CN201111121Y - Sim卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置，包含基带芯片、SIM卡和在两者的ISO7816接口之间插入的带有ISO7816接口切换控制电路的非接触前端芯片，其特征在于非接触前端芯片上集成了ISO7816接口切换控制电路，通过ISO7816接口切换控制电路SIM卡可以和非接触模拟前端芯片连接在一起，实现移动终端的非接触卡片功能。本装置适用于支持现存的、和将来的各种类型的SIM卡，还可以利用该接口将SIM卡作为非接触读写器的安全模组应用，其采用纯数字信号，噪声容限有明显提高。本实用新型可以节约制造成本，极大地降低移动非接触应用的门槛。

Description

SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置

技术领域

本实用新型涉及一种SIM卡(用户识别卡)与非接触前端芯片的连接装置，特别是涉及一种SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置。

背景技术

近年来，电子支付业务已经深入了我们的生活，给我们带来了诸多的便利，特别是在固定营业场所，基于集成IC卡的电子支付业务形成了成熟的技术和稳定的市场。从2006年开始，随着近场通信NFC技术推广，基于手机和移动通信平台的移动支付业务成为了目前的热点。近场通信NFC这一新兴市场已经开始启动，各种解决方案层出不穷。

请参见图1所示，一种现有技术的近场通信NFC终端连接电路框图，该电路框图中包含NXP公司生产的非接触前端模拟电路PN511、以S2C接口方式与所述非接触前端模拟电路连接的安全模块NXP公司生产的SmartMX、与所述的非接触前端模拟电路上位接口通过线路连接的基带芯片以及通过国际标准ISO7816接口与所述基带芯片连接的SIM卡。ISO7816接口定义了IC卡的接口(C1接口是电源VCC、C2接口是复位RST、C3接口是时钟CLK、C4接口是保留引脚NC(Not Connected未连接)、C5接口是地GND、C6接口是高压编程VPP或NC、C7接口是数据IO、C8接口是保留引脚NC)，其中保留引脚C4、C8在目前的SIM卡中是NC引脚，没有使用，但在新的大容量SIM卡高速引脚规范(ETSI 102600)中将C4、C8定义为USB引脚，将在下一代大容量SIM卡中使用；C6接口在早期的IC卡中用作高压编程VPP引脚，后随着工艺和设计技术的进步，该引脚已失去作用，SIM卡中通常作为NC引脚处理。安全芯片处理非接触应用的数据保存和安全管理；非接触前端模拟芯片完成S2C信号与外界非接触信号的接口转换工作，并与基带芯片进行应用的数据和指令交换。这种电路的近场通信功能由非接触前端模拟芯片和安全芯片构成的近场通信模块实现，实现非接触卡片模拟、非接触阅读器和点对点通讯的功能，这就需要独立运营安全芯片的运营商。这个运营商的出现将打破现有的移动通讯营运格局，遭到移动运营商的一致反对，因此这种近场通信NFC终端连接电路不能满足现实商务要求。

另一种现有技术是单线协议SWP连接电路，利用SIM卡的C6接口通过单线协议与非接触前端芯片连接，从而以SIM卡取代图1中安全芯片的作用。

单线协议SWP连接电路有效地解决了SIM卡与非接触模拟前端芯片的连接问题，并且和现存的SIM卡标准如ISO7816、TS102221、TS102600等保持兼容，是一种受到多数厂商支持的方案。但这种电路存在以下缺点：

1.由于SIM卡的C6接口定义为单线传输线，是一种双全工传输方式，为实现数据传输SIM卡必须增加比较复杂的调制解调电路，因此对SIM卡的硬件和软件设计要求高，电路实现复杂，成本较高；

