CN100580613C - Nfc控制芯片与sim卡芯片间的连接与通讯方法 - Google Patents

Nfc控制芯片与sim卡芯片间的连接与通讯方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，通过采用SIM卡芯片中的C6引脚与NFC控制芯片进行单线连接，并在SIM卡芯片和NFC控制芯片中对应SIM卡C6引脚连接的接口处分别增加一信号传输、解调和能量传输模块，从而避免了SIM卡芯片接口冲突的问题，同时使得SIM卡芯片能够与NFC控制芯片进行双向的半双工通讯；另外，本发明所述方法还实现了当手持设备为无源时，能够由NFC控制芯片通过信号传输、解调和能量传输模块向SIM卡芯片提供其工作所需要的能量，而无需改变目前SIM卡与手持设备间的连接方式，从而免去了修改目前手持设备中基带芯片与SIM卡芯片的连接问题。

Description

NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法
技术领域
本发明涉及一种NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法。
背景技术
在NFC***中，NFC控制芯片要与SIM卡芯片进行连接，如图1所示，在常规的SIM卡中，C1(VCC)、C2(RST)、C3(CLK)、C5(GND)、C7(IO)五个引脚是常规SIM卡引脚，符合ISO7816带触点的集成电路卡规范；而C6(VPP)作为VPP(高压EEPROM的擦写编程功能引脚)已失去作用；C4(RFU)、C8(RFU)则已被国际标准组织扩展为USB高速接口。
目前，为了不与上述接口冲突，现有的NFC芯片与SIM卡芯片的连接方案主要包括Gemalto公司提出的SWP(Single Wire Protocol，单线协议)方案、Sony公司提出的CLFI(ContactLess Frontend Interface，非接触式前端接口)方案、Nokia公司提出的MPI(Multi ProtocolInterface，多协议接口)方案和Dual IO(双输入输出)方案等几种。
下面简单介绍一下SWP方案和CLFI方案。
1.SWP方案
SWP是Gemalto公司提出的基于C6引脚的单线连接方案。如图2所示，在SWP方案中，SIM卡芯片与NFC芯片的接口界面包括三根线：VCC(C1)、GND(C5)、SWP(C6)，其中SWP一根信号线上基于电压和负载调制原理实现全双工通讯，这样可以实现SIM卡在ISO7816界面定义下同时支持ISO7816和SWP两个接口，并预留了扩展第三个高速(USB)接口的引脚。支持SWP的SIM卡必须同时支持ISO和SWP两个协议栈，需要SIM的COS是多任务的OS***，并且这两部分需要独立管理的，ISO界面的RST信号不能对SWP部分产生影响。
在该方案中，SWP可在一根单线上实现全双工通讯，如图3-5所示，其中定义了S1和S2两个方向的信号，其中S1是电压调制信号(RZ)，S2是电流调制信号，实际上采用的是负载调制方式，并且S2信号必须在S1信号为高电平时才有效。S1信号是标准的数字电压信号，SIM卡通过电压表检测S1信号的高低变化，同时可以在S1信号的编码基础上恢复出时钟信号；S2信号必须在S1信号为高的阶段才有效，NFC控制芯片通过电流表检测S2信号的变化区分“1”、“0”信号。S2信号和S1信号叠加在一起，可以看到在SWP线上传输的将是准数字信号，需要特定的接收和解调电路，信号的噪声容限稍低。SWP传输的波特率可以从106KBPS最高上升至2MBPS。
这种方案的缺点是，一旦NFC发生故障或者被取掉以后，手持设备就无法和SIM卡芯片之间进行正常通信了。
2.CLFI方案
