CN1317123A - 传输数据的方法和用于该传输的卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能卡型便携物品和将数据传输到这种物品的方法，该物品包括主体和集成电路芯片，所述集成电路芯片包括经数据和地址总线连接到存储器(ROM、RAM、EEPROM)上的中央处理单元(CPU)，并且还包括被连接到与卡主体的表面平齐的一组至少6个接触区域中的4个接触区域(C1、C5、C4、C8)上的至少4个接触焊盘(VCC、GND、RST、VPP、CLK、I/O、D+、D－)。本发明的特征在于，两个接触焊盘(D+、D－)被连接到卡的接口，并且用于提供由中央处理单元(CPU)处理的数据传输。本发明特别适用于使用通用串行总线(USB)协议和格式来传输数据。

Description

传输数据的方法和用于该传输的卡
本发明涉及智能卡型便携物品，包括物品主体和集成电路芯片。
智能卡是特别在ISO标准7816中描述的标准化物品，其主要功能是使得能够通过识别持有人来执行电子交易。为此，智能卡包括一个芯片，其电路被集成在硅衬底上，定义各种功能元件，特别是中央处理单元(CPU)、易失性存储器(RAM)、非易失性存储器(ROM)、电可擦除可编程非易失性存储器(EEPROM)。中央单元(CPU)通过总线来管理各种存储器中的数据和地址。通常，数据和地址被分别按8位和16位来编码。
该集成电路芯片设有6个接触焊盘：这些焊盘由缩写VCC、GND、VPP、RST、CLK、以及I/O来标识，分别用于向芯片提供电源、将其接地、向其提供编程电压、对其进行复位、输入时钟信号、以及执行数据输入和输出。这些焊盘被电连接到与卡的表面平齐的接触区域。VCC焊盘被连接到区域C1,GND焊盘被连接到区域C5,VPP焊盘被连接到区域C6,RST焊盘被连接到区域C2,CLK焊盘被连接到区域C3，而I/O焊盘被连接到区域C7。
上述ISO标准7816的第2部分涉及卡上的电接触区域的数目、尺寸、以及定位。这样，如该标准中定义的那样，除了区域C1、C5、C6、C2、C3、以及C7以外，卡还具有两个区域C4和C8，是为将来的使用而保留的。没有功能被分配给这些未连接的区域。
7816标准的第3部分涉及卡必须支持的各种传输协议和信号。在称为T=0和T=1的协议中，数据使用定义的格式以半双工方式只经I/O焊盘来异步传输。这些数据格式和协议中授权的数据速率很低，为38千比特每秒(kb/s)，并且不允许多点链接。
结果，当现有卡被用于不使用上述7816标准第3部分的协议和格式的非专用终端、即实际上是市售的大多数终端特别是个人计算机时，需要使用卡阅读器，不仅用于开关卡，还用于执行协议转换和对数据进行重新格式化以使其可由卡来使用。由于该卡的允许数据速率很低，所以它不能被用于要求高速数据传送的应用、例如信息的实时编码/解码。
有鉴于此，本发明涉及一种智能卡型便携物品，该物品包括主体和集成电路芯片，所述集成电路芯片具有经数据和地址总线连接到存储器上的中央处理单元，并且还至少包括用于向芯片提供电源电压的第一接触焊盘、用于将芯片接地的第二接触焊盘、第三接触焊盘和第四接触焊盘，所述接触焊盘分别被电连接到与物品主体的表面平齐的一组至少6个接触区域中的第一接触区域、第二接触区域、第三接触区域、以及第四接触区域，本发明要解决的问题是使得这种便携物品能够以不同于7816标准第3部分安排的方式来工作，特别是不使用该标准所述的数据要求的T=0和T=1协议和格式。
有鉴于上述问题，本发明提出的解决方案首先提供一种便携物品，其特征在于，被连接到芯片的接口上的第三和第四接触焊盘构成差分对，并且用于在中央处理单元的控制下提供双向数据传输。
本发明还提供一种将数据传输到集成电路芯片的方法，该方法的特征在于，中央处理单元处理的数据经构成差分对并且被连接到芯片的接口上的第三和第四接触焊盘被双向传输。
