DE102013002140A1

DE102013002140A1 - Method for determining characteristic of switching circuit arranged for non-contact data communications, involves generating magnetic alternating field of field strength for switching circuit, which is activated by energy pulse

Info

Publication number: DE102013002140A1
Application number: DE201310002140
Authority: DE
Inventors: Klaus Finkenzeller; Michael Baldischweiler
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient ePayments GmbH
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-07

Abstract

The method involves generating (S1) a magnetic alternating field of a field strength for a switching circuit. The switching circuit is activated (S3) by an energy pulse. An oscillation of the switching circuit is detected (S4) in response to the activation by the energy pulse. The detected oscillation of the switching circuit is evaluated (S5). An independent claim is included for a measuring device for determining a characteristic of a switching circuit arranged for non-contact data communications.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messvorrichtung für einen zur kontaktlosen Datenkommunikation eingerichteten Schaltkreises, welcher eine Antenne und ein mit der Antenne gekoppeltes elektronisches Bauteil umfasst.The present invention relates to a method and a measuring device for a contactless data communication circuit comprising an antenna and an electronic component coupled to the antenna.

Ein Prüfen des Schaltkreises kann dabei sowohl elektronische Eigenschaften des Schaltkreises als auch die Funktionsfähigkeit des Schaltkreises oder einzelner Komponenten des Schaltkreises betreffen.A testing of the circuit may involve both electronic properties of the circuit and the functionality of the circuit or individual components of the circuit.

Portable Datenträger, wie beispielsweise ein Personalausweis, ein Reisepass, eine Kreditkarte, ein Label zur Warensicherung oder dergleichen, können mit einer Antenne, beispielsweise in Form einer Antennenspule, zur kontaktlosen Datenkommunikation mit einem Lesegerät ausgestattet sein. Die Antennenspule ist dazu in der Regel mit einem elektronischen Bauteil des Datenträgers, insbesondere einem Chip, verbunden und auf einer Träger- oder Inlayschicht, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial wie PC oder PVC, eines Datenträgerkörpers des Datenträgers aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt.Portable data carriers, such as a passport, a passport, a credit card, a label for securing goods or the like, can be equipped with an antenna, for example in the form of an antenna coil, for contactless data communication with a reading device. The antenna coil is usually connected to an electronic component of the data carrier, in particular a chip, and applied to a carrier or inlay layer, for example of a plastic material such as PC or PVC, a data carrier body of the data carrier, for example, printed.

Alternativ kann ein entsprechender Schaltkreis auch eingerichtet sein, in ein Endgerät integriert zu werden, wie beispielsweise ein Mobilfunkendgerät, ein Smartphone oder ein Lesegerät. Der Schaltkreis kann insbesondere als RFID- oder NFC-Modul ausgebildet sein, welches vorgesehen ist, fest in ein Endgerät der genannten Art integriert zu werden.Alternatively, a corresponding circuit may also be set up to be integrated into a terminal, such as a mobile terminal, a smartphone or a reader. The circuit may in particular be designed as an RFID or NFC module, which is intended to be integrated firmly into a terminal of the type mentioned.

Um die Funktionsfähigkeit einer Antennenspule während oder nach der Herstellung des entsprechenden Datenträgers oder Geräts zu prüfen, sind verschiedene Verfahren bekannt. Bei einer solchen Prüfung wird im Wesentlichen geprüft, ob die Antennenspule einen Bruch aufweist und/oder ob zwei oder mehr Spulenwindungen der Antenne versehentlich kurzgeschlossen sind. Mängel dieser Art beeinträchtigen die Funktionsfähigkeit der Antennenspule erheblich bzw. zerstören diese vollständig. Eine Prüfung des Schaltkreises, bestehend aus der Antenne und dem mit der Antenne verbundenen elektronischen Bauteil, kann, wie bereits erwähnt, auch die Funktionsfähigkeit des Bauteils oder einzelner Komponenten des Bauteils betreffen.To test the operability of an antenna coil during or after the manufacture of the corresponding data carrier or device, various methods are known. In such a test, it is essentially checked whether the antenna coil has a break and / or whether two or more coil turns of the antenna are accidentally short-circuited. Defects of this type considerably impair the functionality of the antenna coil or completely destroy it. An examination of the circuit consisting of the antenna and the electronic component connected to the antenna can, as already mentioned, also relate to the functionality of the component or of individual components of the component.

Produktionsbegleitend erfolgt bisher zumeist eine Prüfung der Antennenspule in Form einer Gleichstrom-Widerstandsmessung. Ein solches Prüfverfahren ist aufwendig, da eine Kontaktierung der Antennenspule erforderlich ist. Weiterhin können nur bestimmte Fehler des geprüften Schaltkreises erkannt werden. Eine Fehlfunktion eines oder mehrerer Komponenten des elektronischen Bauteils oder ein Leiterbahnbruch in bestimmten Bereichen der Antenne sind auf diese Weise nicht oder kaum erkennbar.To date, production testing has mostly been carried out by testing the antenna coil in the form of a DC resistance measurement. Such a test method is expensive, since a contacting of the antenna coil is required. Furthermore, only certain errors of the tested circuit can be detected. A malfunction of one or more components of the electronic component or a conductor break in certain areas of the antenna are not or hardly recognizable in this way.

Alternativ können die Resonanzfrequenz der Antennenspule und deren Güte kontaktlos bestimmt werden. Dazu wird in der Regel ein Phasen- und Impedanz-Analysator verwendet. Ein solches, sehr aufwendiges Verfahren ist detailliert beispielsweise im „RFID-Handbuch” von Klaus Finkenzeller, 6. Auflage, Carl Hanser Verlag, München, 2012, in Kapitel 4.1.11.2 , beschrieben. Liegt die gemessene Resonanzfrequenz in einem vorgegebenen Bereich, so ist die Antennenspule funktionsfähig. Diese Art der Prüfung ist aussagekräftiger als eine rein ohmsche Messung, allerdings ungleich aufwendiger und am besten manuell durchzuführen. Die Zeitdauer einer solchen Prüfung liegt im Bereich von mehreren Sekunden. Daher wird diese Prüfung in der Regel nicht produktionsbegleitend durchgeführt, sondern lediglich an einigen Stichproben und für die Produktionsfreigabe. Weiterhin können Eigenschaften des Analysators, beispielsweise die Impedanz einer Messantenne, das Ergebnis der Messung beeinflussen. Verschiedene Analysatoren führen daher in der Regel zu abweichenden Messergebnissen.Alternatively, the resonant frequency of the antenna coil and its quality can be determined contactless. For this purpose, a phase and impedance analyzer is usually used. Such a very complex process is detailed, for example, in "RFID Handbook" by Klaus Finkenzeller, 6th edition, Carl Hanser Verlag, Munich, 2012, in chapter 4.1.11.2 , described. If the measured resonance frequency is within a predetermined range, then the antenna coil is functional. This type of test is more meaningful than a purely ohmic measurement, but much more complex and best done manually. The duration of such a test is in the range of several seconds. Therefore, this test is usually not carried out during production, but only on a few samples and for production release. Furthermore, characteristics of the analyzer, such as the impedance of a measuring antenna, can affect the result of the measurement. Different analyzers therefore usually lead to deviating measurement results.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur schnellen, einfach durchzuführenden, kostengünstigen und reproduzierbaren Prüfung eines Schaltkreises, insbesondere hinsichtlich dessen Eigenresonanzfrequenz und/oder Güte, vorzuschlagen.The object of the present invention is therefore to propose a method and a measuring device for a quick, easy to perform, cost-effective and reproducible test of a circuit, in particular with regard to its natural frequency and / or quality.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Messvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method and a measuring device having the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den zu prüfenden Schaltkreis mittels eines Energiepulses zur Schwingung anzuregen und die durch die Anregung erzeugte Schwingung des Schaltkreises zu erfassen und auszuwerten. Aus der erfassten Schwingung können dann, wie nachfolgend im Detail beschrieben, Eigenschaften des Schaltkreises bestimmt werden, wie beispielsweise die Eigenresonanzfrequenz oder die Güte des Schaltkreises.A basic idea of the present invention is to excite the circuit to be tested by means of an energy pulse and to detect and evaluate the oscillation of the circuit generated by the excitation. From the detected oscillation properties of the circuit can then be determined, as described in detail below, such as the natural resonant frequency or the quality of the circuit.

Die vorliegende Erfindung basiert weiterhin auf der Erkenntnis, dass elektrische Eigenschaften eines zu prüfenden Schaltkreises, insbesondere die Eigenresonanzfrequenz und die Güte des Schaltkreises, abhängig sind von der Feldstärke eines magnetischen Wechselfeldes, in dem sich der Schaltkreis während oder kurz vor der Messung, d. h. der Anregung durch den Energiepuls, befindet. Da bekannte Verfahren diese Einflussgröße bisher unbeachtet gelassen haben, waren genaue und reproduzierbare Messungen entsprechender Eigenschaften nicht möglich.The present invention is further based on the recognition that electrical properties of a circuit to be tested, in particular the natural resonance frequency and the quality of the circuit, are dependent on the field strength of an alternating magnetic field in which the circuit during or shortly before the measurement, ie the excitation through the energy pulse, is located. Since known methods ignored this influence so far did not allow accurate and reproducible measurements of such properties.

Ein Grund für die Feldstärkeabhängigkeit der Resonanzfrequenz und der Güte eines Transponders, welcher hier beispielhaft als zu prüfender elektronischer Schaltkreis angenommen wird, liegt in den physikalischen Eigenschaften elektronischer Komponenten des Transponders. Zur Gewinnung einer Versorgungsspannung eines Transponderchips ist die Transponderantenne mit einem Gleichrichterbauteil verbunden. Die von der Transponderantenne gesehene Impedanz des Gleichrichters hängt dabei von dem Strom ab, welcher in den Gleichrichter fließt. Weitere Einflussgrößen sind spannungsabhängige Sperrschichtkapazitäten des Gleichrichterbauteils sowie gegebenenfalls Transistorbauteile auf dem Transponderchip, der dynamische Gleich- und Wechselstromwiderstand des Gleichrichterbauteils sowie eine daraus resultierende Eingangskapazität des Transponderchips. Mit anderen Worten, die Resonanzfrequenz des Transponders hängt indirekt aus den genannten Gründen von einem magnetischen Wechselfeld ab, in dem sich der Transponder während der Messung befindet.One reason for the field strength dependence of the resonant frequency and the quality of a transponder, which is assumed here as an example to be tested electronic circuit, lies in the physical properties of electronic components of the transponder. To obtain a supply voltage of a transponder chip, the transponder antenna is connected to a rectifier component. The impedance of the rectifier seen by the transponder antenna depends on the current flowing into the rectifier. Other influencing factors are voltage-dependent junction capacitances of the rectifier component and possibly transistor components on the transponder chip, the dynamic DC and AC resistance of the rectifier component and a resulting input capacitance of the transponder chip. In other words, the resonant frequency of the transponder depends indirectly on the reasons mentioned by an alternating magnetic field in which the transponder is located during the measurement.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen eines zur kontaktlosen Datenkommunikation eingerichteten Schaltkreises, welcher eine Antenne und ein mit der Antenne gekoppeltes elektronisches Bauteil umfasst, umfasst daher die folgenden Schritte:
Der elektronische Schaltkreis wird mittels eines Energiepulses angeregt. In einem weiteren Schritt wird eine Schwingung des Schaltkreises in Antwort auf die Anregung des Schaltkreises durch den Energiepuls erfasst. Die erfasste Schwingung des Schaltkreises wird schließlich ausgewertet, insbesondere hinsichtlich einer Eigenresonanzfrequenz des Schaltkreises.A method according to the invention for testing a contactless data communication circuit comprising an antenna and an electronic component coupled to the antenna therefore comprises the following steps:
The electronic circuit is excited by means of an energy pulse. In a further step, an oscillation of the circuit is detected in response to the excitation of the circuit by the energy pulse. The detected oscillation of the circuit is finally evaluated, in particular with respect to a natural resonant frequency of the circuit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das Auswerten der erfassten Schwingung in Abhängigkeit von der Feldstärke eines magnetischen Wechselfeldes erfolgt, in welchem der Schaltkreis angeordnet ist.The method according to the invention is distinguished, inter alia, by the fact that the evaluation of the detected oscillation takes place as a function of the field strength of an alternating magnetic field in which the circuit is arranged.