2.单线协议SWP连接电路要求SIM卡芯片、非接触模拟芯片和移动终端同时进行改造，对产业链的影响较大，推广和协调难度较高；

3.由于SIM卡的C6接口采用的是负载调制方式进行双向通讯，意味着这个接口的信号是准数字信号，SIM卡向非接触模拟前端芯片发送的负载调制信号会将单线协议SWP信号的噪声容限降低，信号容易受到干扰而影响通讯的稳定性，在移动终端这类元器件密度非常高的产品上，硬件设计(印刷电路板)有困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种SIM卡与非接触前端芯片连接装置，其在不改动基带芯片和SIM卡芯片的基础上，实现移动非接触应用及SIM卡的卡片模拟功能，接口不与现行任何IC卡标准冲突，需要修改的电路只需由非接触前端芯片实现，制造成本大幅降低，适用于支持现存的、和将来的各种类型的SIM卡。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是在基带芯片和SIM卡的ISO 7816接口之间，插入带有ISO7816接口切换控制电路的非接触前端芯片，其特点是非接触前端芯片在集成了非接触前端模拟电路的基础上还集成了ISO7816接口切换控制电路，通过ISO7816接口切换控制电路非接触前端芯片分别连接基带芯片的ISO7816接口和SIM卡的ISO7816接口。

所述ISO7816接口切换控制电路包含主控制电路、控制模块和电源模块；

所述主控制电路通过总线分别与所述控制模块和电源模块以及非接触前端模拟电路连接；

所述控制模块通过ISO7816接口分别与基带芯片和SIM卡相连；

所述电源模块的输入端通过电源线与所述基带芯片的电源接口连接，其输出端通过电源线与所述SIM卡的电源接口连接。

上述的SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置，其中所述控制模块包含：一个时钟切换控制电路、一个复位切换控制电路、第一数据切换控制电路、一个基带通用串行接口电路、一个基带监控电路、一个SIM卡接口电路、第二数据切换控制电路、一个数据切换控制反相器和一个开关控制电路；

所述的时钟切换控制电路，其输入端与基带芯片的时钟接口通过基带芯片的7816时钟信号线连接，输出端与SIM卡的时钟接口通过SIM卡的7816时钟信号线连接；

所述的复位切换控制电路，其输入端与基带芯片的复位接口通过基带芯片的7816复位信号线连接，输出端与SIM卡的复位接口通过SIM卡的7816复位信号线连接；

所述的第一数据切换控制电路，其由标准的MOS开关实现，MOS开关闭合，基带芯片的7816数据线与SIM卡的7816数据线连通，传输双向的数据信号；MOS开关打开，基带芯片与SIM卡之间连接切断；

所述的基带通用串行接口电路，其时钟接口通过基带芯片的7816时钟信号线与基带芯片的时钟接口以及时钟切换控制电路的输入端相连，其复位接口通过基带芯片的7816复位信号线与基带芯片的复位接口以及复位切换控制电路的输入端相连，其数据接口通过基带芯片的7816数据信号线与基带芯片的数据接口以及第一数据切换控制电路的输入端相连；

所述的基带监控电路，其通过基带监控信号线与基带通用串行接口电路相连；

所述的SIM卡接口电路，其与SIM卡的数据接口通过SIM卡的7816数据线连通；

所述的第二数据切换控制电路，其由标准的MOS开关实现，MOS开关闭合，非接触前端芯片内部的7816数据线与SIM卡的7816数据线连通，传输双向的数据信号；MOS开关打开，非接触前端芯片内部的数据线与SIM卡的数据线之间连接切断；该MOS开关与所述的第一数据切换控制电路的MOS开关的闭合与切断控制是反相的；

所述的数据切换控制反相器，产生前述两个MOS开关的反相控制信号；

所述的开关控制电路，其通过：数据切换控制线与数据切换控制电路相连、时钟切换控制线与时钟切换控制电路、复位切换控制线和复位切换控制电路相连。

上述的SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置，其中所述的电源模块包含：一个SIM卡类型判别电路和一个SIM电源输出控制电路模块；

