專利名稱：芯片卡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種芯片卡，該卡既可以經(jīng)觸點也可以經(jīng)至少一根天線線圈與有關的寫-讀-站建立耦合，其中寫-讀-站經(jīng)耦合為芯片卡的工作提供電能，同時經(jīng)此耦合還進行數(shù)據(jù)交換，并且在經(jīng)天線線圈耦合的情況下，設置一個電源整流器。
從專利DE-C-39 35 364已知一種該類型的芯片卡。芯片卡是高集成度的電子學部件(芯片)，封裝在信用卡大小的塑料包封內(nèi)。按應用范圍，當今人們已知例如，電子車票、GSM-卡、電話卡等。這些電子學部件彼此的差別，按使用范圍主要在于下列參數(shù)，存儲器容量、存取保護、數(shù)據(jù)傳輸速率、適應性和無觸點芯片卡的傳輸距離。
大多數(shù)情況下，使用觸點進行工作的芯片卡都有一個觸點區(qū)?？墒墙陙砣找嬖龆嗟厥褂脽o觸點卡，這種卡的主要特點在于具有較高的可靠性，較方便的操作和對有關無觸點寫-讀-站的防破壞性。在無觸點工作方式中，卡片電路的電能和時鐘信號傳輸及雙向的數(shù)據(jù)傳輸，是通過寫-讀-站的天線與芯片卡的天線線圈之間的電感耦合實現(xiàn)的。芯片卡的電源電壓是通過對寫-讀-站發(fā)射的高頻信號進行整流產(chǎn)生的。在觸點工作方式下，電源電壓、時鐘信號和數(shù)據(jù)經(jīng)幾個分開的觸點來傳輸。
專利DE-C-39 35 364已公開一種已知的芯片卡，該種卡既可以經(jīng)觸點工作也可以經(jīng)電感耦合工作。其工作方式可以選擇，而且可以完全等同地采用無觸點寫-讀-站或采用觸點寫-讀-站啟動。
為此目的，根據(jù)專利DE-C-39 35 364在卡中設置一個多路調(diào)制器，該多路調(diào)制器一方面把經(jīng)觸點區(qū)的觸點獲得的信號接通，另一方面把經(jīng)線圈收到和經(jīng)相應處理的信號(電源電壓、時鐘信號、數(shù)據(jù))接通。在多路調(diào)制器的輸出端連接一個電路(例如，計算電路和存儲單元)，比如該電路也設置在僅具有觸點工作方式的芯片卡內(nèi)。為了確定多路調(diào)制器把何種信號接通到輸出端(加在觸點區(qū)觸點上的信號或由線圈接收并經(jīng)相應處理過的信號)，設置了一個比較器，該比較器將由線圈接收的高頻信號所獲得的直流電壓與加在觸點區(qū)上的直流電壓進行比較。
此種電路的缺點是，工作電壓也經(jīng)過多路調(diào)制器，這樣在多路調(diào)制器上必然出現(xiàn)一定的電壓降。因此，在邊緣區(qū)域(在寫-讀-站與芯片卡之間有較大距離的情況)這種電路不能很好工作。
本發(fā)明的任務是，制造一種開始所述類型的芯片卡，在無觸點工作方式時，該芯片卡的作用距離與僅適用于無觸點工作方式的芯片卡一樣，或者只有不明顯的一點點減小。
根據(jù)本發(fā)明，此項任務通過開始所述類型的芯片卡是如此解決的，即整流器直接與需要工作電壓的部件連接，而且設置一種交流電壓識別電路，用于在“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”兩種工作方式之間轉換芯片卡。
也就是說，將整流器中產(chǎn)生的電壓直接輸送給需要工作電壓的部件，使該電壓全部提供使用，這點與僅適用于無觸點工作方式的芯片卡情況相同。因此其作用距離-稍高電流消耗的情況除外-與僅為無觸點工作方式設計的芯片卡大致相同。
但是，根據(jù)這種措施，一種比如在專利DE-C-39 35 364中設置的轉換工作方式的電路是不可行的即因為整流器直接與需要工作電壓的部件相連接，所以整流器上總有電壓，不管此電壓是由整流器還是由觸點區(qū)的觸點所提供。(在由DE-C-39 35 364已知的電路中不是這種情況，因為電源電壓經(jīng)多路調(diào)制器輸送給需要工作電壓的部件)。由于這種原因，根據(jù)本發(fā)明設置一個交流電壓識別電路(例如，以一個附加整流器的形式)用于轉換工作方式。如果此電路在天線線圈上檢測到交流電壓，那么芯片卡就轉換到無觸點工作方式(“經(jīng)天線線圈耦合”)，否則轉換到有觸點工作方式(“經(jīng)觸點耦合”)。
