Die Erfindung betrifft einen RFID-Transponder sowie einen tragbaren Datenträger.

Hintergrund

In Verbindung mit RFID-Transpondern (RFID, Radio Frequency Identification) können gene- rell zwei Arten unterschieden werden: aktive Transponder und passive Transponder. Aktive Transponder besitzen eine eigene Energieversorgung, beispielsweise mittels einer Batterie. Passive Transponder beziehen die zum Betrieb notwendige Energie aus einem von einem externen Gerät, insbesondere einem Lesegerät, erzeugten Feld. Energie und Daten werden kontaktlos übertragen. Je nach RFID-Technologie kann dies mittels einer magnetischen An- tenne (RFID-Systeme bis 13,56 MHz) oder einer elektromagnetischen Antenne (RFID- Systeme ab 433 MHz) erfolgen. Passive RFID-Transponder sind insoweit ohne das äußere Feld, welches von dem externen Gerät bereitgestellt wird, also funktionsunfähig. Eine große Auswahl an Transponderchip-Typen sind für folgende RFID-Technologien verfügbar: nieder- frequente Energie- / Datenübertragung - LF, 125 bis 135 kHz; hochfrequente Energie- / Da- tenübertragung - HF, 13.56 MHz und ultrahochfrequente (UHF) Energie- / Datenübertragung - UHF, 850 bis 950 MHz.

Zur Spannungsbegrenzung beim Überschreiten eines Grenzwertes wurde im Dokument EP 0 945 829 A2 für eine Anordnung mit Antennenschwingkreis und Transponder vorgeschla- gen, einem Schwingkreiselement des Antennenschwingkreises eine Anordnung von Zener- Dioden parallel zu schalten. Das Dokument US 2017/0231043 A1 offenbart ein Verfahren zur Begrenzung einer Spannung in Sperrichtung einer Leuchtdiode, die sich auf einem sicheren Element befindet.

Die RFID-Transponder verfügen über eine Antenneneinrichtung, über die sowohl die Ener- gieversorgung des Transponders als auch der Datenaustausch zwischen dem Transponder und dem externen Gerät stattfindet.

Zur einfachen und schnellen kontaktlosen Kommunikation zwischen zwei Geräten wurde eine induktive Übertragungstechnik entwickelt, welche als sogenannte Nahfeldkommunikati- on (NFC, Near Field Communication) bekannt ist. Die Kopplung der beiden Geräte, von de- nen eines zum Beispiel ein RFID-Transponder ist, findet über Spulen statt, wobei die Träger- frequenz wie in RFID-Systemen 13,56 MHz beträgt. Es sind multifunktionale RFID-Transponder bekannt, beispielsweise in Form kontaktloser Chipkarten, bei denen mit dem Mikrocontroller, welcher mit Prozessor und Speichereinrich- tung gebildet und eingerichtet ist, über die Antenneneinrichtung empfangene Daten zu spei- chern, Zusatz-Funktionskomponenten verbunden sind. Der Betrieb der Zusatz-Funktions- komponente(n), beispielsweise eine lichtemittierende Diode und / oder ein Lautsprecher, wird mittels des Mikrocontrollers gesteuert. Mithilfe der Zusatz-Funktionskomponente kann zum Beispiel einem Nutzer eine Rückmeldung gegeben werden, sei es in Form eines opti- schen und / oder eines akustischen Signals. Im Betrieb können bei diesem RFID-Trans- ponder Probleme auftreten, wenn eine oder mehrere der Zusatz-Funktionskomponenten von dem Mikrocontroller angesteuert werden, derart, dass dann die in dem RFID-Transponder bereitgestellte Versorgungsspannung zusammenbricht, worauf es zu Fehlfunktionen des Mikrocontroller kommen kann.

In dem Dokument US 2018/0277241 A1 ist ein System zur drahtlosen Kommunikation zwi- schen einer Blutentnahme-Einrichtung und einem Blutbehälter offenbart. Ein RFID-Tag an dem Blutbehälter ist eingerichtet, Informationen im Zusammenhang mit dem Blutentnahme- Vorgang zu speichern und kann passiv, semi-passiv oder aktiv bereitgestellt und für die Kommunikation mit externen Einrichtungen eingerichtet sein.

Das Dokument US 2008/0155258 A1 beschreibt eine Architektur für die Verwaltung von Nahfeld-Transkaktionen in einer Speichereinheit mit Sicherheitsfunktionen und NFC- Funktionen.

