DE10004922A1

DE10004922A1 - Transponder, insbesondere für eine kontaktlose Chipkarte

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Publication number: DE10004922A1
Application number: DE10004922A
Authority: DE
Inventors: Michael Baldischweiler; Klaus Finkenzeller
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-09
Also published as: KR100841871B1; HK1051919A1; WO2001057790A2; KR20020081292A; RU2260848C2; ATE316269T1; CN1416557A; JP2003526852A; RU2002123356A; ES2252186T3; CN1198242C; EP1256092B1; DE50108748D1; US20030121985A1; US7093765B2; EP1256092A2; WO2001057790A3; AU2001230224A1

Abstract

Ein in beispielsweise einer kontaktlosen Chipkarte befindlicher Transponder empfängt über eine Antenne (L2) Energie aus einem hochfrequenten Wechselfeld. Eine mit einem Gleichrichter (12) gebildete Spannung (U¶dd¶) wird als Führungsgröße auf einen Taktgeber (14) mit Taktfrequenz-Einstelleinrichtung gegeben. Bei hoher Feldstärke an der Antenne wird die Spannung (U¶dd¶) durch Erhöhung der Taktfrequenz für eine digitale Schaltung (10) heruntergeregelt. Ist eine weitere Steigerung der Taktfrequenz des Taktsignals (CLK) nicht mehr möglich, wird eine Ladungspumpe (16) für ein EPROM (18) zugeschaltet, um dessen Schreibgeschwindigkeit heraufzusetzen. Gegebenenfalls kann auch noch ein konventioneller Shuntregler zugeschaltet werden. Von der verstellten Taktfrequenz nicht betroffen ist eine Schnittstellenschaltung (20). Diese arbeitet mit fester Frequenz bei der Kommunikation mit einem Lesegerät.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transponder, insbesondere einen Transponder für eine kontaktlose Chipkarte. Der Begriff Transponder bezeichnet hier eine Anordnung aus einer Antenne und einer elektronischen Schaltung, insbe sondere in Form eines Chips, wobei die für den Betrieb des Chips erforderli che Energie ebenso wie Daten über die als Spule ausgebildete Antenne emp fangen wird. Derartige Transponder werden in kontaktlosen Chipkarten, in auf Waren angebrachten Etiketten, in Schlüsseln, insbesondere Autoschlüs seln als Wegfahrsperre, aber auch - üblicherweise in eine Glas- oder Porzel lankapsel eingebaut - in Tierkörpern zur Identifikation verwendet.

Diese Transponder sind ausgelegt für den unidirektionalen oder bidirektio nalen Datenaustausch mit einem externen Gerät, welches hier als Lesegerät bezeichnet werden soll. Das Lesegerät strahlt über eine Antenne ein hochfre quentes Magnetfeld ab, wobei der Transponder in mehr oder weniger großer Nähe des Lesegeräts dem Magnetfeld Energie über eine großflächige Spule entnimmt. Gleichzeitig mit der Energieaufnahme leitet der Transponder ein Taktsignal ab. Aufbau und Arbeitsweise derartiger Transponder sind im Stand der Technik ausführlich beschrieben, beispielsweise wird verwiesen auf die US-PS 5 841 123, den Artikel "Kontaktlose Chipkarten" von Klaus Finkenzeller, Funkschau 19/98, Seiten 40-43 und Klaus Finkenzeller, RFID- Handbuch, Carl Hanser Verlag, München/Wien, 1999.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sollen nachfolgend grundlegende Merkmale eines Transponders erläutert werden, die später anhand der Figurenbeschreibung näher dargestellt werden.

Ein Lesegerät strahlt über eine Antenne ein hochfrequentes Magnetfeld von zum Beispiel 13,56 MHz ab. Befindet sich die Antenne eines Transponders in diesem Magnetfeld, so wird aufgrund der Gegenkopplung zwischen den beiden Antennen in den Transponder Energie eingekoppelt. Die für den Transponder verfügbare elektrische Leistung ist proportional zu der magne tischen Feldstärke an der Antenne. Die Feldstärke am Transponder ist um gekehrt proportional zur Entfernung (1/x³) vom Lesegerät und ändert sich somit im Betriebszustand sehr stark.

