CN201111122Y - 双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其包含相互连接的基带芯片、用户识别卡、非接触前端芯片，特点是所述用户识别卡包含第二数据接口；所述非接触前端芯片包含主控制电路、控制模块和电源模块；所述非接触前端芯片与所述用户识别卡的第二数据接口连接。该装置实现简单，可支持的用户识别卡范围扩大，降低了技术成本，有利于移动非接触应用的整体推广；同时装置的噪声容限有明显提高，通讯稳定可靠。

Description

双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置

技术领域

本实用新型涉及一种近场通信NFC终端连接装置，具体涉及一种双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置。

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。

图1所示是一种现有技术的近场通信NFC终端连接装置，包含非接触模拟前端芯片、安全模块、基带芯片以及用户识别卡；所述非接触模拟前端芯片是NXP公司生产的非接触模拟前端芯片PN511；所述安全模块是NXP公司生产的安全模块SmartMX，其以信号输入输出接口S2C方式与所述非接触模拟前端芯片连接；所述基带芯片通过线路与所述非接触模拟前端芯片的上位接口连接；所述用户识别卡通过ISO7816接口与所述基带芯片连接。安全芯片处理非接触应用的数据保存和安全管理；非接触模拟前端芯片完成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。这种装置的近场通信功能由非接触模拟前端芯片和安全模块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终端连接装置不能满足现实商务要求。

另一种现有技术是单线协议SWP连接装置，该装置集成用户识别卡和安全模块，利用用户识别卡的C6接口通过单线协议与非接触模拟前端芯片连接。

单线协议SWP连接装置有效地解决了用户识别卡与非接触模拟前端芯片的连接问题，并且和现存的用户识别卡标准如ISO7816、TS 102 221、TS102600等保持兼容，是一种受到多数厂商支持的方案。但这种装置存在以下缺点：

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

2.单线协议SWP连接装置要求用户识别卡、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.由于用户识别卡的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，用户识别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双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，它能使用户识别卡电路设计简化，降低制造成本，软件实现简单；它不用对用户识别卡、非接触模拟芯片和移动终端同时进行改造，从而有利于移动非接触应用的整体推广；它能明显提高噪声容限，从而提高通讯的稳定性。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，包含基带芯片、以ISO7816接口方式与基带芯片连接的用户识别卡以及通过ISO7816接口分别与所述基带芯片、用户识别卡连接的非接触前端芯片，所述基带芯片和用户识别卡包含电源接口、复位接口、时钟接口、地接口和数据接口，其特点是：所述用户识别卡增设第二数据接口；

所述非接触前端芯片包含主控制电路、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连接；

所述控制模块的输入端通过信号线分别与所述基带芯片的复位接口、时钟接口以及数据接口连接，其输出端通过信号线分别与所述用户识别卡的复位接口、时钟接口以及第二数据接口连接；

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用户识别卡的电源接口连接。

上述双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其中，所述用户识别卡的数据接口和第二数据接口是纯数字数据接口，为半双工通讯。

上述双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其中，所述控制模块包含时钟切换控制电路、复位切换控制电路、基带监控电路、卡片模拟模式控制电路和用户识别卡接口电路；

所述时钟切换控制电路的输入端与基带芯片的时钟接口连接，接收基带时钟信号和非接触时钟信号，其输出端与用户识别卡的时钟接口连接，发送用户识别卡时钟信号；

所述复位切换控制电路的输入端与基带芯片的复位接口连接，接收基带复位信号和非接触复位信号，其输出端与用户识别卡的复位接口连接，发送用户识别卡复位信号；

所述基带监控电路通过信号线分别与基带芯片的时钟接口、复位接口以及数据接口连接，可单独或同时监控上述三个信号，产生基带芯片ISO7816接口状态的判断信号；

所述卡片模拟模式控制电路通过信号线分别与时钟切换控制电路的控制接口和复位切换控制电路的控制接口连接，产生控制信号；

所述用户识别卡接口电路通过信号线与用户识别卡的第二数据接口连接，传输数据信号。

上述双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其中，所述电源模块包含用户识别卡类型检测电路和含开关的用户识别卡电源输出电路；