Das Dokument US 2010/0109553 A1 betrifft eine lichtemittierende Diode (LED) mit einer Zener-Diode, einer Zener-Dioden-Anordnung oder einem Widerstand in Reihenschaltung.

Zusammenfassung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen RFID-Transponder sowie einen tragbaren Datenträger anzugeben, bei denen die Versorgung mit der betriebsnotwendigen Spannung verbessert ist.

Zur Lösung sind ein RFID-Transponder sowie ein tragbarer Datenträger nach den unabhän- gigen Ansprüchen 1 und 5 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen. Nach einem Aspekt ist ein RFID-Transponder geschaffen. Es ist Folgendes vorgesehen: eine Antenneneinrichtung; ein Gleichrichter; ein Mikrocontroller, der einen Prozessor und eine Speichereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, über die Antenneneinrichtung emp- fangene Daten zu speichern, und der zum Empfangen einer Mikrocontroller-Betriebsspan- nung über eine Spannungsregeleinrichtung mit dem Gleichrichter verbunden ist; mindestens eine Zusatz-Funktionskomponente, die mit dem Mikrocontroller verbunden ist und deren Be- trieb mittels des Mikrocontrollers gesteuert wird; und eine Zener-Diode (Z-Diode), welche zwischen die Spannungsregeleinrichtung und einen Versorgungsanschluss der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente und in Sperrrichtung in Reihe zu der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente geschaltet ist.

Nach einem weiteren Aspekt ist ein tragbarer Datenträger mit einem solchen RFID-Trans- ponder geschaffen.

Beim RFID-Transponder kann einen Transponderkörper vorgesehen sein, an oder auf wel- chem die Komponenten angeordnet sind, insbesondere die Antenneneinrichtung, der Gleich- richter, der Mikrocontroller, die mindestens eine Zusatz-Funktionskomponente sowie die Z- Diode.

Der RFID-Transponder kann für eine kontaktlose Übertragung von Energie und Daten einge- richtet sein.

Der RFID-Transponder kann ein passiver RFID-Transponder sein, welcher seine zum Be- trieb notwendige Energie von extern empfängt. Der RFID-Transponder kann wegen der min- destens einen Zusatz-Funktionskomponente als multifunktionaler (passiver) RFID-Trans- ponder bezeichnet werden.

Mithilfe der Z-Diode, welche zum Beispiel zur Spannungsregeleinrichtung parallel geschaltet sein kann, wird sichergestellt, dass auch bei dem Betrieb der mindestens einen Zusatz- Funktionskomponente am Mikrocontroller die für den Betrieb notwendige Mikrocontrolier- Betriebsspannung anliegt. Ein Zusammenbruch oder ein Ausfall des Mikrocontrollers auf- grund des Betriebs der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente ist verhindert. Es kann vorgesehen sein, dass über der Z-Diode mindestens die Mikrocontroller-Betriebs- spannung minus eine Versorgungsspannung der mindestens einen Zusatz-Funktionskom- ponente abfällt, damit diese den Strom für die mindestens eine Zusatz-Funktionskomponente durchlässt.

Die Formulierung„Z-Diode“ in der hier verwendeten Bedeutung bezieht sich auf ein Schal- tungselement, welches die übliche Funktionalität einer Zener-Diode (Z-Diode) bereitstellt, sei es mithilfe eines einzigen Bauelements, insbesondere einer Diode, oder einer Anordnung von elektronischen Bauelementen, die als Gesamtheit die Funktionalität der Z-Diode imple- mentieren.

Eine Z-Diode ist eine Diode, die darauf ausgelegt ist, dauerhaft in Sperrrichtung im Bereich der Durchbruchspannung (Z-Spannung) betrieben zu werden. Die Höhe dieser Durchbruch- spannung ist die Hauptkenngröße einer Z-Diode und ist im zugehörigen Datenblatt spezifi- ziert. Erreicht wird das üblicherweise mittels einer Kombination einer p-dotierten Schicht (p ⁺ - Schicht) und einer n-dotierten Schicht (n--Schicht). Die starke Rekombination beider Schich- ten führt zu einer sehr geringen Sperrschichtdicke und damit zu hohen Feldstärken im Be- reich der Sperrschicht.

