CN1130008C - 具有集成激光振荡器的芯片卡及用户呼叫结算方法 - Google Patents

具有集成激光振荡器的芯片卡及用户呼叫结算方法 Download PDF

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Abstract

集成在芯片内的振荡器(8)可以产生具有基准频率的电时钟信号。它包含如下部件：至少一个激光发射器(1，2)，其可以产生两个相干的、具有不同光发射频率的光信号；一种用以混合所述两个光信号的耦合器；可产生电信号的电磁转换器(4)，所述电信号的频率对应于所述两个发射频率之间的间隔；分频器(5)，它可以对所述电信号的频率进行划分，以便输出低频的时钟信号(CK)。该振荡器譬如可以应用在SIM卡内，以便对通信连接时间进行无误地测定。

Description

具有集成激光振荡器的芯片卡及用户呼叫结算方法
本发明涉及一种其上集成有振荡器的芯片卡。本发明尤其还涉及一种使用该芯片卡的电信***和电信方法。
许多便携式电子***都需要小型化的振荡器，且该振荡器可以产生频率稳定的信号。为此经常使用石英振荡器，因为它消耗的电流小，而且可轻易地集成在小型设备、譬如手表内。
为了把石英振荡器和各种其它的电子元件、譬如分频器一起集成在单个的芯片内，已经作了许多尝试。例如，专利文件DE4011795、US5406230和US5229640就讲述过不同的解决方案，以实现所述的目的。在有效可靠、廉价和小型化的石英振荡器上市之前，在实践中还必须克服许多困难。
因此，本发明的目的为建议一种改善的振荡器，它可以集成在尺寸很小的芯片内和譬如可以应用在芯片卡中，还包括应用在“***”式的芯片卡内，正如其譬如应用在移动无线电话中一样(SIM卡)。
另一个目的为建议一种新的集成振荡器，它可以产生无错频的基准信号，并可以在譬如一些可靠的、需要无错的时间测定的应用中使用。
还有一个目的是实现一种具有集成振荡器的芯片卡，利用该芯片卡可以测定某些过程的时延，譬如在SIM卡情况下的电话呼叫时延。
对于具有一种集成在芯片内的振荡器的芯片卡，所述振荡器产生一个具有基准频率的电时钟信号。根据本发明，所述振荡器包括至少一个激光发射器，由该至少一个激光发射器产生两个相干的、具有不同光发射频率的光信号；所述振荡器包括一种光耦合器，在其内使所述两个相干的光信号之间产生干涉；所述振荡器包括一种电磁转换器，该转换器可以把由所述两个光信号之间的干涉产生的波转换成电信号；所述振荡器包括一种分频器，该分频器可以对所述电信号的频率进行划分，以便输出低频的时钟信号。
优选地，至少一个所述的激光发射器可以由半导体微激光器构成。所述至少一个半导体微激光器可以包含一个椭圆谐振器。所述至少一个半导体微激光器也可以包含一个光激励的固体激光器。优选地，所述的振荡器可以包含两个不同的激光发射器，由它们产生两个相干的、具有不同光发射频率的光信号。作为替换方案，所述的振荡器可以包含一个单独的、具有两种发射模式的激光发射器。
有利的是，该芯片卡包含一种稳定元件，用以稳定所述至少一个激光发射器的所述光发射频率。所述的稳定元件是利用所述时钟信号的频率进行控制的。该芯片卡可以包含一种珀尔帖元件，用以控制所述至少一个激光发射器的温度。在所述珀尔帖元件中注入的电流取决于所述时钟信号的频率。
该芯片卡可以包含一个计数器，且所述的时钟信号被施加到所述计数器的时钟输入端上。该芯片卡还可以包含一个初始化寄存器，其中可以为所述的计数器存放一个初始化值。所述芯片卡可以为一种识别卡，用以在电信网中识别用户。有益的是，位于所述初始化寄存器内的值可以利用经所述电信网传输的短消息来进行改变。该芯片卡可以配备有一种馈给所述振荡器的储能器。而且所述的寄存器被存放在所述识别卡内的不能由用户访问的区域。
