CN101237690A - 双界面sim卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双界面SIM卡，包括接触界面处理单元，CPU，射频天线，用于接收和发射射频信号；中断处理单元，用于进行中断控制，切换接触界面处理单元和非接触界面处理单元与CPU的通信连接；非接触界面处理单元，与射频天线和中断处理单元连接，用于将射频天线接收的射频信号转换为数字信号，和/或，将CPU输出的数字信号转换为射频信号，并通过天线向外发射。本发明通过将射频信息处理和普通SIM卡的信息处理由共同的CPU来完成，将接触式卡和非接触式卡集成在一张卡上，并且不需要对手机硬件电路进行改动，降低了硬件开发成本和风险，也方便了人们的日常生活。

Description

双界面SIM卡

技术领域

本发明涉及一种SIM卡，尤其是一种具有射频功能和普通SIM卡功能的双界面SIM卡。

背景技术

接触式卡，即通过触点接触从读卡终端获取电能供应，与读卡终端进行通讯的IC卡，其在人们的日常生活中得到了普遍的应用，但在接触卡的普及过程中，逐渐发现了许多的弊端：卡在读写器上经常拔插造成的磨损导致接触不良，从而引起数据传输错误，并且卡与读写器之间的磨损也大大缩短了卡和读写器的使用寿命；另外，接触卡的通讯速率较低，再加上插拔卡的动作延误，造成每一笔交易需要较长时间的等待。

为了解决这些问题，非接触式IC卡(下简称非接触卡)应运而生。非接触卡是一种利用天线，通过无线电从读卡终端获取电能供应，与读卡终端进行通讯的IC卡。现有的射频卡由射频天线和芯片组成，射频卡内含有内置天线和芯片，内置天线用于和读卡终端的射频天线进行通信，而芯片由控制模块(CPU)、存储器和收发模块组成。其工作原理为：射频卡通过电磁波与外界交换信息，带有射频收发及相关电路的芯片与环形天线全部埋在塑料基片中，在进行读写时，进入读写器工作区域的射频卡接收读写器发出的脉冲信号，一方面卡内芯片中的射频接口模块(收发模块)由此信号获得电源电压、复位信号、时钟信号；同时卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断，若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后经卡内天线发送给读写器，读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至后台计算机处理。若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM时所需的高压，以便对EEPROM中的内容进行改写。

非接触卡的优点是显而易见的：它通过无线电波与读写设备进行通讯，无裸露触点，与读写器间也无机械接触，可靠性和使用寿命高；它的通讯速率高于接触卡，在一定距离范围内可以从任意方向与读写设备通讯，从而使操作更为方便、快捷。因此，非接触卡在很多场合已经取代了接触卡，在卡市场所占的份额越来越大。非接触卡也存在缺陷：当卡片弯曲过度时，卡片容易因线圈焊点断裂而失效；在一些场合的通讯容易受环境干扰而失败；加密方法较简单，安全性低于接触卡等。

接触式卡和非接触式卡都有各自的优点，并且已经被广泛应用，接触式卡的信息处理能力强，广泛应用于移动终端中，而非接触式卡具有反应灵敏，操作方便的特点，如果能够将二者结合，将会给人们生活带来更大的便利。

随着非接触卡的发展，出现了NFC技术(Near Field Communication，近距离无线传输)，由无线射频识别技术和互连技术结合形成，工作在13.56MHz频段，该技术符合ISO 18092、ISO 21481、ECMA(340，352和356)和ETSITS 102 190等标准。NFC技术的典型应用如下表所示：

典型应用	范例
		数据传输	电子名片交换、mp3音乐传输
智能广告看板	机场、地铁、活动会场展示厅
		下载智能广告咨询	获得产品相关信息
门禁/ID识别	学生、员工识别卡
		非接触式付款	便利店消费

NFC技术的出现使得非接触卡的功能与手机相结合成为可能，现有技术中，出现了一种带有射频功能的手机可让手机整合钱包、交通卡、信用卡等功能，另外还可取代传统的钥匙、员工身份识别卡、音乐会的门票等，使传统手机功能得以大大拓展。