CLFI是由Sony公司提出的基于C6引脚的另一个方案。相较于前述SWP方案，CLFI在C6引脚上除了传输数据信号和时钟外，还同时传输能量。CLFI是Sony公司基于自有的Felica技术衍生出来的，如图6和图7所示，和SWP不同，CLFI不需要连接SIM卡的VCC(C1)引脚，而是SIM卡直接由CLFI信号上提取能量。CLFI信号是通过幅度调制和负载调制方式传送两个方向的信号，是半双工的通讯方式，但NFC芯片(CLF)在接收状态下也必须持续提供载波信号以使SIM卡获得能量和时钟。
CLFI方案的缺点是，如图7所示，由于NFC芯片和SIM卡芯片间的传输信号必须是射频信号，因此在实际情况中，几乎是无法正常实现的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，可采用SIM卡中的C6引脚与NFC控制芯片(CFL)相连并进行通讯，从而避免接口冲突的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，其中：
SIM卡芯片上的C6引脚与NFC控制芯片相连，同时，SIM卡芯片的VDD引脚和GND引脚分别与NFC控制芯片的VDD引脚和GND引脚相连；
并且，在SIM卡芯片和NFC控制芯片中对应SIM卡C6引脚连接的接口处分别增加有一信号传输、解调和能量传输模块；
该信号传输、解调和能量传输模块包括：输入输出寄存器、能量电源模块和负载调制/解调和能量传输模块；
其中，所述负载调制/解调和能量传输模块进一步包括：连接在C6引脚和能量电源模块之间的电阻R1；连接在C6引脚和地之间的晶体管Q1；一放大器A，该放大器的输入端与输入输出寄存器相连，输出端与晶体管Q1的栅
极相连；以及一比较器U2A，该比较器的正端连接C6引脚，负端接一比较门限电平，且该比较器输出的信号送入所述输入输出寄存器。
当手持设备为有源时，在所述NFC控制芯片与SIM芯片之间进行数字信号的传输；
当所述手持设备为无源时，数据需通过模拟调幅信号进行传输，并由NFC控制芯片传输信号与能量给SIM卡，SIM卡得到该模拟调幅信号时，解调出需要进行传输的数字信号，同时得到SIM卡工作所需要的能量；然后，对经过解调后得到的数字信号进行传输。
本发明由于采用了上述技术方案，具有这样的有益效果，即通过采用SIM卡芯片中的C6引脚与NFC控制芯片(CFL)进行单线连接，并在SIM卡芯片和NFC控制芯片中对应SIM卡C6引脚连接的接口处分别增加一信号传输、解调和能量传输模块，从而避免了SIM卡芯片接口冲突的问题，同时使得SIM卡芯片能够与NFC控制芯片进行双向的半双工通讯；另外，本发明所述方法还实现了当手持设备为无源时，能够由NFC控制芯片通过该信号传输、解调和能量传输模块向SIM卡芯片提供其工作所需要的能量，而无需改变目前SIM卡与手持设备(如手机)间的连接方式，从而免去了修改目前手持设备中基带芯片与SIM卡芯片的连接问题。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为SIM卡芯片的接口引脚示意图；
图2为现有的SWP方案中手持设备、SIM卡芯片及NFC控制芯片间的连接示意图；
图3为SWP方案中传输信号定义示意图；
图4为SWP方案中C6处连接接口的等效电路图；
图5是SWP方案中SWP信号的编码示意图；
图6为CLFI方案中手持设备、NFC控制芯片及SIM卡芯片间的连接框图；
图7为CLFI方案中NFC芯片和SIM卡芯片中传输信号的波形示意图；
图8为本发明所述方案中手持设备、SIM卡芯片及NFC控制芯片间的连接示意图；
图9为本发明所述方案中对SIM卡芯片和NFC控制芯片的改进示意图；
图10为本发明所述信号传输、解调和能量传输模块的电路结构示意图；
图11a-11b为本发明中当手持设备无源时模拟调幅信号的波形图；
图12a-12b为对图11a和11b中的模拟调幅信号解调后得到的数字信号波形图。
具体实施方式