所述用户识别卡类型检测电路的输入端与基带芯片的电源接口连接，其输出端与所述用户识别卡电源输出电路的输出选择控制端连接；

所述用户识别卡电源输出电路的开关与基带芯片的电源接口连接，其输出选择控制端与用户识别卡的电源接口连接。

本实用新型双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置由于采用上述技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1.由于用户识别卡增设的第二数据接口定义为半双工通讯，因此用户识别卡不需要增加比较复杂的调制解调电路，装置实现简单，软件实现简单，同时也降低了成本；

2.部分市场上的用户识别卡已具有额外的数据接口，选择这类芯片可以仅仅通过软件升级的方式支持本发明提出的非接触应用连接装置，从而有利于移动非接触应用的整体推广；

3.用户识别卡增设的第二数据接口是纯数字数据接口，噪声容限高，通讯稳定可靠。

附图说明

图1是现有技术的近场通信NFC终端连接装置的框图；

图2是本实用新型的双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片连接装置的框图；

图3是本实用新型的双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片连接装置的原理图；

具体实施方式

以下根据图2和图3进一步说明本实用新型的一种较佳实施方式：

如图2所示，双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，包含基带芯片1、用户识别卡2和非接触前端芯片3；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，用户识别卡2是Microchip公司开发的NC128型号的用户识别卡，非接触前端芯片3是上海复旦微电子股份有限公司开发的具有双数据线协议DWP接口的非接触前端芯片FM1920。

所述基带芯片1包含电源接口101、复位接口102、时钟接口103、地接口105和数据接口107，这5个接口都符合ISO7816标准。

所述用户识别卡2包含符合ISO7816标准的电源接口201、复位接口202、时钟接口203、第一保留接口204、地接口205、数据接口207、第二保留接口208和符合双数据线协议DWP的第二数据接口206。(根据TS 102 600标准，第一保留接口204和第二保留接口208被定义为用户识别卡高速接口USB的VP和VM信号端。)

所述数据接口207和第二数据接口206都是纯数字数据接口，同定义为半双工通讯，而且功能指标一致。

所述用户识别卡2的所有接口都遵循ISO/IEC 7816和TS 102 221标准，同时与TS 102 600规范的引脚规定不冲突。

所述用户识别卡2的数据接口207与所述基带芯片1的数据接口107连接，传输数据信号。

所述非接触前端芯片3包含主控制电路31、控制模块32和电源模块33。

如图3所示，所述主控制电路31通过总线分别与所述控制模块32和电源模块33连接。

所述控制模块包含时钟切换控制电路321、复位切换控制电路322、基带监控电路323、卡片模拟模式控制电路324以及用户识别卡接口电路325。

所述时钟切换控制电路321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，两路水平信号表示待选信号，一路垂直信号表示选择控制信号：时钟切换控制电路321输入端的L接口与基带芯片1的时钟接口103连接，接收基带芯片1输入的时钟信号(第一路水平信号)；时钟切换控制电路321输入端的1接口与非接触前端芯片3的时钟电路(图中未显示)连接，接收非接触前端时钟信号(第二路水平信号)；时钟切换控制电路321的输出端与用户识别卡2的时钟接口203连接，发送给用户识别卡2时钟信号；时钟切换控制电路321的控制接口M与卡片模拟模式控制电路324连接，接收卡片模拟模式控制电路324产生的时钟控制信号(垂直信号)。

所述复位切换控制电路322也是用2选1逻辑电路实现的。复位切换控制电路322输入端的R接口与基带芯片1的复位接口102连接，接收基带复位信号(第一路水平信号)；复位切换控制电路322输入端的r接口与非接触前端芯片3的复位电路(图中未显示)连接，接收非接触前端复位信号(第二路水平信号)；复位切换控制电路322输出端与用户识别卡2的复位接口202连接，发送给用户识别卡2复位信号；复位切换控制电路322的控制接口m与卡片模拟模式控制电路324连接，接收卡片模拟模式控制电路324产生的复位控制信号(垂直信号)。