现有技术中带有射频功能的手机，将一非接触卡制作在手机的电路版上，使得手机具有相应的射频功能，手机电路版为非接触卡的物理载体，非接触卡与SIM卡之间不发生数据的交互，这种组合方式实际上仅仅是一种简单的捆绑，并没有将二者真正的结合在一起，没有充分利用二者的优点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双界面SIM卡，在不需要对手机硬件电路进行改动的情况下，将接触式卡和非接触式卡融合在一张卡上，从而将射频功能和SIM卡功能有机的融合在一起。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双界面SIM卡，包括SIM卡的接触界面处理单元和CPU，还包括：

第一射频天线，用于接收射频信号；

第一非接触界面处理单元，与所述第一射频天线连接，用于将所述第一射频天线接收的射频信号转换为数字信号，并输出给第一中断处理单元；

所述第一非接触界面处理单元和所述接触界面处理单元通过所述第一中断处理单元与CPU连接，所述第一中断处理单元用于进行中断控制，切换所述接触界面处理单元和所述第一非接触界面处理单元与所述CPU的通信连接。

本发明还提供了一种双界面SIM卡，包括SIM卡的接触界面处理单元和CPU，还包括：

第二射频天线，用于发送射频信号；

第二非接触界面处理单元，与所述第二射频天线连接，用于将第二中断处理单元输出的数字信号转化为射频信号，并输出给第二射频天线；

所述第二非接触界面处理单元和所述接触界面处理单元通过所述第二中断处理单元与CPU连接，所述第二中断处理单元用于进行中断控制，切换所述接触界面处理单元和所述第二非接触界面处理单元与所述CPU的通信连接。

本发明还提供了一种双界面SIM卡，包括SIM卡的接触界面处理单元和CPU，还包括：

第三射频天线，用于接收和发射射频信号；

第三非接触界面处理单元，与所述射频天线连接，用于将所述第三射频天线接收的射频信号转换为数字信号，并输出给第三中断处理单元，和，将第三中断处理单元输出的数字信号转化为射频信号，并输出给第三射频天线；

所述第三非接触界面处理单元和所述接触界面处理单元通过所述第三中断处理单元与CPU连接，所述第三中断处理单元用于进行中断控制，切换所述接触界面处理单元和所述第三非接触界面处理单元与所述CPU的通信连接。

通过本发明提供的双界面SIM卡，通过将射频信息处理和普通SIM卡的信息处理由共同的CPU来完成，将接触式卡和非接触式卡集成在一张卡上，从而将射频功能和SIM卡功能有机的融合在一起，并且不需要对手机硬件电路进行改动，降低了硬件开发成本和风险，也方便了人们的日常生活。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明双界面卡的原理结构示意图；

图2为非接触界面处理单元的结构示意图；

图3为本发明具体实施例一的硬件系统结构示意图；

图4为本发明封装了射频天线连接触角的SIM卡的触角分布示意图。

具体实施方式

本发明中SIM卡是一种双界面卡，即在一张卡片上同时提供两种与外界接口的方式：接触式和非接触式。因此，双界面卡具有两种卡的优点。

参见图1，其为本发明双界面卡的原理结构示意图，包括：

接触界面处理单元3和CPU5；

射频天线1，用于接收和发射射频信号；

中断处理单元4，用于进行中断控制，切换接触界面处理单元和非接触界面处理单元与CPU的通信连接；

非接触界面处理单元2，与所述射频天线和中断处理单元连接，用于将射频天线接收的射频信号转换为数字信号，并输出给第三中断处理单元，从而触发中断处理单元的中断处理操作，建立与CPU的通信连接，和，将CPU通过中断处理单元输出的数字信号转换为射频信号，并通过天线向外发射。