交流電壓識別電路的另一種選擇也是可能的，即例如用一個二極管去掉提供電源電壓的觸點與整流器的耦合，并在此觸點上連接一種電壓識別電路，用于在芯片卡的兩種工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”之間進行轉換。如果由此電路在觸點上檢測到電壓，那么芯片卡就轉換到有觸點工作方式(“經(jīng)觸點耦合”)，否則轉換到無觸點工作方式(“經(jīng)天線線圈耦合”)。
因此在前一種情況下，對于工作方式起決定性作用的是天線線圈中是否有感應的交流電壓，在后一種情況中起決定作用的是相應的觸點上是否有施加的直流電壓。這兩種可能工作方式的組合也是可以考慮的。
正好只設置一根天線線圈是適宜的。一種在專利AT-B-395 224中已述的芯片卡是為只用于無觸點工作設計的，并且只用一根天線線圈。如果把專利中敘述的傳輸系統(tǒng)應用于本發(fā)明的框架內(nèi)，那么電路的特點就在于有極少數(shù)量的電子學部件，它們只有一個線圈、一個芯片和一個觸點區(qū)，并且在集成技術上以容量實現(xiàn)的接口轉換電路為特征。
有利的是，存儲器存取權可以依據(jù)工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”而有不同配置。尤其是可以設置兩個存儲區(qū)，這兩個存儲區(qū)依據(jù)工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”可選擇啟動。用此方法同一芯卡可以具有兩種完全不同的功能，依據(jù)該芯片用于何種工作方式而定(例如，無觸點工作時用作電子車票和有觸點工作時用作電話卡)。
尤其有利的是，采用“經(jīng)天線線圈耦合”工作方式時，為達到最大傳輸距離，把此工作方式下不需要的電路部件置于節(jié)電靜止狀態(tài)。在該情況下，其作用距離與僅設計為無觸點工作的芯片卡完全相同。
如果芯片安裝在觸點區(qū)的下側，而且芯片經(jīng)兩個接頭與一根繞制的、蝕刻的或印刷的、包封在芯片卡內(nèi)的天線線圈連接，那么就可以使用一個很大的天線線圈，這點對大的作用距離是有利的。然而，如果把天線線圈與芯片集成在一起，芯片卡將可以特別容易制造。在這種情況下，把具有集成天線的芯片安裝在觸點區(qū)下側也是有利的。天線線圈的大小與易于制造兩者之間的折衷方案在于，芯片安裝在觸點區(qū)的下側，并且芯片經(jīng)兩個接頭與一個小的天線繞組連接，該繞組和芯片一樣都位于觸點模塊內(nèi)部觸點區(qū)的下側。
下面借助附圖闡述本發(fā)明。這些附圖是

圖1.含有分立元件數(shù)量盡可能少的電路示意圖；圖2.在塑料卡中該電路的一種可能的包封；圖3.單片集成電路(芯片)的電路方框圖；和圖4.與圖3相似的電路方框圖，但具有另一種實施結構。
從圖1可以看到，單片集成電路或芯片2具有連接天線線圈3的接頭LA、LB和連接觸點區(qū)1的接頭VDD、VSS、DOUT、DIN、CLK、RESET。(在VDD和VSS之間施加電源電壓，經(jīng)DOUT將數(shù)據(jù)傳輸至寫-讀-站，經(jīng)DIN將數(shù)據(jù)傳輸至芯片卡，經(jīng)CLK將時鐘信號傳輸至芯片卡，經(jīng)RESET將置零信號傳輸至芯片卡)。從圖2可以看到，如純觸點型芯片所通用的形式，芯片2安裝在觸點區(qū)的下側。具有數(shù)圈線圈的天線3，可選擇繞制、蝕刻或印刷制成并封裝在芯片卡4中。因此，純觸點式卡片技術有可能以簡單方式在應用適當芯片的情況下增加無觸點工作方式，即位于觸點區(qū)1下側的芯片2另外經(jīng)兩接頭與一個封于芯片卡4中的天線線圈3連接。
圖2示出的實施結構，對于規(guī)定的卡片尺寸在無觸點工作方式下，可提供最大的作用距離，因為在這種結構中將天線線圈3設計成具有最大的繞組面積。