Das Auswerten der erfassten Schwingung kann insbesondere in Abhängigkeit eines durch das Vorliegen des magnetischen Wechselfeldes bedingten Betriebs- oder Schaltungszustandes einer oder mehrerer Komponenten des elektronischen Bauteils erfolgen. Die angesprochenen Betriebs- oder Schaltungszustände können beispielsweise die Ladung eines Kondensators betreffen oder den Stromfluss durch ein Gleichrichter-Bauteil.The evaluation of the detected oscillation can take place, in particular, as a function of an operating or circuit state of one or more components of the electronic component which is caused by the presence of the alternating magnetic field. The mentioned operating or circuit states can relate, for example, to the charge of a capacitor or the current flow through a rectifier component.

Eine konkrete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst demnach die weiteren Schritte des Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes vorgegebener Feldstärke und des Anordnen des Schaltkreises in dem Wechselfeld. Die beiden Schritte werden dabei vor dem Schritt des Anregen des Schaltkreises mittels des Energiepulses durchgeführt.A concrete embodiment of the method according to the invention therefore comprises the further steps of generating an alternating magnetic field of predetermined field strength and arranging the circuit in the alternating field. The two steps are performed before the step of energizing the circuit by means of the energy pulse.

In der Regel erfolgt das Anregen des Schaltkreises als induktives Anregen mittels eines gepulsten Magnetfeldes. Dieses Magnetfeld ist dabei nicht mit dem vorstehend genannten magnetischen Wechselfeld zu verwechseln.In general, the exciting of the circuit takes place as inductive excitation by means of a pulsed magnetic field. This magnetic field is not to be confused with the above-mentioned alternating magnetic field.

Das Magnetfeld, welches im Schritt des Anregens des Schaltkreises erzeugt wird, wird dabei vorzugsweise durch einen einzelnen Strompuls erzeugt. Der Strompuls kann dabei vorzugsweise als Gleichstrompuls in Form eines Dirac-Stoßes erzeugt werden. Alternativ kann auch ein Strompuls erzeugt werden, der lediglich eine steile Flanke aufweist.The magnetic field, which is generated in the step of exciting the circuit, is preferably generated by a single current pulse. The current pulse can be generated preferably as a DC pulse in the form of a Dirac impact. Alternatively, it is also possible to generate a current pulse which has only one steep edge.

Vorzugsweise erfolgt das Anregen des Schaltkreises kontaktlos mittels einer externen Erregerspule. Das Erfassen der Schwingung des Schaltkreises hingegen erfolgt ebenfalls vorzugsweise kontaktlos mittels einer externen Messantenne. Erregerspule und Messantenne werden dabei vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Schaltkreises angeordnet.Preferably, the exciting of the circuit is made contactless by means of an external excitation coil. The detection of the oscillation of the circuit, however, is also preferably carried out without contact by means of an external measuring antenna. Exciting coil and measuring antenna are preferably arranged in the immediate vicinity of the circuit under test.

Weiterhin werden Messantenne und Erregerspule dabei, wie nachstehend in Detail beschrieben, vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet.Furthermore, measuring antenna and excitation coil are arranged, as described in detail below, preferably orthogonal to one another.

Die Antenne des Schaltkreises ist vorzugsweise eine induktiv koppelnde Antenne, insbesondere also eine RFID- oder NFC-Antennenspule. Insbesondere kann die Antenne eine Antennenspule mit mindestens einer Leiterschleife sein.The antenna of the circuit is preferably an inductively coupling antenna, in particular thus an RFID or NFC antenna coil. In particular, the antenna may be an antenna coil with at least one conductor loop.

Das magnetische Wechselfeld kann mittels einer Sendeantenne erzeugt werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, die Feldstärke des Wechselfeldes in einem vorgegebenen Bereich mittels einer Kalibrierantenne zu messen, um ein Erzeugen des Wechselfeldes gemäß der vorgegebenen Feldstärke in präziser und nachprüfbarer Weise zu ermöglichen.The alternating magnetic field can be generated by means of a transmitting antenna. Furthermore, it can be provided to measure the field strength of the alternating field in a predetermined range by means of a calibration antenna, in order to enable the alternating field to be generated according to the predetermined field strength in a precise and verifiable manner.

Die Kalibrierantenne und die Antenne des zu prüfenden Schaltkreises werden dabei vorzugsweise derart relativ zur Sendeantenne angeordnet, dass im Bereich der Kalibrierantenne und im Bereich der Antenne des Schaltkreises jeweils ein magnetisches Wechselfeld der gleichen Feldstärke vorliegt. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass die Prüfung des Schaltkreises in einer genau vorgebbaren, standardisierten Umgebung, d. h. bei einem in vorgegebener Feldstärke vorliegenden magnetischen Wechselfeld, durchgeführt werden kann. Dies erlaubt erstmals eine sehr präzise und reproduzierbare Messung der entsprechenden physikalischen Eigenschaften des Schaltkreises, insbesondere der Resonanzfrequenz und der Güte des Schaltkreises.The calibration antenna and the antenna of the circuit to be tested are preferably arranged relative to the transmitting antenna in such a way that in each case an alternating magnetic field of the same field strength is present in the region of the calibration antenna and in the region of the antenna of the circuit. In this way, it is possible that the test of the circuit in an exactly predetermined, standardized environment, ie at an existing magnetic field present in a predetermined field strength, can be performed. This allows for the first time a very precise and reproducible measurement of the corresponding physical properties of the Circuit, in particular the resonant frequency and the quality of the circuit.

Ein alternativer Weg der Kalibrierung ist es, die Kalibrierantenne – wie später den Schaltkreis – zu vermessen und eine von der Feldstärke abhängige Eigenschaft der Kalibrierantenne zu bestimmen. Die erzeugte Feldstärke wird so eingestellt, dass die gemessene Eigenschaft der Kalibrierantenne einen vorgegebenen Wert für diese Eigenschaft einnimmt. Somit entspricht die erzeugte Feldstärke der vorgegebenen Feldstärke. Für die Kalibrierantenne(nspule) werden also die Schritte des zusätzlichen Anregens mit einem Impuls, des Erfassens der daraus resultierenden Schwingung und des Bestimmens der Eigenschaft im Rahmen des Auswertens der erfassten Schwingung ausgeführt. Diese Messung der Eigenschaft der Kalibrierantenne wird bei angepasster Feldstärke solange wiederholt, bis die Messung den vorgegebenen Eigenschaftswert der Kalibrierantenne ergibt.An alternative way of calibration is to measure the calibration antenna - as later the circuit - and determine a field strength dependent property of the calibration antenna. The generated field strength is adjusted so that the measured characteristic of the calibration antenna assumes a predetermined value for this property. Thus, the generated field strength corresponds to the predetermined field strength. For the calibration antenna (n coil), therefore, the steps of the additional excitation with a pulse, the detection of the resulting oscillation and the determination of the property in the context of evaluating the detected oscillation are performed. This measurement of the property of the calibration antenna is repeated with adjusted field strength until the measurement yields the predetermined property value of the calibration antenna.

Das magnetische Wechselfeld wird dabei derart erzeugt, dass der darin angeordnete Schaltkreis in eine bezüglich Amplitude und Frequenz konstante sinusförmige Schwingung versetzt wird. Die Frequenz entspricht dabei vorzugsweise einer Betriebsfrequenz des Schaltkreises. Im Falle einer kontaktlos kommunizierenden Chipkarte kann dies beispielsweise eine Frequenz von 13,56 MHz sein.In this case, the alternating magnetic field is generated in such a way that the circuit arranged therein is set into a sinusoidal oscillation constant with respect to amplitude and frequency. The frequency preferably corresponds to an operating frequency of the circuit. In the case of a contactlessly communicating chip card, this may for example be a frequency of 13.56 MHz.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schaltkreis, wie beschrieben, im Bereich des magnetischen Wechselfeldes angeordnet und das Wechselfeld liegt zum Zeitpunkt des Anregens des Schaltkreises mittels des Energiepulses in konstanter Weise vor.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the circuit, as described, arranged in the region of the alternating magnetic field and the alternating field is at the time of excitation of the circuit by means of the energy pulse in a constant manner.

Mit anderen Worten, das Anregen des Schaltkreises durch den Energiepuls erfolgt bei dauerhaft angeschaltetem magnetischen Wechselfeld. Beim Auswerten der erfassten Schwingung wird dann derenige Anteil der erfassten Schwingung berücksichtigt, welcher durch das Wechselfeld hervorgerufen wird. Dabei handelt es sich um die vorstehend erwähnte, konstante sinusförmige Schwingung.In other words, the energization of the circuit by the energy pulse takes place when the alternating magnetic field is permanently switched on. When evaluating the detected oscillation then their portion of the detected oscillation is taken into account, which is caused by the alternating field. This is the above-mentioned, constant sinusoidal oscillation.

Im Rahmen dieser Ausführungsform umfasst das Erfassen der Schwingung des Schaltkreises ein Erfassen einer Überlagerung einer durch das Wechselfeld hervorgerufenen sinusförmigen Schwingung des Schaltkreises mit einer freien, gedämpften Schwingung des Schaltkreises, welche aus der Anregung des Schaltkreises durch den Energiepuls resultiert.In the context of this embodiment, detecting the oscillation of the circuit comprises detecting a superimposition of a sinusoidal oscillation of the circuit caused by the alternating field with a free, damped oscillation of the circuit resulting from the excitation of the circuit by the energy pulse.

Das Auswerten der erfassten Schwingung des Schaltkreises kann mittels einer Subtraktion der konstanten sinusförmigen Schwingung von der erfassten Schwingung erfolgen. Auf diese Weise kann die freie, gedämpfte Schwingung ermittelt werden.The evaluation of the detected oscillation of the circuit can be carried out by means of a subtraction of the constant sinusoidal oscillation from the detected oscillation. In this way, the free, damped oscillation can be determined.

Um eine solche Vorgehensweise zu unterstützen, kann die sinusförmige Schwingung vor dem Anregen durch den Energiepuls, oder in hinreichendem Abstand nach dem Anregen, d. h. wenn die freie, gedämpfte Schwingung bereits ausgeklungen ist, erfasst und hinsichtlich Amplitude, Phase und Frequenz ermittelt und in einer Auswertungseinrichtung gespeichert werden.To aid such an approach, the sinusoidal oscillation may be prior to being excited by the energy pulse, or at a sufficient distance after excitation, i. H. if the free, damped oscillation has already faded out, detected and determined in terms of amplitude, phase and frequency and stored in an evaluation device.

