CN1329869C - 芯片卡 - Google Patents

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Abstract

芯片卡可以经触点区，也可以经天线线圈与有关的写-读-站耦合。经过耦合写-读-站给芯片卡的工作提供电能，且经这种耦合还进行数据交换。在经天线线圈耦合的情况下，为了提供电能设置一个整流器(5)。为了实现最大作用距离，把整流器(5)直接与需要工作电压的部件连接。设置交流电压识别电路(12)用于在此两种工作方式之间进行转换。另一种选择是在触点耦合情况下，去掉传送工作电压的触点与整流器之间的耦合，并在那个触点上连接一个电压识别电路。当经天线线圈耦合时，在此工作方式下不需要的电路部件被置于节能静止状态。依据不同的工作方式，存储器存取权可以用不同方式设置。根据本发明，芯片卡上的触点区、芯片和天线线圈也可以有不同的几何配置。

Description

芯片卡
技术领域
本发明涉及一种芯片卡，该卡既可以经触点也可以经至少一根天线线圈与有关的写-读-站建立耦合，其中写-读-站经耦合为芯片卡的工作提供电能，同时经此耦合还进行数据交换，并且在经天线线圈耦合的情况下，设置一个电源整流器。
背景技术
DE-C-3935364公开了一种芯片卡，该芯片卡是既可经由触点也可经由至少一根天线线圈与所属的写-读-站耦合的，其中写-读-站经耦合为芯片卡的工作提供电能，同时经此耦合还进行数据交换，并且在经一个或多个天线线圈耦合的情况下，设置一个电源整流器。
芯片卡是高集成度的电子学部件(芯片)，封装在***大小的塑料包封内。按应用范围，当今人们已知例如，电子车票、GSM-卡、电话卡等等。这些电子学部件彼此的差别，按使用范围主要在于下列参数，存储器容量、存取保护、数据传输速率、适应性和无触点芯片卡的传输距离。
大多数情况下，使用触点进行工作的芯片卡都有一个触点区。可是近年来日益增多地使用无触点卡，这种卡的主要特点在于具有较高的可靠性，较方便的操作和对所属无触点写-读-站的防破坏性。在无触点工作方式中，卡片电路的电能和时钟信号传输及双向的数据传输，是通过写-读-站的天线与芯片卡的天线线圈之间的电感耦合实现的。芯片卡的电源电压是通过对写-读-站发射的高频信号进行整流产生的。在触点工作方式下，电源电压、时钟信号和数据经几个分开的触点来传输。
专利DE-C-3935364还已公开一种芯片卡，该芯片卡既可经触点工作也可以经电感耦合工作。其工作方式可以选择，而且可以完全等同地采用无触点写-读-站或采用有触点的写-读-站启动。
为此目的，根据专利DE-C-3935364在卡中设置一个多路调制器，在该多路调制器上一方面连接触点区的触点的信号，另一方面连接被线圈接收的和经相应处理的信号(电源电压、时钟信号、数据)。在多路调制器的输出端连接一个电路(例如，计算电路和存储单元)，比如该电路也设置在仅具有触点工作方式的芯片卡内。为了确定多路调制器把何种信号接通到输出端(加在触点区触点上的信号或由线圈接收并经相应处理过的信号)，设置了一个比较器，该比较器将由线圈接收的高频信号所获得的直流电压与加在触点区上的直流电压进行比较。
此种电路的缺点是，工作电压也经过多路调制器，这样在多路调制器上必然出现一定的电压降。因此，在边缘区域(在写-读-站与芯片卡之间有较大距离的情况下)这种电路不能很好工作。
发明内容
本发明的任务是，提供一种开头所述类型的芯片卡，在无触点工作方式时，该芯片卡的作用距离与仅适用于无触点工作方式的芯片卡一样，或者只有不明显的一点点减小。
按照本发明，此项任务通过以下方案被解决：即，将整流器直接与需要工作电压的部件连接，并且设置一种交流电压识别电路，用以在“经触点耦合”和“经一个或多个天线线圈耦合”两种工作方式之间转换芯片卡。
