CN101916950A - 安全芯片集线器 - Google Patents

Abstract

一种安全芯片集线器，装载于非接触通信终端中，所述安全芯片集线器包含有多个用于连接安全芯片的非接触应用接口，以实现安全芯片组与非接触前端芯片的连接，其中，所述安全芯片组包含有一个或多个安全芯片。本发明的安全芯片集线器使得一个非接触通信终端可以装载多个安全芯片，以对应于不同的非接触应用需求，这使得智能卡应用整合的技术可能性大大提高；所述安全芯片集线器支持单线协议技术，这使得处于关机状态的非接触通信终端仍可以完成非接触应用，这大大扩展了非接触应用的应用场合。

Description

安全芯片集线器

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于非接触通信的安全芯片集线器。

背景技术

近年来，随着射频识别(RFID)技术的迅速发展，电子支付已深入日常生活的方方面面。电子支付通常采用诸如信用卡、公交卡等智能卡的形式，实现支付功能。电子支付给人们的日常生活带来了极大的便利，特别是在固定营业场所，所述基于智能卡的电子支付业务已经形成了成熟的技术与稳定的市场。

随着电子支付应用的进一步发展，将智能卡应用与移动通讯设备结合的需求开始显现：人们希望智能卡可以具有显示功能，以便随时查询卡片中存储的数据信息；同时，人们还希望智能卡具有通讯功能，可以与智能卡系统的后台服务器进行即时通讯，实现例如电子钱包的远程充值等功能。换言之，人们希望能够将智能卡集成到手机中，利用手机强大的通信及数据处理能力，完成诸如电子支付、电子标签识别等业务。

对于所述集成在手机中的智能卡应用，其本质上仍是一个非接触智能卡，只是智能卡的载体发生了变化，由先前的智能卡变为了手机终端。从结构化的角度出发，非接触通信的实现方案采用双芯片架构，即非接触前端芯片(ContactLess Front，CLF)与安全芯片(Security Element，SE)。其中，非接触前端芯片用于处理非接触射频接口与通信协议，安全芯片用于处理智能卡应用与数据管理。围绕着卡片模拟功能的实现，国内外出现了多种非接触通信的解决方案。

恩智浦(NXP)公司提供了一种典型的非接触通信终端的实现方案，该方案也是非接触通信终端最早的实现方案之一。如图1所示，所述非接触通信终端包括安全芯片101、非接触前端芯片103、天线105、上位机芯片107以及用户识别(Subscriber Identity Module，SIM)卡109；所述安全芯片101通过S2C(SigIn-SigOut-Connection)接口(例如ECMA-373NFC接口)与非接触前端芯片103进行连接并实现数据的双向传输。其中，所述安全芯片101处理智能卡应用的数据存储与安全管理任务，所述非接触前端芯片103处理S2C信号与外部非接触信号的转换工作，并与上位机芯片107进行应用数据及指令的交换。所述安全芯片101与非接触前端芯片103还可以采用接触式IC卡接口(例如ISO7816接口)连接，这种接口主要应用于非接触通信的读写器模式，此时，安全芯片101为读写器的安全模组卡(Secure Access Module)。在实际应用中，所述安全芯片101采用恩智浦公司制造的安全芯片SmartMX，所述非接触前端芯片103采用恩智浦公司制造的非接触前端芯片PN511，所述上位机芯片107为基带芯片。

非接触通信终端实现的支付、公交、门禁、防伪等一系列新兴应用给电信运营商带来了无限商机，是未来手机和智能卡产业的重要发展趋势。相关组织还提供了一种单线协议技术(Single Wire Protocol，SWP)的非接触通信实现方案。这种实现方案将SIM卡与安全芯片合二为一，利用重新定义的SIM卡的引脚与非接触前端芯片进行通信，以实现非接触通信功能。

图2是现有技术基于单线协议技术的非接触通信装置实现方案的示意图。如图2所示，所述非接触通信装置实现方案包括SWP SIM卡201、非接触前端芯片203、天线205以及上位机芯片207，其中，所述SWP SIM卡201既存储有普通手机SIM卡的信息，还存储有安全芯片中的数据信息。所述SWPSIM卡201的引脚C6与引脚C1被重新定义并与非接触前端芯片203进行连接。所述引脚C1为电源引脚，原先由上位机芯片207提供标准电源(VDD)，而在该方案中，所述标准电源通过非接触前端芯片203之后再提供给SWP SIM卡201；进行这种处理的主要原因是为了在手机不带电的状态下，非接触前端芯片203仍可以从外部读写器的非接触场(即外部读写器产生的电磁场)中感应电荷并向SWP SIM卡201提供工作电源。而引脚C6则作为基于单线协议技术的数据输入输出(SWIO)的数据引脚，与非接触前端芯片203进行数据交换。

