UA52666C2 - Портативний пристрій для передачі даних і кріпильний елемент - Google Patents

Abstract

Винахід стосується портативного пристрою для передачі електричних сигналів або даних на пристрій зчитування-запису з носієм даних (2), у якому вбудована електронна схема з пристроєм запису даних, а також з елементом зв'язку (3), підпорядкованим електронній схемі (3), розташованим або закріпленим у заданому положенні у просторі відносно електронної схеми. Носій даних (2) та елемент зв'язку (3) виконані як окремі складові частини, які можна застосовувати незалежно одна від одної. Носій даних є безконтактною чіп-карткою з індукційною котушкою, вбудованою в корпус чіп-картки, електрично зв’язаною з електронною схемою. Передбачений кріпильний елемент (4), розміри якого принаймні частково узгоджені з зовнішніми розмірами носія даних (2), який, по-перше, підтримує носій даних (2), а, по-друге, - елемент зв'язку (3) у заданому положенні відносно носія даних (2).

Description

Винахід стосується портативного пристрою для передачі даних згідно з обмежувальною частиною п.1 формули винаходу, а також кріпильного елемента для кріплення елемента зв'язку для носія даних згідно з обмежувальною частиною п.8 формули винаходу.

Можливості застосування чіп-карток, які зазвичай мають формат кредитної картки, завдяки високій функціональній гнучкості є надзвичайно різноманітними і постійно зростають у зв'язку зі збільшенням обчислювальної потужності та об'ємом пам'яті інтегральних схем, що є у розпорядженні. Поряд з типовими сьогодні галузями застосування таких чіп-карток як карток страхування на випадок захворювання, карток реєстрації часу роботи за змінним графіком, телефонних карток тощо, у майбутньому передбачаються, зокрема, варіанти застосування у електронних системах здійснення платіжних операцій, контролю доступу до ЕОМ, для роботи з пристроями пам'яті із захистом від несанкціонованого доступу та ін. У залежності від способу зв'язку з терміналом або пристроєм зчитування-запису розрізняють чіп-картки з контактами і так звані безконтактні чіп-картки. У чіп-картках з контактами утворення контакту забезпечується за допомогою металічного контактного поля з контактним елементом, що зазвичай відповідає вимогам стандарту ІБО.

Крім того, існують безконтактні чіп-картки, що крім технічних переваг у порівнянні з чіп-картками з контактами, пропонують нові цікаві можливості застосування для виробників та користувачів карток. Так, наприклад, безконтактні чіп-картки не треба обов'язково вставляти у зчитувач карток; існують системи, що функціонують на відстані більше кількох метрів. Перспективною галуззю застосування є, наприклад, системи пасажирських сполучень на короткі відстані, за допомогою, яких протягом найкоротшого часу необхідно зареєструвати найбільшу можливу кількість осіб. Крім інших переваг, безконтактні картки відрізняються тим, що на їхній поверхні не видно жодних технічних елементів, так що оптичну конфігурацію поверхні картки не обмежують магнітні смуги або контактні поверхні. Недоліки безконтактних чіп-карток, які сьогодні є у розпорядженні, полягають, насамперед, у наявності додаткових конструктивних елементів, наприклад, котушок передачі або пластин конденсаторів, що мають бути вбудовані у картку. Крім того, вартість електронних елементів, потрібних у безконтактній чіп-картці для безконтактної передачі електричних сигналів на пристрій зчитування-запису, є вищою. У принципі, для цього придатні схеми, що дозволяють передавати сигнал за допомогою мікрохвиль, оптичних сигналів, ємнісного або індуктивного зв'язку, причому у зв'язку з плоскою формою чіп-картки найбільш придатними до застосування є ємнісний та індуктивний зв'язок. Сьогодні у більшості безконтактних карток передача здійснюється за допомогою індуктивного зв'язку, що дозволяє передавати як дані, так і енергію. Так, у корпус картки вбудовується одна або кілька індукційних котушок, що належним чином контактують зі схемою, що знаходиться у напівпровідниковому чіпі. Передача електричних сигналів здійснюється за принципом трансформатора зі слабким зв'язком, причому несуча частота знаходиться, наприклад, у діапазоні від 100 до З0ОкГц або кількох МГц, зокрема, радіочастота дорівнює 13,56МГц. Для цього необхідні індукційні котушки, площа поверхні яких зазвичай дорівнює 30 - 40см?7, що значно перевищує загальну основну площу напівпровідникового чіпа, яка має порядок близько 10мм, причому індукційна котушка зазвичай має плоску конструктивну форму і складається лише з кількох витків. Зазвичай напівпровідникові елементи монтуються у вигляді готових модулів або безпосередньо як чіпи на вироблену способом травлення котушку. Потім чіп-модуль, що є окремим конструктивним елементом, разом з індукційною котушкою запресовується у корпус для виготовлення чіп-картки, причому для вирівнювання товщини картки при припресуванні як плівки Іпіей використовуються проміжні плівки з перфораціями. Можливі варіанти розташування і конструкції індукційних котушок визначаються, по-перше, заданою максимальною монтажною висотою чіп-картки, що відповідає вимогам стандарту ІБО і дорівнює 840мкм, а, по-друге, заданою згинальною жорсткістю згідно з вимогами стандарту ІБО, і, таким чином, максимально досяжною щільністю магнітного струму. При цьому важливою характеристикою безконтактних чіп-карток є дальність дії, тобто максимальна відстань між чіп-карткою та пристроєм зчитування-запису, у межах якої гарантується бездоганна передача даних. Незалежно від параметрів пристрою зчитування-запису, максимально можлива дальність дії залежить насамперед від припасування індукційної котушки у межах чіп-картки до напівпровідникового чіпа, а також від ефективної площі індукційної котушки, що виконує функції антени, причому поверхня котушки, природно, обмежується заданими розмірами чіп-картки.