如图2所示，上述非接触界面处理单元可以具体包括：

接收模块21，用于将天线接收的射频信号转换为数字信号；

发送模块22，用于将数字信号转换为射频信号，并输出给射频天线；

接收寄存器23，与所述接收模块连接，用于对接收模块转换生成的数字信号进行缓存，供CPU读取；

发送寄存器24，与所述发送模块连接，用于对CPU输出的数字信号进行缓存，供发送模块读取。

在实际的应用中，也可以将上述SIM卡的功能进行简化，即可以设计成只用来发射射频信号的SIM卡和只用来接收射频信号的SIM卡。

对于只用来发射射频信号的SIM卡，射频天线1用来发射射频信号，而非接触界面处理单元2用于将CPU通过中断处理单元输出的数字信号转换为射频信号，并输出该射频天线。

对于只用来接收射频信号的SIM卡，射频天线1用来接收射频信号，而非接触界面处理单元2用于将射频天线接收的射频信号转换为数字信号，并输出给中断处理单元，从而触发中断处理单元的中断处理操作，建立与CPU的通信连接。

其中，在上述SIM卡系统中，在所述中断处理单元中可以设置有优先级管理单元，用于管理非接触界面处理单元与接触界面处理单元与CPU通信的优先级。当非接触界面处理单元接收到射频天线输入的信号后，向中断系统发出中断请求，当中断申请到达中断系统后，中断系统就会对中断进行相应的处理。在本发明较为优选的方式中系统默认工作在非接触界面的状态，在所述优先级管理单元存储的优先级记录中，设置接触界面处理单元的优先级高于非接触界面处理单元的优先级。所以当外部中断INT1和串行中断INT2同时到达中断系统时，中断系统会将接触界面处理单元的中断INT2激活，而使非接触界面处理单元的中断INT1处于等待状态。通过中断优先级的设置，在非接触界面的工作模式时，即非接触界面处理单元与CPU的通信连接处于激活或保持时，可以被接触界面处理单元发送的请求中断，反过来在接触界面的工作模式时，即非接触界面处理单元与CPU的通信连接处于激活或保持时处于激活或保持时，不可以被非接触界面处理单元发送的请求中断。这样，对SIM卡的基础通信功能不会造成任何影响。

为实现小面积、低功耗设计指标，双界面SIM卡要将接触卡与非接触卡所用资源整合为一套。整个系统共用CPU内核、ROM、RAM、EEPROM存储器等。本发明通过合理的双界面卡架构设计，使CPU、操作系统软件和外部界面接口无关，尽量利用原有设计资源完成双界面卡非接触面的实现。这样带来的好处是：使CPU控制系统和具体的接口类型相互独立，COS软件的开发更加容易；大大缩短SIM卡的设计周期，降低硬件开发风险。

因为SIM卡为小卡，大小和厚薄都有严格的限制，而SIM卡内置天线的技术还不成熟，所以本发明的双界面SIM卡设计不改变传统SIM卡的封装标准，利用现有SIM卡上剩余的可用引脚作为天线触点，既满足封装要求，又使卡获得非接触特性。

参见图3，其为本发明具体实施例一的硬件系统结构示意图，其中，包括射频天线1、ISO接触点6、CIU ISO 14443芯片2(非接触界面处理单元)、UART ISO 7816芯片3(接触界面处理单元)、中断系统处理单元4、CPU5、MMU7(存储器管理单元)，RAM10、TIMER11、ROM8(用于存储操作系统)、EE9(电可擦除存储器，在本实施例的硬件系统中用于存储应用数据)、电源、时钟、复位系统12等，本实施例所遵循的接口标准：

接触界面处理单元：符合ISO7816-1-2-3；

非接触面处理单元：符合ISO14443；

双界面卡非接触界面模式使用13.56MHz的频段；

接触式和非接触通信接口可以完全独立同时工作，接触面的信号接口、通信速率等电气特性符ISO7816-3的标准；非接触面在工作频率，信号接口，通信速率等电气特性上符合ISO14443的标准。