也就是说，将整流器中产生的电压直接输送给需要工作电压的部件，使该电压全部提供使用，这点与仅适用于无触点工作方式的芯片卡情况相同。因此其作用距离-稍高电流消耗的情况除外-与仅为无触点工作方式设计的芯片卡大致相同。
因此，本发明提供了一种芯片卡，该芯片卡是既可经由一个用触点构成的带触点的接口也可经由至少一个用一个天线线圈构成的无触点的接口与写-读-站耦合，其中，写-读-站经由该耦合给芯片卡的工作提供电能，并且经过这种耦合还进行数据交换，并且其中，在经所述一个或多个天线线圈耦合的情况下为了提供电能设置一个整流器，其特征在于，该整流器与一些需要工作电压的部件直接连接，这些部件设在一个数据存储器和一个控制单元的至少一个中，该数据存储器是被芯片卡包括的，并且通过地址总线和数据总线与控制单元相连，该控制单元是用于根据工况或者是控制无触点的接口或者是控制带触点的接口和用于调节向数据存储器的存取而设置的，并且所述芯片卡含有一个交流电压识别电路，用以在两种工作方式“经触点耦合”和“经所述一个或多个天线线圈耦合”之间转换芯片卡，为了输送交流电压所述交流电压识别电路与所述一个或多个天线线圈相连，且在存在所述交流电压时激活无触点的接口和在不存在这样的交流电压的情况下激活带触点的接口，为此，所述交流电压识别电路与所述控制单元相连接。
本发明还提供了一种芯片卡，该芯片卡是既可经由一个用触点构成的带触点的接口也可经由至少一个用一个天线线圈构成的无触点接口与写-读-站耦合，其中，写-读-站经过该耦合给芯片卡的工作提供电能，并且经这种耦合还进行数据交换，并且其中，在经所述一个或多个天线线圈耦合的情况下为了提供电能设置一个整流器，其特征在于，整流器与一些需要工作电压的部件直接连接，这些部件设在一个数据存储器和一个控制单元的至少一个中，该数据存储器是被芯片卡包括的，且经过地址总线和数据总线与所述的控制单元相连接，该控制单元是用于根据工况或者是控制无触点的接口或者是控制带触点的接口和用于调节向数据存储器的存取而设置的，据此，在“经触点耦合”和“经所述的一个或多个天线线圈耦合”两种工作方式下，在整流器上置有工作电压，并且一个由触点构成的带触点的接口的提供电源电压的触点通过一个二极管从整流器中退耦并且在此触点上连接有一个电压识别电路，用以在两种工作方式“经触点耦合”和“经天线线圈耦合”之间转换芯片卡。
其中，所述芯片卡可以只设置一根天线线圈。
其中，向数据存储器存取的存储器存取权是可依据工作方式“经触点耦合”或“经一个或多个天线线圈耦合”采用不同的方式配置的，即：在数据存储器中设置两个存储器区域，该存储器区依据工作方式“经触点耦合”或“经一个或多个天线线圈耦合”经一个或多个天线线圈耦合择一地被启动。
所述控制单元包括电路器件，通过这些电路器件，在采用“经一个或多个天线线圈耦合”工作方式时，为达到最大传输作用距离，在此工作方式下不需要的控制单元的电路器件置于节电静止状态。
芯片安装在触点区的下侧并且芯片经两个接头与一根绕制的、蚀刻的或印刷的、包封在芯片卡中的天线线圈连接。
天线线圈也集成在芯片上。其中，具有集成天线的芯片安装在触点区下侧。
或者，芯片安装在触点区的下侧，并且芯片经两个接头与一个小的天线绕组连接，该绕组和芯片一样也位于触点模块内部的触点区下侧。
该芯片卡具有用以在工作方式“经触点耦合”和“经一个或多个天线线圈耦合”之间转换芯片卡的转换装置，芯片卡还具有用于根据工作方式“经触点耦合”或“经天线线圈耦合”配置存储器存取权的装置。其中，设置两个存储区，它们是可依据工作方式“经触点耦合”或“经天线线圈耦合”择一地激活的。