在本發(fā)明的框架內(nèi)，其他結構的天線也是可能的，也就是使用同一個卡片既可以滿足觸點式卡片(ISO 7816)，也可以滿足無觸點式卡片(ISO10536)的國際標準。同樣，與磁條組合的措施也完全可以保留。
現(xiàn)在，借助圖3闡述芯片2的功能。在無觸點工作方式下，經(jīng)LA和LB接收電能、時鐘信號和數(shù)據(jù)以及發(fā)送數(shù)據(jù)。一種在此使用的傳輸方法已匯編在專利AT-B-395 224中。接收到的高頻信號經(jīng)整流器5整流并由電容器7予以平緩，并且經(jīng)并聯(lián)調(diào)整器6(在最簡單的情況下為一齊納二極管)限制其大小。在時鐘信號提取電路8內(nèi)從交流電壓中進一步提取芯片電路用的時鐘信號。被接收到的數(shù)據(jù)在解調(diào)級9中處理并用調(diào)制級10把數(shù)據(jù)送回。用電平識別電路11顯示超過最小所需工作電壓的情況。為了在同一芯片2上實現(xiàn)無觸點和有觸點接口，需要自動識別工作方式用于啟動正確接口。此種功能是用交流電壓識別電路12實現(xiàn)的，該電路在天線線圈3上出現(xiàn)交流電壓的情況下啟動無觸點接口，否則啟動有觸點接口。控制單元13依據(jù)工作方式或者控制無觸點接口或者控制有觸點接口，并且經(jīng)單向地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線控制在數(shù)據(jù)存儲器14上的存取。
控制單元13包括四個區(qū)域區(qū)域13a含有能識別芯片卡究竟是否正處在工作狀態(tài)的電路(這種結果由電平識別電路11確定)，如果正在工作那么該電路就識別哪一接口是激活的。區(qū)域13b含有控制無觸點接口的電路和區(qū)域13c含控制有觸點接口的電路。最后13d含有兩種工作方式都需要的電路(這里，例如從數(shù)據(jù)存儲器14中調(diào)出數(shù)據(jù))。為了保持電流低耗(這一點，首先對無觸點工作方式實現(xiàn)大的工作距離是重要的)將各根據(jù)工作方式分別把區(qū)域13b或區(qū)域13c置于節(jié)電靜止狀態(tài)。
控制單元13可以依據(jù)應用的需要以極不相同的方案予以實現(xiàn)-無觸點和/或有觸點接口的極不相同的規(guī)程和波特率，-密碼術、真實性鑒別、PIN，
-分別根據(jù)經(jīng)無觸點接口或經(jīng)有觸點接口的工作方式，分離的存取區(qū)的存儲器有不同的存取保護，-借助微處理器或邏輯門電路來實現(xiàn)，-在無觸點工作情況下，通過關閉不需要的電路部件減小電耗，-在寫-讀-站工作距離內(nèi)，多卡片無觸點工作的防沖突規(guī)程等等。
與上述情況相對應，芯片卡可以用最小量的分立元件和從而用最少的加工技術費用予以實現(xiàn)，該種卡片在功能和標準兼容性上毫無限制，既可以經(jīng)無觸點接口也可以經(jīng)有觸點接口進行工作。
圖4與圖3的區(qū)別在于去掉了交流電壓識別電路12。取代它的是在接頭VSS和整流器5之間設置一個二極管15，用該二極管去掉接頭VSS與整流器5的耦合。因此，當工作電壓由天線線圈3提供時在接頭VSS上沒有電壓，而當工作電壓由連接接頭VSS的觸點提供時VSS上才有電壓。接頭VSS與控制單元13直接連接，所以這個單元可以用一個電壓識別電路來識別工作方式。
權利要求
1.芯片卡既可以經(jīng)觸點也可以經(jīng)至少一根天線線圈與有關寫-讀-站耦合，其中寫-讀-站經(jīng)過耦合給芯片卡的工作提供電能，且經(jīng)這種耦合還進行數(shù)據(jù)交換，并且，其中在經(jīng)天線線圈耦合的情況下為了提供電能設置一個整流器，其特征在于，整流器(5)與需要工作電壓的部件直接連接，而且設置交流電壓識別電路(12)以用于在兩種工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”之間轉換芯片卡(4)。