在物理尺寸上，双界面SIM卡遵循ISO7816-1/-2的标准。

本发明在需要解决非接触界面处理单元与接触界面处理单元的中断问题，系统在执行程序的过程中，由于CPU之外的某种原因，需要中止当前程序的执行，转而去执行相应的处理程序，待处理程序结束之后，再返回来继续执行从断点处开始的原程序，这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。而处理中断的系统称为中断系统。图中INT1和INT2是两个中断源，其中INT1是非接触界面的外部中断，INT2是接触界面的内部串行中断，图中的中断系统用来处理来自这两个中断源发来的中断。在本实施例的SIM卡硬件系统中，就是用这两个中断源、中断系统，再加上一个标准接口，达到两个接触界面和芯片内部的交互，而这个标准接口是通过使用8051系列处理器中的SFR(Special Function Register，特殊功能寄存器)来实现的，也就是说，在上述的接触界面处理单元和非接触界面处理单元中采用了SFR寄存器来缓存相应的数据信息。

下面介绍非接触界面和芯片内部的CPU、COS(片上操作系统)系统的交互过程。

首先是外面的读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当手机进入发射天线的工作区域时，手机的非接触界面的天线线圈收到信号产生感应电流，非接触界面获得能量被激活。

在本系统中，非接触界面处理单元的接收解调电路和现存的非接触卡中的模块基本是相同的，不过对其中的接收、发射寄存器组进行了相应的改造，对它们进行了SFR编址，然后再增加一些控制寄存器和逻辑电路，这样就在非接触界面设计出支持特殊功能寄存器的接口，非接触界面的信息就是通过这个接口和CPU进行交互的。当非接触界面接收到外界的数据后，就会向中断系统发出一个中断请求的信号。

当中断申请到达中断系统后，中断系统就会对中断进行相应的处理。在本实施例中系统默认工作在非接触界面模式，但在中断系统中的优先级管理单元存储的优先级记录中，设置接触界面处理单元的优先级高于非接触界面处理单元的优先级。所以当外部中断INT1和串行中断INT2同时到达中断系统时，中断系统会将接触界面处理单元的中断INT2激活，而使非接触界面处理单元的中断INT1处于等待状态。

当信息通过中断系统发送给CPU之后，CPU就会通过标准接口接收信息进行处理。由于共用一个CPU，所以CPU非接触界面处理单元和接触界面处理单元送来的信息的处理方式基本相同，只是根据具体的业务不同，CPU处理后就会将处理结果发送到EEPROM、RAM、ROM中分出的用来存储非接触界面信息的模块中，同时将需要发送的数据发送给非接触界面处理单元，通过天线发送出去，以便读卡器接收并进行相应的处理操作，这样整个交互过程就完成了。

双界面SIM卡的射频天线的连接方式如图4所示，其为封装了射频天线连接触角的SIM卡的触角分布示意图；

SIM卡可以利用的引脚总共为8个，普通SIM卡封装在金属条带上有6个引脚，Vpp是普通SIM卡已经封装但较少利用的一个引脚，它利用的是触点C6。所以在双界面卡的非接触面有C4、C6和C8三个引脚可用。在这个双界面SIM卡非接触面的实现方案中，就是要利用这三个引脚中的两个来连接外接天线，双界面SIM卡将连接天线的触点封装为AN1、AN2，由于C4、C8目前尚未被应用，所以选取C4、C8作为天线连接的触点较为合适。

射频天线需要满足终端工作的穿透性及耦合强度的要求(主要考虑手机(如手机后盖)对于双界面卡的射频天线的屏蔽程度。)。天线可以直接伸出卡外，也可以通过对SIM卡插槽的改动，将天线连接到手机的电路板上，从而间接与SIM卡连接。

另外，如果采用将天线放置在手机电路板上的的方式，终端在SIM卡插槽上需要做些简单的改动，以配合射频天线，SIM卡插槽需要增加两个触点，与SIM卡的C4、C6或者C8三个引脚中的两个连接，尺寸参照ISO7816；在手机电路板上，把SIM卡插槽上的两个新增加的触点引出，用于安装天线。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1. 一种双界面SIM卡，包括SIM卡的接触界面处理单元和CPU，其特征在于，还包括：