这种基于SWP SIM卡的非接触通信实现方案很好的利用了SIM卡的相关技术，技术实现难度较低。然而，上述实现方案中的SWP SIM卡主要对应于电信运营商提供的非接触通信应用，受限于不同行业管理要求的不同，很难实现跨运营商、跨行业的多种非接触通信应用。

针对所述非接触通信多种应用的需求，SWP SIM卡需要对现有SIM卡规格进行升级，要求SWP SIM卡符合一卡多用技术规范(Global Platform Card)，即一张SWP SIM可以存储多种具体应用所需的数据信息，以应对不同的应用需求。这种一卡多用技术可以实现多种非接触应用的功能，但由于涉及到政策及实际运营的诸多限制，可行性相对较差。

综上所述，现有非接触通信技术中的手机终端采用一卡多用技术来实现多种非接触应用的整合。然而，受限于不同行业应用的不同管理模式、法规政策，这种一卡多用技术在实际应用中很难实现。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种安全芯片集线器，所述安全芯片集线器支持多卡多用的应用模式，解决了一卡多用的安全芯片在进行非接触应用时引起的数据安全及用户管理问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种安全芯片集线器，所述安全芯片集线器包含有多个用于连接安全芯片的非接触应用接口，以实现安全芯片组与非接触前端芯片的连接，其中，所述安全芯片组包含有一个或多个安全芯片。

可选的，所述安全芯片集线器包括电源切换单元与信号管理单元，其中，

所述电源切换单元，分别连接非接触前端芯片与安全芯片组，用于管理安全芯片组的电源，基于非接触应用、非接触通信终端的工作状态，或者基于非接触应用，向安全芯片组中的安全芯片提供电源；

所述信号管理单元，分别连接非接触前端芯片与安全芯片组，基于非接触应用选择安全芯片，并实现非接触前端芯片与被选择安全芯片之间的数据交互。

可选的，所述非接触通信终端还包含有电源管理单元，所述电源切换单元还连接至电源管理单元，并基于非接触通信终端的工作状态、非接触应用向被选择的安全芯片提供电源。

可选的，所述电源切换单元包括有多个电源切换子单元，每个电源切换子单元对应于一个安全芯片，其中，所述电源切换子单元包括三个并联连接的电子开关，分别为连接电源管理单元与安全芯片的第一开关、连接非接触前端芯片与安全芯片的第二开关以及连接公共电压端与安全芯片的第三开关。

可选的，所述电源切换子单元基于非接触通信终端工作状态的信号，控制所述电源切换子单元中的电子开关的导通或关闭状态；其中，

所述非接触通信终端工作状态为正常工作状态：

所述第一开关导通，第二开关及第三开关断开，电源切换子单元选择电源管理单元提供的标准电源作为相连的安全芯片的工作电源；非接触前端芯片提供的非接触应用的请求不影响所述第一开关、第二开关及第三开关的状态；

所述非接触通信终端工作状态为低功耗状态：

在未接收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求时，第一开关导通，第二开关与第三开关断开，但低功耗状态下通过第一开关的电源未给安全芯片提供电源；在收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求后，所述第一开关断开，之后第二开关导通，第三开关保持断开，电源切换子单元选择非接触前端芯片提供的电源作为相连的安全芯片的工作电源；在接收到非接触前端芯片提供的非接触应用完成的处理结果后，第二开关断开，第三开关短暂导通，所述短暂导通的第三开关使得安全芯片的残余电荷通过公共电压端泄放掉，之后，导通第一开关并断开第三开关；

所述非接触通信终端工作状态为关机状态：

在所述非接触通信终端未进入非接触场时，非接触前端芯片不带电；在进入非接触场后，非接触前端芯片感应非接触场而上电，并判断非接触场携带的非接触应用请求，之后，第一开关与第三开关断开，第二开关导通，电源切换子单元选择非接触前端芯片提供的电源作为相连的安全芯片的工作电源；在非接触应用操作完成后，所述非接触通信终端离开非接触场，非接触前端芯片无法继续获取电量，第一开关、第二开关以及第三开关均处于不工作状态。

可选的，所述电源切换单元包括有多个电源切换子单元，每个电源切换子单元对应于一个安全芯片，其中，所述电源切换子单元包括连接非接触前端芯片与安全芯片的第四开关。

可选的，所述电源切换子单元基于非接触应用请求控制电子开关的导通或关闭状态，其中，

所述非接触通信终端工作状态为正常工作状态：

在未接收到非接触前端芯片提供的非接触应用请求时，第四开关保持断开；在接收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求后，第四开关导通；在所述非接触应用操作完成后，所述第四开关断开；