所述的SIM卡类型判别电路，其输入端与基带芯片的电源接口通过基带芯片的7816电源信号线连接，其输出端与SIM电源输出控制电路模块的第一开关a连接；

所述的SIM电源输出控制电路模块，其电源输入端与基带芯片ISO7816接口的电源信号相连，其控制输入端与SIM卡类型判别电路的输出端通过电源输出控制信号线相连，其输出端与SIM卡的电源接口通过SIM卡的电源7816电源信号线连接；所述SIM电源输出电路模块还包含B类卡电源电路及其开关b，C类卡电源电路及其开关c，所述B类卡电源电路和C类卡电源电路用以产生3v和1.8v电压。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型在实现SIM卡和非接触前端芯片连接作为非接触卡片应用过程中，SIM卡的接口不需要任何改动，适用于支持现存的、和将来的各种类型的SIM卡，制造成本大幅降低。

2.本实用新型还可以利用该接口将SIM卡作为非接触读写器的安全模组应用，给SIM卡提供了更宽广的应用范围。

3.本实用新型的接口采用纯数字信号，噪声容限有明显提高。

附图说明

图1是现有近场通信NFC终端连接装置框图；

图2是本实用新型SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置框图；

图3是本实用新型SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触装置的电路原理图。

具体实施方式

以下具体说明本实用新型的一种较佳实施方式：

请参见图2和图3，本实用新型提供了一种SIM卡2连接非接触前端芯片4实现移动非接触的装置，包含基带芯片1、SIM卡2、同时具有基带芯片ISO7816接口和SIM卡ISO7816接口的的非接触前端芯片4，其特征在于非接触模拟芯片4上集成了ISO7816接口切换控制电路41，通过ISO7816接口切换控制电路4，SIM卡2可以和非接触前端芯片4连接在一起，实现移动终端的非接触卡片功能。在本实施例中，基带芯片1是Infineon公司生产的E-GOLD PMB7880型号的基带芯片(几乎所有厂家生产的基带芯片，其ISO7816接口都是一致的)，SIM卡2是Samsung公司生产的S3FS9DG型号的SIM卡芯片，非接触前端芯片4是上海复旦微电子股份有限公司开发的型号为FM1920的单片集成电路。

所述ISO7816接口切换控制电路41包含主控制电路4110、控制模块和电源模块；

所述主控制电路4110通过总线分别与所述控制模块和电源模块以及非接触前端模拟电路42连接；

所述控制模块通过ISO7816接口分别与基带芯片1和SIM卡2相连；

所述电源模块的输入端通过电源线与所述基带芯片1的电源接口连接，其输出端通过电源线与所述SIM卡2的电源接口连接。

所述的ISO7816接口切换控制电路41的控制模块包含：时钟切换控制电路4101，复位切换控制电路4102，第一数据切换控制电路4103，基带通用串行接口电路4104，基带接口电路4105，SIM卡接口电路4106，开关控制电路4107，第二数据切换控制电路4108，数据切换控制反相器4109。

所述的时钟切换控制电路4101，其电路是用2选1逻辑电路实现的，在图3中用标准的2选1电路符号表示。在2选1符号中，两路水平的信号线传输的信号表示待选信号，一路垂直信号线传输的信号表示选择控制信号。所述电路其输入端的第一路水平的信号线接口与基带芯片1的时钟接口通过基带芯片1的7816时钟信号线连接，传输基带时钟信号；其输入端的第二路水平的信号线接口与非接触前端芯片4的时钟电路(图中未显示)连接，传输非接触前端时钟信号；输出端与SIM卡2的7816时钟信号线连接，发送给SIM卡2时钟信号；所述电路的垂直的信号线接口与开关控制电路4107连接，传输时钟选择控制信号。

所述的复位切换控制电路4102也是用2选1逻辑电路实现的，其输入端其输入端的第一路水平的信号线接口与基带芯片1的复位接口通过基带芯片1的7816复位信号线连接，传输基带复位信号；其输入端的第二路水平的信号线接口与非接触前端芯片4的复位电路(图中未显示)连接，传输非接触前端复位信号；输出端与SIM卡2的7816复位信号线连接，发送给SIM卡2复位信号；所述电路的垂直的信号线接口与开关控制电路4107连接，传输复位选择控制信号。