Der Mikrochip benötigt eine konstante Versorgungsspannung, der Betrieb erfolgt bei konstanter Taktfrequenz. Bei sehr kurzen Abständen zwischen Lesegerät und Transponder würde ohne Gegenmaßnahmen die in dem Transponder induzierte Spannung die benötigte Versorgungsspannung übersteigen. Es wird daher parallel zu der Last ein Shuntregler geschaltet, der im Fall einer erhöhten induzierten Spannung im Transponder zur Kon stanthaltung der Versorgungsspannung überschüssige Leistung in Wärme umwandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder anzugeben, bei dem die in dem Transponder verfügbare elektrische Leistung besser aus genutzt wird als bei bekannten Transpondern.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einen Transponder mit einer inter nen digitalen Schaltung, die von einem Taktgeber mit einem eine Taktfre quenz aufweisenden Taktsignal betrieben wird, und mit einer internen Energieversorgung, die kontaktlos durch ein äußeres Wechsel-Magnetfeld gespeist wird. Erfindungsgemäß ist bei diesem Transponder vorgesehen, daß der Taktgeber eine Taktfrequenz-Einstelleinrichtung aufweist, die die Taktfrequenz des Taktsignals abhängig von der Feldstärke des äußeren Ma gnetfelds am Transponder einstellt.

Der Begriff "abhängig von der Feldstärke" bedeutet, daß die Einstellung der Taktfrequenz des Taktsignals entweder direkt abhängig von der Feldstärke, oder indirekt abhängig von der Feldstärke eingestellt wird. Man kann die Feldstärke messen und abhängig von dem Meßergebnis die Taktfrequenz einstellen, man kann aber auch die Taktfrequenz abhängig von der induzier ten Spannung verändern, da die induzierte Spannung von der Feldstärke an der Antenne abhängt. Bei dem erfindungsgemaßen Transponder wird die Taktfrequenz, mit dem die digitale Schaltung (Mikrochip) arbeitet, abhängig von der Feldstärke, das heißt abhängig von dem Abstand zwischen Lesege rät und Transponder, nachgeführt. Bei geringen Abständen zwischen Lese gerät und Transponder steht relativ viel Energie im Transponder zur Verfü gung. Dementsprechend kann die Taktfrequenz erhöht werden. Anstatt die überschüssige Energie mit Hilfe des Shuntreglers zu verruchten, wird die Taktfrequenz des Taktsignals erhöht.

Betrachtet man einen typischen Mikrochip, der in CMOS-Technologie ausge führt ist, so entspricht der Energieverbrauch P in einer solchen Schaltung

P = C_L × U_dd ² × f_d

wobei
P = in einem Gatter verbrauchte Leistung
C_L = Schaltungskapazität des Gatters
U_dd = Betriebsspannung
f_d = mittlere Arbeitsfrequenz (Taktfrequenz).

Bei konstanten oder nahezu konstanten Werten von C_L und U_dd ergibt sich also eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Energieverbrauch der CMOS- Schaltung einerseits und der Taktfrequenz des Arbeitstaktes andererseits.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird also bei Abständen zwischen Transponder und Lesegerät, die unter der maximal möglichen Entfernung liegen, die Taktfrequenz stufenlos oder in Stufen erhöht, so daß die Arbeits vorgänge in dem Mikrochip schneller ablaufen. Die früher ausschließlich durch den Shuntregler vernichtete überschüssige Energie wird erfindungs gemäß also zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit, das heißt zur Ver kürzung der Gesamtarbeitszeit genutzt.

Andererseits kann aber auch die erfindungsgemäße Maßnahme dazu ge nutzt werden, die Entfernung herabzusetzen, bis zu der noch Energie von dem Lesegerät in den Transponder eingespeist werden kann. Bei relativ gro ßen Entfernungen kann die Taktfrequenz bis an eine noch zulässige Grenze verringert werden, so daß die Komponenten des Mikrochips gerade noch funktionstüchtig sind. Es hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Reichweite des Transponders, das heißt der für den Betrieb mindestens einzuhaltende Maximalabstand zwischen Lesegerät und Trans ponder um circa 30 bis 50% vergrößert werden kann.