下述非限制性描述将有助于更容易地理解本发明在实际中能够如何实施。应该参照附图来阅读它，其中：
图1是插入到经集线器(hub)连接到个人计算机端口上的阅读器的插槽中的本发明的卡的示意图；
图2是电连接到本发明的智能卡的接触区域上的芯片的透视图；
图3示出连接到用于使用通用串行总线(USB)协议来传输数据的卡阅读器上的本发明的卡的集成电路芯片的各种元件；
图4示出连接到用于使用USB协议和ISO标准7816第3部分的协议来传输数据的卡阅读器上的本发明的卡的集成电路芯片的各种元件；以及
图5是用于将卡连接到阅读器的连接器上的本发明的方法的示意图。
本发明的便携物品是智能卡型的。
如图1所示，智能卡型便携物品1用于插入到阅读器2的插槽中，该阅读器2例如经连接电缆3被连接到集线器4，所述集线器具有至少一个端口5、特别是USB型端口，并且经链接电缆6被连接到端口7、特别是中央单元8的USB型端口。
智能卡是ISO标准7810、7816、和14443中定义的标准物品，并且其内容被包含在本说明书中以供参考。
它们是尺寸大约为85毫米(mm)长、54mm宽、760微米(μm)厚的扁平矩形，并且它们包括卡主体，其中集成有芯片9。
卡主体包括一个或多个热塑性或热固性层。
芯片9是带有集成电路的硅晶片(die)，其拓扑图形定义芯片的各种功能元件，通过数据和地址总线10的线路相连。如图3和4所示，这些元件特别包括中央处理单元CPU、易失性存储器RAM、非易失性程序存储器ROM、电可擦除和可编程非易失性存储器EEPROM、以及--根据本发明--一个特殊接口、特别是USB接口。
芯片9具有至少4个接触焊盘：第一接触焊盘VCC、第二接触焊盘GND、第三接触焊盘D+、以及第四接触焊盘D-，所述第三和第四接触焊盘D+和D-被连接到USB接口。此外，芯片9还任选地带有第五接触焊盘VPP、第六接触焊盘RST、第七接触焊盘CLK、以及第八接触焊盘I/O。
如图2所示，接触焊盘VCC、GND、D+、以及D-分别被电连接到与卡主体的表面平齐的一组8个接触区域C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、以及C8中的第一接触区域C1、第二接触区域C5、第三接触区域C4、以及第四接触区域C8。接触焊盘VPP、RST、CLK、以及I/O被任选地分别电连接到上述组中的第五接触区域C6、第六接触区域C2、第七接触区域C3、以及第八接触区域C7。
本发明的卡适于只通过向芯片提供电源电压的接触焊盘VCC、将芯片接地的焊盘GND、以及提供双向数据传输的焊盘D+和D-来与外界、即例如个人计算机等终端进行通信。
当数据传输由接触焊盘D+和D-来提供时，所用的数据和协议的格式是USB标准的1996年1月15日修订版1.0中定义的格式，其或后续USB标准的内容被包括在本说明书中以供参考。
在该标准中，焊盘D+和D-构成差分对(difierentia1 pair)，所述焊盘上的电势彼此相反。当D+的电势大于D-的电势时，传输逻辑“1”，而当D-的电势大于D+的电势时，传输逻辑“0”。
卡的USB接口对焊盘D+和D-传输的数据的进行解码，并且对其进行重新格式化以使所述数据能够由CPU来处理。
使用USB标准中定义的协议经焊盘D+和D-进行的数据传输提供许多优点。
首先，传输数据的速率可以到达12兆比特每秒(Mb/s)，远高于使用ISO标准7816中定义的协议和格式经I/O焊盘传输数据的速率38kb/s。
再者，数据传输以半双工方式、即交替地同步进行，尽管可以，但是已不再需要经焊盘CLK来传输时钟信号。在本发明中，时钟有利地在卡的内部、例如通过数字锁相环(DPLL)来产生。根据传输的数据速率，低速时1.5Mb/s，高速时12Mb/s，卡自己通过连接到焊盘D+或D-上的上拉电阻来确定其工作速度，并且DPLL锁定，使得这样产生的时钟与传输数据的速率兼容，并且使得能够对传输的数据帧进行解码。使用卡内部的倍频器是有利的。