在本实施例中，所述时钟切换控制电路321、复位切换控制电路322由与或非逻辑门实现；所述时钟切换控制电路321、复位切换控制电路322还可以由MOS或CMOS传输门实现。

所述基带监控电路323分别与基带芯片1的时钟接口103、复位接口102、数据接口107连接，根据上述接口的信号状态产生基带芯片1ISO7816接口状态判断信号；基带监控电路323可以仅仅通过监控基带芯片1的时钟接口103来判断基带芯片1的ISO7816接口处于工作状态还是休眠状态，也可以通过监控基带芯片1的时钟接口103、复位接口102和数据接口107的组合判断基带芯片1ISO7816接口的状态，并可以记录基带芯片1与用户识别卡2在复位应答过程中传递的通讯协议参数等内容，用以通知非接触前端芯片3的主控电路31以合适的参数类型与用户识别卡2进行通讯。

所述用户识别卡接口电路325与用户识别卡2的第二数据接口206连接，传输用户识别卡双数据线协议输入/输出信号。

在正常工作模式下(指终端处于开机的常规工作模式)，卡片模拟模式控制电路324输出时钟控制信号(时钟切换控制信号)，控制时钟切换控制电路321选择以基带时钟信号输出，保持基带芯片1和用户识别卡2处于直通状态；当非接触应用发生时，基带监控电路323判断基带芯片1是否和用户识别卡2正常通讯，如果基带芯片1正在通讯，卡片模拟模式控制电路324控制信号保持选择基带时钟信号输出至用户识别卡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和用户识别卡2的正常通讯，基带时钟信号较非接触前端时钟信号优先级高，只要基带芯片1的时钟有信号，则卡片模拟模式控制电路324优先选择基带时钟信号。

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)，此时基带芯片1不工作，卡片模拟模式控制电路324将切换至用户识别卡2和非接触前端芯片3连通，传输非接触前端时钟信号。

用户识别卡复位信号是在上电过程和出现异常情况下有效，由于用户识别卡2的接口是与非接触前端芯片3连接的，用户识别卡2的上电要受到非接触前端芯片3的控制，所以在非接触前端芯片3上电过程中，用户识别卡2的复位信号要受到非接触前端芯片3的控制，上电完成后，复位信号与时钟信号可以同样处理。为了保持用户识别卡2从非接触应用模式退出至基带通讯模式，用户识别卡2的内部状态保持不变，在没有异常操作发生时，非接触应用下的用户识别卡复位信号可以保持不动作。

用户识别卡接口电路325负责与用户识别卡2进行非接触应用通讯，工作流程简述如下：上电后非接触前端芯片3缺省设置用户识别卡接口电路325的用户识别卡双数据线协议输入/输出信号处于上拉状态，用户识别卡2设置用户识别卡双数据线协议输入/输出信号为输入态；在上电过程中用户识别卡双数据线协议不激活，非接触前端芯片3要求基带芯片1与用户识别卡2通讯前完成上电过程，保持电源、时钟和复位信号处于直通状态；当非接触前端芯片3检测到用户识别卡2进入空闲状态，则启动一次用户识别卡双数据线协议通讯，用户识别卡接口电路325通过用户识别卡双数据线协议输入/输出信号向用户识别卡2发送初始化命令，根据用户识别卡2的应答判断用户识别卡2是否支持用户识别卡双数据线协议，如果支持则建立相应参数；完成非接触应用流程后，用户识别卡接口电路325通过用户识别卡双数据线协议输入/输出信号向用户识别卡2发送退出命令退出。上述的双数据线协议的建立过程也可以不必等待用户识别卡2进入空闲状态就进行，要求用户识别卡2的主控微处理器CPU具有良好的多任务处理能力。

所述电源模块33包含用户识别卡类型检测电路331和含三个开关的用户识别卡电源输出电路332。用户识别卡电源输出电路332根据实际情况可以选择含两个开关、三个开关或多个开关，在本实施例中，用户识别卡电源输出电路332含三个开关。所述用户识别卡类型检测电路331的输入端与基带芯片1的电源接口101连接，其输出端与所述用户识别卡电源输出电路332的三路开关输出选择控制端连接；所述用户识别卡电源输出电路332的第一开关s与基带芯片1电源接口107连接，其输出端与用户识别卡2的电源接口201连接所述用户识别卡电源输出电路332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类卡电源电路分别用以产生3v和1.8v电压。