所述非接触通信终端工作状态为关机状态：

在未进入非接触场时，非接触前端芯片不带电；在所述非接触通信终端进入非接触场后，非接触前端芯片感应非接触场而上电，并判断非接触场携带的非接触应用请求，之后，第四开关导通，电源切换子单元选择非接触前端芯片提供的电源作为相连的安全芯片的工作电源；在非接触应用操作完成后，所述非接触通信终端离开非接触场，非接触前端芯片无法继续获取电量，第四开关处于不工作状态。

可选的，所述信号管理单元包括输出单元与输入单元，其中，

所述输出单元包括两路以上并联连接的输出子单元，每一路的输出子单元对应于一路安全芯片，将非接触前端芯片输出的非接触应用数据提供给安全芯片；

所述输入单元包括选择单元与电流检测单元，所述选择单元接收安全芯片组输出的电流信号，并依据非接触前端芯片的状态控制单元提供的控制信号选择一路电流信号，并将所述选定的电流信号提供给电流检测单元；所述电流检测单元将所述电流信号转换为电压信号后，提供给非接触前端芯片的数字功能模块。

可选的，所述安全芯片集线器的非接触应用接口支持单线技术协议。

可选的，所述安全芯片集线器还支持ISO7816协议。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.通过设置安全芯片集线器，一个非接触通信终端可以装载并支持多个安全芯片，以对应于不同的非接触应用需求，这使得智能卡应用整合的技术可能性大大提高；

2.所述安全芯片集线器支持单线协议技术，这使得处于关机状态的非接触通信终端仍可以完成非接触应用，这大大扩展了非接触应用的应用场合。

附图说明

图1是现有技术的非接触通信装置一种实现方案的示意图；

图2是现有技术基于单线协议技术的非接触通信装置实现方案的示意图；

图3是采用本发明安全芯片集线器的非接触通信终端的示意图；

图3a即示出了一种存储卡安全单元的结构示意图；

图4是图3中集成有安全芯片集线器的非接触前端芯片的模块示意图；

图5是采用本发明安全芯片集线器的非接触通信终端电源电路的局部示意图；

图6是图4非接触前端芯片中信号处理电路的局部示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有非接触通信技术中的非接触通信终端通常采用一卡多用技术。然而，所述一卡多用技术很难实现跨运营商的多应用实施及管理。

针对上述问题，本发明的发明人提出了一种安全芯片集线器，所述安全芯片集线器将多路的安全芯片集中后再与非接触前端芯片连接，每路安全芯片均可以与非接触前端芯片进行非接触应用的数据交换，并对应于不同的非接触应用。这种多卡多用的应用模式使得一个非接触通信终端可以连接多个安全芯片，相应的，不同的运营商可以独立发行安全芯片，避免因一卡多用带来的数据安全、用户管理及多次发行的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需要说明的是，对于本发明的安全芯片集线器，其包含有一个或多个非接触应用接口，可以连接一个或多个安全芯片，实现多卡多用的功能。为了提高集成度，所述安全芯片集线器可以与现有技术非接触前端芯片的其他功能模块集成在同一芯片中。因此，在下面的实施例中，均以所述安全芯片集线器与现有技术非接触前端芯片的其他功能模块集成在同一芯片中为例进行说明，但不应限制其范围。

图3是采用本发明安全芯片集线器的非接触通信终端的示意图。所述非接触通信终端通过安全芯片集线器连接的安全芯片数量可以基于用户需求确定，为了便于说明，以所述非接触通信终端上装载三个集成有安全芯片的安全单元的实施例为例进行说明，但不应限制其范围。

如图3所示，所述非接触通信终端包括：非接触前端芯片304、天线305、电源管理单元306、上位机芯片307以及集成于非接触前端芯片304中的安全芯片集线器308。所述安全芯片集线器308的非接触应用接口包括第一接口301、第二接口302以及第三接口303，所述第一接口301、第二接口302以及第三接口303分别与装载于所述非接触通信终端上的第一安全芯片311、第二安全芯片312、第三安全芯片313相连接，从而实现了非接触前端芯片304与安全芯片的连接。

所述安全芯片可以基于实际应用的需求存储不同的非接触应用数据，所述安全芯片与存储其他应用数据的应用芯片(例如存储移动通信用户识别数据的用户识别芯片，或数据存储芯片)共同构成了安全单元。所述安全单元通过非接触通信终端上的安全单元插座与非接触通信终端相连接，所述安全单元插座对应于一个非接触应用接口，以及其他应用接口。安全芯片通过所述非接触应用接口与安全芯片集线器相连接，而其他应用芯片通过其对应的应用接口与上位机芯片相连接。