这样，依赖于分析电子签名的欺诈变得很困难，因为这种欺诈要求经CLK焊盘对时钟进行外部控制，而这在经D+和D-焊盘来传输数据时是不允许的。
应该理解，这些优点使得本发明的卡能够例如在付费电视应用或其他应用、特别是与网络中的信息加密有关的应用中实时并且以高数据速率来执行加密和加密操作。
可以看出，在本发明的一个实施例中，卡还可以使用异步协议、例如ISO标准7816第3部分中定义的T=0和T=1来工作，在此情况下，I/O焊盘用于输入和输出数据信号，RST焊盘用于对芯片进行复位，CLK焊盘用于向芯片提供时钟信号，并且任选地，VPP焊盘用于向芯片提供编程电压。因此这种卡可以被用于现有技术的阅读器，进而由阅读器执行USB/ISO数据重新格式化和协议转换。
应该看出，使用USB和ISO协议进行的数据传输可以同时进行，由CPU处理经I/O焊盘传输的数据和通过D+和D-焊盘传输的数据。
为了利用本发明的卡的USB功能，图3和4所示种类的阅读器包括用于至少连接到卡的区域C1、C5、C4、以及C8的装置，这些区域被电连接到芯片9的焊盘VCC、GND、D+、以及D-。
如果像图3那样，所述阅读器2具有只连接到卡的区域C1、C5、C4、以及C8的装置，则这种阅读器2不过只是用于传输数据、电源、和地的电连接器，从而大大降低了这种阅读器的成本。
相反，如果所述阅读器2还读取符合ISO标准7816的卡，则它们必须具有用于连接到与芯片的焊盘RST、VPP、I/O、以及CLK电连接的卡的区域C6、C3、C2、以及C7的装置，并且它们必须设有用于转换格式和使用符合ISO标准7816第3部分的协议的适当接口。然后，可以机械地或电地选择USB或ISO 7816-3工作模式。然后，这种阅读器可以被用于读取多种不同的卡：只按照ISO标准来工作的卡、只经USB接口来工作的卡、以及能够以两种方式来工作的卡。
在图5所示的优选实施例中，用于读取本发明的卡的阅读器的连接器这样实现，使得在插入卡的过程中连接次序如下机械地进行：初始时连接到区域C5，然后连接到区域C4和C8，最后连接到区域C1以向芯片供电。
在本发明的另一实施例中，只使用卡的6个接触区域。在USB模式中，这些区域分别是分别连接到芯片的焊盘VCC、GND、CLK、以及I/O上的区域C1、C5、C3、以及C7。在ISO模式中，这些区域分别是分别连接到焊盘VCC、GND、RST、VPP、CLK、以及I/O上的区域C1、C5、C2、C6、C3、以及C7。此外，在本发明中，接触焊盘VCC、GND、D+、以及D-分别被电连接到一组至少6个接触区域C1、C2、C3、C5、C6、以及C7中的第一接触区域C1、第二接触区域C5、第三接触区域C3、以及第四接触区域C7。应该看出，在所有实施例中，在焊盘VPP和区域C7之间进行连接始终是任选的。

Claims (13)

1、一种智能卡型便携物品，该物品包括主体和集成电路芯片(9)，所述集成电路芯片(9)具有经数据和地址总线连接到存储器(ROM、RAM、EEPROM)上的中央处理单元(CPU)，并且还至少包括用于向芯片(9)提供电源电压的第一接触焊盘(VCC)、用于将芯片(9)接地的第二接触焊盘(GND)、第三接触焊盘(D+)和第四接触焊盘(D-)，所述接触焊盘(VCC、GND、D+、D-)分别被电连接到与物品主体的表面平齐的一组至少6个接触区域(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)中的第一接触区域(C1)、第二接触区域(C5)、第三接触区域(C4)、以及第四接触区域(C8)，所述便携物品的特征在于，第三和第四接触焊盘(D+、D-)被连接到芯片(9)的接口上，并且用于在中央处理单元(CPU)的控制下提供数据传输。