根据用户识别卡2的标准，用户识别卡卡片类型分为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，基带芯片1的电源接口101输出电源电压信号，用户识别卡类型检测电路331直接产生三路开关控制信号，选择接通第一开关s，由基带芯片1和用户识别卡2直接进行卡片类型的检测流程，也就是说，在正常工作模式下用户识别卡2的工作电压由基带芯片1决定；与此同时，用户识别卡类型检测电路331配合基带监控电路323记录最终确定的用户识别卡2的类型，以备掉电模式应用。在掉电模式下，基带芯片1已不再工作，这时用户识别卡电源输出电路332在主控制电路31的控制下，根据记录的用户识别卡2的类型，选择与B类卡电源电路的开关b接通，输出3V电源或选择与C类卡电源电路的开关c接通，输出1.8V电源。其它电源类型可以参照本实施例方法扩充。

在本实施例中用户识别卡2的CPU具有多任务处理能力，能同时处理用户识别卡双数据线协议界面和7816界面的数据。

所述主控制电路31是微处理器，嵌入式微处理器由很多选择，本实施例中选用的是Turbo 8051微处理器内核。

所述基带芯片1、用户识别卡2和非接触前端芯片3共地。

本实用新型双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置实现简单，可支持的用户识别卡范围扩大，降低了技术成本，有利于移动非接触应用的整体推广；同时装置的噪声容限有明显提高，通讯稳定可靠。

Claims (4)

1.一种双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，包含基带芯片、以ISO7816接口方式与基带芯片连接的用户识别卡以及通过ISO7816接口分别与所述基带芯片、用户识别卡连接的非接触前端芯片，所述基带芯片和用户识别卡包含电源接口、复位接口、时钟接口、地接口和数据接口，其特征在于：所述用户识别卡增设第二数据接口；

所述非接触前端芯片包含主控制电路、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连接；

所述控制模块的输入端通过信号线分别与所述基带芯片的复位接口、时钟接口以及数据接口连接，其输出端通过信号线分别与所述用户识别卡的复位接口、时钟接口以及第二数据接口连接；

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用户识别卡的电源接口连接。

2.如权利要求1所述的双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其特征在于：所述用户识别卡的数据接口和第二数据接口是纯数字数据接口，为半双工通讯。

3.如权利要求1所述的双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其特征在于：所述控制模块包含时钟切换控制电路、复位切换控制电路、基带监控电路、卡片模拟模式控制电路和用户识别卡接口电路；

所述时钟切换控制电路的输入端与基带芯片的时钟接口连接，接收基带时钟信号和非接触时钟信号，其输出端与用户识别卡的时钟接口连接，发送给用户识别卡时钟信号；

所述复位切换控制电路的输入端与基带芯片的复位接口连接，接收基带复位信号和非接触复位信号，其输出端与用户识别卡的复位接口连接，发送给用户识别卡复位信号；

所述基带监控电路通过信号线分别与基带芯片的时钟接口、复位接口和数据接口连接，该电路可单独或同时监控上述三个信号，产生基带芯片ISO7816接口状态的判断信号；

所述卡片模拟模式控制电路通过信号线分别与时钟切换控制电路的控制接口和复位切换控制电路的控制接口连接，产生控制信号；

所述用户识别卡接口电路通过信号线与用户识别卡的第二数据接口连接，传输数据信号。

4.如权利要求1所述的双数据接口用户识别卡与非接触前端芯片的连接装置，其特征在于：所述电源模块包含用户识别卡类型检测电路和含开关的用户识别卡电源输出电路；

所述用户识别卡类型检测电路的输入端与基带芯片的电源接口连接，其输出端与所述用户识别卡电源输出电路的输出选择控制端连接；

所述用户识别卡电源输出电路的开关与基带芯片的电源接口连接，其输出选择控制端与用户识别卡的电源接口连接。

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