但是，根据这种措施，一种比如在专利DE-C-3935364中设置的转换工作方式的电路是不可行的：即因为整流器直接与需要工作电压的部件相连接，所以整流器上总有电压，而不管此电压是由整流器还是由触点区的一个触点所提供。(在由DE-C-3935364公开的电路中不是这种情况，因为电源电压经多路调制器输送给需要工作电压的部件)。由于这种原因，根据本发明设置一个交流电压识别电路(例如，以一个附加整流器的形式)用于转换工作方式。如果此电路在天线线圈上检测到交流电压，那么芯片卡就转换到无触点工作方式(“经一个或多个天线线圈耦合”)，否则转换到有触点工作方式(“经触点耦合”)。
根据本发明，交流电压识别电路之外的另一种选择也是可能的，即提供电源电压的触点例如通过一个二极管从整流器中退耦，并在此触点上连接一种电压识别电路，用于在芯片卡的两种工作方式“经触点耦合”和“经一个或多个天线线圈耦合”之间进行转换。如果由此电路在触点上检测到电压，那么芯片卡就转换到有触点工作方式(“经触点耦合”)，否则转换到无触点工作方式(“经一个或多个天线线圈耦合”)。
因此在前一种情况下，对于工作方式起决定性作用的是天线线圈中是否有感应的交流电压，在后一种情况中起决定作用的是相应的触点上是否有施加的直流电压。两种可能性的组合也是可以想像的。在这两种情况下，芯片卡具有用于在工作方式“经触点耦合”和“经一个或多个无线线圈耦合”之间转换芯片卡的转换装置。
正好只设置一根天线线圈是适宜的。在专利AT-B-395224中描述了一种只为无触点工作设计的、并且只用一根天线线圈就足够的芯片卡。如果把专利中叙述的传输***应用于本发明的框架内，那么电路的特点就在于有极少数量的电子学部件，即只有一个线圈、一个芯片和一个触点区，并具有在集成技术上可容易实施的接口转换电路。
有利的是，用于对一个被芯片卡包括的数据存储器进行存取的存储器存取权是可依据工作方式“经触点耦合”和“经一个或多个天线线圈耦合”不同地配置的。尤其是可以设置两个存储区，这两个存储区依据工作方式“经触点耦合”和“经一个或多个天线线圈耦合”是可择一地激活的。用此办法同一芯卡可以具有两种完全不同的功能，依据该芯片在何种工作方式下被使用(例如，无触点工作时用作电子车票和有触点工作时用作电话卡)。
尤其有利的是，采用“经一个或多个天线线圈耦合”工作方式时，为达到最大传输距离，把此工作方式下不需要的电路部件置于节电静止状态。在该情况下，其作用距离与仅设计为无触点工作的芯片卡完全相同。
如果芯片安装在触点区的下侧，而且芯片经两个接头与一根绕制的、蚀刻的或印刷的、包封在芯片卡内的天线线圈连接，那么就可以使用一个很大的天线线圈，这点对大的作用距离是有利的。然而，如果把天线线圈与芯片集成在一起，芯片卡将可以特别容易制造。在这种情况下，把具有集成天线的芯片安装在触点区下侧也是有利的。天线线圈的大小与易于制造两者之间的折衷方案在于，芯片安装在触点区的下侧，并且芯片经两个接头与一个小的天线绕组连接，该绕组和芯片一样都位于触点模块内部触点区的下侧。
下面借助附图阐述本发明。
附图说明
图1.含有分立元件数量尽可能少的电路示意图；
图2.在塑料卡中该电路的一种可能的包封；
图3.单片集成电路(芯片)的电路方框图；和
图4.与图3相似的电路方框图，但具有另一种实施结构。
具体实施方式
从图1可以看到，单片集成电路或芯片2具有连接天线线圈3的接头LA、LB和连接触点区1的接头VDD、VSS、DOUT、DIN、CLK、RESET。(在VDD和VSS之间施加电源电压，经DOUT将数据传输至写-读-站，经DIN将数据传输至芯片卡，经CLK将时钟信号传输至芯片卡，经RESET将置零信号传输至芯片卡)。从图2可以看到，如纯触点型芯片所通用的形式，芯片2安装在触点区的下侧。具有数圈线圈的天线3，可选择绕制、蚀刻或印刷制成并封装在芯片卡4中。因此，纯触点式卡片技术有可能以简单方式在应用适当芯片的情况下增加无触点工作方式，即位于触点区1下侧的芯片2另外经两接头与一个封于芯片卡4中的天线线圈3连接。