З європейського патенту ЕР-А-0 691 625 відома портативна радіочастотна оболонка для чіп-картки згідно з обмежувальною частиною п.ї7 формули винаходу, причому ця оболонка має вбудовану схему мікроконтролера з живленням від батареї, за допомогою якої можна здійснювати безконтактну передачу даних з чіп-картки на пристрій зчитування. Обмін даними між чіп-карткою і вбудованою в оболонку схемою мікроконтролера відбувається за допомогою ємнісного зв'язку через пластини конденсатора, електроживлення чіп-картки забезпечується за допомогою індукційної схеми з феритовим осердям.

З патенту Німеччини ОЕ-А-44 01 089 відома захисна оболонка для безконтактних чіп-карток, у якій чіп- картка вставляється у плоску, зокрема прямокутну оболонку, і принаймні частина поверхонь, що охоплюють картку, є електропровідною. Захисна оболонка дозволяє перешкодити несанкціонованому доступу до чіп-картки.

В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для безконтактної чіп-картки, за допомогою якого можна поліпшити надійність процесу зчитування або запису під час проведення безконтактною чіп- карткою вздовж пристрою зчитування-запису, а також підвищити максимально можливу відстань для зчитування або запису.

Це завдання вирішується за допомогою портативного пристрою передачі даних згідно з п.1 формули винаходу, а також кріпильного елемента згідно з п.3 формули винаходу.

Згідно з винаходом передбачено, що носій даних є безконтактною чіп-карткою з індукційною котушкою, вбудованою у корпус чіп-картки, електрично з'єднаною з електронною схемою, а елемент зв'язку виготовлений з магнітного матеріалу індукційної котушки. Магнітний матеріал може бути феритним матеріалом, інтегрованим у кріпильний елемент, що утворює з ним суцільну деталь, причому поряд з класичними феритними матеріалами можна застосовувати інші придатні для цього магнітні матеріали, наприклад, рідкісноземельні, а саме титанат барію та ін. У разі застосування таких феритів для підвищення щільності магнітного струму індукційної котушки, розташованій у чіп-картці, згідно з винаходом немає потреби в обов'язковому дотриманні вимог стандарту ІЗО щодо згинальної жорсткості чіп-картки; навпаки, при розміщенні феритних матеріалів безпосередньо у чіп-картці задана згинальна жорсткість, що відповідає вимогам стандарту І5О, зазвичай не досягається.