为了能够解决上述技术问题，如图8所示，在本发明中，在对NFC控制芯片与SIM卡芯片进行连接时，将SIM卡芯片上的C6引脚与NFC控制芯片相连，同时，SIM卡芯片的VDD引脚和GND引脚分别与NFC控制芯片的VDD引脚和GND引脚相连。为了能够在SIM卡芯片和NFC控制芯片之间通过双向的半双工通讯实现安全认证，并且当手持设备为无源时，能够实现由NFC控制芯片通过SWP接口向SIM卡芯片提供其工作所需要的能量，本发明对SIM卡芯片和NFC控制芯片都进行了如下改造：即在SIM卡芯片和NFC控制芯片中对应SIM卡C6引脚连接的接口处分别增加一信号传输、解调和能量传输模块，该模块在SIM卡与NFC芯片中的连接方式是一样的，具体如图9所示。该信号传输、解调和能量传输模块的结构如图10所示，包括：输入输出寄存器、能量电源模块和负载调制/解调和能量传输模块。其中，所述负载调制/解调和能量传输模块进一步包括：连接在C6引脚和能量电源模块之间的电阻R1，用于实现当手持设备为无源时，进行能量传输的作用；连接在C6引脚和地之间的晶体管Q1，该晶体管Q1可根据输入信号的高低完成打开/关闭的动作，从而实现对负载进行调制的作用；一放大器A，该放大器的输入端与输入输出寄存器相连，输出端与晶体管Q1的栅极相连，从而用于实现对SIM卡芯片或者NFC控制器芯片中送来的信号进行调制的作用；以及一比较器U2A，该比较器的正端连接C6引脚，负端处接一比较门限电平，从而用于实现对SIM卡芯片或者NFC控制器芯片发来的信号进行解调的作用，该比较器输出的信号会送入输入输出寄存器进行保存。
基于上述NFC控制芯片与SIM卡芯片的连接方式，NFC控制芯片可通过如下半双工通讯方式将要处理的数据通过单线送到SIM卡芯片中，数据传输时根据手持设备为有源或者无源，又可分为两种方式。
1、当手持设备(终端)为有源时，NFC控制芯片与SIM芯片之间传输的是如图12a和图12b所示的纯数字信号，对所述数据信号可按如下两种方式进行传输：
(1)所述NFC控制芯片在发送数据前先发送导频码，当所述SIM卡接到该导频码后，提取出其中的频率与相位信息，然后对所述SIM卡芯片内部的数字锁相环(DLL)进行锁相，产生同步的时钟；当所述NFC控制芯片发送导频码结束后，发送数据，所述SIM卡利用内部锁相的时钟接收所述NFC控制芯片发送来的数据，所述NFC控制芯片发完数据后进行CRC校验，与奇偶校验；SIM卡接收到这些数据信息后作一些相应的处理(如解码，指令执行等)，之后返回NFC控制芯片相应的数据。这时，NFC控制芯片给SIM卡发送数据时，都需要先发送导频码。
(2)在所述NFC控制芯片发送的数据帧中没有导频码，只有SOF帧头，且所述SIM卡同步时钟的提取是从NFC控制芯片发送的数据中提取的，所述NFC控制芯片发送的数据需经过编码，编码后的数据中包含有时钟信息，SIM卡从编码信息中提取出时钟，进行接收。
2、手持设备(终端)无源时，数据需通过模拟调幅信号进行传输。该模拟调幅信号的调制度为15％～20％，即如图11a和图11b所示，(A-B)/(A+B)＝15％～20％。
此时，由NFC控制芯片传输信号与能量给SIM卡，SIM卡得到该模拟信号时，解调出需要进行传输的数字信号，同时得到SIM卡工作所需要的能量。解调输出的数字信号也如图12a和图12b所示。经过解调后得到的数字信号可按如下两种方式进行传输：
(1)所述NFC控制芯片在发送数据前先发送导频码，当所述SIM卡接到该导频码后，提取出其中的频率与相位信息，然后对所述SIM卡芯片内部的数字锁相环(DLL)进行锁相，产生同步的时钟；当所述NFC控制芯片发送导频码结束后，发送数据，所述SIM卡利用内部锁相的时钟接收所述NFC控制芯片发送来的数据，所述NFC控制芯片发完数据后进行CRC校验，与奇偶校验；SIM卡接收到这些数据信息后作一些相应的处理，之后返回NFC控制芯片相应的数据。这时，NFC控制芯片给SIM卡发送数据时，都需要先发送导频码。