图2示出的实施结构，对于规定的卡片尺寸在无触点工作方式下，可提供最大的作用距离，因为在这种结构中将天线线圈3设计成具有最大的绕组面积。
在本发明的框架内，其他结构的天线也是可能的，也就是使用同一个卡片既可以满足触点式卡片(ISO 7816)，也可以满足无触点式卡片(ISO 10536)的国际标准。同样，与磁条组合的措施也完全可以保留。
现在，借助图3阐述芯片2的功能。在无触点工作方式下，经LA和LB接收电能、时钟信号和数据以及发送数据。一种在此使用的传输方法已汇编在专利AT-B-395224中。接收到的高频信号经整流器5整流并由电容器7予以平缓，并且经并联调整器6(在最简单的情况下为一齐纳二极管)限制其大小。在时钟信号提取电路8内从交流电压中进一步提取芯片电路用的时钟信号。被接收到的数据在解调级9中处理并用调制级10把数据送回。用电平识别电路11显示超过最小所需工作电压的情况。为了在同一芯片2上实现无触点和有触点接口，需要自动识别工作方式用于启动正确接口。此种功能是用交流电压识别电路12实现的，该电路在天线线圈3上出现交流电压的情况下启动无触点接口，否则启动有触点接口。控制单元13依据工作方式或者控制无触点接口或者控制有触点接口，并且经单向地址总线和双向数据总线控制在数据存储器14上的存取。
控制单元13包括四个区域：区域13a含有能识别芯片卡究竟是否正处在工作状态的电路(这种结果由电平识别电路11确定)，如果正在工作那么该电路就识别哪一接口是激活的。区域13b含有控制无触点接口的电路和区域13c含控制有触点接口的电路。最后13d含有两种工作方式都需要的电路(这里，例如从数据存储器14中调出数据)。为了保持电流低耗(这一点，首先对无触点工作方式实现大的工作距离是重要的)将各根据工作方式分别把区域13b或区域13c置于节电静止状态。
控制单元13可以依据应用的需要以极不相同的方案予以实现：
-无触点和/或有触点接口的极不相同的规程和波特率，
-密码术、真实性鉴别、PIN，
-分别根据经无触点接口或经有触点接口的工作方式，分离的存取区的存储器有不同的存取保护，
-借助微处理器或逻辑门电路来实现，
-在无触点工作情况下，通过关闭不需要的电路部件减小电耗，
-在写-读-站工作距离内，多卡片无触点工作的防冲突规程等等。
与上述情况相对应，芯片卡可以用最小量的分立元件和从而用最少的加工技术费用予以实现，该种卡片在功能和标准兼容性上毫无限制，既可以经无触点接口也可以经有触点接口进行工作。
图4与图3的区别在于去掉了交流电压识别电路12。取代它的是在接头VSS和整流器5之间设置一个二极管15，用该二极管去掉接头VSS与整流器5的耦合。因此，当工作电压由天线线圈3提供时在接头VSS上没有电压，而当工作电压由连接接头VSS的触点提供时VSS上才有电压。接头VSS与控制单元13直接连接，所以这个单元可以用一个电压识别电路来识别工作方式。

Claims (11)

1.芯片卡，该芯片卡是既可经由一个用触点构成的带触点的接口也可经由至少一个用一个天线线圈构成的无触点的接口与写-读-站耦合，其中，写-读-站经由该耦合给芯片卡的工作提供电能，并且经过这种耦合还进行数据交换，并且其中，在经所述一个或多个天线线圈耦合的情况下为了提供电能设置一个整流器，其特征在于，该整流器(5)与一些需要工作电压的部件直接连接，这些部件设在一个数据存储器(14)和一个控制单元(13)的至少一个中，该数据存储器(14)是被芯片卡包括的，并且通过地址总线和数据总线与控制单元(13)相连，该控制单元(13)是用于根据工况或者是控制无触点的接口或者是控制带触点的接口和用于调节向数据存储器(14)的存取而设置的，并且所述芯片卡含有一个交流电压识别电路(12)，用以在两种工作方式“经触点耦合”和“经所述一个或多个天线线圈耦合”之间转换芯片卡(4)，为了输送交流电压，所述交流电压识别电路(12)与所述一个或多个天线线圈(3)相连，且在存在所述交流电压时激活无触点的接口和在不存在这样的交流电压的情况下激活带触点的接口，为此，所述交流电压识别电路(12)与所述控制单元(13)相连接。