Üblicherweise besitzen Transponder einen Gleichrichter am Ausgang der Empfangsantenne. Die von dem Gleichrichter gelieferte ungeregelte Span nung wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Istwert und Regelgröße verwendet, sie wird mit einer intern erzeugten Referenz spannung verglichen, und aus dem Differenzsignal - welches repräsentativ für die Feldstärke und den Abstand zwischen Lesegerät und Transponder ist - wird die Taktfrequenz des Arbeitstakts für den Mikrochip eingestellt.

Zur Realisierung der Takteinstellung gibt es mehrere Möglichkeiten. Bevor zugt wird erfindungsgemaß der Einsatz eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO), dessen Eingang die ungeregelte Spannung aus dem Gleichrichter zugeführt wird, und dessen Ausgang das Taktsignal liefert, wobei dieses Taktsignal gegebenenfalls noch weiter verarbeitet wird, beispielsweise auf einen Signalformer und/oder einen Frequenzteiler gegeben wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Takt frequenzeinstellung mit Hilfe eines einstellbaren Frequenzteilers realisiert. Zu diesem Zweck wird das aus einem Referenzsignal und der ungeregelten Spannung des Gleichrichters gewonnene Differenzsignal von einem Analog- Digital-Umsetzer in einen Digitalwert umgesetzt, gegebenenfalls noch zu sätzlich bearbeitet, und dann dem Einstelleingang eines einstellbaren Fre quenzteilers zugeführt, dessen Signaleingang das vom Transponder emp fangene Taktsignal fester Frequenz (z. B. 13,56 MHz) zugeleitet wird. Am Ausgang des einstellbaren Frequenzteilers wird dann das Taktsignal gebil det. Je geringer der Abstand zwischen Lesegerät und Transponder, desto höher ist die ungeregelte Spannung am Ausgang des Gleichrichters, desto höher ist die Differenz bezüglich der Referenzspannung, desto größer ist der durch den A/D-Wandler gewonnene Digitalwert, und desto kleiner ist der Divisor des Frequenzteilers, und dementsprechend hoch ist das Ausgangs signal des Frequenzteilers als Taktsignal.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Einstellung des Taktsignals ausschließlich die rein internen Betriebsabläufe des Transponders betrifft. Für die Kom munikation mit dem Lesegerät ist eine feste, genormte Taktfrequenz erfor derlich. Diese Taktfrequenz wird von dem Lesegerät über das hochfrequente Magnetfeld auf den Transponder übertragen und wird in dem Transponder für den Betrieb einer Schnittstellenschaltung aufbereitet.

Komponenten in der digitalen Schaltung des Transponders, die von einem in der Frequenz einstellbaren Taktsignal betrieben werden, sind beispielsweise ein RAM, ein Microcontroller, ein EEPROM, etc. Die erfindungsgemäße Maßnahme, die Taktfrequenz abhängig vom Abstand zwischen Transponder und Lesegerät zu verändern, führt bei sehr geringen Abständen zu entspre chend hohen Taktfrequenzen. Es gibt natürlich eine Obergrenze für die Takt frequenz. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei Erreichen einer definierten Maximal-Taktfrequenz

- eine Ladungspumpe zugeschaltet wird, um die Schreibgeschwindig keit eines zu der digitalen Schaltung gehörigen EEPROMs zu steigern und/oder
- ein Shuntregler in Betrieb gesetzt wird, um überschüssige Energie mit Hilfe eines ohmschen Widerstandselements in Wärme umzusetzen.

Der optimale Betrieb bei sehr kleinen Abständen zwischen Transponder und Lesegerät läuft also in der Weise ab, daß überschüssige Energie zunächst zur Erhöhung der Taktfrequenz des Arbeitstakts genutzt wird. Ist die Maximal- Taktfrequenz erreicht, so wird die Ladungspumpe für den Betrieb des EEPROMs des Mikrochips zugeschaltet, und wenn die Ladungspumpe bei größtmöglicher Leistung arbeitet, wird letztlich noch der an sich bekannte Shuntregler aktiviert.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Verwendung in einer Chip karte, jedoch sind auch andere Verwendungsmöglichkeiten gegeben, so zum Beispiel kann der erfindungsgemäße Transponder ganz allgemein in einem Identifizierungselement eingesetzt werden, beispielsweise einem Etikett, welches an Waren, an Regalen und dergleichen angebracht wird. Möglich ist auch die Verwendung in einem Schlüssel zum Öffnen von Türen oder in ei nem Zündschlüssel zum Lösen einer Wegfahrsperre. Eine weitere Einsatz möglichkeit ist der Einsatz bei Zuchttieren in landwirtschaftlichen Betrieben zur Erleichterung der Verwaltung und der Fütterung.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines bekannten Transponders in Verbindung mit einem schematisch dargestellten Lesegerät;