Завдяки винаходу можна досягти кількох переваг порівняно з вже відомими безконтактними чіп- картками. По-перше, можна оптимізувати елемент зв'язку, що посилює антенний ефект під час безконтактної передачі електричних сигналів на пристрій зчитування-запису, незалежно від заданої конструкції чіп-картки, стосовно досягнення найбільшої можливої відстані під час процесу зчитування або запису. Так, монтажна висота елемента зв'язку може становити, наприклад, до кількох міліметрів, що відкриває можливості для застосування феритного матеріалу як елементу зв'язку, завдяки чому наприклад, при безконтактному процесі контролю доступу користувача поліпшується надійність зчитування, і можна значно збільшити максимальну відстань під час процесу зчитування По-друге, кріпильний елемент з елементом зв'язку можна використовувати довільно часто, і, наприклад після того, як картку буде утилізовано після використання, застосовувати знову.

У переважному варіанті реалізації винаходу може бути передбачено, щоб кріпильний елемент був виконаний у вигляді оболонки для носія даних, і носій даних принаймні частково вміщався у нього. При цьому оболонка у будь-якому разі може використовуватись як захист для безконтактної чіп-картки, а також як оздоблення або як носій реклами. Крім того, оболонку можна виготовляти з прозорого або принаймні частково прозорого матеріалу, зокрема з пластмаси, завдяки чому під час введення носія даних в оболонку можна бачити надписи, що нанесені на носій даних.

Далі перевага полягає у тому, що елемент зв'язку стаціонарно фіксується на кріпильному елементі а кріпильний елемент і носій даних мають таку конструкцію або розташовані таким чином, що утворюють механічне з'єднання, причому їх можна роз'єднати. Таким чином, у разі введення носія даних у кріпильний елемент або закріплення на ньому гарантується належна позиція елемента зв'язку відносно електронної схеми, що не перешкоджає зручному з'єднанню або роз'єднанню носія даних і елемента зв'язку у разі необхідності.

Інший переважний варіант втілення винаходу відрізняється тим, що кріпильний елемент виготовлений з пластмаси, а елемент зв'язку, зокрема у формі магнітних частинок інтегрованих у пластмасі розміщений всередині кріпильного елемента. У такому разі кріпильний елемент також може відповідати стандартним вимогам щодо згинальної жорсткості чіп-карток.

В особливо переважному варіанті реалізації винаходу передбачається, що кріпильний елемент має конструкцію у вигляді футляра, який принаймні частково вміщує у себе носій даних, причому цей футляр складається з нижньої пластини і верхньої пластини, що принаймні частково закриває нижню пластину, що обпирається на край нижньої пластини за допомогою опорного пристрою. При цьому опорний пристрій може бути виконаний як дистанційний елемент у вигляді літери "О" та/або у формі окремих, розподілених вздовж краю нижньої пластини на відстані одна від одної дистанційних перемичок. У такій конструкції елемент зв'язку може бути розміщений або з одного боку всередині тільки однієї бокової стінки у заданій позиції паралельно до чіп-картки, або, для подальшого підвищення антенного ефекту, з обох боків відносно чіп-картки всередині кріпильного елемента.

Інші ознаки, переваги та доцільні рішення винаходу випливають з наведеного нижче опису прикладів конструктивного виконання за допомогою креслень. На них зображено:

Фіг1 - схематичний загальний вид портативного пристрою для передачі даних з носієм даних(безконтактною чіп-карткою) і кріпильним елементом, що підтримує елемент зв'язку, згідно з варіантом реалізації винаходу;

Фіг.2 - схематичний переріз пристрою для передачі даних згідно з іншим варіантом реалізації винаходу, а також

Фіг.3 - схематичний переріз ще одного пристрою для передачі даних згідно з іншим варіантом реалізації винаходу.

Приклади реалізації винаходу, наведені на фіг - З, стосуються портативного пристрою для безконтактної передачі електричних сигналів або даних на стаціонарний пристрій зчитування-запису(не зазначений на кресленні), з носієм даних 2 у формі звичайної безконтактної чіп-картки і елементом зв'язку

З з магнітного матеріалу. Безконтактна чіп-картка 2 складається з пластмасового корпусу 11, що має формат кредитної картки, всередині якого розташовані електронна схема, побудована на напівпровідниковому чіпі, з пристроєм для запису даних, та індукційна котушка, що електрично зв'язана зі схемою, причому витки індукційної котушки при використанні максимальної площі чіп-картки 2, яка майже відповідає зовнішнім розмірам корпусу картки 11, мають відповідні видовження. Технологія виготовлення такої безконтактної чіп-картки 2 з вбудованою індукційною котушкою і напівпровідниковим чіпом відома спеціалістам, тому немає потреби у детальному її поясненні.