2.芯片卡，该芯片卡是既可经由一个用触点构成的带触点的接口也可经由至少一个用一个天线线圈构成的无触点接口与写-读-站耦合，其中，写-读-站经过该耦合给芯片卡的工作提供电能，并且经这种耦合还进行数据交换，并且其中，在经所述一个或多个天线线圈耦合的情况下为了提供电能设置一个整流器，其特征在于，整流器(5)与一些需要工作电压的部件直接连接，这些部件设在一个数据存储器(14)和一个控制单元(13)的至少一个中，该数据存储器(14)是被芯片卡包括的，且经过地址总线和数据总线与所述的控制单元(13)相连接，该控制单元(13)是用于根据工况或者是控制无触点的接口或者是控制带触点的接口和用于调节向数据存储器(14)的存取而设置的，据此，在“经触点耦合”和“经所述的一个或多个天线线圈耦合”两种工作方式下，在整流器(5)上置有工作电压，并且一个带触点接口的提供电源电压的触点通过一个二极管(15)从整流器(5)中退耦，并且在此触点(VSS)上连接有一个电压识别电路，用以在两种工作方式“经触点耦合”和“经天线线圈耦合”之间转换芯片卡(4)。
3.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，只设置一根天线线圈(3)。
4.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，向数据存储器(14)存取的存储器存取权是可依据工作方式“经触点耦合”或“经一个或多个天线线圈耦合”采用不同的方式配置的，即：在数据存储器(14)中设置两个存储器区域，该存储器区依据工作方式“经触点耦合”或“经一个或多个天线线圈耦合”经一个或多个天线线圈耦合择一地被启动。
5.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，所述控制单元(13)包括电路器件，通过这些电路器件，在采用“经一个或多个天线线圈耦合”工作方式时，为达到最大传输作用距离，在此工作方式下不需要的控制单元(13)的电路器件置于节电静止状态。
6.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，芯片(2)安装在触点区(1)的下侧并且芯片(2)经两个接头(LA、LB)与一根绕制的、蚀刻的或印刷的、包封在芯片卡(4)中的天线线圈(3)连接。
7根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，天线线圈也集成在芯片上。
8.根据权利要求7所述的芯片卡，其特征在于，具有集成天线的芯片安装在触点区下侧。
9.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，芯片安装在触点区的下侧，并且芯片经两个接头与一个小的天线绕组连接，该绕组和芯片一样也位于触点模块内部的触点区下侧。
10.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，该芯片卡具有用以在工作方式“经触点耦合”和“经一个或多个天线线圈耦合”之间转换芯片卡的转换装置，芯片卡(4)还具有用于根据工作方式“经触点耦合”或“经天线线圈耦合”配置存储器存取权的装置。
11.根据权利要求10所述芯片卡，其特征在于，设置两个存储区，它们是可依据工作方式“经触点耦合”或“经天线线圈耦合”择一地激活的。
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