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines Transponders mit einem Shuntregler zur Spannungsregelung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transponders;

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Widerstands eines Shuntreglers in Abhängigkeit des Kopplungsfaktors zwischen einer Empfangsantenne eines Transponders und einem äußeren Magnetfeld;

Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer speziellen Ausführungsform einer Taktfrequenz-Einstelleinrichtung; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren speziellen Ausführungsform einer Taktfrequenz-Einstelleinrichtung des erfindungsgemäßen Transpon ders.

Gemäß Fig. 1 strahlt ein Lesegerät L über eine Antenne L1 ein hochfre quentes Magnetfeld von zum Beispiel 13,56 MHz ab. Befindet sich die An tenne L2 eines Transponders T in diesem Magnetfeld, so wird aufgrund der Gegenkopplung M zwischen den beiden Antennen L1 und L2 in den Trans ponder T Energie eingekoppelt, durch den Widerstand R2 des Eingangskrei ses fließt ein Strom i2. Mit RL ist die Last bezeichnet, die durch einen Mikro chip gebildet wird. Parallel zu der Last RL liegt ein Kondensator C, der zu sammen mit der Antenne L2 einen Schwingkreis bildet, welcher auf die Sen defrequenz des Lesegeräts L abgestimmt ist.

Die für den Transponder verfügbare elektrische Leistung ist proportional zu der magnetischen Feldstärke an der Antenne L2. Damit die für den Betrieb des Mikrochips benötigte Energie empfangen wird, muß die Antenne L2 ei nen Mindestabstand von dem Lesegerät L haben. Aus dem Verlauf der Feld stärke in Abhängigkeit des Abstands von der Antenne L1 des Lesegeräts L ist ersichtlich, daß sich die Feldstärke in den derzeit üblichen Arbeitsberei chen bekannter Chipkarten um mehr als den Faktor 30 ändern kann (Feldstärke H = 0,15 . . . 5 [A/m]).

Der Mikrochip benötigt eine konstante Versorgungsspannung, der Betrieb erfolgt bei konstanter Taktfrequenz. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ist so ausgelegt, daß dann, wenn die Antenne L2 einen definierten Mindestab stand von der Antenne L1 hat, die benötigte Versorgungsspannung für den Betrieb der Komponenten des Mikrochips (RAM, EEPROM, Microcontroller, etc.) gerade erreicht wird. Bei kürzeren Abständen zwischen Lesegerät L und Transponder T würde ohne Gegenmaßnahmen die in dem Transponder in duzierte Spannung die benötigte Versorgungsspannung übersteigen.

Gemäß Fig. 2 wird daher parallel zu der Last RL ein Shuntregler RS ge schaltet, also ein Nebenschluß-Widerstand, der im Fall einer erhöhten indu zierten Spannung im Transponder zur Konstanthaltung der Versorgungs spannung U2 überschüssige Leistung in Wärme umwandelt.

Abhängig von der Entfernung zwischen Lesegerät L und Transponder T ist also der Shuntregler im Ruhezustand, d. h. hochohmig, (wenn der Transpon der T die maximale, einen Betrieb des Transponders ermöglichende Entfer nung überschreitet), oder der Shuntregler RS ist maximal stromleitend, nämlich dann, wenn der kleinste Abstand zwischen Lesegerät L und Trans ponder T vorhanden ist. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ersatzschaltbild des Transponders T ist der Shuntregler RS als veränderbarer Widerstand darge stellt. Die konkrete Ausgestaltung von Shuntreglern in integrierten Chips ist dem Fachmann bekannt.