本发明还涉及利用上述的芯片卡在电信网中为通过识别卡进行识别的用户结算其呼叫的结算方法，其中，利用一个集成在所述识别卡内的测时装置测定所述呼叫的时延，而所述的测时装置包括一种集成的振荡器，用以产生具有基准频率的电时钟信号，且所述的基准频率是从两个相干激光信号之间的干涉中产生的，并借助所述的基准频率来测定被测的呼叫时延，而且其中，根据所述测定的呼叫时延来确定需结算的数额。
优选地，在识别卡每次注册之后，由电信网内的时间控制器检验所提供的时间，而且如果该提供的时间不正确，则向该识别卡传输一个时间记录。所述被传输的时间记录进行了电子信号化。在所述的识别卡内可以直接在预付的帐户上扣除所测定的数额。
根据一种改进方案，所述测定的数额被打包在一个信号化的记录内，并被传输给财经业务管理处。有利的还有，根据所存储的计费表和所述的测时装置，还对在所述的识别卡内使用非通信资源进行结算。
这些目的尤其还通过一种新的集成振荡器来实现，利用该振荡器从两个相干光信号之间的干涉中生成一个电信号，其中所述的光信号是利用一个或多个集成的激光发射器产生的。
在“64GHz时低相位噪声毫米波的生成和利用光边带注入锁相的数据传输”，IEEE光子学技术通讯，第10卷，第5号，1998年5月中，R.P.Braun等人曾讲述过利用仅几兆赫兹的频率从两个激光信号之间的干涉中生成信号的可能性。其所讲述的装置是被设置用于移动无线电网中的基站；相反，在该文件中没有指出也可以应用集成的激光源。
在R.P.Braun等人的“在双向宽带移动通信***中生成微波的光调和上变频”，电子通讯，第33卷，第22号，1997.10.23，以及R.P.Braun等人的“在12和60GHz范围内对无线通信进行的光微波生成和传输实验”，IEEE关于微波理论和技术的学报，第46卷，第4号，1998.4中也讲述过其它一些用于从激光信号之间的干涉中产生微波信号的实验。这些文件的内容在此被一起引作参考，请读者去参看它们，虽然这些文件涉及在微波范围内生成信号(譬如频率为12或60GHz的信号)，但利用相同的原理也可以产生低频的信号，譬如可以由常规数字逻辑电路处理的信号。
利用实施例和附图进行说明可以使本发明得到更好的理解，其中：
图1示出了本发明振荡器的框图，以及
图2示出了移动通信***中的本发明识别卡的框图。
图1简要地示出了本发明振荡器8的一些最重要的部件。在所示的实施例中，振荡器8包括两个集成的激光发射器1、2，由它们产生两个相干的、具有两个相近光发射频率的光信号。利用半导体技术实现、并可集成在芯片内的集成激光器是已知的，而且它们由Jens UweNoeckel在1998.6.24的新苏黎士报的第69页或由Christian Wyss在1998.8.12的新苏黎士报中讲述过。该激光器譬如基于的是一种具有约10～80微米直径的椭圆谐振器和一些二极管激励的固体激光器。
发射的光辐射指向一个选择的光耦合器3，该光耦合器也集成在芯片内，且譬如简单地由透光的玻璃元件组成。利用这种方式在耦合器3内使来自两个激光源1、2的两个光辐射之间产生干涉，其中，所产生的电磁波频率对应于两激光发射器1、2的光发射频率之间的差异。
如果所选的频率间隔位于100MHz和10GHz之间，优选地也可位于500MHz和1GHz之间，那么将在耦合器3内产生波长约为0.1～1毫米的电磁波。该波通过一种电磁转换器4进行接收，该转换器优选地由简单集成的接收天线构成，且提供一个其频率对应于所述两个发射光辐射之间的频率间隔的输出电流。