所述的数据切换控制电路4103，作为连接器件连接基带芯片1的7816数据信号和SIM卡2的7816数据信号，其开关控制信号通过IO切换控制线与控制电路4107连接。

所述的基带芯片基带通用串行接口电路4104，接收基带芯片1发送的7816时钟信号、复位信号和数据信号。

所述的基带监控电路4105，其通过基带监控信号线与基带通用串行接口电路4104相连；

所述的SIM卡接口电路4106，通过连接器件4108与SIM卡2的7816数据线相连；

一个开关控制电路4107，其通过：数据切换控制线与数据切换控制电路4103的开关控制端相连、时钟切换控制线与时钟切换控制电路4101的选择控制端、复位切换控制线和复位切换控制电路4102的选择控制端相连，其中，数据切换控制线同时连接至反相器4109与第二路数据切换控制电路4108的开关控制端相连。

所述的数据切换控制电路4103和4108，其由标准的MOS开关实现。当处于基带芯片1和SIM卡2连通时，电路4103的MOS开关通，BB_7816_IO与SIM_7816_IO连通，传输双向的数据信号。此时SIM卡接口电路4106连接的第二路数据切换控制电路4108的MOS开关断，不影响基带和SIM之间的通讯，基带通用串行接口电路4104则在主控电路4110和基带监控电路4105的控制下，处于不工作状态或者监控状态，这时的基带通用串行接口电路4104只接收信号(监控和记录基带芯片1和SIM卡2之间的配置参数)，不会发送信号即不影响基带芯片1和SIM卡2的通讯。当处于非接触应用状态时(非接触应用中断触发，并且基带监控电路确认基带芯片的ISO7816接口处于休眠状态，则ISO7816接口切换控制电路41进行非接触应用模式切换)，数据切换控制电路4103开关关断，基带芯片1和SIM卡2之间连接切断，此时第二路数据切换控制电路4108开关开通，SIM卡1与非接触前端芯片的ISO7816接口切换控制电路41通过SIM卡接口电路4106进行通讯实现非接触应用，基带通用串行接口电路4104和基带监控电路4105继续监控基带芯片1的7816接口，如无信号变化则保持至非接触模式的退出，如基带芯片1的ISO7816接口被唤醒并开始发送SIM卡2访问指令，则非接触前端芯片通过基带通用串行接口电路4104回复基带芯片1“SIM卡忙，请稍等”的延时信号，并记录基带芯片1的ISO7816接口发出的指令，在非接触应用完成时，主控电路4110控制SIM卡接口电路4106转发基带通用串行接口电路4104记录的指令给SIM卡1并退出接管。

在正常工作模式下，开关控制电路4107输出的控制信号(时钟切换控制信号)控制时钟切换控制电路4101选择基带时钟信号输出，保持基带芯片1和SIM卡2处于直通状态；当非接触应用发生时，基带监控电路4105判断基带芯片1的ISO7816接口是否和SIM卡2正常通讯，如基带芯片1正在通讯，开关控制电路4107继续保持基带芯片1的时钟信号输出至SIM卡2，否则切换非接触前端时钟信号输出。为了保持基带芯片1和SIM卡2的正常通讯，基带芯片1的时钟信号较非接触前端芯片4的时钟信号优先级高，只要基带芯片1的时钟有信号，则基带监控电路4105优先选择基带芯片1的时钟。

在掉电模式下进行非接触应用时，基带芯片1不工作，开关控制电路4107将切换至SIM卡2和ISO7816接口切换控制电路4连通，由非接触前端芯片4向SIM卡2发送时钟信号。