第一射频天线，用于接收射频信号；

第一非接触界面处理单元，与所述第一射频天线连接，用于将所述第一射频天线接收的射频信号转换为数字信号，并输出给第一中断处理单元；

所述第一非接触界面处理单元和所述接触界面处理单元通过所述第一中断处理单元与所述CPU连接，所述第一中断处理单元用于进行中断控制，切换所述接触界面处理单元和所述第一非接触界面处理单元与所述CPU的通信连接。

2. 根据权利要求1所述的SIM卡，其特征在于，在所述第一中断处理单元中设置有优先级管理单元，用于管理所述第一非接触界面处理单元与所述接触界面处理单元与所述CPU通信的优先级。

3. 根据权利要求1所述的SIM卡，其特征在于，所述第一非接触界面处理单元还包括：

接收模块，用于将天线接收的射频信号转换为数字信号；

接收寄存器，与所述接收模块连接，用于对接收模块转换生成的数字信号进行缓存，供CPU读取。

4. 根据权利要求3所述的SIM卡，其特征在于，所述接收寄存器为SFR寄存器。

5. 根据权利要求1所述的SIM卡，其特征在于，所述第一射频天线连接在SIM卡的C4、C6或C8中任意两个触角上。

6. 一种双界面SIM卡，包括SIM卡的接触界面处理单元和CPU，其特征在于，还包括：

第二射频天线，用于发送射频信号；

第二非接触界面处理单元，与所述第二射频天线连接，用于将第二中断处理单元输出的数字信号转化为射频信号，并输出给第二射频天线；

所述第二非接触界面处理单元和所述接触界面处理单元通过所述第二中断处理单元与CPU连接，所述第二中断处理单元用于进行中断控制，切换所述接触界面处理单元和所述第二非接触界面处理单元与所述CPU的通信连接。

7. 根据权利要求6所述的SIM卡，其特征在于，在所述第二中断处理单元中设置有优先级管理单元，用于管理所述第二非接触界面处理单元与所述接触界面处理单元与所述CPU通信的优先级。

8. 根据权利要求6所述的SIM卡，其特征在于，所述第二非接触界面处理单元还包括：

发送模块，用于将数字信号转换为射频信号，并输出给射频天线；

发送寄存器，与所述发送模块连接，用于对CPU输出的数字信号进行缓存，供发送模块读取。

9. 根据权利要求8所述的SIM卡，其特征在于，所述发送寄存器为SFR寄存器。

10. 根据权利要求6所述的SIM卡，其特征在于，所述第二射频天线连接在SIM卡的C4、C6或C8中任意两个触角上。

11. 一种双界面SIM卡，包括SIM卡的接触界面处理单元和CPU，其特征在于，还包括：

第三射频天线，用于接收和发射射频信号；

第三非接触界面处理单元，与所述射频天线连接，用于将所述第三射频天线接收的射频信号转换为数字信号，并输出给第三中断处理单元，和，将第三中断处理单元输出的数字信号转化为射频信号，并输出给第三射频天线；

所述第三非接触界面处理单元和所述接触界面处理单元通过所述第三中断处理单元与CPU连接，所述第三中断处理单元用于进行中断控制，切换所述接触界面处理单元和所述第三非接触界面处理单元与所述CPU的通信连接。

12. 根据权利要求11所述的SIM卡，其特征在于，在所述第三中断处理单元中设置有优先级管理单元，用于管理所述第三非接触界面处理单元与所述接触界面处理单元与所述CPU通信的优先级。

13. 根据权利要求11所述的SIM卡，其特征在于，所述第三非接触界面处理单元包括：

接收模块，用于将天线接收的射频信号转换为数字信号；

发送模块，用于将数字信号转换为射频信号，并输出给射频天线；

接收寄存器，与所述接收模块连接，用于对接收模块转换生成的数字信号进行缓存，供CPU读取；

发送寄存器，与所述发送模块连接，用于对CPU输出的数字信号进行缓存，供发送模块读取。

14. 根据权利要求13所述的SIM卡，其特征在于，所述接收寄存器和发送寄存器为SFR寄存器。

15. 根据权利要求11所述的SIM卡，其特征在于，所述第三射频天线连接在SIM卡的C4、C6或C8中任意两个触角上。

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