在具体实施例中，所述第一安全芯片311存储并处理第一非接触应用数据；所述第二安全芯片312用于存储并处理第二非接触应用数据；所述第三安全芯片313用于存储并处理第三非接触应用数据。所述第一安全芯片311、第二安全芯片312以及第三安全芯片313共同构成了安全芯片组，而所述第一接口301、第二接口302以及第三接口303共同构成了安全芯片接口组。

所述非接触前端芯片304通过天线305从外部非接触场中感应电量、或从终端电池中获取电量并形成非接触电源，通过非接触场获取外部非接触应用数据，并将所述非接触电源及外部非接触应用数据提供给安全芯片集线器308。所述非接触场是指由非接触应用的外部读写器提供的用于数据传输的交变电磁场。所述外部非接触应用数据由外部读写器提供。

所述电源管理单元306形成标准电源并提供给安全芯片集线器308。

在具体实施例中，所述非接触通信终端为手机终端；相应的，所述上位机芯片307可以为基带芯片，用于进行移动通信的数据管理，并提供系统指令及数据给非接触前端芯片304。

所述安全芯片集线器308基于终端用户通过上位机芯片提供的指令从安全芯片组中选择安全芯片，实现非接触前端芯片304与被选定的安全芯片的交互，从而进行对应的非接触应用。在所述交互过程中，所述安全芯片集线器308向被选定的安全芯片提供工作电源以及外部非接触应用数据，并向非接触前端芯片304提供被选定的安全芯片中存储的内部非接触应用数据。

仍如图3所示，所述安全芯片集线器308将第一安全芯片311、第二安全芯片312及第三安全芯片313的电源引脚PWR1、PWR2、PWR3与数据引脚SWIO1、SWIO2、SWIO3集中，实现与非接触前端芯片304的连接。所述电源引脚PWR1与数据引脚SWIO1即为第一安全芯片311的非接触应用接口。

在具体实施例中，所述第一安全芯片311、第二安全芯片312以及第三安全芯片313均采用了非接触应用接口，与安全芯片集线器308的安全芯片接口组(即第一接口301、第二接口302以及第三接口303)实现连接。依据具体实施例的不同，所述安全芯片与安全芯片接口组可以支持单线协议技术或ISO7816协议。

对于所述支持单线协议技术的安全芯片，可以采用集成有安全芯片的SWP SIM卡安全单元，也可以采用卡贴模式，即在同一个安全单元插座里同时放置两张卡片，一张为移动通信用户识别的普通SIM卡，另一张为超薄的SWP贴片卡。所述SWP贴片卡中包含有支持单线协议技术的安全芯片，其利用SIM卡安全单元插座上与普通SIM卡的C6引脚对应的引脚作为其数据引脚，以及C1引脚对应的引脚作为其电源引脚，所述SIM卡安全单元插座的其他引脚用于实现与用户识别芯片的数据交互。

此外，所述支持单线协议技术的安全芯片，还可以集成于存储卡安全单元中。图3a即示出了一种存储卡安全单元的结构示意图，所述存储卡安全单元基于现有技术的SD存储卡或其他类型的数据存储卡进行引脚扩展，将安全芯片与数据存储卡中的数据存储芯片集成在同一个安全单元中。其中，所述安全芯片仍可以支持单线协议技术或ISO7816协议。对于支持单线协议技术的存储卡安全单元，除了数据存储芯片的通用引脚外，其还针对安全芯片的需求，扩展了两个引脚，分别定义为第一引脚SWIO与第二引脚VDD。其中，所述第一引脚SWIO与安全芯片集线器308非接触应用接口的数据引脚相连，用于与非接触前端芯片304进行非接触应用数据交换，而所述第二引脚VDD与安全芯片集线器308对应的电源引脚相连，用于获取工作电源。

正如前文所述，所述非接触通信终端连接多个安全芯片以实现多种非接触应用功能。当使用者希望使用某一非接触应用时，便通过非接触通信终端中的上位机芯片307发送选择安全芯片的选择指令。上位机芯片307将所述选择指令提供给安全芯片集线器308，从而确定被选择的安全芯片。安全芯片被选定后，所述安全芯片集线器308与所述被选定安全芯片连接的数据通道即被选通。

图4是图3中集成有安全芯片集线器的非接触前端芯片的模块示意图。在具体应用中，所述安全芯片集线器作为独立的模块，也可以选择不集成在非接触前端芯片中，不应限制其范围。