SIM卡2的复位信号是在上电过程和出现异常情况下有效，由于SIM卡2的接口是与非接触前端芯片的ISO7816接口切换控制电路4连接的，SIM卡2的上电要受到非接触前端芯片4的控制，所以在非接触前端芯片4上电过程中，SIM卡2的复位信号要受到非接触前端芯片的ISO7816接口切换控制电路41的控制，上电完成后，复位信号与时钟信号可以同样处理。为了保持SIM卡2从非接触应用模式正常退出至基带通讯模式，SIM卡2的内部状态保持不变，在没有异常操作发生时，非接触应用下的SIM卡复位信号可以保持不动作。

所述ISO7816接口切换控制电路的电源模块包含：一个SIM卡类型判别电路4111、一个SIM电源输出控制电路模块4112；

所述的SIM卡类型判别电路4111，其输入端与基带芯片1的电源接口通过基带芯片1的7816电源信号线连接，其输出端与SIM电源输出控制电路模块的第一开关a连接，其通过内部总线与主控制电路4110连接。

所述的SIM电源输出控制电路模块4112，其由三选一电路构成，三路电源输入分别用a、b、c表示，其开关a与基带芯片1的ISO7816接口的电源信号相连，其选择控制端与SIM卡类型判别电路4111的输出端通过电源输出控制信号线相连，其输出端与SIM卡2的电源接口通过SIM卡2的电源7816电源信号线连接；所述SIM电源输出电路42还包含B类卡电源电路及其开关b，C类卡电源电路及其开关c，所述B类卡电源电路和C类卡电源电路用以产生3v和1.8v电压。

根据SIM卡2的标准，SIM卡的卡片类型分为A、B、C三类(A类对应5V电源，B类对应3V电源，C类对应1.8V电源)，本实施例以B类和C类两类卡的电源切换为例，具体说明电源模块工作流程：在正常工作模式下(指终端处于开机的常规工作模式)，基带芯片1的ISO7816接口输出电源电压信号，SIM卡类型判别电路4111产生的SIM电源输出电路4112的电源输出选择控制信号，始终保持第一开关a接通，这就是说，在正常工作模式下SIM卡2的工作电压由基带芯片1的ISO7816接口的电源所决定；与此同时，SIM卡类型判别电路4111通过判断基带芯片1输出的ISO7816电源电压信号获得SIM卡电源类型，再通过内部总线告知主控电路4110进行记录，以备掉电模式使用。在掉电模式下(终端关机但要求仍然支持非接触应用的工作模式)，基带芯片1已不再工作，这时SIM卡类型判别电路4111从主控制电路4110获取保存的SIM卡类型，根据记录的SIM卡2的类型产生SIM电源输出控制电路4112的选择控制信号，控制SIM电源输出控制电路4112选择与B类卡电源电路的开关b接通来输出3V电源或选择与C类卡电源电路的开关c接通来输出1.8V电源。其它电源类型可以参照本实施例方法扩充。

本实用新型提供的一种SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置，在实现SIM卡和非接触前端芯片连接作为非接触卡片应用过程中，SIM卡的接口不需要任何改动，降低了技术成本，适用于支持现存的、和将来的各种类型的SIM卡，可极大降低移动非接触应用的门槛。其还可以利用该接口将SIM卡作为非接触读写器的安全模块应用，给SIM卡提供了更宽广的应用范围，本实用新型接口采用纯数字信号，噪声容限有明显提高，通讯稳定可靠。

Claims (3)

1、一种SIM卡(2)连接非接触前端芯片(4)实现移动非接触的装置，包含基带芯片(1)、以及通过ISO7816接口与其相连的：SIM卡(2)和非接触前端模拟电路(42)，其特征在于集成了非接触前端模拟电路(42)的非接触前端芯片(4)上还集成了ISO7816接口切换控制电路(41)，通过ISO7816接口切换控制电路(41)非接触前端芯片(4)分别连接基带芯片(1)的ISO7816接口和SIM卡(2)的ISO7816接口；

