Kontaktlose Chipkarte

Die kontaktlose Chipkarte, auch als C2-Karte bezeichnet, entspricht in der Größe der kontaktbehafteten Chipkarte mit ID1-Format von 85,6 x 53,58 x 0,76 mm, sie hat allerdings keine sichtbaren elektrischen Kontakte. Bei den kontaktlosen Chipkarten unterscheidet man zwischen der CICC-Karte, die über die geringste Reichweite von nur 1 cm verfügt, der PICC-Karte für Entfernungen bis zu 10 cm und der VICC-Karte mit bis zu 1 m Reichweite.

Die verschiedenen kontaktlosen Chipkarten

Die Übertragung der Daten erfolgt berührungslos über die Luftschnittstelle, das Contactless Chipcard Interface (CCI), mittels induktiver oder kapazitiver Kopplung, ohne dass sich die Chipkarte in einer bestimmten Lage befinden muss. Die Lesegräte für die kontaktlosen Chipkarten unterliegen keinem Verschleiß und können hinter Verkleidungen oder unter Putz angebracht werden. Eine dieser Techniken ist die Nahfeldkommunikation (NFC).

Aufbau einer RFID-Karte als kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule und Chip

An Funkfrequenzen sieht der Standard 125 kHz und 13,56 MHz vor, aber auch 4,9 MHz, das wenig genutzt wird. Zum Empfang der Funksignale des Lesegeräts befinden sich auf der kontaktlose Chipkarte eine großflächige Antennenspule, die in Verbindung mit einer Kapazität einen Resonanzkreis für die entsprechende Funkfrequenz bildet. Bei der höheren Frequenz besteht die Antenne aus wenigen Windungen, anders bei 125 kHz, bei der die Antennenspule eine höhere Induktivität benötigt.

Die Versorgung der kontaktlosen Chipkarte erfolgt durch Induktion über die CCI-Schnittsstelle vom Lesegerät aus. Die über den Schwingkreis induzierte Spannung wird dabei als Versorgungsspannung verwendet. Darüber hinaus wird aus der Funkfrequenz des Lesegerätes das Taktsignal abgeleitet, das dem Mikroprozessor auf der Chipkarte als Systemtakt dient.

Die Datenübertragung vom Lesegerät zur kontaktlosen Chipkarte erfolgt durch Amplitudenumtastung (ASK). In umgekehrter Richtung erfolgt die Datenübertragung durch eine Lastmodulation, dabei wird der Resonanzkreis durch Zu- und Abschalten eines Lastwiderstandes be- und entlastet. Das im Lesegerät empfangene Signal ist wiederum ein ASK-Signal, allerdings mit äußerst geringem Modulationsgrad.

Kontaktlose Chipkarte, Foto: CashCard Automaten GmbH

Da der Empfang des lastmodulierten Signals sehr kritisch ist, ist man auf andere, sichere Modulationsverfahren ausgewichen. Neben der Frequenzumtastung (FSK) wird daher auch die Zweiphasenumtastung (BPSK) eingesetzt. Andere Verfahren arbeiten bei 13,56 MHz mit einem Hilfsträger von 847 kHz. Der Hilfsträger wird mit den Daten moduliert und erzeugt zwei Seitenbänder ober- und unterhalb der Funkfrequenz. Das Lesegerät wird auf ein Seitenband eingestellt und kann sehr sensitiv auf das Funksignal reagieren.

Die ISO unterscheidet zwei Übertragungstechniken zwischen dem Downlink vom Lesegerät zur Chipkarte und dem Uplink in umgekehrter Richtung, diese werden als Typ A und Typ B bezeichnet. Bei Typ A arbeitet der Downlink bei 13,56 MHz mit ASK und 100 % Modulationstiefe, der Uplink mit Hilfsträger Amplitudenumtastung und Manchester-Codierung.

Typ B von ISO 14443 arbeitet im Downlink mit 10 % Modulationstiefe, im Uplink ebenfalls mit Hilfsträger, allerdings mit Zweiphasenumtastung und NRZ-Codierung.

Die ISO hat die kontaktlosen Chipkarten umfassend standardisiert. Unter dem Standard ISO 10536 ist die CICC-Karten standardisiert, unter ISO 14443 die Proximity Integrated Circuit Card (PICC) und unter ISO 15693 die Vicinity Integrated Circuit Card (VICC). Darüber hinaus gibt es viele ISO/IEC-Standards, die sich mit dem mechanischen Aufbau, den datentechnischen Eigenschaften usw. beschäftigen.