CN101271533A - 一种集成电路卡及其数据无线传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成电路卡及其数据无线传输的方法，为解决传统非接触式集成电路卡中天线的线圈与集成电路芯片无法分离，从而限制了其应用的问题而发明。本发明集成电路卡，包括卡主体和设在该卡主体上的集成电路芯片；该集成电路芯片包括：经数据总线和地址总线连接到存储器上的中央处理单元；用于无线射频识别(RFID)通信的无线射频模块和与该无线射频模块相对应的两个天线引脚；该两个天线引脚引出卡主体。该集成电路卡通过与天线引脚电连接的外置天线与外界进行数据的无线传输。本发明的集成电路卡适用于智能卡，特别适用于双界面智能卡及其相关产品的设计制造领域。

Description

一种集成电路卡及其数据无线传输的方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路卡及其数据无线传输的方法。
背景技术
集成电路卡又称为IC卡，卡片内封装有集成电路，用以存储和处理数据。自从20世纪70年代IC卡诞生以来，在飞速发展的微电子技术的带动下，IC卡已经深入到社会生活的各个角落，各种各样的卡大大方便了人们的生活：如银行的信用卡，公交车使用的交通卡，出入管理使用的考勤卡以及手机中使用的SIM卡等等。
IC卡的发展经历了从存储卡到智能卡，从接触式IC卡到非接触式IC卡的过程。
存储卡内的集成电路是可用电擦除的可编程只读存储器EEPROM，它仅具有数据存储功能，没有数据处理能力；存储卡本身无硬件加密功能。智能卡(CPU卡)卡内的集成电路包括中央处理器CPU、可编程只读存储器EEPROM、随机存储器RAM和固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS(Chip OperatingSystem)。卡中数据分为外部读取部分和内部处理部分，确保卡中数据安全可靠。
接触式IC卡在被使用时，读卡机具必须和卡的触点接触才能和卡进行信息交换。ISO/IEC7816标准定义的卡是接触式IC卡，接触式IC卡内所嵌的集成电路芯片设有6个引脚，如图1、图2所示，这些引脚分别为：VCC电源电压引脚、RST复位信号引脚、CLK时钟信号引脚、GND接地引脚、VPP编程电压引脚、I/O输入/输出引脚，同时，这些引脚分别对应卡表面的触点C1、C2、C3、C5、C6、C7，其中C4和C8不使用，C6在ISO/IEC 7816中定义为编程电压(VPP)，在物理上也可不存在，但如果C6存在的话，则应将其同集成电路本身和IC卡上的其他引脚实行电隔离。电隔离是指当对其加载5V直流电压时，C6与其他引脚间的电阻≥10MΩ。这些引脚和触点，是IC卡通过接触方式与外部进行信息交流的通道。
这种现有的接触式IC卡在被使用时，由于读卡机具必须和卡的触点接触才能和卡进行信息交换，所以磨损严重，容易受污染，使用寿命低，操作速度慢。
为此，非接触式IC卡技术迎运而生。非接触式IC卡又称射频卡、感应卡，采用无线电调制方式和读卡机具进行信息交换，与接触式IC卡相比，在包括了接触式IC卡的所有引脚外，增加了无线射频模块。
非接触式IC卡内所嵌的集成电路芯片设有无线射频模块RF(RadioFreqency)，以及与该无线射频模块相对应连接的天线引脚LA、LB，该天线引脚LA、LB用来直接与设置在卡基中的天线电连接。这种非接触式IC卡通过无线射频模块经由内置天线完成与外界数据的收发。内置天线的生产工艺需要将天线的引脚从卡基中手工挑出，并人工焊接在集成电路芯片的天线引脚上，这种生产工艺需要较多的人工参与，生产效率底并且质量受人为因素影响大，不利于大量生产。
随着人们的需求，一种既支持接触式数据交换也支持非接触式数据交换的双界面IC卡出现了，该双界面IC卡内所嵌的集成电路芯片结构如图3、图4、图5所示设有8个引脚：VCC电源电压引脚、RST复位信号引脚、CLK时钟信号引脚、GND接地引脚、VPP编程电压引脚、I/O输入/输出引脚，这些引脚分别对应IC卡表面的触点C1、C2、C3、C5、C6、C7，另外两个引脚C4和C8不使用，此外，卡内所嵌的集成电路芯片还设有与无线射频模块RF(Radio Freqency)相对应的天线引脚LA、LB，该天线引脚LA、LB用来直接与设置在卡基中的天线电连接。这种非接触式IC卡通过无线射频模块经由内置天线完成与外界数据的收发。这种双界面IC卡同时具备了接触卡和非接触卡共同的优点，因此具有广泛的发展空间。
