CN101770600A - 一种非接触式智能卡及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式智能卡及其制作方法，涉及智能卡领域，为能够兼容多种通信模式而发明。所述非接触式智能卡，包括卡基体，所述卡基体上设有天线和与所述天线连接的第一卡芯片，所述第一卡芯片并联有至少一个第二卡芯片，各所述卡芯片的通信模式互不相同。本发明还公开了一种非接触式智能卡的制作方法及通信方法。本发明可用于非接触式智能卡技术中。

Description

一种非接触式智能卡及其制作方法

技术领域

本发明涉及智能卡领域，尤其涉及一种非接触式智能卡及其制作方法。

背景技术

智能卡又称IC(集成电路)卡，一般有两种：接触式智能卡和非接触式智能卡，通常由专用的IC芯片和感应天线组成，将IC芯片和感应天线镶嵌在标准的基片内，封装成卡片形状，当然也可封装成纽扣、钥匙、饰物等异形卡形状。其中，接触式智能卡是通过机械触点获取能量和进行数据交换的，而非接触式智能卡又称为射频卡，是采用无线耦合和电磁感应的方式与读写器之间进行通信的。同传统的接触式智能卡相比，非接触式智能卡具有操作方便、阅读速度快、安全性高、不受环境影响等诸多优点，已经被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输等众多领域。

目前，非接触式智能卡主要分成逻辑加密卡和CPU卡两大类，主要适用的国际标准是ISO/IEC14443和ISO/IEC15693，工作频率为13.56MHz，主要有TYPEA、TYPE B、TYPE C三种通信模式。现有的非接触式智能卡，无论是逻辑加密卡还是CPU卡，均只能在一种通信模式下工作，不能兼容其他通信模式。而随着非接触式智能卡的广泛应用，“一卡多用”已经成为发展的必然趋势，如何使非接触式智能卡兼容多种通信模式是一个需要解决的问题。例如，新加坡用于公共交通的乘车卡采用EZ-link卡，是基于13.56MHz工作频率，支持TYPE B通信模式的非接触CPU卡；而马来西亚的乘车卡，是基于13.56MHz的工作频率，支持TYPE A通信模式的逻辑加密MIFARE1卡。而由于新加坡和马来西亚交往十分密切，两国民众经常需要在两国之间往来，民众在两国乘车就必须分别使用两国各自的乘车卡。而如果一种卡能够兼容Type A和Type B两种通信模式的应用，就可以在两国使用同一张乘车卡乘车，方便快捷。

发明内容

本发明的一个主要目的在于，提供一种非接触式智能卡，能够兼容多种通信模式。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非接触式智能卡，包括卡基体，所述卡基体上设有天线和与所述天线连接的第一卡芯片，所述第一卡芯片并联有至少一个第二卡芯片，各所述卡芯片的通信模式互不相同。

采用上述技术方案后，本发明的非接触式智能卡，将至少两个不同通信模式的芯片集成到一张卡片中，在卡片进入读卡器的工作场接受指令时，与读卡器相同通信模式的芯片会响应指令，其他芯片仍处于空闲模式，从而实现卡片能适应不同通信模式的读写操作，一卡多用。而且，本发明的接触式智能卡采用的各个卡芯片在物理上各自独立，保证了不同应用安全机制的独立性，同时不同应用不相干扰，具有很好的多应用功能和安全性。

本发明的另一主要目的在于，提供一种非接触式智能卡的制作方法，使非接触式智能卡能够兼容多种通信模式。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非接触式智能卡的制作方法，包括：

在所述非接触智能卡的卡基体上设置第一卡芯片；

将至少一个不同通信模式的第二卡芯片并联连接到第一卡芯片的两端；

确定天线参数，将所述非接触式智能卡的谐振频率调整到工作频率。

采用上述技术方案后，本发明非接触式智能卡的制作方法，通过将至少两个不同通信模式的芯片集成到一张卡片中，从而使卡片兼容了多种通信模式，能适应不同通信模式的读写操作，一卡多用。

本发明的又一主要目的在于，提供一种非接触式智能卡的通信方法，使非接触式智能卡能够兼容多种通信模式。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非接触式智能卡的通信方法，包括：