Згідно з винаходом, передбачений кріпильний елемент 4, розміри якого принаймні частково узгоджені з зовнішніми розмірами носія даних 2, причому цей кріпильний елемент підтримує, по-перше, носій даних 2, а, по-друге, - елемент зв'язку З у заданому положенні відносно носія даних 2. Елемент зв'язку З постійно закріплений у кріпильному елементі 4 або розташований на ньому. У переважних варіантах втілення винаходу згідно з фіг.1 - З кріпильний елемент 4 представляє собою захисну оболонку для безконтактної чіп-картки у вигляді футляра, який майже повністю(фіг.1 та 2) або повністю (фіг.3) вміщує у себе носій даних 2, причому цей футляр складається з нижньої пластини 5 та верхньої пластини 6, яка принаймні частково закриває нижню пластину 5, причому ця верхня пластина обпирається на край нижньої пластини за допомогою опорного пристрою 7, причому цей опорний пристрій 7 виконаний як дистанційний елемент у вигляді літери ,Ш". Дистанційний елемент 7 у вигляді літери ,О", наприклад, приклеюється по краю нижньої пластини 5, і підтримує верхню пластину 6, наклеєну на дистанційний елемент таким чином, що верхня пластина б утримується на певній відстані від нижньої пластини 5. Кріпильний елемент 4, зазначений на фіг.1 - 3, таким чином, за допомогою опорного пристрою 7 закривається з трьох боків і залишається відкритим лише з одного боку. Оптично прозора у залежності від обставин нижня пластина 5 і верхня пластина б виконані відповідно з еластичної пластмаси, що витримує значні механічні навантаження і дотримує постійної форми, наприклад з полікарбонату або поліефіру. Загальна товщина верхньої пластини 6, що також складається з кількох окремих пластинок, становить, наприклад, від 0,25 до 2мм. Товщина опорного пристрою 7 підбирається таким чином, що забезпечується легке введення носія даних 2 у кріпильний елемент 4, тобто, наприклад, дещо більше 840мкм. Замість дистанційного елемента 7 у вигляді літери І", в іншому, не показаному детальніше, прикладу реалізації винаходу, опорний пристрій також можна виконувати у вигляді окремих розподілених по краю нижньої пластини 5 дистанційних перемичок, причому у цьому разі кріпильний елемент 4 з трьох боків закривається не повністю, а утворюється зазор між верхньою пластиною 6 та нижньою пластиною 5, так що введення носія даних 2 у кріпильний елемент 4 додатково полегшується. В іншому, також не показаному детальніше, варіанті конструкції кріпильного елемента згідно з винаходом нижня пластина 5 виконана з того самого матеріалу, що і верхня пластина. Такий кріпильний елемент може мати, наприклад, просту конструкцію, яка полягає у тому, що верхня пластина, площа поверхні якої дорівнює подвійній ширині чіп-картки, складається посередині навпіл і, наприклад, склеюється з трьох боків за допомогою дистанційних елементів, що мають вигляд літери ,0" з клейкою поверхнею. В іншому варіанті конструктивного виконання більш легка технологія виготовлення забезпечується за рахунок того, що роль опорного пристрою виконує край верхньої пластини, який обпирається на нижню пластину, так що верхня пластина і опорний пристрій утворюють суцільну деталь. При цьому край пластини, що утворює опорний пристрій, можна формувати способом глибокої витяжки, рельєфного вальцювання, фальцювання, згинання або іншим аналогічним способом.

У наведеному на фіг.1 прикладі реалізації винаходу всередині верхньої пластини 6 розташований ферит 12 у вигляді тонкої пластинки, основна поверхня якого майже повністю відповідає зовнішнім розмірам носія даних 2. Верхня пластина 6 складається у цьому випадку з двох пластмасових пластин однакової площі, між якими розміщено феритну пластинку 12, зварених по краях одна з одною.

У прикладі реалізації винаходу, наведеному на фіг.2, як у верхній пластині 6, так і у нижній пластині 5 вбудовані феритні елементи 8 та 9 завтовшки відповідно від 0,5 до 1мм.

У прикладі реалізації винаходу, показаному на фіг.3, в нижний пластині 5 та верхній пластині б, що виготовлені з пластмаси, завтовшки приблизно від 1 до 2мм, вбудовані магнітні частинки 10. ві

З 2 ; . тай речо

Кк ба - ок ра / у ку б ля лав яти Й дн ИЙ -уя? ачаитшишсшшшислви є 5

Фіг.1

! "и чи: /

З щи

Фіг.2 .