Die Subtraktion der konstanten sinusförmigen Schwingung von der erfassten Schwingung des Schaltkreises kann mittels Software oder mittels Hardware erfolgen. In der Hardwarevariante kann ein Verstärker verwendet werden. Die beschriebene Subtraktion kann dann vorzugsweise durch Addition eines Signals erfolgen, welches dem von der Kalibrierantenne erfassten und dann invertierten Signal entspricht, d. h. durch Addition der invertierten Sinusschwingung.The subtraction of the constant sinusoidal oscillation from the detected oscillation of the circuit can be done by software or hardware. In the hardware variant, an amplifier can be used. The described subtraction can then preferably be effected by addition of a signal which corresponds to the signal detected by the calibration antenna and then inverted, ie. H. by adding the inverted sine wave.

Ein durch einen Energiepuls angeregter Schaltkreis schwingt nach der Anregung grundsätzlich unmittelbar mit einer freien, gedämpften Schwingung A(t) aus, welche mit der folgenden Formel beschrieben werden kann: A(t) = A₀(t)e^(–δt)cosωt. A circuit excited by an energy pulse basically vibrates immediately after the excitation with a free, damped oscillation A (t), which can be described by the following formula: A (t) = A ₀ (t) e ^(-δt) cosωt.

A(t) kann dabei dem Strom I oder der Spannung U eines durch den Schaltkreis gebildeten elektrischen Schwingkreises entsprechen. Demnach kann der Spannungsverlauf des Schaltkreises unmittelbar nach der Anregung mit der folgenden Formel beschrieben werden: U(t) = U₀(t)e^(–δt)cosωt A (t) can correspond to the current I or the voltage U of an electrical resonant circuit formed by the circuit. Thus, the voltage curve of the circuit can be described immediately after the excitation with the following formula: U (t) = U ₀ (t) e ^(-δt) cosωt

Die Kreisfrequenz ω entspricht dabei der Eigenresonanzfrequenz des Schaltkreises f_res multipliziert mit 2π (ω = 2πf_res). Aus dem Abklingkoeffizienten δ und der Eigenresonanzfrequenz f_res kann die Güte Q des Schaltkreises ermittelt werden. Alternativ kann die Güte Q auch aus zwei aufeinander folgenden Maxima A_n und A_n+1 der Schwingungsamplitude des Schaltkreises ermittelt werden.

The angular frequency ω corresponds to the natural resonance frequency of the circuit f _res multiplied by 2π (ω = 2πf _res ). From the decay coefficient δ and the natural resonance frequency f _res , the quality Q of the circuit can be determined. Alternatively, the quality Q can also be determined from two successive maxima A _n and A _{n + 1 of} the oscillation amplitude of the circuit.

Je länger der Abklingvorgang dauert, desto höher ist die Güte des entsprechenden Schwingkreises. D. h. eine Auswertung der freien, gedämpften Schwingung des Schaltkreises, d. h. deren Ausschwingen unmittelbar nach der Anregung, erlaubt es, sowohl die Eigenresonanzfrequenz als auch die Güte des Schaltkreises zu bestimmen.The longer the decay process lasts, the higher the quality of the corresponding resonant circuit. Ie. an evaluation of the free, damped oscillation of the circuit, d. H. their decay immediately after the excitation, allows to determine both the natural frequency and the quality of the circuit.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft, wie erwähnt, eine präzise Messung der Eigenresonanzfrequenz des Schaltkreises unter vorgegebenen äußeren Bedingungen, d. h. in einem magnetischen Wechselfeld konstanter, vorgegebener Feldstärke. Dies erlaubt eine entsprechende Messung in reproduzierbarer Weise und insbesondere bei einer Betriebsfeldstärke des Schaltkreises. One aspect of the present invention concerns, as mentioned, a precise measurement of the natural resonant frequency of the circuit under predetermined external conditions, ie in an alternating magnetic field of constant, predetermined field strength. This allows a corresponding measurement in a reproducible manner and in particular at an operating field strength of the circuit.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung beruht nun auf dem Umstand, dass ein Defekt der Antenne des zu prüfenden Schaltkreises, wie beispielsweise eine Unterbrechung einer Leiterbahn oder ein Kurzschluss zwischen einzelnen Spulenwindungen einer als Antennenspule ausgebildeten Antenne, dazu führt, dass sich ein bei einer beschriebenen Prüfung erkennbarer Signalverlauf des Ausschwingens signifikant von einem entsprechenden Signalverlauf des Ausschwingens einer intakten Antennenspule unterscheidet. Anhand der ausgewerteten freien, gedämpften Schwingung festgestellte Parameter einer fehlerhaften Antenne, insbesondere deren Eigenresonanzfrequenz und deren Güte, unterscheiden sich deutlich von den entsprechenden Parametern einer intakten Antenne.Another aspect of the invention is based on the fact that a defect in the antenna of the circuit to be tested, such as an interruption of a conductor track or a short circuit between individual coil windings of an antenna coil designed as an antenna, leads to a recognizable in a test described Emergent waveform significantly different from a corresponding waveform of the decay of an intact antenna coil. On the basis of the evaluated free, damped vibration detected parameters of a faulty antenna, in particular their natural frequency and their quality, differ significantly from the corresponding parameters of an intact antenna.

Ein Leiterbahnbruch beispielsweise zeigt sich in einem deutlich erkennbar veränderten Ausschwingverhalten, insbesondere einer veränderten, in der Regel erhöhten Eigenresonanzfrequenz. Im Falle eines Kurzschlusses von zwei oder mehr Spulenwindungen ist kaum mehr ein Ausschwingen zu beobachten.A conductor break, for example, is reflected in a clearly recognizable changed decay behavior, in particular an altered, usually increased natural resonant frequency. In the case of a short circuit of two or more coil turns barring is no longer observed.

Auf diese Weise kann beim Auswerten der freien, gedämpften Schwingung durch die Prüfvorrichtung nicht nur erkannt werden, ob die Antennenspule fehlerhaft ist oder nicht, sondern es kann im Falle eines Fehlers oder Mangels auch der Typ des Fehlers bzw. die Art des Mangels festgestellt werden.In this way, when evaluating the free, damped vibration by the test apparatus, not only can it be known whether the antenna coil is faulty or not, but also the type of the fault or the type of defect can be determined in case of a fault or defect.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft schließlich die Tatsache, dass bei Vorliegen eines intakten Schaltkreises bei verschiedenen Feldstärken jeweils, wenn auch gegebenenfalls nur geringfügig, voneinander abweichende Resonanzfrequenzen ermittelt werden sollten. Mit anderen Worten, werden bei wiederholtem Durchführen des beschriebenen Verfahrens – bei jeweils verschiedenen Feldstärken des magnetischen Wechselfeldes – gleiche Resonanzfrequenzen ermittelt, so spricht dies für einen Defekt des elektronischen Bauteils bzw. solcher Elemente des Bauteils, welche grundsätzlich mit für eine Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der Feldstärke verantwortlich sind.A third aspect of the invention finally relates to the fact that in the presence of an intact circuit at different field strengths each, albeit possibly only slightly different resonant frequencies should be determined. In other words, if repeated implementation of the method described - at each different field strengths of the alternating magnetic field - same resonant frequencies determined, this indicates a defect of the electronic component or such elements of the component, which basically with a dependence of the resonance frequency of the Field strength are responsible.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind offensichtlich und zahlreich.The advantages of the method according to the invention are obvious and numerous.

Erstmals kann die Resonanzfrequenz präzise und reproduzierbar, unter variabel, aber fest einstellbaren Bedingungen, ermittelt werden. Ein bisher nicht erfassbarer Einfluss eines magnetischen Wechselfeldes auf Messergebisse kann nun in präziser Weise vorgegeben und in der Messung berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine präzise Messung physikalischer Eigenschaften des Schaltkreises unter eindeutig reproduzierbaren Messbedingungen.For the first time, the resonance frequency can be determined precisely and reproducibly, under variable but permanently adjustable conditions. An influence of an alternating magnetic field which can not be detected on measurement results can now be specified in a precise manner and taken into account in the measurement. This allows precise measurement of physical properties of the circuit under clearly reproducible measurement conditions.

Weiter kann die Prüfung der Antenne kontaktlos und mit sehr geringem Zeitaufwand erfolgen. Dies erlaubt für geeignete Ausführungsformen, wie beispielsweise Chipkarten mit gedruckter Antennenspule, eine Prüfung während eines laufenden Produktionsprozesses. Insbesondere kann auch bereits eine gedruckte Antennenspule, welche noch nicht vollständig ausgehärtet ist, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft werden. Die benötigte Messvorrichtung, welche nachfolgend noch im Detail beschrieben wird, ist vergleichsweise einfach und kostengünstig bereitzustellen. Zudem erlaubt das Verfahren nicht nur, physikalischen Eigenschaften des Schaltkreises in reproduzierbare Weise zu bestimmen, sowie Fehler oder Mängel einer defekten Antenne zu erkennen, sondern auch verschiedene Fehlertypen eines zu prüfenden Schaltkreises zu unterscheiden.Next, the test of the antenna can be done contactless and with very little time. This allows for suitable embodiments, such as chip cards with printed antenna coil, a test during an ongoing production process. In particular, even a printed antenna coil, which has not yet completely cured, can be tested with the method according to the invention. The required measuring device, which will be described in detail below, is comparatively simple and inexpensive to provide. In addition, the method not only allows to determine physical characteristics of the circuit in a reproducible manner, as well as to detect faults or defects of a defective antenna, but also to distinguish different types of faults of a circuit under test.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Schaltkreis im Bereich des magnetischen Wechselfeldes angeordnet werden und das Wechselfeld zum Zeitpunkt des Anregens des Schaltkreises mittels des Energiepulses abgeschaltet sein. Dabei erfolgt die Abschaltung des Wechselfeldes zeitlich erst derart kurz vor dem Anregen des Schaltkreises durch den Energiepuls, dass Einflüsse des zuvor vorliegenden, noch angeschalteten Wechselfeldes auf Betriebs- und Schaltungszustände einer oder mehrerer Komponenten des elektronischen Bauteils weiterhin vorliegen. D. h. der Schaltkreis ist zum Zeitpunkt des Anregen noch mit Energie versorgt. Mit anderen Worten, das magnetische Wechselfeld wird zumindest kurzzeitig abgeschaltet und das Anregen des Schaltkreises durch den Energiepuls erfolgt bei abgeschaltetem magnetischen Wechselfeld. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Auswerten der erfassten Schwingung dadurch einfacher wird, dass kein der sinusförmigen Schwingung entsprechender Schwingungsanteil von dem erfassten Signal subtrahiert werden muss.According to a variant of the method according to the invention, the circuit can be arranged in the region of the alternating magnetic field and the alternating field can be switched off at the time of the excitation of the circuit by means of the energy pulse. In this case, the switching off of the alternating field takes place temporally only so shortly before the energizing of the circuit by the energy pulse, that influences of the previously present, still switched alternating field continue to exist on operating and circuit states of one or more components of the electronic component. Ie. the circuit is still powered at the time of stimulation. In other words, the magnetic alternating field is switched off at least for a short time and the energizing of the circuit by the energy pulse takes place when the alternating magnetic field is switched off. This variant has the advantage that the evaluation of the detected oscillation is made easier by the fact that no oscillation component corresponding to the sinusoidal oscillation must be subtracted from the detected signal.

Wir erwähnt, wird das magnetische Wechselfeld vorzugsweise nur kurzfristig abgeschaltet. Die Dauer der Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes ist dabei derart kurz, dass der zu prüfende Schaltkreis auch der Abschaltung des Wechselfeldes mit Energie versorgt bleibt. Vorzugsweise dauert das Abschalten nur wenige Mikrosekunden, bevorzugt etwa 3 μs (beispielsweise für Datenträger nach ISO/IEC 14443 ).We mentioned, the alternating magnetic field is preferably switched off only for a short time. The duration of the shutdown of the alternating magnetic field is so short that the circuit to be tested and the shutdown of the alternating field is energized. Preferably, the shutdown takes only a few microseconds, preferably about 3 μs (for example, for disk after ISO / IEC 14443 ).