进入读卡器的工作场；

天线通过耦合产生感应电动势，使各个不同通信模式的卡芯片进入空闲启动状态。

采用上述技术方案后，本发明的非接触式智能卡的通信方法，使智能卡可以进行不同通信模式的读写操作，一卡多用。

附图说明

图1为本发明非接触式智能卡的结构示意图；

图2为本发明非接触式智能卡的等效电路图；

图3为本发明实施例一的结构示意图；

图4为本发明实施例一的原理示意图；

图5为本发明非接触式智能卡的制作方法的流程图；

图6为本发明非接触式智能卡的通信方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步详细说明。

为了兼容多种通信模式，本发明的实施例提供了一种非接触式智能卡，如图1所示，包括卡基体1，卡基体1上设有天线2和与天线2连接的第一卡芯片3，第一卡芯片3并联有至少一个第二卡芯片4，各卡芯片的通信模式互不相同。

这样，本发明的非接触式智能卡通过将至少两个不同通信模式的芯片集成到一张卡片中，实现了一张卡能够在不同通信模式下通信的功能，即兼容了多种通信模式。而且本实用新型非接触式智能卡采用的各个卡芯片在物理上各自独立，保证了不同应用安全机制的独立性，同时不同应用不相干扰，具有很好的多应用功能和安全性。

根据现有技术，非接触式智能卡的工作原理是：非接触式智能卡外围的读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，在非接触式智能卡进入读卡器的射频场即工作场后，其内部的天线通过耦合产生感应电动势，芯片获得能量被激活，进入了启动状态；之后，读卡器与智能卡之间针对不同的设定进行信息通信，信息通信必须满足一定的通信模式，即能够进行通信的读卡器与智能卡要支持相同的通信模式。基于此，本发明实施例提供的非接触式智能卡，将至少两个不同通信模式的芯片集成到一张卡片中，在卡片进入支持某种通信模式的读卡器的工作场时，天线2通过耦合产生感生电动势，第一卡芯片3和至少一个第二卡芯片4卡芯片获得能量被激活，同时进入了等待读卡器的指令的空闲模式。根据通信协议，支持某种通信模式的读卡器会选择相同通信模式的芯片进行通信，即读卡器发出指令，与读卡器具有相同通信制式的芯片会响应指令，其他芯片仍处于空闲模式，不响应指令。从而，本发明的非接触式智能卡便实现了同一张卡片支持不同的通信模式，可以在不同通信模式的读卡器上使用，即兼容多种通信模式，卡片能适应不同通信模式的读写操作。而且，各个卡芯片在物理上各自独立，保证了不同应用安全机制的独立性，同时不同应用不相干扰，具有很好的多应用功能和安全性。

进一步地，本发明的非接触式智能卡，第一卡芯片3与各第二卡芯片4的工作频率相同。各卡芯片的工作频率相同能保证非接触式智能卡进入工作场时，所有卡芯片能同时达到工作电压，同时进入启动状态。例如，各卡芯片均为工作频率为13.56MHz，适用于国际标准ISO/IEC14443和ISO/IEC15693的卡芯片。

进一步地，本发明的非接触式智能卡，非接触式智能卡的谐振频率与第一卡芯片3的工作频率和各第二卡芯片4的工作频率相同。非接触式智能卡的谐振频率与各卡芯片的工作频率相等时，卡芯片能够取得较高的耦合电压，增加了非接触式智能卡的工作距离。

其中，本发明的非接触式智能卡的等效电路如图2所示，其中R_coil表示天线的电阻，L_coil表示天线的等效电感，C_coil表示天线的等效电容，C_icn表示第n卡芯片的等效电容，R表示所有卡芯片的等效电阻。本发明实施例提供的非接触式智能卡的谐振频率计算公式为：

$f_{\mathrm{res}}=\frac{1}{2\·\mathrm{\π}\·\sqrt{L_{\mathrm{coil}}\·(C_{\mathrm{coil}}+C_{\mathrm{ic}1}+C_{\mathrm{ic}2}+.....+C_{\mathrm{icn}})}}---\left(1\right)$

由上述公式可知，当同一个天线连接两个或多个卡芯片时，非接触式智能卡的谐振频率由所有卡芯片的等效电容总量和天线的等效电感和等效电容决定。因此，本发明的非接触式智能卡，由于芯片等效电容是固定的，故可以通过调整天线2的等效电感和天线2的等效电容将非接触卡的谐振频率调整到合适的工作频率，使一套天线2能够同时满足第一卡芯片3和第二卡芯片4的性能要求。