Die Antenneneinrichtung kann in einer Ausführung einen Schwingkreis aufweisen.

Der Gleichrichter kann eingerichtet sein, eine von der Antenneneinrichtung auf das kontakt- lose Empfangen von Energie bereitgestellte Spannung gleichzurichten.

Bei dem RFID-Transponder kann eine weitere Zusatz-Funktionskomponente vorgesehen sein, die mit dem Mikrocontroller verbunden ist und deren Betrieb mittels des Mikrocontrol- lers gesteuert wird, wobei die Z-Diode zwischen die Spannungsregeleinrichtung und einen Versorgungsanschluss der weiteren Zusatz-Funktionskomponente und in Sperrrichtung in Reihe zu der mindestens einen weiteren Zusatz-Funktionskomponente geschaltet ist. Die (mindestens eine) weitere Zusatz-Funktionskomponente kann zur mindestens einen Zusatz- Funktionskomponente parallel geschaltet sein.

Der Mikrocontroller ist regelmäßig mittels eines integrierten Chips bereitgestellt. Die mindestens eine Zusatz-Funktionskomponente und / oder die weitere Zusatz-Funktions- komponente können mit einem Bauteil aus der folgenden Gruppe gebildet sein: lichtemittie- rende Diode, Schallwandler wie Lautsprecher, NFC-Transceiver und Bluetooth-Transceiver. Eine Kombination unterschiedlicher Bauelemente kann vorgesehen sein.

Die Z-Diode kann zwischen eine Eingangsseite der Spannungsregeleinrichtung und den Versorgungsanschluss der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente geschaltet sein. Hierbei kann die Z-Diode mit einer Seite zwischen der Spannungsregeleinrichtung und dem Gleichrichter angeschlossen sein. Die Z-Diode kann parallel zu der Spannungsregeleinrich- tung geschaltet sein.

Die Z-Diode kann zwischen eine Ausgangsseite der Spannungsregeleinrichtung (9) und den Versorgungsanschluss der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente (3.1 , 3.2, 3.3) geschaltet sein. Hierbei kann die Z-Diode mit einer Seite zwischen der Spannungsregelein- richtung und dem Mikrocontroller angeschlossen sein. Die Z-Diode kann in Reihe zu der Spannungsregeleinrichtung geschaltet sein.

Bei dem RFID-Transponder kann die Z-Diode eine Durchbruchspannung aufweisen, welche wenigstens einer minimalen Betriebsspannung des Mikrocontrollers minus einer Versor- gungsspannung der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente entspricht. Alternativ kann die Z-Diode eine Durchbruchspannung aufweisen, welche wenigstens einer minimalen Betriebsspannung des Mikrocontrollers plus einer Versorgungsspannung der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente entspricht. Als weitere Alternative kann die Z-Diode eine Durchbruchspannung aufweisen, weiche einer minimalen Betriebsspannung des Mikrocon- trollers entspricht.

Bei dem tragbaren Datenträger kann es sich um einen Datenträger aus der folgenden Grup- pe handeln: kontaktlose Chipkarte, Wert- oder Sicherheitsdokument wie Identitätsdokument oder Ausweisdokument. Chipkarten mit einem Prozessor werden auch als Prozessorkarten bezeichnet. Eine kontaktlose Chipkarte, welche eingerichtet sein kann für eine ISO 14443 (beispielsweise in der Version vom April 2018) konforme Kommunikation, kann ergänzend über Kontakte verfügen, die insbesondere ein Ein- und Auslesen von Daten mittels kontakt- behafteter Übertragung ermöglichen, zum Beispiel konform mit ISO 7816 (beispielsweise in der 2017 aktualisierten Version). Ein Wert- oder Sicherheitsdokument kann beispielsweise Folgendes sein: ein Reisepass, Personalausweis, Führerschein, ein Zugangskontrollausweis oder eine anderes Identitätsdo- kument, eine Passdatenseite, ein Fahrzeugschein, Fahrzeugbrief, Visum, Scheck, Zah- lungsmittel, insbesondere eine Banknote, eine Scheck-, Bank-, Kredit- oder Barzahlungskar- te, Kundenkarte, Gesundheitskarte, Chipkarte, ein Firmenausweis, Berechtigungsnachweis, Mitgliedsausweis, Geschenk- oder Einkaufsgutschein, Frachtbrief oder ein sonstiger Berech- tigungsnachweis, Steuerzeichen, Postwertzeichen, Ticket, Jeton oder ein anderes Doku- ment. Das Wert- oder Sicherheitsprodukt kann beispielsweise eine Smartcard sein. Das Wert- oder Sicherheitsdokument kann im ID 1-, ID 2-, ID 3- oder in irgendeinem anderen normierten oder nicht normierten Format, beispielsweise in Heftform, wie bei einem passähn- lichen Gegenstand, vorliegen. Vorzugsweise liegt das Wert- oder Sicherheitsdokument in Kartenform vor.