Weiterhin erfolgt bevorzugt das Anregen des Schaltkreises mittels des Energiepulses im Rahmen der vorstehend beschriebenen Alternative, d. h. bei kurzzeitig abgeschaltetem Wechselfeld, erst dann, wenn die aus dem vormals vorliegenden, angeschalteten Wechselfeld resultierende sinusförmige Schwingung bereits abgeklungen ist. Nur dann ergibt sich der vorstehend beschriebene Vorteil des einfacheren Auswerten der erfassten Schwingung in vollem Umfang. In diesem Fall entspricht die erfasste Schwingung des Schaltkreises genau der freien, gedämpften Schwingung des Schaltkreises, welche aus der Anregung des Schaltkreises durch den Energiepuls resultiert.Furthermore, it is preferable to excite the circuit by means of the energy pulse in the context of the alternative described above, ie. H. for a momentarily switched off alternating field, only when the resulting from the former, switched alternating field resulting sinusoidal oscillation has already subsided. Only then does the above-described advantage of simpler evaluation of the detected oscillation result in its entirety. In this case, the detected oscillation of the circuit corresponds exactly to the free, damped oscillation of the circuit, which results from the excitation of the circuit by the energy pulse.

Wie erwähnt, wird im Schritt des Auswerten der wie vorstehend beschrieben erfassten oder ermittelten freien, gedämpften Schwingung des Schaltkreises insbesondere die Eigenresonanzfrequenz des Schaltkreises und die Güte des Schaltkreises in Abhängigkeit von der Feldstärke des vorliegenden magnetischen Wechselfeldes ermittelt. Daraus können, wie beschrieben, in vielfältiger Weise Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des Schaltkreises gezogen werden.As mentioned, in the step of evaluating the free, damped oscillation of the circuit detected or determined as described above, in particular the self-resonant frequency of the circuit and the quality of the circuit are determined as a function of the field strength of the present alternating magnetic field. This can, as described, be drawn in many ways conclusions on the functioning of the circuit.

Es versteht sich, dass das Verfahren, wie ebenfalls bereits erwähnt, in jeder der beschriebenen Varianten mit jeweils veränderter Feldstärke des magnetischen Wechselfeldes wiederholt werden kann. Auf diese Weise kann insbesondere die Abhängigkeit der Messergebnisse von der Feldstärke überprüft werden. Beispielsweise lassen identische Messergebnisse bei verschiedenen Feldstärken auf einen defekten Schaltkreis schließen.It is understood that the method, as also already mentioned, can be repeated in each of the variants described, each with a modified field strength of the alternating magnetic field. In this way, in particular the dependence of the measurement results on the field strength can be checked. For example, identical measurement results at different field strengths suggest a defective circuit.

Gängige Feldstärken, bei denen das Verfahren wiederholt werden kann, sind insbesondere solche, die einer Betriebsfeldstärke eines kontaktlosen kommunizierenden Datenträgers der vorstehend genannten Varianten entspricht, d. h. Feldstärken im Bereich von 0 bis 12 A/m, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 7,5 A/mbzw. zwischen 0,15 und 7,5 A/m.Common field strengths at which the method can be repeated are in particular those which correspond to an operating field strength of a contactless communicating data carrier of the aforementioned variants, ie. H. Field strengths in the range of 0 to 12 A / m, more preferably between 1.5 and 7.5 A / mbzw. between 0.15 and 7.5 A / m.

Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Prüfen eines zur kontaktlosen Datenkommunikation eingerichteten Schaltkreises umfasst dabei folgende Komponenten:
Eine Sendeeinrichtung mit einer Sendeantenne ist eingerichtet, ein magnetisches Wechselfeld einer vorgegebenen Frequenz und einer vorgegebenen Feldstärke zu erzeugen.A measuring device according to the invention for testing a circuit arranged for contactless data communication comprises the following components:
A transmitting device with a transmitting antenna is set up to generate a magnetic alternating field of a predetermined frequency and a predetermined field strength.

Ein Impulsgeber ist eingerichtet, einen in der Messvorrichtung anordenbaren, zu prüfenden Schaltkreis über eine an den Impulsgeber angeschlossene Erregerspule kontaktlos anzuregen.A pulse generator is set up to contactlessly excite a circuit to be tested, which can be arranged in the measuring device, by means of an excitation coil connected to the pulse generator.

Eine Messantenne ist eingerichtet, eine Schwingung eines angeordneten, zu prüfenden Schaltkreises zu erfassen.A measuring antenna is arranged to detect a vibration of an arranged circuit to be tested.

Eine Auswertungseinrichtung schließlich, welche mit der Messantenne verbunden ist, ist eingerichtet, die von der Messantenne erfasste Schwingung des zu prüfenden Schaltkreises auszuwerten, insbesondere hinsichtlich einer Eigenresonanzfrequenz des Schaltkreises.Finally, an evaluation device, which is connected to the measuring antenna, is set up to evaluate the oscillation of the circuit to be tested detected by the measuring antenna, in particular with regard to a self-resonant frequency of the circuit.

Die Auswertungseinrichtung kann dabei insbesondere einen Vergleich mit Referenzwerten einer intakten Antennenspule heranziehen. Zur Analyse der von der Messantenne beim Erfassen der Schwingung erfassten Signale kann in bekannter Weise beispielsweise ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein Oszilloskop dienen.The evaluation device can in particular use a comparison with reference values of an intact antenna coil. To analyze the signals detected by the measuring antenna when detecting the oscillation, a digital signal processor (DSP) or an oscilloscope can be used in a known manner, for example.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Messvorrichtung eine Kalibriereinrichtung mit einer Kalibrierantenne umfassen. Die Kalibriereinrichtung ist eingerichtet, Parameter des durch die Sendeinrichtung erzeugten magnetischen Wechselfeldes, insbesondere eine Feldstärke des Wechselfeldes in Bereich der Kalibrierantenne, zu erfassen. Alternativ kann eine Kalibrierung der Messvorrichtung auch bereits während der Herstellung der Messvorrichtung erfolgen. In diesem Fall ist die Kalibriereinrichtung während des Prüfers des Schaltkreises verzichtbar.According to a preferred embodiment, the measuring device may comprise a calibration device with a calibration antenna. The calibration device is set up to detect parameters of the alternating magnetic field generated by the transmitting device, in particular a field strength of the alternating field in the region of the calibration antenna. Alternatively, a calibration of the measuring device can already take place during the production of the measuring device. In this case, the calibration device is dispensable during the tester of the circuit.

Vorzugsweise ist die Messvorrichtung derart eingerichtet, dass der zu prüfende Schaltkreis, welcher, wie erwähnt, eine Antenne und ein mit der Antenne gekoppeltes elektronisches Bauteil umfasst, in der Messvorrichtung derart angeordnet werden kann, dass die Antenne des Schaltkreises in einem Bereich angeordnet wird, in dem das Wechselfeldes eine vorgegebene Feldstärke aufweist. Dieser Bereich ist, wie erwähnt, vorzugsweise jeweils mittels der Kalibrierantenne in exakter Weise ermittelbar.Preferably, the measuring device is arranged such that the circuit to be tested, which, as mentioned, an antenna and an electronic component coupled to the antenna, can be arranged in the measuring device such that the antenna of the circuit is arranged in a region the alternating field has a predetermined field strength. As mentioned, this area can preferably be determined in an exact manner by means of the calibration antenna.

Konkret kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, dass der zu prüfende Schaltkreis in der Messvorrichtung derart angeordnet wird, dass die Antenne des Schaltkreises und die Kalibrierantenne koaxial zu der Sendeantenne angeordnet sind. Weiter werden die Antenne des Schaltkreises und die Kalibrierantenne auf jeweils verschiedenen Seiten der Sendeantenne angeordnet. Schließlich ist der Abstand, in dem jede der beiden Antennen zu der Sendeantenne angeordnet wird, jeweils der gleiche. Eine vergleichbare Prüfanordnung ist beispielsweise aus der Norm ISO/IEC 10373-6 im Zusammenhang mit der Messung einer feldstärkenabhängigen Lastmodulationsamplitude bekannt.Specifically, this can be done, for example, by arranging the circuit under test in the measuring device such that the antenna of the circuit and the calibration antenna are arranged coaxially with the transmitting antenna. Further, the antenna of the circuit and the calibration antenna are disposed on different sides of the transmitting antenna, respectively. Finally, the distance at which each of the two antennas is arranged to the transmitting antenna is the same in each case. A comparable test arrangement is for example from Standard ISO / IEC 10373-6 in connection with the measurement of a field strength-dependent load modulation amplitude known.

Die Erregerspule und die Messantenne der Messvorrichtung sind vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet. In dem Fall, dass die Erregerspule und die Messantenne nicht orthogonal zueinander, sondern beispielsweise nebeneinander angeordnet sind, wird der Erregungspuls der Erregerspule auch von der Messantenne erfasst. Zudem überlagert dann das Abschwingverhalten der Erregerspule das zu messende Abschwingverhalten der Antennenspule. The exciter coil and the measuring antenna of the measuring device are preferably arranged orthogonal to one another. In the case that the exciter coil and the measuring antenna are arranged not orthogonal to each other, but for example next to each other, the excitation pulse of the exciter coil is also detected by the measuring antenna. In addition, the Abschwingverhalten the exciter coil then superimposed on the Abschwingverhalten the antenna coil to be measured.

Bei einer „orthogonalen” Anordnung der Erregerspule zu der Messantenne liegen diese derart zueinander, dass das Signal der Erregerspule von der Messantenne nicht wahrgenommen wird. Die Erregerspule ist dabei gegenüber der Messantenne räumlich so angeordnet, dass in der Messantenne im Wesentlichen kein Signal eingekoppelt wird. Ein Signal wird in eine Spule immer dann eingekoppelt, wenn das Ringintegral über den magnetischen Fluss (durch diese Spule größer als Null ist (vgl. oben zitiertes RFID-Handbuch, Kapitel 4.1.6 und 4.1.9.2 ). Das Integral über den magnetischen Fluss (ist genau dann Null, wenn sich magnetische Feldlinien unterschiedlicher Richtung und Feldstärke in der Messantenne über die Gesamtfläche gegenseitig aufheben, oder wenn der Winkel der Feldlinien zur Spulenachse genau 90° beträgt – daher der Begriff „orthogonale” Anordnung. Eine geeignete, so genannte koplanare orthogonale Anordnung der Erregerspule zur Messantenne kann beispielsweise derart erfolgen, dass die beiden Antennen in einer Ebene geeignet teilweise übereinander liegen.In an "orthogonal" arrangement of the excitation coil to the measuring antenna, these are such to each other that the signal of the excitation coil is not perceived by the measuring antenna. The excitation coil is arranged spatially relative to the measuring antenna in such a way that substantially no signal is coupled into the measuring antenna. A signal is coupled into a coil whenever the ring integral across the magnetic flux (through this coil is greater than zero (see above cited RFID manual, chapters 4.1.6 and 4.1.9.2 ). The integral over the magnetic flux (is zero if and only if magnetic field lines of different direction and field strength in the measuring antenna over the total area cancel each other, or if the angle of the field lines to the coil axis is exactly 90 ° - hence the term "orthogonal" arrangement. A suitable, so-called coplanar orthogonal arrangement of the exciting coil to the measuring antenna, for example, take place such that the two antennas in a plane suitably lie partially above each other.