Fig. 4 zeigt den Eingangswiderstand des Shuntreglers RS in Abhängigkeit des Kopplungsfaktors zwischen der Antennenspule des Transponders und der Antennenspule des Lesegeräts. Eine Vergrößerung des Kopplungsfak tors k entspricht einer Verringerung des Abstands zwischen den beiden An tennen.

Wie man in Fig. 4 erkennt, ist bei einem sehr kleinen Kopplungsfaktor (großem Abstand) zwischen den Antennen der Eingangswiderstand des Shuntreglers RS unendlich hoch, um dann bei Erreichen der maximalen Be triebsentfernung rasch abzunehmen.

Bei dem Entwurf eines Transponders muß die Energieversorgung derart ausgelegt werden, daß der Mikrochip bei einer vorgegebenen maximalen Entfernung zwischen Lesegerät und Transponder betriebsfähig ist. In diesem Zustand ist der Shuntregler noch nicht aktiv.

Die oben genannte Forderung beim Entwurf eines Transponders bedeutet aber auch, daß immer darin, wenn der Transponder von dem Lesegerät eine den Maximalabstand unterschreitende Entfernung aufweist, der Shuntregler aktiv ist, um durch Umsetzen der zusätzlich aufgenommenen Leistung in Wärme die Spannung U2 konstant zu halten. Sobald sich der Transponder für den Datenaustausch mit dem Lesegerät letzterem annähert, wird also mit dem Unterschreiten der maximal möglichen Entfernung mehr Energie in den Transponder eingekoppelt, als für den Betrieb notwendig ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transponders 2. Der Transponder 2 enthält die oben bereits angesprochene, als Flachspule ausgebildete Empfangsantenne L2, an die ein Gleichrichter 12 angeschlossen ist. An den Ausgang des Gleichrichters 12 ist ein Mikrochip 10 angeschlos sen, der von dem Gleichrichter 12 die gleichgerichtete Ausgangsspannung U_dd empfängt. Diese Spannung U_dd wird auch von einem eine Taktfrequenz- Einstelleinrichtung enthaltenen Taktgeber 14 empfangen, der die Taktfre quenz CLK des Mikrochips 10 abhängig von der induzierten und gleichge richteten Spannung U_dd regelt. Diese Abhängigkeit der Frequenz des Taktsi gnals CLK von der induzierten Spannung ist in dem Block des Taktgebers 14 durch die Funktion f(u) angedeutet.

Die einzelnen Komponenten des Mikrochips sind hier nicht sämtlich einzeln dargestellt. Dargestellt ist ein EPROM 18 sowie eine Ladungspumpe 16, auf die weiter unten noch eingegangen wird. Über einen Bus 22 ist der Mikro chip 10 mit einer Schnittstellenschaltung 20 verbunden. Diese Schnittstellen schaltung 20 erhält von einem Modem 24 ein von dem Lesegerät über das hochfrequente Magnetfeld geliefertes Taktsignal, hier mit einer Frequenz von 13,56 MHz. Zum Senden von Daten gibt die Schnittstellenschaltung 20 Sendedaten an das Modem 24, so daß die Daten über die Antenne L2 abge strahlt werden.

In Fig. 3 ebenfalls nicht dargestellt ist ein in dem Mikrochip 10 vorhande ner Shuntregler, wie er in der Ersatzschaltung der Fig. 2 rechts dargestellt ist.

Wenn die Antenne L2 des in Fig. 3 dargestellten Transponders 2 in die Nä he eines hier nicht dargestellten Lesegeräts gelangt und dabei einen be stimmten Abstand zu dem Gerät unterschreitet, liefert der Gleichrichter 12 eine gleichgerichtete Spannung U_dd, die so groß ist, daß der Betrieb des Mi krochips 10, mithin des gesamten Transponders möglich ist. Wird der Ab stand zu dem Lesegerät noch verringert, steigt die Spannung U_dd etwas an, wobei allerdings der Spannungswert bis auf eine bleibende Regelabwei chung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Taktfrequenz-Einstellschaltung 14 über die frequenzabhängige Stromaufnahme des Mikrochips heruntergere gelt wird.