如图4所述，所述非接触前端芯片包含有射频电路、卡片模块、读写器模块、数字功能模块、非接触电源单元、微控制器(MCU)、第一缓存、第二缓存、测试模块、上位机接口、ISO7816接口及其他接口，这些模块及接口与现有技术非接触前端芯片的对应模块具有相同的连接方式及功能，在此不再赘述。

所述安全芯片集线器401包括电源切换单元403与信号管理单元405，所述电源切换单元403分别连接电源管理单元407、安全芯片组与非接触电源单元409；所述信号管理单元405分别连接非接触前端芯片的第二缓存与安全芯片组，其中，

所述电源切换单元403分别连接非接触前端芯片与安全芯片组，用于管理安全芯片组的电源，基于非接触应用、非接触通信终端的工作状态，或者基于非接触应用，向安全芯片组中的安全芯片提供电源。

所述信号管理单元405分别连接非接触前端芯片与安全芯片组，基于非接触应用选择安全芯片，并实现非接触前端芯片与被选择安全芯片之间的数据交互。

下面通过一个更加具体的电源切换单元403及信号管理单元405及其工作过程的举例，对于本发明的安全芯片集线器作进一步的说明。其中，所述电源切换单元403与信号管理单元405均可以对应于包含两个以上安全芯片的安全芯片组，下面的实施例以包含三个安全芯片的安全芯片组为例进行说明。

首先说明电源切换单元403的具体实施方式，所述电源切换单元403采用电子开关对安全芯片的工作电源进行选择切换。

图5是采用本发明安全芯片集线器的非接触通信终端电源电路的局部示意图。

如图5所示，所述电源电路包括：主电源单元501、稳压单元503及电源切换单元504，所述主电源单元501与稳压单元503是非接触前端芯片中形成非接触电源的模块，其中，

所述主电源单元501获取非接触场的能量或终端电池的电量，形成初始电源并提供给稳压单元503。

所述稳压单元503对所述初始电源进行稳压处理，形成非接触电源并分别提供给第一电源切换子单元505、第二电源切换子单元507及第三电源切换子单元509。所述主电源单元501与稳压单元503是非接触前端芯片中形成非接触电源的模块。

与安全芯片数量相对应，所述电源切换单元504包括三路电源切换子单元，即第一电源切换子单元505、第二电源切换子单元507、第三电源切换子单元509，所述电源切换子单元均与一个安全芯片相连。其中，所述第一电源切换子单元505与第二电源切换子单元507连接的安全芯片集成于SWP SIM卡安全单元中，所述第三电源切换子单元509连接的安全芯片集成于存储卡安全单元中。相应的，所述第一电源切换子单元505、第二电源切换子单元507均包含有三路由电子开关控制的输入端，分别与电源管理单元、稳压单元503以及公共电压端相连，而所述第三电源切换子单元包含有一路由电子开关控制的输入端，与稳压单元503相连；所述三路电源切换单元的输出端与安全芯片相连，分别向对应的安全芯片提供工作电源。在具体实施例中，所述公共电压端为地电位。

对于不同结构的安全单元，之所以采用不同的电源切换子单元，是因为对所述安全芯片的供电方式有所不同：所述安全单元为SWP SIM卡安全单元时，电源电路可以将电源管理单元提供的标准电源作为安全芯片的工作电源，也可以将非接触前端芯片提供的非接触电源作为安全芯片的工作电源；而所述安全芯片为存储卡安全单元时，电源电路仅采用非接触前端芯片提供的非接触电源作为安全芯片的工作电源。

当然，对于SWP SIM卡安全单元，其基于单线协议技术，因此也可以按照存储卡安全芯片的供电方式供电，不应限制其范围。

此外，由于电源管理单元提供的标准电源与非接触电源的电压并不一定完全相同，为了避免不同电压驱动安全芯片所产生的不稳定情况，特别是避免工作电源切换时残余电荷对安全芯片的不良影响，需要将所述残余电荷通过特定的回路泄放掉，因此，所述电源切换子单元设置了公共电压端作为泄放回路。

下面对电源切换子单元的工作过程进行说明。

由于第二电源切换子单元507的电路结构及工作状态与第一电源切换子单元505相同，因此下面仅以第一电源切换子单元505的工作过程为例进行说明。

仍如图5所示，对于采用SWP SIM卡结构的第一安全芯片，与其相连的第一电源切换子单元505包括3个并联连接的电子开关，分别是：与电源管理单元提供的标准电源相连的第一开关S1，与稳压单元503提供的非接触电源相连的第二开关S2，以及与公共电压端相连的第三开关S3。