由天线4产生的高频信号被传送到分频器5，该分频器在其输出端输出一个低频的数字基准信号CK，譬如32KHz的信号。该信号譬如可以用于时钟或测时器的同步。
两个激光发射器1、2的发射频率优选地利用稳频元件6进行稳定，该稳频元件譬如控制着在两个激光发射器1、2中注入的电流。在一种变型方案中采用一个图中未示出的珀尔帖元件，以便对芯片和两个发射器1、2的温度进行电子控制，由此使发射频率稳定下来。在所述珀尔帖元件中注入的电流优选地同样由稳定元件6进行控制。
所述的稳定元件6优选地通过由频率/电压转换器7产生的反馈信号进行控制，其中，转换器7输出的电压与分频器5输出端的信号CK的频率成比例。利用这种方式，由整个***输出端的信号CK的频率来控制两个激光发射器1、2的发射频率。
在本发明的另一实施方案变型中使用了一个单独的激光发射器，由该激光发射器产生两个激光信号(双模式激光器)，该激光信号具有两个不同但相近的频率。在该情形下，两个激光辐射的大多数频率漂移或频率跃变都是同时出现的，所以频率间隔十分稳定。
另外，为了从单独的光源中获得两个相干激光辐射之间的干涉，R.P.Braun等人在“用于宽带移动通信、设备和技术的光毫米波***”，“关于宽带通信接入、传输及互联的国际苏黎士研讨会”，ETH，瑞士苏黎士，1998.2中还讲述过其它一些方法。已知的譬如有：边带调制技术和模式锁定激光器(MLL)。
图2示出了包含有本发明振荡器8和测时装置12的一种识别卡13，譬如一种用于移动无线电设备的SIM卡。由上述振荡器8产生的基准信号CK被输出到已知类型的计数器9的时钟输入端。该计数器在其输出端提供定时t，该定时取决于信号CK的接收脉冲数目。所述的定时t譬如可以对应于绝对时间或某一过程开始之后的时延，譬如电话通信连接的时延。
当在通信网14内接入或注册该卡时，计数器9中的值譬如可利用初始化寄存器10内存储的初始化值进行初始化。位于初始化寄存器内的初始化值可以远距离地从时间服务器15中装入，该服务器可以将时间记录发送给卡13。时间记录可以优选地利用USSD短消息并通过GSM移动无线电网14进行传输，并被存放在卡13的可靠存储区11；但也可以采用其它类型的数据信号和电信***。优选地使用密码机理，以便使发射的时间记录信号化和避免讹误。瑞士专利申请第367/98号讲述过其它一些在注册所述卡时调整计数器9内的时间的处理方法。
计数器9和寄存器10、存储区11优选地位于卡13的可靠区域12之内，这样，由计数器9输出的值不会被用户滥用。显然，用户也不能干扰振荡器8所输出的频率信号CK或从外部调整它。
由计数器9输出的定时t譬如可以被用来确定电话呼叫的延时和价格。利用这种方式，可以立即从预付的SIM卡的帐户中扣除所测定的数额，或将其打包在一个信号化的记录内而传输给财经业务管理处(银行或网络运营者)。然而，本发明的卡也可以被用来测量卡13内其它过程的时延，譬如某些业务的使用时间或非通信资源的应用或使用时间。
此外，本发明的芯片卡也可以用于不同于移动无线电话的其它应用。这种芯片卡也可譬如用在收费TV***或联网的计算机中，以便譬如编制与使用时间有关的、取决于使用时间或使用时延的帐单。
如果给振荡器8馈电，譬如将该所述的卡***接通的移动设备中，那么，该振荡器就会提供一个基准信号CK。然后，必须在移动设备每次重新接通之后再次调整该计数器9。为了克服该缺点，也可以给该卡装设一个储能器、譬如电池，由此使该卡成为电动的。
专业人员应当理解，本发明的振荡器也可用于其它的便携式移动设备中，以便譬如产生时钟内的基准信号。