Ein Wert- oder Sicherheitsprodukt kann im Allgemeinen ein Laminat aus mehreren Doku- mentenlagen sein, die passgenau unter Wärmeeinwirkung und unter erhöhtem Druck flächig miteinander verbunden sind. Diese Produkte sollen den normierten Anforderungen genügen, beispielsweise gemäß ISO 10373 (insbesondere in der Version von 2014), ISO / IEC 7810 (insbesondere in der Version von 2003), ISO 14443 (insbesondere in der Version von 2018).

Die Dokumentenlagen bestehen beispielsweise aus einem Trägermaterial, das sich für eine Lamination eignet. Dieses Trägermaterial kann durch ein oder mehrere Polymere gebildet sein, die ausgewählt sind aus der folgenden Gruppe: Polycarbonat (PC), insbesondere Bi- sphenol A-Polycarbonat, Polyethylenterephthalat (PET), deren Derivate, wie Glykolmodifi- ziertes PET (PETG), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylbutyral (PVB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyvinylalkohol (PVA), Polystyrol (PS), Polyvinylphenol (PVP), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), thermoplastische Elasto- mere (TPE), insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU), Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymer (ABS) sowie deren Derivate, oder Papier oder Pappe oder Glas oder Metall oder Keramik. Bevorzugt besteht das Wert- oder Sicherheitsdokument aus Polycarbonat und zwar besonders bevorzugt aus Polycarbonat auf Basis von Bisphenol A oder aus PC / TPU / PC. Die Polymere können entweder gefüllt oder ungefüllt vorliegen. Im letzteren Falle sind sie vorzugsweise transparent oder transluzent. Falls die Polymere gefüllt sind, sind sie opak. Bevorzugt wird das Produkt aus 3 bis 12 Folien, vorzugsweise 4 bis 10 Folien, hergestellt. Die Z-Spannung der verendeten Z-Diode kann in Abhängigkeit von der minimalen Betriebs- spannung des Mikrocontrollers minus der Versorgungsspannung, insbesondere der maxima- len Versorgungsspannung der mindestens einen Zusatz-Funktionskomponente, ausgewählt werden. Alternativ kann die Z-Spannung der verendeten Z-Diode in Abhängigkeit von der minimalen Betriebsspannung des Mikrocontrollers plus der Versorgungsspannung, insbe- sondere der maximalen Versorgungsspannung der mindestens einen Zusatz- Funktionskomponente, ausgewählt werden. Sie kann mindestens der Betriebsspannung des Mikrocontrollers entsprechen. Beträgt diese beispielsweise 1.8V, so kann eine Z-Diode mit einer Z- Spannung von mindestens 1.8V gewählt werden, alternativ mit einer Z-Spannung von wenigstens 2.4V.

In einem Beispiel kann vorgesehen sein, dass eine Kathode der Z-Diode zwischen der Spannungsregeleinrichtung und dem Mikrocontroller angeschlossen ist, wobei ihre Anode an die Zusatz-Funktionskomponente(n) angeschlossen ist. Die Spannungsregeleinrichtung kann eine unabhängige und höhere Ausgangsspannung als Eingangsspannung erzeugen. In die- ser Anordnung kann die Durchbruchspannung der Z-Diode unabhängig von der minimalen Versorgungsspannung des Mikrocontroilers gewählt werden. In einem solchen Fall kann vorgesehen sein, die Z-Diode so zu wählen, dass die Zusatz-Funktionskomponente(n) abge- schaltet werden, wenn ein Pufferkondensators einen so niedrigen Energievorrat (=niedrige Spannung) speichert, dass der Mikrocontroller nur noch für eine bestimmte minimale Be- triebszeit versorgt werden kann.