与普通的非接触式IC卡的芯片相比，双界面IC卡的芯片具有无线射频模块以及与其相对应的天线引脚LA，LB。
传统的非接触式智能卡(包括双界面智能卡)的天线通常内置在卡基当中，在工艺过程中直接使天线连接在集成电路芯片的天线引脚LA，LB上。传统的双界面IC卡，天线为内置式，天线在内部与集成电路的射频模块连接，在外观上只能看到8个触点，无法实现外置天线的引入。这种天线的设置方式，在实际应用中作为天线的线圈与集成电路芯片无法分离，从而限制了其应用场合，例如当IC卡内置于手机中并实现非接触功能时，由于IC卡要内置于手机当中，且要兼容电信的相关规范，天线显然不能内置于IC卡中而只能外置。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种天线能够外置的集成电路卡。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
该集成电路卡，包括卡主体和封装在卡主体内的集成电路芯片；该集成电路芯片包括：经数据总线和地址总线连接到存储器上的中央处理单元；用于无线射频识别(RFID)通信的无线射频模块和与该无线射频模块相对应的两个天线引脚；该两个天线引脚引出卡主体。
其中，所述两个天线引脚引出卡主体的方式为：在卡主体表面设有两个天线触点C9和C10，该两个天线触点C9和C10对应电连接于上述两个天线引脚。
所述集成电路芯片还包括：用于向该集成电路芯片提供电源电压的电源电压引脚VCC；用于将该集成电路芯片接地的接地引脚GND；用于对该集成电路芯片进行复位的复位引脚RST；用于对该集成电路芯片提供时钟信号的时钟信号引脚CLK；以及用于接触数据输入/输出的输入/输出引脚I/O。其中，电源电压引脚VCC、复位引脚RST、时钟信号引脚CLK、接地引脚GND、输入/输出引脚I/O与卡主体表面的触点C1、触点C2、触点C3、触点C5、触点C7分别对应电连接。
所述集成电路芯片还包括用于对集成电路芯片提供编程电压的编程电压引脚VPP，该编程电压引脚VPP被电连接到与卡主体表面的触点C6。
所述卡主体的表面还包括两个备用触点C4和C8。
所述集成电路卡的表面的触点分为两个连接区，触点C9和触点C10为非接触数据的天线连接区，其它触点为接触式数据传输连接区。
所述两个天线引脚电连接有外置天线。
本发明的另一目的在于提供一种上述集成电路卡与外界进行数据无线传输的方法。为达到该目的，本发明所采用的技术方案是：所述集成电路卡通过外置天线与外界进行无线射频识别(RFID)通信。所述集成电路卡通过外置天线与外界进行数据的无线传输的过程为：集成电路卡中集成电路芯片所包括的无线射频模块，通过与该卡主体上的天线引脚电连接的外置天线，与外界进行无线射频识别(RFID)通信。
现有天线内置的集成电路卡中，与无线射频模块相对应的天线引脚LA、LB，直接与设置在卡基中的天线电连接。而本发明的集成电路卡，由于其上的集成电路芯片中与无线射频模块相对应的天线引脚LA、LB，分别被引出卡主体，外部天线通过该引出卡主体的天线引脚与集成电路卡电连接，这样能够实现天线的外置；本发明的集成电路卡通过外置天线与外界进行数据交换，由于外置线圈形式可以多样化，因此，本发明所述的集成电路卡的应用场合将会更广泛。
附图说明
图1是现有的接触式IC卡的集成电路芯片结构示意图；
图2是包含有图1所示的集成电路芯片的接触式IC卡结构示意图；
图3是现有的双界面集成电路卡的集成电路芯片结构示意图；
图4是包含有图3所示的集成电路芯片的双界面IC卡结构示意图；
图5是图4所示的双界面IC卡的外观示意图；
图6是本发明集成电路卡第一实施例的结构示意图；
图7是本发明集成电路卡第二实施例的结构示意图；
图8是本发明集成电路卡第三实施例的结构示意图；
图9是本发明集成电路卡第四实施例的结构示意图；
图10是本发明中集成电路芯片的引脚与卡表面触点之间的连接关系示意图；
图11是本发明集成电路卡内部结构示意图；
图12是本发明集成电路卡连接不同线圈的实施例结构示意图。
具体实施方式
为了丰富非接触式智能卡的应用空间，本发明提出一种新型的集成电路卡及其与外界进行信息传输的方法，下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