对于非接触通信终端而言，其工作状态可以分为三种情况，包括正常工作状态、低功耗状态(例如休眠状态)、关机状态。因此下面依据非接触通信终端工作状态的不同，对第一电源切换子单元505的供电方式分别进行说明：

1.正常工作状态

在未接收到非接触应用的请求时，第一开关S1导通、第二开关S2与第三开关S3断开，第一安全芯片接收电源管理单元提供的标准电源作为其工作电源；

当非接触通信终端接收到非接触应用的请求后，非接触通信终端对第一安全芯片的供电情况进行判断，确定所述第一安全芯片处于正常工作状态，此时，第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3保持状态不变；在非接触应用处理完成后，非接触前端芯片提供非接触应用完成的处理结果给所述第一电源切换子单元505，所述第一切换子单元505仍保持第一开关S1、第二开关S2及第三开关S3的状态不变。

2.低功耗状态

所述低功耗状态是指非接触通信终端为了降低功耗而停止向其内部电路中的多数模块供电的工作状态，例如休眠状态。对于处于低功耗状态的非接触通信终端，在未接收到非接触应用的请求时，所述第二开关S2、第三开关S3处于断开状态，第一开关S1处于导通状态，但由于电源管理单元不提供标准电源，因此，非接触通信终端并不向第一安全芯片供电。

在接收到非接触应用的请求后，非接触前端芯片对第一安全芯片的供电情况进行判断，确定所述第一安全芯片处于低功耗状态之后，非接触前端芯片先关断第一开关S1，再打开第二开关S2对第一安全芯片供电。此时，非接触前端芯片仍从终端电池中获取电量并形成非接触电源，第一安全芯片即通过导通的第二开关S2从稳压单元503接收所述非接触电源并作为其工作电源。同时，第一安全芯片完成与非接触前端芯片的数据交互。当所述非接触应用完成后，第二开关S2断开，第一开关S1导通，但由于非接触通信终端仍处于低功耗状态，因此，非接触通信终端并不向第一安全芯片供电。

在具体应用中，所述非接触电源的电压与标准电源的电压可能不完全匹配，为了防止电源切换过程中残余电荷对安全芯片工作状态的影响，需要将所述残余电荷泄放掉。因此，优选的，所述非接触通信终端由低功耗状态向正常工作状态转换时，在第一开关S1恢复导通之前，应控制第三开关S3短暂导通，所述导通的第三开关S3使得第一安全芯片的残余电荷通过公共电压端泄放掉，这使得第一安全芯片可以始终处于良好的上电和下电状态，避免不稳定情况出现。

3.关机状态

在未接收到非接触应用的请求时，处于关机状态的非接触通信终端没有工作电源，所有电路均不带电，因此，第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3均处于不工作状态。

在接收到非接触应用的请求后，非接触前端芯片被交变电磁场唤醒，之后，所述非接触前端芯片检测终端电池的电量：如果终端电池仍有电，则非接触前端芯片从所述终端电池中获取电量，并将其转换为非接触电源提供给第一安全芯片；而如果终端电池无电(或未安装电池)，则非接触前端芯片从非接触场中感应能量，并将其转换为非接触电源提供给第一安全芯片。因此，与稳压单元相连的第二开关S2导通，其他开关断开。

在完成非接触应用的数据交换后，由于非接触通信终端离开非接触场，非接触前端芯片不再提供非接触电源，因此，所有电路均不带电，所有开关也均处于不工作状态。

在具体实施例中，所述第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3可以采用PMOS晶体管的传输门结构，其中，PMOS晶体管的栅极作为控制导通或断开状态的控制端，而漏极与源极则分别连接第一安全芯片与稳压单元503。

对于第三电源切换子单元509，与其相连的第三安全芯片为存储卡结构的安全芯片，所述存储卡结构的第三安全芯片包含有扩展引脚。因此，第三安全芯片的电源不需要和标准存储卡接口电源复用引脚，相应的，第三电源切换子单元509中无需包含与标准存储卡接口电源相连的电子开关，其中只包含有与稳压单元503相连的第四开关S4。此外，所述第三电源切换子单元509不以类似第一电源切换子单元505的方式复用标准存储卡接口中的电源引脚连接到电源管理单元，这种处理的另一优点在于可以避免以下状况：标准存储卡接口包含有双向数据引脚，如果第三安全芯片接收非接触电源作为其工作电源而同时电源管理单元又不带电时，所述第三安全芯片的工作电源会经由双向数据引脚的静电放电保护(Electric Static Discharge，ESD)电路向电源管理单元漏电，导致第三安全芯片无法正常工作。