Die Sendeeinrichtung der Messvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, ein magnetisches Wechselfeld unterschiedlicher Feldstärken erzeugen. Wie bereits erwähnt, sollten darunter zumindest Feldstärken im Bereich der gängigen Betriebsfeldstärken kontaktlos kommunizierender Datenträger oder Geräte liegen, d. h. Feldstärken im Bereich von 0 bis 12 A/m, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 7,5 A/m für ISO/IEC 14443 bzw. 0,15 bis 7,5 A/m für ISO/IEC 15693 .The transmitting device of the measuring device is preferably set up to generate a magnetic alternating field of different field strengths. As already mentioned, these should at least include field strengths in the range of the common operating field strengths of contactlessly communicating data carriers or devices, ie field strengths in the range of 0 to 12 A / m, in particular in the range of 1.5 to 7.5 A / m for ISO / IEC 14443 or 0.15 to 7.5 A / m for ISO / IEC 15693 ,

Das erzeugte Magnetfeld und der Schaltkreis sind vorzugsweise vorgesehen bzw. eingerichtet für eine Kommunikation im Nahbereich, also mittels induktiver Kopplung bzw. Lastmodulation.The generated magnetic field and the circuit are preferably provided or set up for a communication in the near range, ie by means of inductive coupling or load modulation.

Die Messantenne der Messvorrichtung sollte vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass sie selbst durch ihre physikalischen Eigenschaften die Messung der Schwingung des zu prüfenden Schaltkreises nicht oder nur unwesentlich beeinflusst. Dazu sollte die Messantenne möglichst breitbandig ausgelegt sein und lediglich eine sehr gering ausgeprägte Spannungsüberhöhung im Bereich ihrer Resonanzfrequenz aufweisen. Insbesondere sollte ein Ausschwingen der Messantenne in Reaktion auf die Anregung mittels der Erregerspule, welches grundsätzlich auch von der Messantenne wahrgenommen werden kann, im Wesentlichen unterdrückt werden.The measuring antenna of the measuring device should preferably be designed in such a way that it does not or only insignificantly influences the measurement of the oscillation of the circuit to be tested, even by its physical properties. For this purpose, the measuring antenna should be designed as broadband as possible and only have a very slight increase in voltage in the range of their resonance frequency. In particular, a swinging out of the measuring antenna in response to the excitation by means of the excitation coil, which in principle can also be perceived by the measuring antenna, should be substantially suppressed.

Um dies zu erreichen, umfasst die Messantenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Leiterschleife und eine Mehrzahl ohmscher Widerstände, wobei Widerstände in vorgegebenen Abständen in die Leiterschleife eingefügt sind. Mit anderen Worten, durch das Einfügen der Widerstände in die Leiterschleife entsteht eine Mehrzahl von Leitungssegmenten der Leiterschleife, welche durch die ohmschen Widerstände verbunden werden. Leitungssegmente und Widerstände sind dabei jeweils abwechselnd und in Reihe geschaltet.To achieve this, according to a preferred embodiment, the measuring antenna comprises a conductor loop and a plurality of ohmic resistors, wherein resistors are inserted into the conductor loop at predetermined intervals. In other words, by inserting the resistors in the conductor loop results in a plurality of line segments of the conductor loop, which are connected by the ohmic resistors. Line segments and resistors are each alternately and connected in series.

Auf diese Weise entsteht eine Leiterschleife mit dazu in Reihe geschaltetem hochohmigem Widerstand. Dies könnte zwar grundsätzlich auch dadurch erreicht werden, dass ein einzelner hochohmiger Widerstand in Reihe mit der Leiterschleife geschaltet wird. Da in der Praxis aber auch parasitäre Kapazitäten in Betracht gezogen werden müssen, die sich entlang der Leiterschleifen bilden, hat der beschriebene Aufbau der bevorzugten Messantenne verschiedene Vorteile. Dadurch, dass der Widerstand nicht als einzelner Widerstand vorliegt, sondern als Mehrzahl entlang der Leiterschleife geschalteter „Teilwiderstände”, werden die auftretenden parasitären Kapazitäten nicht mehr als Gesamtkapazität wirksam. Mit anderen Worten, während ein einzelner Widerstand, der in Reihe zu der Leiterschleife geschaltet werden würde, aufgrund einer entlang der Leiterschleife auftretenden parasitären Kapazität, welche dann als Gesamtkapazität in Erscheinung treten würde, zusammen mit der Induktivität der Leiterschleife einen Schwingkreis mit ungünstigerweise hoher Güte – wegen des hochohmigen Scheinwiderstandes – bilden würde, erlaubt der beschriebene, bevorzugte Aufbau eine wirksame Dämpfung der Messantenne.In this way, a conductor loop with a high-resistance resistor connected in series is created. In principle, this could also be achieved by connecting a single high-resistance resistor in series with the conductor loop. However, since parasitic capacitances that form along the conductor loops must also be taken into consideration in practice, the described design of the preferred measuring antenna has various advantages. Because the resistor is not present as a single resistor but as a plurality of "partial resistors" connected along the conductor loop, the parasitic capacitances that occur are no longer effective as a total capacitance. In other words, while a single resistor that would be connected in series with the conductor loop, due to a parasitic capacitance occurring along the conductor loop, which would then appear as a total capacitance, together with the inductance of the conductor loop, a resonant circuit with unfavorably high quality, because of the high-impedance impedance - would form, the described preferred construction allows effective attenuation of the measuring antenna.

Gegenüber einer Ausführungsform, bei der der Widerstand dadurch entlang der Leiterschleife „gleichmäßig” verteilt wird, dass die Leiterschleife der Messantenne aus einem hochohmigen Material, wie beispielsweise Graphit, hergestellt wird, hat der beschriebene Aufbau den Vorteil einer einfachen und insbesondere kostengünstigeren Herstellung.Compared to an embodiment in which the resistance is distributed "evenly" along the conductor loop, that the conductor loop of the measuring antenna is made of a high-resistance material, such as graphite, the structure described has the advantage of a simple and more cost-effective production.

Die Abstände zwischen je zwei entlang der Leiterschleife benachbart eingefügten Widerständen sind dabei vorzugsweise regelmäßig. Die Anzahl, der Abstand und die Dimension der Widerstände sind grundsätzlich variabel. Vorzugsweise werden zumindest fünf Widerstände entlang der Leiterschleife angeordnet, vorzugsweise 8 bis 10 Widerstände, die Anzahl kann aber auch größer sein. In der Regel sind die Widerstände gleich dimensioniert, Abweichungen zwischen einzelnen Widerstandswerten sind möglich.The distances between each two adjacent along the conductor loop inserted resistors are preferably regular. The number, the distance and the dimension of the resistors are basically variable. Preferably, at least five resistors are arranged along the conductor loop, preferably 8 to 10 resistors, but the number can also be greater. In general, the resistors are dimensioned the same, deviations between individual resistance values are possible.

Vorzugsweise ist an die Messantenne unmittelbar ein Verstärker angeordnet. Dadurch kann eine lange, kapazitätsbelegte Zuleitung vermieden werden. Der Verstärker umfasst bevorzugt einen hochohmigen Eingang. Als Verstärker kann beispielsweise ein Impedanzwandler verwendet werden. Dessen Ausgangsimpedanz ist dann vorzugsweise an ein Übertragungsmittel angepasst, welches den Impedanzwandler mit der Auswertungseinrichtung verbindet. Als Verbindungsmittel wird vorzugsweise ein Koaxialkabel verwendet. In diesem Fall beträgt die Ausgangsimpedanz des Impedanzwandlers 50 Ω. Preferably, an amplifier is arranged directly on the measuring antenna. As a result, a long, capacitive supply line can be avoided. The amplifier preferably comprises a high-impedance input. As an amplifier, for example, an impedance converter can be used. Its output impedance is then preferably adapted to a transmission means which connects the impedance converter with the evaluation device. As a connecting means, a coaxial cable is preferably used. In this case, the output impedance of the impedance converter is 50 Ω.

Die Auswertungseinrichtung, welche beispielsweise ein Oszilloskop sein kann, weist bevorzugt eine Eingangsimpedanz auf, welche in gleicher Weise an ein Übertragungsmittel angepasst ist, welches die Auswertungseinrichtung mit der Messantenne verbindet, beispielsweise das genannte Koaxialkabel.The evaluation device, which may be, for example, an oscilloscope, preferably has an input impedance which is adapted in the same way to a transmission means which connects the evaluation device to the measuring antenna, for example the said coaxial cable.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin zeigen:The present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show:

1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung; 1 a preferred embodiment of a measuring device according to the invention;

2A eine bevorzugte Ausführungsform einer Messantenne der Messvorrichtung aus 1; 2A a preferred embodiment of a measuring antenna of the measuring device 1 ;

2B eine Ersatzschaltung der Messantenne aus 2A; 2 B an equivalent circuit of the measuring antenna 2A ;

2C eine Anordnung der Messantenne aus 2A relativ zu einer Erregerspule der Messvorrichtung aus 1; 2C an arrangement of the measuring antenna 2A relative to an excitation coil of the measuring device 1 ;

3 Schritte einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen eines zur kontaktlosen Datenkommunikation eingerichteten Schaltkreises; 3 Steps of a preferred embodiment of a method according to the invention for testing a circuit arranged for contactless data communication;

4 den Verlauf einer freien, gedämpften Schwingung; 4 the course of a free, damped oscillation;

5 exemplarisch den Verlauf einer Schwingung, wie sie in Schritt S4 aus 3 erfasst werden kann; 5 as an example, the course of a vibration, as in step S4 off 3 can be detected;

6 exemplarisch Teilschritte des Auswerten der erfassten Schwingung aus 5; 6 exemplary sub-steps of evaluating the detected oscillation 5 ;

7A und 7B exemplarisch das Ermitteln einer Betriebsresonanzfrequenz eines zu prüfenden Schaltkreises; 7A and 7B by way of example determining an operating resonance frequency of a circuit to be tested;

8A ein erfasstes Signal gemäß einer Variante des Verfahrens nach 3; und 8A a detected signal according to a variant of the method according to 3 ; and

8B die Schritte eines Verfahren gemäß dieser Variante. 8B the steps of a method according to this variant.

Die in 1 exemplarisch dargestellte Messevorrichtung 1000 dient zum Prüfen eines zur kontaktlosen Datenkommunikation eingerichteten Schaltkreises 20, welcher im vorliegenden Beispiel in Form einer kontaktlos kommunizierenden Chipkarte dargestellt ist. Diese umfasst eine Antennenspule 22, welche mit einem elektronischen Bauteils 24 zu einem zu prüfenden Schaltkreis 20 verbunden ist.In the 1 exemplified measuring device 1000 is used to test a circuit adapted for contactless data communication 20 , which is shown in the present example in the form of a contactlessly communicating chip card. This includes an antenna coil 22 , which with an electronic component 24 to a circuit to be tested 20 connected is.

Die Antenne 22 des Schaltkreises 20, wenn der Schaltkreis zur Prüfung in der Messvorrichtung angeordnet ist, ist zu einer Sendeantenne 210 einer Sendeeinrichtung 200 der Messvorrichtung 1000 koaxial angeordnet.The antenna 22 of the circuit 20 when the circuit is arranged for testing in the measuring device is to a transmitting antenna 210 a transmitting device 200 the measuring device 1000 arranged coaxially.