Beschreibung von Ausführunasbeispielen

Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Beispiel für ein Schaitungsbild für einen passiven RFID-Trans- ponder 1 , welcher seine zum Betrieb notwendige Energie von extern empfängt und bei dem ein Mikrocontroller 2 ergänzend externe Zusatz-Funktionskomponenten 3.1 , 3.2, 3.3 steuert, insbesondere ein- und ausschaltet. Bei den Zusatz-Funktionskomponenten 3.1 , 3.2, 3.3 handelt es sich bei dem gezeigten Beispiel um lichtemittierende Dioden D1 und D2 sowie einen Lautsprecher. Mithilfe der Zusatz-Funktionskomponenten 3.1 , 3.2, 3.3 können einem Benutzer mittels Ausgeben optischer und / oder akustischer Signale Informationen mitgeteilt werden. Bei dem RFID-Transponder 1 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Antennenein- richtung 4 einen Schwingkreis 5 mit einer Antennenschleife 6 und einem Kondensator 7. Mithilfe der Antenneneinrichtung 4 ist der RFID-Transponder 1 in der Lage, kontaktlos Ener- gie und Daten von einem externen Gerät zu empfangen, beispielsweise einem RFID- Schreib-Lesegerät. Hierzu wird eine Feldkopplung zur Antenne des externen Geräts ausge- bildet. Die empfangene Energie wird in eine Eingangsspannung umgewandelt, welche mithil- fe eines Gleichrichters 8 gleichgerichtet wird. An den Gleichrichter 8 sind parallel eine Span- nungsregeleinrichtung 9 sowie eine Z-Diode 10 angeschlossen, welche mit den Zusatz- Funktionskomponenten 3.1 , 3.2, 3.3 in Reihe geschaltet ist. Die Zusatz-Funktionskompo- nenten 3.1 , 3.2, 3.3 sind im gezeigten Beispiel ihrerseits zueinander parallel geschaltet und mit Steueranschlüssen des Mikrocontrollers 2 verbunden.

Die Z-Diode 10 kann alternativ auch ihre Kathode zwischen der Spannungsregeleinrichtung 9 und dem Mikrocontroller 2 angeschlossen haben und ihre Anode an die Zusatz- Funktionskomponente(n) 3.1 , 3.2, 3.3. Gemäß der Figur erhalten die Zusatz-Funktions- komponenten 3.1 , 3.2, 3.3 eine nicht stabilisierte Spannung des Pufferkondensators als Ver- sorgungsspannung. Die Spannungsregeleinrichtung 9 kann eine unabhängige und höhere Ausgangsspannung als Eingangsspannung erzeugen. In dieser Anordnung wäre die Durch- bruchspannung der Z-Diode 10 unabhängig von der minimalen Versorgungsspannung des Mikrocontrollers 2 zu wählen, da diese Größen nicht mehr direkt miteinander verbunden sind. In einem solchen Fall kann vorgesehen sein, die Z-Diode 10 so zu wählen, dass die Zusatz-Funktionskomponente(n) 3.1 , 3.2, 3.3 abgeschaltet werden, wenn der Pufferkonden- sators einen so niedrigen Energievorrat (=niedrige Spannung) speichert, dass der Mikrocon- troller 2 nur noch für eine bestimmte minimale Betriebszeit versorgt werden kann.

Der Mikrocontroller 2 umfasst wenigstens einen Prozessor und eine Speichereinrichtung, um empfangene Daten zumindest zu speichern.

Mithilfe der Zusatz-Funktionskomponenten 3.1 . 3.2, 3.3 ist ein multifunktionaier RFID- Transponder geschaffen bei dem zusätzlich zum üblichen Datenaustausch eine Rückkopp- lung oder Rückmeldung an den Benutzer ermöglicht ist. Der multifunktionale RFID-Trans- ponder 1 kann in einen tragbaren Datenträger integriert werden, beispielsweise eine kontakt- lose Chipkarte. ln einem Beispiel können die Zusatz-Funktionskomponenten 3.1, 3.2, 3.3 über einen oder mehrere Transistoren (nicht dargestellt) an den Mikrocontroller 2 koppeln, wobei der oder die Transistoren nutzbar sind, um die Zusatz-Funktionskomponenten 3.1 , 3.2, 3.3 zu schalten. Als Transistor kann ein NPN-Transistor oder ein N-Kanal Mosfet zum Einsatz kommen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Figur offenbarten Merk- male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.