如图6所示，本发明的集成电路卡，包括卡主体1和设在该卡主体1上的集成电路芯片2。卡主体1包括一个或多个热塑性或热固性层；集成电路芯片是带有集成电路的硅晶片，集成电路芯片2封装在卡主体1内部。
其中，集成电路芯片2包括：
经数据总线和地址总线连接到存储器ROM、RAM、EEPROM上的中央处理单元CPU；
用于无线射频识别(RFID)通信的无线射频模块RF以及与该无线射频模块电连接的两个天线引脚LA、LB。
其中，该两个天线引脚引出卡主体。这样，天线引脚与外置天线直接电连接，能够在无线射频模块控制下，通过外置天线与外界进行无线射频识别(RFID)通信。
所述两个天线引脚引出卡主体的方式为：在卡主体表面平齐设有两个天线触点C9和C10，该两个天线触点C9和C10对应电连接于上述两个天线引脚LA、LB。
这样，外部天线直接通过该两个天线引脚或通过该两个天线触点与集成电路卡电连接，能够实现天线的外置，由此，本发明的集成电路卡能够通过外置天线与外界进行数据交换。
实施例2：
从以上的描述可以看出，本发明的集成电路卡是一种简单的天线外置的非接触式集成电路卡，不支持接触式数据的传输。为了进一步增加本发明集成电路卡的应用范围，使得本发明的集成电路卡既支持非接触式数据传输也支持接触式数据的传输。为此，如图7所示，本发明的集成电路卡内部封装的集成电路芯片2还包括：
用于向该集成电路芯片提供电源电压的电源电压引脚VCC；
用于将该集成电路芯片接地的接地引脚GND；
用于对集成电路芯片进行复位的复位引脚RST；
用于对集成电路芯片提供时钟信号的时钟信号引脚CLK；以及
用于接触数据输入/输出的输入/输出引脚I/O。
其中，电源电压引脚VCC、复位引脚RST、时钟信号引脚CLK、接地引脚GND、输入/输出引脚I/O与卡主体表面的触点C1、触点C2、触点C3、触点C5、触点C7分别对应电连接。
这样，本发明的集成电路卡就是一种新型的双界面智能卡，既支持接触式数据传输，也支持非接触式数据传输。该集成电路卡的外置天线的设置，是对传统双界面智能卡的应用所进行的有效扩展，丰富了双界面智能卡的应用场合。
实施例3：
为了能够对上述集成电路卡内部的集成电路芯片进行编程，下面介绍本发明的第三种实施例。
如图8所示，该集成电路芯片2还应包括：
用于对集成电路芯片提供编程电压的可编程电压引脚VPP。
该可编程电压引脚VPP与卡主体的表面平齐的触点C6电连接。当然，可编程电压引脚VPP，与卡主体表面平齐的触点C6的电连接为可选的，如图10所示。C6在ISO/IEC 7816中定义为编程电压VPP，在物理上也可不存在，但如果C6存在的话，则应将其同集成电路芯片本身和IC卡上的其他引脚实行电隔离。电隔离是指当对其加载5V直流电压时，C6与其他引脚间的电阻≥10MΩ。本发明的集成电路卡与普通接触式集成电路卡的区别在于前者的集成电路包含有无线射频RF模块及相应的天线引脚LA、LB，并且该两个天线引脚LA、LB对应电连接于与卡主体表面平齐的天线触点C9、C10。
实施例4：
如图9所示，本发明集成电路卡的卡主体1表面还包括：两个备用的触点C4和C8。
上面所述的八个触点C1-C8完全符合ISO7816-2标准。
ISO7816-2中规定了8个触点的用法和电气特性。8个触点的编号是C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8。触点号的分配如下：
C1 VCC(提供电压)C5 GND(地)
C2 RST(复位信号)C6 VPP(编程电压)
C3 CLK(时钟信号)C7 I/O(输入/输出)
C4留给ISO/IECJTC 1/SC 17将来使用C8留给ISO/IECJTC 1/SC 17将来使用。
ISO/IEC7816-2中，有关于IC卡8个触点排列方法的规定，其中8个触点排成两列，每列4个，每个触点尺度2×1.7毫米，列间距5.62毫米，触点纵向距离1.7毫米。
本发明集成电路卡的触点C9和触点C10，可根据需要进行灵活布置，比如可在靠近触点C4、C8的位置排列，也可在触点C1-C8的两侧布置。
据此，本发明的集成电路卡可以通过符合ISO7816-2的触点定义与外界进行数据交换。
