to carry out measurements with the sensor card, starts by pressing the button ( 7 ) the internal clock device ( 4 ) and activates the microcontroller ( 1 ). Since there is no external supply voltage (Vcc) on the system clock switching device ( 5 ), i.e. the value of the corresponding signal line (S6) is below a certain threshold value (e.g. 3 V or 5 V), the switching device ( 5 ) switches the internal system clock to the microcontroller. The microcontroller ( 1 ) in turn now switches on the sensor electronics ( 2 ), for which purpose the battery voltage (S7) is applied. The sensor card is now ready for appropriate measurements. The sensor card is deactivated by "double-clicking" the button ( 7 ). However, the measured values remain stored and can be read out later via the card reader interface, which is the great advantage of a sensor chip card. To read out the stored data, the sensor chip card is then brought into the effective range of a card reader with its card reader interface. The microcontroller is now activated and supplied with power via the standard card interface. The system clock switching device ( 4 ) detects the presence of the external supply voltage (Vcc, S6) and accordingly switches the external system clock (CLK) through to the microcontroller. The measurement data can now be read out from the sensor chip card.
Claims (12)
- - eine Spannungsquelle (6) zur karteninternen Spannungsversorgung für karteninterne Schaltungen (1, 2, 45, 8),
- - eine Takteinrichtung (4) zur Erzeugung eines karteninternen Systemtakts (S5) für getaktet betriebene karteninterne Schaltungen (1) und
- - eine Systemtakt-Umschalteinrichtung (5), die die getaktet betriebenen karteninternen Schaltungen (1) anstelle des kartenexternen Systemtakts (CLK, S4) mit dem karteninternen Systemtakt (S5) beaufschlagt,
- - A voltage source ( 6 ) for internal voltage supply for internal circuits ( 1 , 2 , 45 , 8 ),
- - A clock device ( 4 ) for generating an internal system clock (S5) for clocked operated internal circuits ( 1 ) and
- a system clock switching device ( 5 ) which acts on the clock-operated card-internal circuits ( 1 ) instead of the card-external system clock (CLK, S4) with the card-internal system clock (S5),
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