进一步地，由于要使非接触式智能卡达到合适的谐振频率，本发明的非接触式智能卡，与第一卡芯片3并联的第二卡芯片4的数目优选为一个，即优选本实用新型非接触式智能卡的卡芯片数量为两个。例如，第一卡芯片3为MIFARE1芯片，第二卡芯片4为采用TYPE B通信模式的CPU卡芯片，或者第一卡芯片3为采用TYPE A通信模式的CPU卡芯片，第二卡芯片4为采用TYPE B通信模式的CPU卡芯片。当然，本发明的非接触式智能卡的卡芯片不局限于此，卡芯片的通信模式也不限于TYPE A、TYPE B，可根据实际情况设置多种组合方式。

为了使本领域的技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例并结合附图进行详细描述。

实施例一

本实施例的非接触式智能卡为非接触式公交乘车卡，兼容了两种通信模式，可满足上文所述的在新加波和马来西亚同时使用的需要。如图3所示，本实施例提供的非接触式公交乘车卡，包括卡基体1，卡基体1上设有天线2和与天线2连接的第一卡芯片3，第一卡芯片3为通信模式为TYPE A的MIFARE1(M1)芯片，第一卡芯片3并联有一个第二卡芯片4，第二卡芯片为通信模式为TYPE B的CPU芯片。第一卡芯片3的工作频率和第二卡芯片4的工作频率均为13.56MHz。

新加坡公共乘车卡是基于13.56MHz工作频率，支持TYPE B通信模式的非接触CPU卡；而马来西亚的乘车卡，是基于13.56MHz的工作频率，支持TYPE A通信模式的逻辑加密MIFARE1卡。如图4所示的原理示意图，读卡器5发射给予乘车卡能量的射频场，当乘客使用本实施例提供的乘车卡时，将乘车卡靠近读卡器5，将乘车卡置于读卡器5的工作场即射频场内，射频场与读卡器进行耦合通信，天线2通过耦合产生感生电动势，第一卡芯片3和第二卡芯片4卡芯片获得能量被激活，同时进入了等待读卡器5的指令的空闲模式。由于新加坡的公交读卡器只支持TYPE B的通信模式，因此公交读卡器会在选择支持TypeB通信模式的CPU芯片进行通信。同理，马来西亚的公交读卡器只支持TypeA的通信模式，选择支持TYPE A通信模式的M1芯片进行通信。当乘客在新加坡或者马来西亚使用本实施例提供的乘车卡时，读卡器会选择对应类型(TypeA或者TypeB)的通信信号接口，通信开始。在通信期间，直到读卡器停止通信或将乘车卡移走，只有一个通信信号接口是有效的。这样，由于本实施例的乘车卡集成了两种通信模式的卡芯片，可同时在新加坡和马来西亚使用。

其中，本实施例的天线2天线为线圈天线，并根据标准及谐振频率计算公式(1)，确定天线的参数为：线距为0.9mm，线圈直径为0.12mm，外圈面积为80.5mm×48.2mm，线圈圈数为4。通过这样的参数设计将本实施例的谐振频率调整到了工作频率。可以理解的是，上述参数适用于本实施例，实际应用中，可根据实际情况设定天线参数，例如小卡，异形卡等。

相应的，本发明的实施例还提供了一种非接触式智能卡的制作方法，通过将至少两个不同通信模式的卡芯片集成在一张卡上，使得设计的非接触式智能卡兼容多种通信模式，一卡多用。如图5所示的流程图，本发明实施例提供的制作方法包括：

S11，在所述非接触智能卡的卡基体上设置第一卡芯片；

S12，将至少一个不同通信模式的第二卡芯片并联连接到第一卡芯片的两端；

本步骤中，优选的，第二卡芯片的工作频率与第一卡芯片相等，这样卡芯片能够取得较高的耦合电压，增加了非接触式智能卡的工作距离。

S13，确定天线参数，将所述非接触式智能卡的谐振频率调整到工作频率，使一套天线能够同时满足所述第一卡芯片和第二卡芯片的性能要求。

本步骤中，确定天线参数具体为：

获取非接触式智能卡的谐振频率；

获取所有卡芯片的等效电容；

根据标准及谐振频率计算公式等确定天线参数；

其中，谐振频率计算公式为上文的公式(1)。

由于非接触式智能卡的谐振频率由所有卡芯片的等效电容总量和天线的等效电感和等效电容决定，而芯片等效电容是固定的，故可以通过调整天线的参数，进而可使天线的等效电感和等效电容可将非接触卡的谐振频率调整到合适的工作频率，使一套天线能够同时满足所述第一卡芯片和第二卡芯片的性能要求。