Ebenfalls koaxial zu der Sendeantenne 210 ist eine Kalibrierantenne 310 einer Kalibriereinrichtung 300 angeordnet. Die Kalibriereinrichtung 300 mit der Kalibrierantenne 310 kann Teil der Messvorrichtung 1000 sein. Die Kalibrierantenne 310 sowie die Antenne 22 des zu prüfenden Schaltkreises 20 sind, wie illustriert, zu jeweils verschiedenen Seiten der Sendeantenne 210 und in jeweils gleichem Abstand d zu der Sendeantenne 210 angeordnet.Also coaxial with the transmitting antenna 210 is a calibration antenna 310 a calibration device 300 arranged. The calibration device 300 with the calibration antenna 310 can be part of the measuring device 1000 be. The calibration antenna 310 as well as the antenna 22 of the circuit to be tested 20 are, as illustrated, to each different sides of the transmitting antenna 210 and at the same distance d to the transmitting antenna 210 arranged.

Mittels der Sendeeinrichtung 200 und der Sendeantenne 210 kann ein magnetisches Wechselfeld einer einstellbaren Feldstärke H und mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt werden. Insbesondere ist die Sendeeinrichtung 200 eingerichtet, ein magnetisches Wechselfeld mit einer für den Betrieb eines zu prüfenden Datenträgers 20 üblichen Betriebsfeldstärke H zu erzeugen. Im Zusammenhang mit Datenträgern gemäß ISO/EC 14443 sind übliche Betriebsfeldstärken beispielsweise 1,5 bis 7,5 A/m. Bevorzugt umfasst der Bereich, den die Sendeeinrichtung 200 abdeckt, ein größeres Intervall, beispielsweise 0 bis 12 A/m, bevorzugt auch noch höhere Feldstärken.By means of the transmitting device 200 and the transmitting antenna 210 a magnetic alternating field of an adjustable field strength H and with a predetermined frequency can be generated. In particular, the transmitting device 200 set up, an alternating magnetic field with a for the operation of a data carrier to be tested 20 usual field strength H to produce. In connection with data carriers according to ISO / EC 14443 are common operating field strengths, for example, 1.5 to 7.5 A / m. Preferably, the area covered by the transmitting device 200 covers, a larger interval, for example 0 to 12 A / m, preferably even higher field strengths.

Die Kalibriereinrichtung 300 mit der Kalibrierantenne 310 dient dazu, die Feldstärke H des mittels der Sendeeinrichtung 200 erzeugten Wechselfeldes in einem definierten Abstand d von der Sendeantenne 210 genau zu erfassen. Aufgrund der Tatsache, dass die Antenne 22 eines zu prüfenden Datenträgers 20 in der Messvorrichtung 1000 relativ zu der Sendeantenne 210 in gleicher räumlicher Anordnung, koaxial, und gleichem Abstand d wie die Kalibrierantenne 310 angeordnet werden kann, kann davon ausgegangen werden, dass im Bereich der Antenne 22 des zu prüfenden Schaltkreises 20 genau die gleiche Feldstärke H vorliegt, wie im Bereich der Kalibrierantenne 310.The calibration device 300 with the calibration antenna 310 serves to the field strength H of means of the transmitting device 200 generated alternating field at a defined distance d from the transmitting antenna 210 to grasp exactly. Due to the fact that the antenna 22 of a data carrier to be checked 20 in the measuring device 1000 relative to the transmitting antenna 210 in the same spatial arrangement, coaxial, and the same distance d as the calibration antenna 310 can be arranged, it can be assumed that in the area of the antenna 22 of the circuit to be tested 20 exactly the same field strength H is present as in the area of the calibration antenna 310 ,

Die Messvorrichtung 1000 umfasst weiterhin einen Impulsgeber 110, der vorzugsweise über einen Verstärker 120 mit einer Erregerspule 130 verbunden ist. Mittels eines durch den Impulsgeber 110 erzeugten Energiepulses, vorzugsweise in Form eines Dirac-Stoßes, kann der zu prüfende Schaltkreis 20 über die Erregerspule kontaktlosen angeregt werden. The measuring device 1000 also includes a pulse generator 110 , preferably via an amplifier 120 with an excitation coil 130 connected is. By means of a pulse generator 110 produced energy pulse, preferably in the form of a Dirac shock, the circuit to be tested 20 be excited via the excitation coil contactless.

Eine Messantenne 140 der Messvorrichtung 1000 ist eingerichtet, eine Schwingung des zu prüfenden Schaltkreises 20 zu erfassen und vorzugsweise über einen Verstärker 150 an eine Auswertungseinrichtung 160 weiterzuleiten. Die Auswertungseinrichtung 160 kann beispielsweise als Oszilloskop vorliegen und ist vorzugsweise, wie nachfolgend mit Bezug auf 6 beschrieben, mit der Kalibriereinrichtung 300 verbunden.A measuring antenna 140 the measuring device 1000 is established, a vibration of the circuit under test 20 to capture and preferably via an amplifier 150 to an evaluation device 160 forward. The evaluation device 160 For example, it may be in the form of an oscilloscope and is preferably as described below with reference to FIG 6 described with the calibration device 300 connected.

Erregerspule 130 und Messantenne 140 werden in geeignetem, vorzugsweise geringem Abstand neben der Antenne 22 des zu prüfenden Schaltkreises 20 angeordnet, auf der der Sendeantenne zugewandten oder, wie in 1 illustriert, auf der der Sendeantenne 210 abgewandten Seite des Datenträgers 20.excitation coil 130 and measuring antenna 140 be in a suitable, preferably small distance next to the antenna 22 of the circuit to be tested 20 arranged on the transmitting antenna facing or, as in 1 illustrated on the transmitting antenna 210 opposite side of the disk 20 ,

2A zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Messantenne 140 aus 1. Die Messantenne 140 umfasst eine Leiterschleife und eine Mehrzahl ohmscher Widerstände 144, wobei die Widerstände 144 in vorgegebenen Abständen in die Leiterschleife eingefügt sind. Dabei ergeben sich Leitungssegmente 142, welche, wie illustriert, mit den Widerständen 144 in Reihe geschaltet sind. Die Abstände zwischen benachbarten Widerständen 144 entlang der Leiterschleife sind vorzugsweise jeweils gleich. Die Anzahl der Widerstände 144 bzw. der Leitungssegmente 142 ist variabel. In der Regel sind sämtliche der Widerstände 144 gleich dimensioniert. Als Widerstände 144 können beispielsweise direkt auf die Leiterbahnen lötbare SMD-Widerstände verwendet werden. 2A shows a preferred embodiment of the measuring antenna 140 out 1 , The measuring antenna 140 includes a conductor loop and a plurality of resistive resistors 144 , where the resistors 144 are inserted at predetermined intervals in the conductor loop. This results in line segments 142 which, as illustrated, with the resistors 144 are connected in series. The distances between adjacent resistors 144 along the conductor loop are preferably the same in each case. The number of resistors 144 or the line segments 142 is variable. As a rule, all of the resistors 144 the same dimensions. As resistors 144 For example, solderable SMD resistors can be used directly on the printed conductors.

2B zeigt ein Ersatzschaltbild der Messantenne 140 aus 2A. Darin entsprechen die symbolisch gezeigten Widerstände δR den ohmschen Widerständen 144, die Elemente δL addieren sich zu der Induktivität L1 der Leiterschleife und die sich entlang der Leiterschleife bildenden parasitären Kapazitäten sind mit δCp bezeichnet. Dadurch, dass die Widerstände 144 im Wesentlichen gleichmäßig entlang der Leiterschleife verteilt angeordnet sind, werden die parasitären Kapazitäten δCp nicht als Gesamtkapazität Cp wirksam, wodurch die Messantenne 140 wirkungsvoll „gedämpft” werden kann. 2 B shows an equivalent circuit diagram of the measuring antenna 140 out 2A , Therein, the symbolically shown resistors δR correspond to the ohmic resistances 144 , the elements δL add to the inductance L1 of the conductor loop and the parasitic capacitances forming along the conductor loop are denoted by δCp. Because of the resistors 144 are arranged substantially uniformly distributed along the conductor loop, the parasitic capacitances δCp are not effective as a total capacitance Cp, whereby the measuring antenna 140 can be effectively "steamed".

Um eine günstige Signalauskopplung zu erreichen, sollte das mittels der Messantenne 140 erfasste Signal möglichst hochohmig ausgekoppelt werden. Daher wird unmittelbar an die Messantenne 140, wie in 1 dargestellt, ein Verstärker 150 mit hochohmigem Eingang angeordnet. Vorzugsweise wird als Verstärker 150 ein Impedanzwandler eingesetzt. Dieser besitzt vorzugsweise eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω und ist mittels eines Koaxialkabels 155 mit der Auswertungseinrichtung 160 verbunden, beispielsweise einem Oszilloskop. Dieses sollte dabei vorzugsweise eine Eingangsimpedanz von 50 Ω aufweisen. Damit können Reflexionen wirkungsvoll vermieden werden.In order to achieve a favorable signal extraction, this should be done by means of the measuring antenna 140 detected signal are coupled as high impedance as possible. Therefore, directly to the measuring antenna 140 , as in 1 shown, an amplifier 150 arranged with high impedance input. Preferably, as an amplifier 150 used an impedance converter. This preferably has an output impedance of 50 Ω and is by means of a coaxial cable 155 with the evaluation device 160 connected, such as an oscilloscope. This should preferably have an input impedance of 50 Ω. Reflections can thus be effectively avoided.

Ein weiterer Vorteil der Messantenne 140 aus 2A besteht darin, dass bedingt durch den hohen Widerstand der Leiterschleife und einem entsprechend hohen Eingangswiderstand des Impedanzwandlers der Strom in der Messantenne gegen Null geht. Mit anderen Worten, an den Anschlüssen der Messantenne 140 wird praktisch nur Spannung gemessen. Wird der Strom in der Messantenne 140 sehr klein, so wird dadurch auch eine Rückwirkung auf die Antenne 22 des zu prüfenden Schaltkreises 20 minimiert. Dadurch wird das Messergebnis durch die Messantenne 140 praktisch nicht beeinflusst.Another advantage of the measuring antenna 140 out 2A is that due to the high resistance of the conductor loop and a correspondingly high input impedance of the impedance converter, the current in the measuring antenna approaches zero. In other words, at the connections of the measuring antenna 140 In practice, only voltage is measured. Will the current in the measuring antenna 140 very small, so it also has a retroactive effect on the antenna 22 of the circuit to be tested 20 minimized. This will make the measurement result through the measuring antenna 140 practically unaffected.

2C zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung der Messantenne 140 relativ zu der Erregerspule 130. Messantenne 140 und Erregerspule 130 sind dabei orthogonal zueinander angeordnet. Dies hat, wie vorstehend beschrieben, die Auswirkungen, dass in die Messantenne 140 möglichst kein Signal der Erregerspule 130 eingekoppelt wird. Die Erregerspule 130 und die Messantenne können auf einem geeigneten, flächigen Träger angeordnet werden. 2C shows a preferred embodiment of an arrangement of the measuring antenna 140 relative to the exciter coil 130 , measuring antenna 140 and excitation coil 130 are arranged orthogonal to each other. This has, as described above, the effects that in the measuring antenna 140 as far as possible no signal of the exciter coil 130 is coupled. The exciter coil 130 and the measuring antenna can be arranged on a suitable, flat carrier.

In 3 sind wesentliche Schritte einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Prüfen eines zur kontaktlosen Datenkommunikation eingerichteten Schaltkreises 20 angegeben.In 3 are essential steps of a preferred embodiment of a method for testing a contactless data communication circuit 20 specified.