下面再对第三电源切换子单元509的工作过程进行说明。

1.正常工作状态

在未接收到非接触前端芯片提供的非接触应用请求时，第四开关S4保持断开；在接收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求后，第四开关S4导通；在所述非接触应用操作完成后，所述第四开关S4断开；

2.关机状态

在关机状态时，非接触通信终端没有工作电源，所有电路均不带电，因此，第四开关S4处于不工作状态。

在接收到非接触应用的请求后，非接触前端芯片被非接触场唤醒，之后，所述非接触前端芯片检测终端电池的电量：如果终端电池有电，则非接触前端芯片从所述终端电池中获取电量，并将其转换为非接触电源，之后，导通第四开关S4，非接触前端芯片将所述非接触电源提供给第三安全芯片；而如果终端电池无电(或未安装电池)，则非接触前端芯片直接从非接触场中感应能量，并将所述非接触场感应的能量转换为非接触电源；之后导通第四开关S4，将所述非接触电源提供给第三安全芯片。

在完成非接触应用的数据交换后，由于非接触通信终端离开非接触场，非接触前端芯片不再提供非接触电源，因此，所有电路均不带电，第四开关S4回复不工作状态。

以上即为电源切换单元504的工作过程，需要说明的是，对于多路非接触应用接口的电源切换单元504，只有被选中的一路非接触应用接口会在需要时进行开关状态的切换，而未被选中的非接触应用接口的开关状态并不受影响。这也保证了不同安全芯片可以完全独立的进行非接触应用。

接下来，再结合非接触前端芯片，进一步说明信号管理单元的具体实施方式，所述信号管理单元用于选择连接安全芯片的数据通道，并实现非接触前端芯片与安全芯片的双向数据传输。

由于本发明的非接触通信终端是对原有非接触应用接口进行扩展得到的，因此，信号管理单元的接口完全兼容现有技术的非接触应用的信号，例如单线协议技术的信号(SWP信号)。对于所述SWP信号，其定义与说明可以参考ETSI TS 102 613规范，在此不再赘述，仅就实现非接触前端芯片与安全芯片双向通讯所需信号进行说明。

为了实现非接触前端芯片与安全芯片的双向通讯，单线协议技术定义了两种信号，分别为：第一信号SIG1为非接触前端芯片向安全芯片发送的信号，其采用RZ编码的电压表示逻辑信号1和逻辑信号0；而第二信号SIG2则为安全芯片向非接触前端芯片发送的信号，其采用电流负载调制表示逻辑1和0。因此，当非接触前端芯片接收安全芯片提供的数据信号，需要将安全芯片提供的电流负载调制的第二信号SIG2进行解调。

图6是图4非接触前端芯片中信号处理电路的局部示意图。

如图6所示，所述信号处理电路包括数字功能模块与信号管理单元，其中，所述数字功能模块即为图4中的数字功能模块(为了便于说明，图中未示出第二缓存)，包含有计时器、状态控制单元、寄存器、TFIFO、RFIFO、帧编码单元、编码CRC(循环冗余码校验)计算单元、帧解码单元、解码CRC计算单元以及位编码单元等模块。由于每次进行非接触应用时，只有一个安全芯片与非接触前端芯片进行通讯，因此，所述数字功能模块可以保持与现有技术相同的连接方式与功能基本不变，唯一的变化是，状态控制单元需要基于不同的非接触应用，选择与所述非接触应用对应的安全芯片进行数据交互。

所述信号管理单元包括输出单元601与输入单元603，其中，

所述输出单元601包括三路并联的输出子单元，每一路的输出子单元对应于一路安全芯片，将数字功能模块输出的数据(即前述采用RZ编码的第一信号SIG1)提供给安全芯片；

所述输入单元603包括选择单元605与电流检测单元607，所述选择单元605接收多路安全芯片输出的电流信号(即前述采用电流负载调制的第二信号SIG2)，并依据状态控制单元提供的控制信号选择一路电流信号，并将所述选定的电流信号提供给电流检测单元607；所述电流检测单元将所述电流信号转换为电压信号后，提供给数字功能模块。

本发明的安全芯片集线器使得一个非接触通信终端可以装载多个安全芯片，以对应于不同的非接触应用需求，这使得智能卡应用整合的技术可能性大大提高；所述安全芯片集线器支持单线协议技术，这使得处于关机状态的非接触通信终端仍可以完成非接触应用，这大大扩展了非接触应用的应用场合。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种安全芯片集线器，装载于非接触通信终端中，其特征在于，所述安全芯片集线器包含有多个用于连接安全芯片的非接触应用接口，以实现安全芯片组与非接触前端芯片的连接，其中，所述安全芯片组包含有一个或多个安全芯片。