Während bei früheren Transpondern der Betrieb bei einer festen, durch Tei lung der Sendefrequenz des Lesegerätes erzeugten Frequenz, beispielsweise 3,39 MHz (13,56 MHz/4), erfolgt, wird bei dem in Fig. 3 dargestellten Transponder bereits ein Betrieb bei einer viel niedrigeren Frequenz ermög licht. Wenn allerdings die Entfernung zwischen Lesegerät und Transponder über einen gewissen Wert hinaus zunimmt, findet kein Betrieb im Trans ponder statt. Nach Unterschreiten der Reichweite wird in den Transponder 2 mehr Energie eingespeist, als für den Betrieb des Transponders an sich nötig wäre. Diese überschüssige Energie wird zur Erhöhung der Taktfrequenz des Arbeitstakts CLK genutzt, was die Leistungsfähigkeit des Transponders 2 steigert.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird eine erste spezielle Ausführungsform des Taktgebers 14 gemäß Fig. 3 erläutert, in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 14A versehen.

Die von dem Gleichrichter 12 kommende Gleichspannung U_dd wird in einem Vergleicher 30 mit einer intern in dem Transponder erzeugten Referenz spannung u_ref verglichen. Die Spannungsdifferenz Δu wird von einem Ana log-Digital-Umsetzer (ADU) 32 in einen Digitalwert umgewandelt, der auf einen Einstelleingang eines einstellbaren Frequenzteilers 34 gegeben wird. Der Signaleingang des Frequenzteiler 34 erhält ein, aus der an der Spule L2 induzierten Spannung abgeleitetes Signal mit einer festen Frequenz f1 (z. B. 13,56 MHz). Alternativ kann das Signal mit der festen Frequenz f1 auch durch einen im Transponder angeordneten Oszillator 36 erzeugt werden.

Abhängig von dem an den Einstelleingang gegebenen Digitalwert wird die relativ hohe Frequenz f1 geteilt, so daß die Frequenz des Arbeitstakts CLK am Ausgang des Frequenzteilers 34 bei hoher Spannung U_dd, also hohem Differenzsignal Δu entsprechend hoch ist.

Ist die Frequenz des Arbeitstakts CLK aufgrund des geringen Abstands zwi schen dem Transponder 2 und dem Lesegerät so hoch, daß eine weitere Stei gerung nicht möglich ist für den Betrieb des Mikrochips 10, so wird die in Fig. 3 schematisch angedeutete Ladungspumpe 16 für den EPROM 18 zu geschaltet. Mit Hilfe der Ladungspumpe läßt sich die Schreibgeschwindig keit beim Beschreiben des EPROMs steigern.

Es sind Ausführungsformen mit und ohne Shuntregler in dem Mikrochip 10 möglich. Ein solcher Shuntregler kann alternativ zu der Ladungspumpe 16 aktiviert werden, wenn die maximale Taktfrequenz erreicht wird, der Shunt regler kann aber auch als drittes Element zur Konstanthaltung der Spannung U_dd eingesetzt werden, falls die Taktfrequenz bis an die Maximalgrenze ge steigert wurde und auch die Ladungspumpe 16 mit maximaler Leistung ar beitet.

Fig. 6 zeigt eine Alternative für den Taktgeber nach Fig. 5. Der in Fig. 6 gezeigte Taktgeber 14B liefert das wie in Fig. 5 gewonnene Differenzsignal Δu an einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 40. Bei geringen Entfer nungen zwischen Transponder und Lesegerät und entsprechend großem Differenzsignal Δu ist die Ausgangsfrequenz des VCO 40 relativ hoch, bei kleinem Signal Δu ist die Frequenz des Ausgangssignals des VCO 40 relativ niedrig. An den VCO können noch weitere Signalverarbeitungsschaltungen angeschlossen sein, beispielsweise Signalformerschaltungen, Frequenzteiler etc. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die maximale Ausgangsfrequenz des VCO auch größer als die an der Spule L2 eingekop pelte Taktfrequenz des Lesegerätes (13,56 MHz) sein kann (mit CMOS über 50 MHz nach aktuellem Stand).