In einem ersten Schritt 51 wird ein magnetisches Wechselfeld mit einer vorgegebenen, definierten Feldstärke H erzeugt. Dies kann mittels der mit Bezug auf 1 erläuterten Sendeeinrichtung 200 erfolgen.In a first step 51 an alternating magnetic field with a predetermined, defined field strength H is generated. This can be done by referring to 1 explained transmitting device 200 respectively.

Im Schritt S2 wird der Schaltkreis 20 in dem Bereich des Wechselfeldes angeordnet. In der Regel wird der Schaltkreis 20 in dem erzeugten Wechselfeld angeordnet. Die Anordnung erfolgt derart, dass die Feldstärke H im Bereich der Antenne 22 des zu prüfenden Schaltkreises 20 genau einstellbar ist, wie dies ebenfalls mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist. Der Schaltkreis 20 kann aber auch bereits vor dem Schritt 51 des Erzeugen in dem Bereich des zu erzeugenden Wechselfeldes angeordnet werden. Diese Reihenfolge der Schritte ist beispielsweise sinnvoll, wenn die genaue Feldstärke bereits vorab eingestellt wurde (z. b. bei Prüfung des x-ten gleichartigen Datenträgers).In step S2, the circuit 20 arranged in the region of the alternating field. In general, the circuit 20 arranged in the generated alternating field. The arrangement is such that the field strength H in the region of the antenna 22 of the circuit to be tested 20 is exactly adjustable, as is also related to 1 has been described. The circuit 20 but also already before the step 51 of generating in the region of the alternating field to be generated are arranged. This sequence of steps makes sense, for example, if the exact field strength has already been set in advance (eg when checking the xth identical data carrier).

Im Schritt S3 wird der Schaltkreis 20 mittels eines Energiepulses angeregt. Dies kann mittels der Erregerspule 130 aus 1 durch Zusammenwirken mit dem Impulsgeber 110 erfolgen. Das Anregen erfolgt vorzugsweise mittels eines gepulsten Magnetfeldes induktiv, wobei das Magnetfeld vorzugsweise durch einen einzelnen Strompuls in Form eines Dirac-Stoßes erzeugt wird. In step S3, the circuit 20 excited by an energy pulse. This can be done by means of the exciting coil 130 out 1 through interaction with the pulse generator 110 respectively. The excitation is preferably carried out inductively by means of a pulsed magnetic field, wherein the magnetic field is preferably generated by a single current pulse in the form of a Dirac impact.

Im Schritt S4 wird eine Schwingung des Schaltkreises 20 in Antwort auf das Anregen des Schaltkreises 20 erfasst. Dazu dient die Messantenne 140 aus 1 bzw. 2A.In step S4, a vibration of the circuit 20 in response to the stimulation of the circuit 20 detected. The measuring antenna serves this purpose 140 out 1 respectively. 2A ,

Im Schritt S5 wird die erfasste Schwingung durch eine Auswertungseinrichtung, beispielsweise die Auswertungseinrichtung 160 aus 1, ausgewertet.In step S5, the detected oscillation is detected by an evaluation device, for example the evaluation device 160 out 1 , evaluated.

Der Schritt des Auswerten S5 umfasst das Bestimmen des Prüfungsergebnisses. Die erfasste Schwingung und/oder daraus bestimmte Werte können mit Vorgaben (vorbestimmten Referenzen) abgeglichen werden. Insbesondere kann also ein Wert mit einem Referenzwert verglichen werden. Vorgegebene Toleranzen werden in dem Schritt S5 berücksichtigt. Insbesondere werden im Schritt des Auswertens S5 Eigenschaften des Schaltkreises, wie Güte und/oder Eigenresonanzfrequenz, bestimmt.The step of evaluating S5 includes determining the test result. The detected vibration and / or values determined therefrom can be compared with specifications (predetermined references). In particular, therefore, a value can be compared with a reference value. Predetermined tolerances are taken into account in step S5. In particular, in the step of evaluating S5, properties of the circuit, such as quality and / or natural resonance frequency, are determined.

Das Anordnen des Schaltkreises 20 im Wechselfeld gemäß Schritt S2 versetzt den Schaltkreis 20 aufgrund der Sendefrequenz der Sendeantenne 210 in eine bezüglich Amplitude und Frequenz konstante sinusförmige Schwingung.Arranging the circuit 20 in the alternating field according to step S2 offset the circuit 20 due to the transmission frequency of the transmitting antenna 210 in a with respect to amplitude and frequency constant sinusoidal oscillation.

Das Anregen des Schaltkreises 20 mittels des Energiepulses gemäß Schritt S3 resultiert in einer freien, gedämpften Schwingung des Schaltkreises 20, wie sie exemplarisch in 4 dargestellt ist.Energizing the circuit 20 by means of the energy pulse according to step S3 results in a free, damped oscillation of the circuit 20 , as exemplified in 4 is shown.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Begriff des „Anregens” des Schaltkreises ausschließlich im Zusammenhang mit dem Anregen des Schaltkreises mittels des Energiepulses (Schritt S3) verwendet werden soll. Der Einfluss des magnetischen Wechselfeldes, welcher ebenfalls eine Wirkung auf das Schwingungsverhalten des Schaltkreises hat, wird vorliegend nicht als „Anregen” des Schaltkreises im Sinne der Erfindung verstanden.It should be noted at this point that, in the context of the present invention, the term "excitation" of the circuit is to be used exclusively in connection with the excitation of the circuit by means of the energy pulse (step S3). The influence of the alternating magnetic field, which also has an effect on the vibration behavior of the circuit, is not understood in the present case as "excitation" of the circuit according to the invention.

4 zeigt den theoretischen Verlauf einer freien, gedämpften Schwingung A(t) im Verlauf der Zeit t. Die Funktion A(t) kann dabei dem Strom I oder der Spannung U entsprechen. Die Kreisfrequenz ω entspricht der Eigenresonanzfrequenz des entsprechenden Schaltkreises 20 multipliziert mit 2π. Aus dem Abklingkoeffizienten δ kann die Güte des Schaltkreises 20 bestimmt werden. 4 shows the theoretical course of a free, damped oscillation A (t) over time t. The function A (t) can correspond to the current I or the voltage U. The angular frequency ω corresponds to the natural resonance frequency of the corresponding circuit 20 multiplied by 2π. From the decay coefficient δ, the quality of the circuit 20 be determined.

5 zeigt eine Überlagerung der erwähnten, konstanten sinusförmigen Schwingung mit einer freien, gedämpften Schwingung des Schaltkreises 20. Ein solches Signal kann von der Messantenne 140 im Schritt S4 erfasst werden. Um aus einer Schwingung, wie sie in 5 dargestellt ist, eine Resonanzfrequenz des zu prüfenden Schaltkreises 20 zu ermitteln, muss derjenige Anteil der Schwingung, der der konstanten sinusförmigen Schwingung entspricht, welche durch das magnetische Wechselfeld erzeugt wird, von der erfassten Schwingung subtrahiert werden. Eine mögliche Vorgehensweise, eine solche Auswertung durchzuführen, ist in 6 illustriert. 5 shows a superposition of the mentioned, constant sinusoidal oscillation with a free, damped oscillation of the circuit 20 , Such a signal can be from the measuring antenna 140 detected in step S4. To get out of a vibration, as in 5 is shown, a resonant frequency of the circuit under test 20 To determine, that portion of the oscillation, which corresponds to the constant sinusoidal oscillation, which is generated by the alternating magnetic field, must be subtracted from the detected oscillation. One possible procedure for carrying out such an evaluation is in 6 illustrated.

Der Verlauf der freien, gedämpften Schwingung kann beispielsweise mittels der Kalibrierantenne 310 erfasst und von der Auswertungseinrichtung 160 analysiert und gespeichert werden. Dazu ist die Kalibriereinrichtung 300 mit der Auswertungseinrichtung 160 verbunden. Der Schritt des Analysieren kann vor dem Anregen des Schaltkreises 20 mittels des Energiepulses erfolgen, oder, wie in 6 illustriert, in ausreichendem zeitlichen Abstand nach dem Anregen des Schaltkreises 20 durch den Energiepuls, nämlich dann, wenn die freie, gedämpfte Schwingung bereits abgeklungen ist. Eine entsprechende Zeitspanne ist in 6 mit T1 bezeichnet. Um die sinusförmige Schwingung von dem erfassten Gesamtsignal zu subtrahieren, wird diese invertiert und zu der erfassten Schwingung addiert, wie dies in 6 exemplarisch dargestellt ist. In der rechten Teilfigur ist das Ergebnis, nämlich die freie, gedämpfte Schwingung des Schaltkreises 20, wie sie aus der Anregung des Schaltkreises 20 durch den Energiepuls resultiert, dargestellt.The course of the free, damped oscillation can, for example, by means of the calibration antenna 310 recorded and by the evaluation device 160 be analyzed and stored. This is the calibration device 300 with the evaluation device 160 connected. The step of analyzing may be before energizing the circuit 20 by means of the energy pulse, or, as in 6 illustrated, in sufficient time after the circuit is energized 20 by the energy pulse, namely, when the free, damped vibration has already subsided. A corresponding period of time is in 6 designated T1. In order to subtract the sinusoidal oscillation from the detected total signal, it is inverted and added to the detected oscillation, as shown in FIG 6 is shown as an example. In the right part of the figure is the result, namely the free, damped oscillation of the circuit 20 as it comes from the excitation of the circuit 20 by the energy pulse results.

Ein Beispiel für eine Messung einer Betriebsresonanzfrequenz eines zu prüfenden Schaltkreises ist in 7A dargestellt. Hierbei ist das erfasste Gesamtsignal, d. h. die sinusförmige Schwingung überlagert mit der freien, gedämpften Schwingung, strich-punktiert dargestellt. Nach dem Erfassen dieses Signals wurde der sinusförmige Anteil, der dem konstanten Wechselfeldes entspricht, subtrahiert. Das daraus resultierende Signal ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt und zeigt in anschaulicher Weise das Abklingen der freien, gedämpften Schwingung nach einem Dirac-Stoß. Schließlich zeigt 7A noch das Ergebnis nach Anwendung eines Fit-Algorithmus, mit einer gestrichelten Linie, wobei verwendete Datenpunkte sichtbar gemacht sind.An example of a measurement of an operating resonance frequency of a circuit under test is shown in FIG 7A shown. Here, the detected total signal, ie the sinusoidal vibration superimposed with the free, damped vibration, dash-dotted lines. After detecting this signal, the sinusoidal component corresponding to the constant alternating field was subtracted. The resulting signal is shown with a solid line and clearly shows the decay of the free, damped oscillation after a Dirac shock. Finally shows 7A nor the result after applying a fit algorithm, with a dashed line, where used data points are made visible.

Eine zweite Messung der Resonanzfrequenz desselben Schaltkreises 20, jedoch bei unterschiedlicher zweiter konstanter Feldstärke H', ist in 7B dargestellt. Es zeigt sich, dass die Resonanzfrequenz des Schaltkreises 20 gegenüber der ersten Messung, mit der ersten Feldstärke H, sich um ca. 200 kHz unterscheidet. Dies ist auf die Feldstärkenabhängigkeit der Resonanzfrequenz des Schaltkreises 20 zurückzuführen.A second measurement of the resonant frequency of the same circuit 20 , but at different second constant field strength H ', is in 7B shown. It turns out that the resonant frequency of the circuit 20 compared to the first measurement, with the first field strength H, differs by about 200 kHz. This is due to the field strength dependency the resonant frequency of the circuit 20 due.