2.芯片卡既可以經(jīng)觸點也可以經(jīng)至少一根天線線圈與有關寫-讀-站耦合，其中寫-讀-站經(jīng)過耦合給芯片卡的工作提供電能，且經(jīng)這種耦合還進行數(shù)據(jù)交換，并且，其中在經(jīng)天線線圈耦合的情況下為了提供電能設置一個整流器，其特征在于，整流器(5)與需要工作電壓的部件直接連接，提供電源電壓的觸點例如通過二極管(15)和整流器去掉耦合，以及在此觸點連接電壓識別電路，以用于在兩種工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”之間轉換芯片卡(4)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述芯片卡，其特征在于，只設置一根天線(3)。
4.根據(jù)權利要求1至3之一所述芯片卡，其特征在于，存儲器存取權可以依據(jù)工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”而有不同配置。
5.根據(jù)權利要求4所述芯片卡，其特征在于，設置兩個存儲區(qū)，它們可以依據(jù)工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”選擇啟動。
6.根據(jù)權利要求1至5之一所述芯片卡，其特征在于，采用“經(jīng)天線線圈耦合”工作方式時，為達到最大傳輸作用距離，把在此工作方式下不需要的電路部件置于節(jié)電靜止狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求1至6之一所述芯片卡，其特征在于，芯片(2)安裝在觸點區(qū)(1)的下側，及芯片(2)經(jīng)兩個接頭(LA、LB)與一根繞制的、蝕刻的或印刷的、包封在芯片卡(4)中的天線線圈(3)連接。
8.根據(jù)權利要求1至6之一所述芯片卡，其特征在于，天線線圈也集成在芯片上。
9.根據(jù)權利要求8所述芯片卡，其特征在于，具有集成天線的芯片安裝在觸點區(qū)下側。
10.根據(jù)權利要求1至6之一所述芯片卡，其特征在于，芯片安裝在觸點區(qū)的下側，及芯片經(jīng)兩個接頭與一個小的天線繞組連接，該繞組和芯片一樣也位于觸點模塊內(nèi)部的觸點區(qū)下側。
11.芯片卡既可以經(jīng)觸點也可以經(jīng)至少一根天線線圈與有關寫-讀-站耦合，其中寫-讀-站經(jīng)過耦合給芯片卡的工作提供電能，且經(jīng)這種耦合還進行數(shù)據(jù)交換，其特征在于，芯片上設置轉換電路部件用于在工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”之間轉換芯片卡(4)，和設置若干部件使存儲器存取權的配置由工作方式“經(jīng)觸點耦合”和/或“經(jīng)天線線圈耦合”來決定。
12.根據(jù)權利要求11所述芯片卡，其特征在于，設置兩個存儲區(qū)，它們依據(jù)工作方式“經(jīng)觸點耦合”和“經(jīng)天線線圈耦合”可選擇啟動。
全文摘要
芯片卡可以經(jīng)觸點區(qū),也可以經(jīng)天線線圈與有關的寫—讀—站耦合。經(jīng)過耦合寫—讀—站給芯片卡的工作提供電能,且經(jīng)這種耦合還進行數(shù)據(jù)交換。在經(jīng)天線線圈耦合的情況下,為了提供電能設置一個整流器(5)。為了實現(xiàn)最大作用距離,把整流器(5)直接與需要工作電壓的部件連接。設置交流電壓識別電路(12)用于在此兩種工作方式之間進行轉換。另一種選擇是在觸點耦合情況下,去掉傳送工作電壓的觸點與整流器之間的耦合,并在那個觸點上連接一個電壓識別電路。當經(jīng)天線線圈耦合時,在此工作方式下不需要的電路部件被置于節(jié)能靜止狀態(tài)。依據(jù)不同的工作方式,存儲器存取權可以用不同方式設置。根據(jù)本發(fā)明,芯片卡上的觸點區(qū)、芯片和天線線圈也可以有不同的幾何配置。
文檔編號G06K19/07GK1172542SQ96190780
公開日1998年2月4日 申請日期1996年5月30日 優(yōu)先權日1995年6月2日
發(fā)明者D·伯格, W·艾伯, G·霍爾韋格 申請人:菲利浦電子有限公司