(2)在所述NFC控制芯片发送的数据帧中没有导频码，只有SOF帧头，且所述SIM卡同步时钟的提取是从NFC控制芯片发送的数据中提取的，所述NFC控制芯片发送的数据需经过编码，编码后的数据中包含有时钟信息，SIM卡从编码信息中提取出时钟，进行接收。

Claims (4)

1、一种NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，其特征在于：
SIM卡芯片上的C6引脚与NFC控制芯片相连，同时，SIM卡芯片的VDD引脚和GND引脚分别与NFC控制芯片的VDD引脚和GND引脚相连；
并且，在SIM卡芯片和NFC控制芯片中对应SIM卡C6引脚连接的接口处分别增加有一信号传输、解调和能量传输模块；
该信号传输、解调和能量传输模块包括：输入输出寄存器、能量电源模块和负载调制/解调和能量传输模块；
其中，所述负载调制/解调和能量传输模块进一步包括：连接在C6引脚和能量电源模块之间的电阻R1；连接在C6引脚和地之间的晶体管Q1；一放大器A，该放大器的输入端与输入输出寄存器相连，输出端与晶体管Q1的栅极相连；以及一比较器U2A，该比较器的正端连接C6引脚，负端接一比较门限电平，且该比较器输出的信号送入所述输入输出寄存器；
当手持设备为有源时，在所述NFC控制芯片与SIM卡芯片之间进行数字信号的传输；
当所述手持设备为无源时，数据需通过模拟调幅信号进行传输，并由NFC控制芯片传输信号与能量给SIM卡，SIM卡得到该模拟调幅信号时，解调出需要进行传输的数字信号，同时得到SIM卡工作所需要的能量；然后，对经过解调后得到的数字信号进行传输。
2、根据权利要求1所述的NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，其特征在于：
当所述手持设备为有源时，在所述NFC控制芯片与SIM卡芯片之间使用如下两种方式中的一种传输数字信号：
(1)所述NFC控制芯片在发送数据前先发送导频码，当所述SIM卡接到该导频码后，提取出其中的频率与相位信息，然后对所述SIM卡芯片内部的DLL进行锁相，产生同步的时钟；当所述NFC控制芯片发送导频码结束后，发送数据，所述SIM卡利用内部锁相的时钟接收所述NFC控制芯片发送来的数据，所述NFC控制芯片发完数据后进行CRC校验与奇偶校验；SIM卡接收到这些数据信息后作一些相应的处理，之后返回NFC控制芯片相应的数据；
(2)在所述NFC控制芯片发送的数据帧中没有导频码，只有SOF帧头，且所述SIM卡的同步时钟的提取是从NFC控制芯片发送的数据中提取的，所述NFC控制芯片发送的数据需经过编码，编码后的数据中包含有时钟信息，SIM卡从编码信息中提取出时钟，进行接收；
3、根据权利要求1所述的NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，其特征在于：
当所述手持设备为无源时，按如下两种方式中的一种对解调后得到的数字信号进行传输：
(1)所述NFC控制芯片在发送数据前先发送导频码，当所述SIM卡接到该导频码后，提取出其中的频率与相位信息，然后对所述SIM卡芯片内部的DLL进行锁相，产生同步的时钟；当所述NFC控制芯片发送导频码结束后，发送数据，所述SIM卡利用内部锁相的时钟接收所述NFC控制芯片发送来的数据，所述NFC控制芯片发完数据后进行CRC校验与奇偶校验；SIM卡接收到这些数据信息后作一些相应的处理，之后返回NFC控制芯片相应的数据；
(2)在所述NFC控制芯片发送的数据帧中没有导频码，只有SOF帧头，且所述SIM卡的同步时钟的提取是从NFC控制芯片发送的数据中提取的，所述NFC控制芯片发送的数据需经过编码，编码后的数据中包含有时钟信息，SIM卡从编码信息中提取出时钟，进行接收。
4、根据权利要求1或3所述所述的NFC控制芯片与SIM卡芯片间的连接与通讯方法，其特征在于：当所述手持设备为无源时，对所述模拟调幅信号的调制度为15％～20％。
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