2、如权利要求1所述的便携物品，其特征在于，芯片(9)还包括第五接触焊盘(VPP)、用于对芯片(9)进行复位的第六接触焊盘(RST)、用于对芯片提供时钟信号的第七接触焊盘(CLK)、以及用于使用异步协议来输入和输出数据信号的第八接触焊盘(I/O)，所述第六、第七、以及第八接触焊盘(RST、CLK、I/O)分别被电连接到与物品主体的表面平齐的一组至少8个接触区域中的第六接触区域(C2)、第七接触区域(C3)、以及第八接触区域(C7)。
3、如权利要求1或2所述的便携物品，其特征在于，第三和第四焊盘(D+、D-)构成差分对，所述焊盘上的电势彼此相反。
4、如权利要求1、2或3所述的便携物品，其特征在于，第三和第四焊盘(D+、D-)用于使用通用串行总线(USB)标准中定义的协议来进行数据传输。
5、一种将数据传输到包括物品主体的智能卡型便携物品的集成电路芯片(9)的方法，所述集成电路芯片(9)包括经数据和地址总线连接到存储器(ROM、RAM、EEPROM)上的中央处理单元(CPU)，并且还至少包括用于向芯片(9)提供电源电压的第一接触焊盘(VCC)、用于将芯片(9)接地的第二接触焊盘(GND)、第三接触焊盘(D+)和第四接触焊盘(D-)，所述接触焊盘(VCC、GND、D+、D-)分别被电连接到与物品主体的表面平齐的一组至少6个接触区域(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8)中的第一接触区域(C1)、第二接触区域(C5)、第三接触区域(C4)、以及第四接触区域(C8)，所述方法的特征在于，中央处理单元(CPU)处理的数据经被连接到芯片(9)的接口上的第三和第四接触焊盘(D+、D-)被传输。
6、如权利要求5中任一项所述的方法，其特征在于，第五接触焊盘(VPP)、第六接触焊盘(RST)对芯片(9)进行复位，第七接触焊盘(CLK)向芯片提供时钟信号，而第八接触焊盘(I/O)使用异步协议来提供数据信号输入和输出，所述第六、第七、以及第八接触焊盘(RST、CLK、I/O)分别被电连接到与卡主体的表面平齐的一组至少6个接触区域中的第六接触区域(C2)、第七接触区域(C3)、以及第八接触区域(C7)。
7、如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，第三和第四焊盘(D+、D-)构成差分对。
8、如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，经第三和第四焊盘(D+、D-)进行的数据传输是双向的和交替的。
9、如权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，为了处理经第三和第四接触焊盘(D+、D-)传输的数据，在芯片内部产生时钟。
10、如权利要求5至9中任一项所述的方法，其特征在于，数据使用同步通信协议经第三和第四接触焊盘(D+、D-)来传输。
11、如权利要求5至10中任一项所述的方法，其特征在于，以高至大约12兆比特每秒的值的速率来进行数据传输。
12、如权利要求5至12中任一项所述的方法，其特征在于，数据传输使用符合通用串行总线(USB)标准的协议来进行。
13、如权利要求5至12中任一项所述的方法，其特征在于，为了经第三和第四焊盘(D+、D-)来传输数据，便携物品被连接到阅读器(2)的连接器上，使得初始时连接到第二接触区域(C5)，然后连接到第三和第四接触区域(C4、C8)，最后连接到第一区域(C1)。
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