Mit Bezug auf 8A ist der Signalverlauf eines von der Messantenne 140 erfassten Signals gemäß einem alternativen Prüfverfahren dargestellt. Wie mit Bezug auf 8B illustriert, gleichen sich das hier vorgestellte, alternative Verfahren und das vorstehend mit Bezug auf die 3 und 5 bis 7 beschriebene Verfahren in den Schritten S1 bis S5.Regarding 8A is the waveform of one of the measuring antenna 140 detected signal according to an alternative test method. As with respect to 8B illustrate, the alternative method presented here and the above with reference to the 3 and 5 to 7 described method in steps S1 to S5.

Das hier zugrunde liegende, alternative Prüfverfahren weicht von dem vorstehend beschriebenen Prüfverfahren dahingehend ab, dass das magnetische Wechselfeld zumindest kurzzeitig abgeschaltet wird (vgl. Schritt S2a in 8B).The alternative test method on which this is based deviates from the test method described above in that the alternating magnetic field is switched off at least for a short time (compare step S2a in FIG 8B ).

Während im Rahmen des mit Bezug auf die 5 bis 7 beschriebenen Verfahrens das Anregen des Schaltkreises 20 (Schritt S3 in 3) erfolgte, während das magnetische Wechselfeld angeschaltet war, d. h. mit konstanter Feldstärke H vorlag, erfolgt das Anregen gemäß der mit Bezug auf die 8A und 8B dargestellten Variante bei abgeschaltetem magnetischen Feld.While under the terms of the 5 to 7 described method, the exciting of the circuit 20 (Step S3 in FIG 3 ) was performed while the alternating magnetic field was turned on, that is, with a constant field strength H, the excitation takes place according to with reference to the 8A and 8B shown variant with switched off magnetic field.

Wie in 8A illustriert, wird das magnetische Wechselfeld vorzugsweise nur kurzzeitig abgeschaltet, beispielsweise für eine Zeitdauer T2, welche zum Beispiel ca. 3 μs betragen kann. In dieser Pause erfolgt das Anregen des Schaltkreises 20 mittels des Energiepulses, beispielsweise eines Direkt-Pulses. Dadurch, dass der Puls sehr kurz nach dem Ausschalten des magnetischen Wechselfeldes erfolgt, ist der Schaltkreis 20 weiterhin ausreichend mit Energie versorgt, so dass Schaltungs- und Betriebszustände verschiedener Elemente des Schaltkreises 20 im Wesentlichen den gleichen Zustand aufweisen, wie bei konstant vorliegendem Wechselfeld. Das Messergebnis, d. h. die ermittelte Resonanzfrequenz des Schaltkreises 20, wird sich im Vergleich zu einer Messung mit dauerhaft angeschaltetem Wechselfeld daher praktisch nicht oder allenfalls unwesentlich unterscheiden.As in 8A illustrated, the magnetic alternating field is preferably switched off only for a short time, for example, for a period of time T2, which may be, for example, about 3 microseconds. During this break, the circuit is energized 20 by means of the energy pulse, for example a direct pulse. The fact that the pulse is very shortly after switching off the alternating magnetic field, the circuit 20 continue to be sufficiently powered so that circuit and operating states of various elements of the circuit 20 have substantially the same state, as in constantly present alternating field. The measurement result, ie the determined resonant frequency of the circuit 20 , is therefore compared to a measurement with permanently switched alternating field therefore practically not or at most slightly different.

Für die Wirkungsweise des alternativen Verfahrens aus 8B ist es nicht wesentlich, warm und ob das magnetische Wechselfeld wieder angeschaltet wird. Grundsätzlich kann ein erneutes Anschalten unterbleiben. In der Regel aber wird die Abschaltung nur sehr kurzfristig sein, wie vorstehend beschrieben. Dies erlaubt beispielsweise auf einfache Weise eine mehrfache Wiederholung der Prüfung.For the operation of the alternative method 8B It is not essential, warm and whether the magnetic alternating field is switched on again. Basically, a restart can be omitted. In general, however, the shutdown will only be very short-term, as described above. This allows, for example, a simple way a multiple repetition of the test.

Vorzugsweise erfolgt das Anregen des Schaltkreises innerhalb der Zeitspanne, in der das Wechselfeld abgeschaltet ist, erst dann, wenn die sinusförmige Schwingung, welche durch das Wechselfeld hervorgerufen worden ist, abgeklungen ist, wie dies in 8A dargestellt ist.Preferably, the excitation of the circuit within the period in which the alternating field is switched off, only when the sinusoidal oscillation, which has been caused by the alternating field, has subsided, as in 8A is shown.

Diese Variante des Prüfverfahrens hat den Vorteil, dass das Auswerten der erfassten Schwingung in Antwort auf das Anregen des Schaltkreises 20 durch den Energiepuls vereinfacht wird. Wie in 8A dargestellt, entspricht die in Schritt S4 aus 8B erfasste Schwingung gemäß der vorliegenden Variante bereits nur die freie, gedämpfte Schwingung des Schaltkreises 20. Demzufolge kann auf eine Subtraktion weiterer, erfasster Schwingungsanteile verzichtet werden.This variant of the test method has the advantage that the evaluation of the detected oscillation in response to the excitation of the circuit 20 is simplified by the energy pulse. As in 8A is shown, which corresponds to in step S4 8B detected vibration according to the present variant already only the free, damped oscillation of the circuit 20 , Consequently, it is possible to dispense with a subtraction of further, detected vibration components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"RFID Handbook" by Klaus Finkenzeller, 6th edition, Carl Hanser Verlag, Munich, 2012, in chapter 4.1.11.2 [0007]
ISO / IEC 14443 [0045]
Standard ISO / IEC 10373-6 [0057]
RFID Manual, Chapters 4.1.6 and 4.1.9.2 [0059]
ISO / IEC 14443 [0060]
ISO / IEC 15693 [0060]
ISO / EC 14443 [0084]

Claims

Method for determining a property of a circuit arranged for contactless data communication ( 20 ), which is an antenna ( 22 ) and one with the antenna ( 22 ) coupled electronic component ( 24 ), comprising the steps: - generating (S1) an alternating magnetic field of a field strength for the circuit ( 20 ); - exciting (S3) of the circuit ( 20 ) by means of an energy pulse; Detecting (S4) a vibration of the circuit ( 20 in response to the stimulation by the energy pulse; and - evaluating (S5) the detected oscillation of the circuit ( 20 ); wherein in the step of evaluating (S5) the field strength dependent property of the circuit ( 20 ) is determined for the generated field strength.

A method according to claim 1, characterized in that in the step of generating (S1) a predetermined field strength is generated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the predetermined field strength using a calibration antenna ( 310 ) is set.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that using a calibration antenna ( 310 ) determines the position on which the circuit ( 20 ) is placed in the area of the alternating field (S2).

A method according to claim 3 or 4, characterized in that the predetermined field strength at the calibration antenna ( 310 ) is measured.

A method according to claim 3 or 4, characterized in that the field strength is adjusted until a calibration antenna for the calibration - by means of upstream steps of generating, exciting, detecting and evaluating the calibration antenna - certain property of the calibration antenna reaches a calibration value.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as the property of the circuit ( 20 ) a natural resonance frequency and / or a quality can be determined.

Measuring device ( 1000 ) for determining a property of a contactless data communication circuit ( 20 ), the measuring device comprising: - a transmitting device ( 200 ) with a transmitting antenna ( 210 ), the transmitting device ( 200 ) is arranged to generate a magnetic alternating field of a predetermined frequency and a field strength (H); - a pulse generator ( 110 ), which is set up, one in the measuring device ( 1000 ) can be arranged, to be tested circuit ( 20 ) via one to the pulse generator ( 110 ) connected exciter coil ( 130 ) to stimulate contactlessly; A measuring antenna ( 140 ), which is arranged, a vibration of the circuit ( 20 ) capture; and - an evaluation device ( 160 ), which with the measuring antenna ( 140 ) and is arranged, from the of the measuring antenna ( 140 ) detected vibration of the circuit ( 20 ) the field strength dependent property of the circuit ( 20 ) for the generated field strength.

Measuring device ( 1000 ) according to claim 8, characterized by a calibration device ( 300 ) for setting the field strength to a predetermined field strength.

Measuring device ( 1000 ) according to claim 8 or 9, wherein for adjusting the field strength to a predetermined field strength, a calibration antenna ( 310 ) is used.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 9 or 10, wherein the calibration device ( 300 ), parameters of the transmission device ( 200 ) generated alternating field, in particular a field strength (H) in the calibration antenna ( 310 ), capture.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 9 or 10, wherein the measuring device is set up to determine the generated field strength by exciting the calibration antenna ( 310 ) by means of the pulse generator ( 110 ), Detecting the oscillation of the calibration antenna ( 310 ) by means of the measuring antenna ( 140 ) and evaluating the detected oscillation for the calibration antenna by means of the evaluation device ( 160 ), and is set to set the generated field strength to the predetermined field strength.

Measuring device ( 1000 ) one of claims 8 to 12, characterized in that the measuring device ( 1000 ) is arranged such that the circuit under test ( 20 ), which one Antenna ( 22 ) and one with the antenna ( 22 ) coupled electronic component ( 24 ), in the measuring device ( 1000 ) can be arranged such that the antenna ( 22 ) of the circuit ( 20 ) is arranged in a region in which the alternating field has a predetermined field strength (H), wherein the region by means of the calibration antenna ( 310 ) can be determined.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 8 to 13, characterized in that the measuring device ( 1000 ) is arranged such that the circuit under test ( 20 ), which is an antenna ( 22 ) and one with the antenna ( 22 ) coupled electronic component ( 24 ), in the measuring device ( 1000 ) can be arranged such that the antenna ( 22 ) of the circuit ( 20 ) and the calibration antenna ( 310 ) coaxial with the transmitting antenna ( 210 ) and on each different side of the transmitting antenna ( 210 ) and at the same distance (d) to the transmitting antenna ( 210 ) are arranged.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 8 to 14, characterized in that the exciter coil ( 130 ) and the measuring antenna ( 140 ) are arranged orthogonal to each other.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 8 to 15, characterized in that the transmitting device ( 200 ) is adapted to generate a magnetic alternating field of different field strengths (H), preferably at least in the range of 0 to at least 12 A / m, more preferably in the range of 0.15 or 1.5 to 7.5 A / m.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 8 to 16, characterized in that the measuring antenna ( 140 ) a conductor loop and a plurality of ohmic resistors ( 144 ), the resistors ( 144 ) are inserted at predetermined intervals along the conductor loop in the conductor loop, wherein the distances between each two along the conductor loop adjacent resistors ( 144 ) are preferably the same.

Measuring device ( 1000 ) according to claim 17, characterized in that by inserting the resistors ( 144 ) in the conductor loop a plurality of line segments ( 142 ) of the conductor loop are formed, wherein along the conductor loop adjacent line segments ( 142 ) by one of the ohmic resistors ( 144 ), whereby power segments ( 142 ) and resistances ( 144 ) are each alternately and connected in series.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 8 to 17, characterized in that the measuring antenna ( 140 ) to an amplifier ( 150 ) is connected with preferably high-impedance input.

Measuring device ( 1000 ) according to claim 19, characterized in that the amplifier ( 150 ) is designed as an impedance converter whose output impedance is preferably connected to a transmission means, preferably a coaxial cable ( 155 ), which the impedance converter with the evaluation device ( 160 ), is adapted.

Measuring device ( 1000 ) according to one of claims 8 to 20, characterized in that the evaluation device ( 160 ), preferably an oscilloscope, has an input impedance which is connected to a transmission means, preferably a coaxial cable ( 155 ), which is the evaluation device ( 160 ) with the measuring antenna ( 140 ) connects.