由于本发明中集成电路芯片是封装到集成电路卡内部的，从集成电路卡的外部看不到，从集成电路卡外部只能看到10个触点，这些触点是集成电路卡内芯片和外部交换信息的窗口，其中C1-C8八个触点支持普通接触式智能卡的应用，而C9，C10为外置天线的连接提供了窗口.通过在该两个触点上电连接外置天线，由于外置天线的线圈形式可以多样化可为方形或圆形等，如图10、图11、图12所示，因此本发明所述的集成电路卡的应用范围将会更广泛。当然，所述外置线圈的几种形状可以结合上述四个实施例分别应用。
为保护卡和卡中数据的安全，在本发明的集成电路卡中的集成电路芯片还可包括加密模块，如图11所示，这样能在一定程度上卡中数据的安全。加密模块可以结合上述四个实施例分别应用。
作为举例说明，本实施例中支持的频段为13.56MHZ和915MHZ，如图12所示，圆形线圈支持13.56MHZ，方形线圈支持915MHZ，在集成电路芯片功能允许的情况下可以支持更多频段。
总的来说，本发明集成电路卡的表面的触点分为两个连接区，触点C1-C8为接触式数据传输连接区，触点C9、C10为非接触数据的天线连接区。
本发明集成电路卡中集成电路芯片的封装兼容ISO7816-2标准，包括电源电压引脚、复位信号引脚、时钟信号引脚、接地引脚、输入/输出引脚，第一备用引脚和第二备用引脚；同时增加两个触点专用于非接触天线的连接，用于发送接收无线数据，集成电路芯片应包括射频模块电路。所述的集成电路芯片与射频模块均设在卡体内。
本发明的集成电路卡适用于智能卡，特别适用于双界面智能卡及其相关产品的设计制造领域。这里的相关产品是指由双界面智能IC卡衍生出的产品，如嵌入式模块、IC卡读写设备、射频天线、射频读写器等。
此外，本发明的还提供了一种上述集成电路卡与外界进行数据无线传输的方法：集成电路卡通过外置天线与外界进行数据的无线传输。
集成电路卡内集成电路芯片的无线射频模块，通过与该卡主体表面平齐的触点C9、C10电连接的外置天线，与外界进行数据的无线传输。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1. 一种集成电路卡，包括卡主体和封装在卡主体内的集成电路芯片；
该集成电路芯片包括：
经数据总线和地址总线连接到存储器上的中央处理单元；
用于无线射频识别通信的无线射频模块和与该无线射频模块相对应的两个天线引脚；
其特征在于：该两个天线引脚引出卡主体。
2. 如权利要求1所述的集成电路卡，其特征在于：所述两个天线引脚引出卡主体的方式为：在卡主体表面设有两个天线触点C9和C10，该两个天线触点C9和C10对应电连接于上述两个天线引脚。
3. 如权利要求2所述的集成电路卡，其特征在于：所述集成电路芯片还包括：用于向该集成电路芯片提供电源电压的电源电压引脚VCC；
用于将该集成电路芯片接地的接地引脚GND；
用于对该集成电路芯片进行复位的复位引脚RST；
用于对该集成电路芯片提供时钟信号的时钟信号引脚CLK；以及
用于接触数据输入/输出的输入/输出引脚I/O；
其中，电源电压引脚VCC、复位引脚RST、时钟信号引脚CLK、接地引脚GND、输入/输出引脚I/O与卡主体表面的触点C1、触点C2、触点C3、触点C5、触点C7分别对应电连接。
4. 如权利要求3所述的集成电路卡，其特征在于：所述集成电路芯片还包括用于对集成电路芯片提供编程电压的编程电压引脚VPP，该编程电压引脚VPP被电连接到与卡主体表面的触点C6。
5. 如权利要求3或4所述的集成电路卡，其特征在于：所述卡主体的表面还包括两个备用触点C4和C8。
6. 如权利要求3或4所述的集成电路卡，其特征在于：所述集成电路卡的表面的触点分为两个连接区，触点C9和触点C10为非接触数据的天线连接区，其它触点为接触式数据传输连接区。
7. 如权利要求5所述的集成电路卡，其特征在于：所述集成电路卡的表面的触点分为两个连接区，触点C9和触点C10为非接触数据的天线连接区，其它触点为接触式数据传输连接区。
8. 如权利要求1、2、3或4所述的集成电路卡，其特征在于：所述两个天线引脚电连接有外置天线。
9. 一种如权利要求1、2、3或4所述的集成电路卡与外界进行数据无线传输的方法，其特征在于：所述集成电路卡通过外置天线与外界进行无线射频识别通信。
10. 如权利要求9所述的集成电路卡与外界进行数据无线传输的方法，其特征在于：所述集成电路卡通过外置天线与外界进行数据的无线传输的过程为：集成电路卡中集成电路芯片所包括的无线射频模块，通过与该卡主体上的天线引脚电连接的外置天线，与外界进行无线射频识别通信。
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