Der erfindungsgemäße Transponder wird in eine kontaktlose Chipkarte in tegriert, die - weil im Prinzip bekannt - in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Ebenso bekannt sind weitere Einsatzmöglichkeiten von Transpondern, so zum Beispiel die Einkapselung zur Verabreichung bei Tieren, der Einbau in einen Autoschlüssel für eine automatische Wegfahrsperre und dergleichen. Der erfindungsgemäße Transponder findet bei all diesen Einsatzmöglichkei ten Anwendung.

Claims

1. Transponder, mit einer internen digitalen Schaltung (10), die von ei nem Taktgeber (14) mit einem eine Taktfrequenz aufweisenden Takt signal betrieben wird, und mit einer internen Energieversorgung (12), die kontaktlos durch ein äußeres Wechsel-Magnetfeld gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber eine Taktfrequenz- Einstelleinrichtung (30-34; 40) aufweist, die die Taktfrequenz des Taktsignals (CLK) abhängig von der Feldstärke des äußeren Magnet felds am Transponder (2) einstellt.

2. Transponder nach Anspruch 1, mit einer Empfangsantenne (L2) für das Magnetfeld und mit einem an die Empfangsantenne angeschlos senen Gleichrichter (12), dadurch gekennzeichnet, daß die am Aus gang des Gleichrichters anstehende, ungeregelte Spannung (U_dd), die repräsentativ für die Feldstärke des Magnetfelds an der Empfangsan tenne ist, als Stellsignal der Taktfrequenz-Einstelleinrichtung (14) zu geführt wird.

3. Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz-Einstelleinrichtung als spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) (40) ausgebildet ist, dessen Eingang die ungeregelte Spannung oder ein aus dieser abgeleiteter Signalwert zugeführt wird, und des sen Ausgang das Taktsignal oder ein Vorläufersignal des Taktsignals (CLK) liefert.

4. Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsignal-Einstelleinrichtung aufweist:

- einen Analog-Digital-Wandler (32), der die ungeregelte Spannung in einen Digitalwert umsetzt;
- einen Frequenzteiler mit verstellbarem Teilungsverhältnis,
- a) der an einem ersten Eingang mit einem Signal fester Frequenz beaufschlagt wird, welches aus einer an der Spule L2 induzierten Spannung abgeleitetet wird, und
- b) dessen zweiter Eingang durch den Analog-Digital-Wandler (32) ein aus der ungeregelten Spannung abgeleitetes Divisor-Signal empfängt, und
- c) dessen Ausgang das Taktsignal (CLK) abgibt.

5. Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Schnittstel lenschaltung (20), die dem Datenaustausch mit einem externen Gerät dient und die mit einem Kommunikations-Taktsignal fester Frequenz betrieben wird.

6. Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Taktfrequenz des Taktsignals (CLK) innerhalb eines definierten Arbeitsbereichs der am Transponder durch das Magnet feld verfügbaren Energie linear abhängig nachgeführt wird.

7. Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Taktfrequenz gegenüber einer definierten Nenn- Taktfrequenz abgesenkt wird, um auch dann einen Betrieb der digita len Schaltung (10) zu ermöglichen, wenn die Feldstärke des Magnet felds am Transponder einen Nennwert unterschreitet.

8. Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Erreichen einer definierten Maximal-Taktfrequenz

- eine Ladungspumpe zugeschaltet wird, um die Schreibge schwindigkeit eines zu der digitalen Schaltung (10) gehörigen EPROMs (18) zu steigern; und/oder
- ein Shuntregler (RS) in Betrieb gesetzt wird, um überschüssige Energie mit Hilfe eines ohmschen Widerstandselements in Wärme umzusetzen.

9. Transponder nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Eingang des Frequenzteilers mit einem Oszil lator, der ein Signal fester Frequenz liefert, verbunden ist.

10. Kontaktlose Chipkarte mit einem Transponder nach einem der An sprüche 1 bis 9.

11. Identifizierungselement mit einem Transponder nach einem der An sprüche 1 bis 9.

12. Identifizierungselement nach Anspruch 11 in Form eines Autoschlüs sels als elektronischer Schlüssel zum Lösen einer elektronischen Weg fahrsperre.

13. Identifizierungselement nach Anspruch 11 mit einer Kapsel zum In korporieren in ein Lebewesen.