通过上述步骤，本发明的非接触式智能卡的制作方法，将至少两个不同通信模式的卡芯片集成在一张卡上，并通过调节天线参数使非接触式智能卡的谐振频率达到合适的工作频率，使通过该方法制作的非接触式卡，能够兼容多种通信模式，一卡多用。而且，各个卡芯片在物理上各自独立，保证了不同应用安全机制的独立性，同时不同应用不相干扰，具有很好的多应用功能和安全性。

相应地，本发明的实施例还提供了上述非接触式智能卡的通信方法，如图6所示的流程图，包括下列步骤：

S21，进入读卡器的工作场；

S22，天线通过耦合产生感应电动势，使各个不同通信模式的卡芯片进入空闲启动状态。

该步骤中，天线与读卡器的工作场相耦合，产生感应电动势，激活与天线相连的所有的卡芯片，使彼此并联的各个不同通信模式的卡芯片进入了空闲启动状态，等待读卡器的指令。

在各个卡芯片进入空闲启动状态之后，非接触式智能卡接受读卡器发出的指令，与读卡器具有相同通信模式的卡芯片响应指令进行通信，其他卡芯片仍处于空闲启动状态。在通信期间，直到读卡器停止通信或将非接触式智能卡移走，只有一个卡芯片与读卡器进行通信，即只有一个通信信号接口。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种非接触式智能卡，包括卡基体，所述卡基体上设有天线和与所述天线连接的第一卡芯片，其特征在于：所述第一卡芯片并联有至少一个第二卡芯片，各所述卡芯片的通信模式互不相同。

2.根据权利要求1所述的非接触式智能卡，其特征在于，所述第一卡芯片与各所述第二卡芯片的工作频率相同。

3.根据权利要求1所述的非接触式智能卡，其特征在于，所述非接触式智能卡的谐振频率与所述第一卡芯片的工作频率和各所述第二卡芯片的工作频率相同。

4.根据权利要求1所述的非接触式智能卡，其特征在于，所述第一卡芯片并联有一个第二卡芯片，其中

所述第一卡芯片为MIFARE1芯片，所述第二卡芯片为采用TYPE B通信模式的CPU卡芯片，或者

所述第一卡芯片为采用TYPE A通信模式的CPU卡芯片，所述第二卡芯片为采用TYPE B通信模式的CPU卡芯片。

5.根据权利要求1所述的非接触式智能卡，其特征在于，所述非接触式智能卡为非接触式公交乘车卡。

6.根据权利要求5所述的非接触式智能卡，其特征在于，所述第一卡芯片并联有一个第二卡芯片，其中，所述第一卡芯片为MIFARE1芯片，所述第二卡芯片为采用TYPE B通信模式的CPU卡芯片。

7.一种非接触式智能卡的制作方法，其特征在于，包括：

在所述非接触智能卡的卡基体上设置第一卡芯片；

将至少一个不同通信模式的第二卡芯片并联连接到第一卡芯片的两端；

确定天线参数，将所述非接触式智能卡的谐振频率调整到工作频率，使一套天线能够同时满足所述第一卡芯片和第二卡芯片的性能要求。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，

所述确定天线参数具体为：

获取所述非接触式智能卡的谐振频率；

获取所有卡芯片的等效电容；

根据标准以及谐振频率计算公式确定天线参数。

9.一种非接触式智能卡的通信方法，其特征在于，包括：

进入读卡器的工作场；

天线通过耦合产生感应电动势，使各个不同通信模式的卡芯片进入空闲启动状态。

10.根据权利要求9所述的通信方法，其特征在于，所述天线通过耦合产生感应电动势，使各个不同通信模式的卡芯片进入空闲启动状态具体为：

天线与读卡器的工作场相耦合，产生感应电动势，激活与天线相连的所有的卡芯片，使彼此并联的各个不同通信模式的卡芯片同时进入了空闲启动状态，等待读卡器的指令。

11.根据权利要求9所述的通信方法，其特征在于，在所述各个卡芯片进入空闲启动状态后，还包括：

接受读卡器发出的指令，与读卡器具有相同通信模式的卡芯片响应指令进行通信，其他卡芯片仍处于空闲启动状态。

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