Claims (22)

1.具有一种集成在芯片内的振荡器(8)的芯片卡，所述振荡器(8)产生一个具有基准频率的电时钟信号(CK)，其特征在于：
所述振荡器(8)包括至少一个激光发射器(1，2)，由该至少一个激光发射器(1，2)产生两个相干的、具有不同光发射频率的光信号，
所述振荡器(8)包括一种光耦合器(3)，在其内使所述两个相干的光信号之间产生干涉，
所述振荡器(8)包括一种电磁转换器(4)，该转换器可以把由所述两个光信号之间的干涉产生的波转换成电信号，
所述振荡器(8)包括一种分频器(5)，该分频器可以对所述电信号的频率进行划分，以便输出低频的时钟信号(CK)。
2.如前一权利要求所述的芯片卡，其特征在于：
至少一个所述的激光发射器(1，2)由半导体微激光器构成。
3.如权利要求2所述的芯片卡，其特征在于：
所述至少一个半导体微激光器包含一个椭圆谐振器。
4.如权利要求2所述的芯片卡，其特征在于：
所述至少一个半导体微激光器包含一个光激励的固体激光器。
5.如权利要求1～4之一所述的芯片卡，其特征在于：
所述的振荡器包含两个不同的激光发射器(1，2)，由它们产生两个相干的、具有不同光发射频率的光信号。
6.如权利要求1～4之一所述的芯片卡，其特征在于：
所述的振荡器包含一个单独的、具有两种发射模式的激光发射器。
7.如权利要求1～4之一所述的芯片卡，其特征在于：
该芯片卡包含一种稳定元件(6)，用以稳定所述至少一个激光发射器的所述光发射频率。
8.如权利要求7所述的芯片卡，其特征在于：
所述的稳定元件(6)是利用所述时钟信号(CK)的频率进行控制的。
9.如权利要求7所述的芯片卡，其特征在于：
该芯片卡包含一种珀尔帖元件，用以控制所述至少一个激光发射器(1，2)的温度。
10.如权利要求9所述的芯片卡，其特征在于：
在所述珀尔帖元件中注入的电流取决于所述时钟信号(CK)的频率。
11.如权利要求1～4之一所述的芯片卡，其特征在于：
该芯片卡包含一个计数器(9)，且所述的时钟信号(CK)被施加到所述计数器的时钟输入端上。
12.如权利要求1～4之一所述的芯片卡，其特征在于：
该芯片卡包含一个初始化寄存器(10)，其中可以为所述的计数器存放一个初始化值。
13.如权利要求1～4所述的芯片卡，其特征在于：
所述芯片卡为一种识别卡(13)，用以在电信网中识别用户。
14.如权利要求13所述的芯片卡，其特征在于：
位于所述初始化寄存器(10)内的值可以利用经所述电信网(14)传输的短消息来进行改变。
15.如权利要求14所述的芯片卡，其特征在于：
该芯片卡配备有一种馈给所述振荡器(8)的储能器。
16.如权利要求13所述的芯片卡，其特征在于：
所述的寄存器被存放在所述识别卡内的不能由用户访问的区域(12)。
17.利用权利要求1所述的芯片卡在电信网(14)中为通过识别卡(13)进行识别的用户结算其呼叫的结算方法，其中，利用一个集成在所述识别卡(13)内的测时装置(12)测定所述呼叫的时延，而所述的测时装置(12)包括一种集成的振荡器(8)，用以产生具有基准频率的电时钟信号(CK)，且所述的基准频率是从两个相干激光信号之间的干涉中产生的，并借助所述的基准频率来测定被测的呼叫时延，而且其中，根据所述测定的呼叫时延来确定需结算的数额。
18.如权利要求17所述的结算方法，其特征在于：
在识别卡(13)每次注册之后，由电信网内的时间控制器(15)检验所提供的时间，而且如果该提供的时间不正确，则向该识别卡传输一个时间记录。
19.如权利要求18所述的结算方法，其特征在于：
所述被传输的时间记录进行了电子信号化。
20.如权利要求17～19之一所述的结算方法，其特征在于：
在所述的识别卡(13)内直接在预付的帐户上扣除所测定的数额。
21.如权利要求17～19之一所述的结算方法，其特征在于：
所述测定的数额被打包在一个信号化的记录内，并被传输给财经业务管理处。
22.如权利要求17～19之一所述的结算方法，其特征在于：
根据所存储的计费表和所述的测时装置，还对在所述的识别卡(13)内使用非通信资源进行结算。
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