Ї с НЯ п ЕН (2 рт 5220

Ю

Фіг.З

Claims (12)

1. Портативний пристрій для передачі електричних сигналів або даних на пристрій зчитування-запису з носієм даних (2), в якому вбудовано електронну схему з пристроєм запису даних, а також з елементом зв'язку (3), підпорядкованим електронній схемі, розташованим або закріпленим у заданому положенні у просторі відносно електронної схеми, причому передбачений кріпильний елемент (4), розміри якого принаймні частково відповідають зовнішнім розмірам носія даних (2), і який, по-перше, підтримує носій даних (2), а, по-друге, - елемент зв'язку (3) у заданому положенні відносно носія даних (2), який відрізняється тим, що носій даних (2) є безконтактною чіп-карткою з індукційною котушкою, вбудованою у корпус чіп-картки, електрично зв'язаною з електронною схемою, а елемент зв'язку (3) містить магнітний матеріал індукційної котушки для підвищення надійності зчитування або запису під час проведення чіп-карткою вздовж пристрою зчитування-запису, а також для підвищення максимально можливої відстані для зчитування або запису.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (4) має конструкцію оболонки для носія даних (2) і принаймні частково вміщує у себе носій даних (2).

3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що елемент зв'язку (3) стаціонарно закріплений на кріпильному елементі (4), а кріпильний елемент (4) і носій даних (2) мають конструкцію, придатну для утворення механічного з'єднання, яке можна роз'єднати, або розташовані для цього відповідним чином.

4. Пристрій за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (4) виготовлений з пластмаси, а елемент зв'язку (3), зокрема у формі магнітних частинок (10), інтегрованих у пластмасу, розміщений всередині кріпильного елемента (4).

5. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (4) має конструкцію футляра, що принаймні частково вміщує у себе носій даних (2), причому цей футляр складається з нижньої пластини (5) і верхньої пластини (6), яка принаймні частково закриває нижню пластину (5) та закріплена по краю нижньої пластини (5) за допомогою опорного пристрою (7).

6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що опорний пристрій (7) має конструкцію дистанційного елемента, в основному у вигляді літери "0", та/або у формі окремих, розподілених по краю нижньої пластини (5) дистанційних перемичок з певною відстанню між ними.

7. Пристрій за п. 5 або 6, який відрізняється тим, що елемент зв'язку (3) розміщений у нижній пластині (5) або у верхній пластині (6), або в обох цих пластинах.

8. Кріпильний елемент з закріпленим на ньому елементом зв'язку (3) для безконтактної чіп-картки (2), у яку вбудована електронна схема з пристроєм для запису даних та індукційна котушка, електрично зв'язана з електронною схемою, причому: - кріпильний елемент має нижню пластину (5) та верхню пластину (б), яка принаймні частково закриває нижню пластину (5) та закріплена по краю нижньої пластини (5) за допомогою опорного пристрою (7); - елемент зв'язку містить магнітний матеріал індукційної котушки, та - елемент зв'язку (3) розміщений у нижній пластині (5) або у верхній пластині (6), або в обох цих пластинах, а саме у заданому положенні у просторі відносно електронної схеми після введення безконтактної чіп-картки (2).

9. Кріпильний елемент за п. 8, який відрізняється тим, що опорний пристрій (7) виконаний у вигляді дистанційного елемента, в основному у вигляді літери "И", та/або у формі окремих, розподілених по краю нижньої пластини (5) на відстані одна від одної дистанційних перемичок.

10. Кріпильний елемент за п. 8 або 9, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (4) виготовлений з пластмаси, а елемент зв'язку (3), зокрема у формі магнітних частинок, інтегрованих у пластмасу, розміщений всередині кріпильного елемента (4).

11. Кріпильний елемент за будь-яким з пп. 8-10, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (4) має конструкцію оболонки для носія даних (2) і принаймні частково вміщує у себе носій даних (2).

12. Кріпильний елемент за будь-яким з пп. 8-11, який відрізняється тим, що елемент зв'язку (3) стаціонарно закріплений на кріпильному елементі (4), а кріпильний елемент (4) та носій даних (2) мають конструкцію, придатну для утворення механічного з'єднання, яке можна роз'єднати, або розташовані для цього відповідним чином.