所述ISO7816接口切换控制电路(41)包含主控制电路(4110)、控制模块和电源模块；

所述主控制电路(4110)通过总线分别与所述控制模块和电源模块以及非接触前端模拟电路(42)连接；

所述控制模块通过ISO7816接口分别与基带芯片(1)和SIM卡(2)相连；

所述电源模块的输入端通过电源线与所述基带芯片(1)的电源接口连接，其输出端通过电源线与所述SIM卡(2)的电源接口连接。

2、如权利要求1所述的SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置，其特征在于所述控制模块包含：一个时钟切换控制电路(4101)、一个复位切换控制电路(4102)、第一数据切换控制电路(4103)、一个基带通用串行接口电路(4104)、一个基带监控电路(4105)、一个SIM卡接口电路(4106)、第二数据切换控制电路(4107)、一个数据切换控制反相器(4108)和一个开关控制电路(4109)；

所述时钟切换控制电路(4101)，其输入端与基带芯片(1)的时钟接口通过基带芯片(1)的7816时钟信号线连接，输出端与SIM卡(2)的时钟接口通过SIM卡(2)的7816时钟信号线连接；

所述复位切换控制电路(4102)，其输入端与基带芯片(1)的复位接口通过基带芯片(1)的7816复位信号线连接，输出端与SIM卡(2)的复位接口通过SIM卡(2)的7816复位信号线连接；

所述第一数据切换控制电路(4103)，其由标准的MOS开关实现，MOS开关闭合，基带芯片(1)的7816数据线与SIM卡(2)的7816数据线连通，传输双向的数据信号；MOS开关打开，基带芯片(1)与SIM卡(2)之间连接切断；

所述基带通用串行接口电路(4104)，其时钟接口通过基带芯片(1)的7816时钟信号线与基带芯片(1)的时钟接口以及时钟切换控制电路(4101)的输入端相连，其复位接口通过基带芯片(1)的7816复位信号线与基带芯片(1)的复位接口以及复位切换控制电路(4102)的输入端相连，其数据接口通过基带芯片(1)的7816数据信号线与基带芯片(1)的数据接口以及第一数据切换控制电路(4103)的输入端相连；

所述基带监控电路(4105)，其通过基带监控信号线与基带通用串行接口电路(4104)相连；

所述SIM卡接口电路(4106)，其与SIM卡(2)的数据接口通过SIM卡(2)的7816数据线连通；

所述第二数据切换控制电路(4108)，其由标准的MOS开关实现，MOS开关闭合，非接触前端芯片(4)内部的7816数据线与SIM卡(2)的7816数据线连通，传输双向的数据信号；MOS开关打开，非接触前端芯片(4)内部的数据线与SIM卡(2)的数据线之间连接切断；该MOS开关与所述的第一数据切换控制电路(4103)的MOS开关的闭合与切断控制是反相的；

所述数据切换控制反相器(4109)，产生前述两个MOS开关的反相控制信号；

所述开关控制电路(4107)，其通过：数据切换控制线与数据切换控制电路(4108)相连、时钟切换控制线与时钟切换控制电路(4101)相连、复位切换控制线和复位切换控制电路(4102)相连。

3、如权利要求1所述的SIM卡连接非接触前端芯片实现移动非接触的装置，其特征在于所述ISO7816接口切换控制电路的电源模块包含：一个SIM卡类型判别电路(4111)和一个SIM电源输出控制电路模块(4112)；

一个SIM卡类型判别电路(4111)，其输入端与基带芯片(1)的电源接口通过基带芯片(1)的7816电源信号线连接，其输出端与SIM电源输出控制电路模块(4112)的第一开关a连接；

一个SIM电源输出控制电路模块(4112)，其电源输入端与基带芯片(1)ISO7816接口的电源信号相连，其控制输入端与SIM卡类型判别电路(4111)的输出端通过电源输出控制信号线相连，其输出端与SIM卡(2)的电源接口通过SIM卡(2)的电源7816电源信号线连接；所述SIM电源输出电路模块(4112)还包含B类卡电源电路及其开关b，C类卡电源电路及其开关c，所述B类卡电源电路和C类卡电源电路用以产生3v和1.8v电压。

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