2.如权利要求1所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述安全芯片集线器包括电源切换单元与信号管理单元，其中，

所述电源切换单元，分别连接非接触前端芯片与安全芯片组，用于管理安全芯片组的电源，基于非接触应用、非接触通信终端的工作状态，或者基于非接触应用，向安全芯片组中的安全芯片提供电源；

所述信号管理单元，分别连接非接触前端芯片与安全芯片组，基于非接触应用选择安全芯片，并实现非接触前端芯片与被选择安全芯片之间的数据交互。

3.如权利要求2所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述非接触通信终端还包含有电源管理单元，所述电源切换单元还连接至电源管理单元，并基于非接触通信终端的工作状态、非接触应用向被选择的安全芯片提供电源。

4.如权利要求3所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述电源切换单元包括有多个电源切换子单元，每个电源切换子单元对应于一个安全芯片，其中，所述电源切换子单元包括三个并联连接的电子开关，分别为连接电源管理单元与安全芯片的第一开关、连接非接触前端芯片与安全芯片的第二开关以及连接公共电压端与安全芯片的第三开关。

5.如权利要求4所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述电源切换子单元基于非接触通信终端工作状态的信号，控制所述电源切换子单元中的电子开关的导通或关闭状态；其中，

所述非接触通信终端工作状态为正常工作状态：

所述第一开关导通，第二开关及第三开关断开，电源切换子单元选择电源管理单元提供的标准电源作为相连的安全芯片的工作电源；非接触前端芯片提供的非接触应用的请求不影响所述第一开关、第二开关及第三开关的状态；

所述非接触通信终端工作状态为低功耗状态：

在未接收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求时，第一开关导通，第二开关与第三开关断开，但低功耗状态下通过第一开关的电源未给安全芯片提供电源；在收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求后，所述第一开关断开，之后第二开关导通，第三开关保持断开，电源切换子单元选择非接触前端芯片提供的电源作为相连的安全芯片的工作电源；在接收到非接触前端芯片提供的非接触应用完成的处理结果后，第二开关断开，第三开关短暂导通，所述短暂导通的第三开关使得安全芯片的残余电荷通过公共电压端泄放掉，之后，导通第一开关并断开第三开关；

所述非接触通信终端工作状态为关机状态：

在所述非接触通信终端未进入非接触场时，非接触前端芯片不带电；在进入非接触场后，非接触前端芯片感应非接触场而上电，并判断非接触场携带的非接触应用请求，之后，第一开关与第三开关断开，第二开关导通，电源切换子单元选择非接触前端芯片提供的电源作为相连的安全芯片的工作电源；在非接触应用操作完成后，所述非接触通信终端离开非接触场，非接触前端芯片无法继续获取电量，第一开关、第二开关以及第三开关均处于不工作状态。

6.如权利要求2所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述电源切换单元包括有多个电源切换子单元，每个电源切换子单元对应于一个安全芯片，其中，所述电源切换子单元包括连接非接触前端芯片与安全芯片的第四开关。

7.如权利要求6所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述电源切换子单元基于非接触应用请求控制电子开关的导通或关闭状态，其中，

所述非接触通信终端工作状态为正常工作状态：

在未接收到非接触前端芯片提供的非接触应用请求时，第四开关保持断开；在接收到非接触前端芯片提供的非接触应用的请求后，第四开关导通；在所述非接触应用操作完成后，所述第四开关断开；

所述非接触通信终端工作状态为关机状态：

在未进入非接触场时，非接触前端芯片不带电；在所述非接触通信终端进入非接触场后，非接触前端芯片感应非接触场而上电，并判断非接触场携带的非接触应用请求，之后，第四开关导通，电源切换子单元选择非接触前端芯片提供的电源作为相连的安全芯片的工作电源；在非接触应用操作完成后，所述非接触通信终端离开非接触场，非接触前端芯片无法继续获取电量，第四开关处于不工作状态。

8.如权利要求2所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述信号管理单元包括输出单元与输入单元，其中，

所述输出单元包括两路以上并联连接的输出子单元，每一路的输出子单元对应于一路安全芯片，将非接触前端芯片输出的非接触应用数据提供给安全芯片；

所述输入单元包括选择单元与电流检测单元，所述选择单元接收安全芯片组输出的电流信号，并依据非接触前端芯片的状态控制单元提供的控制信号选择一路电流信号，并将所述选定的电流信号提供给电流检测单元；所述电流检测单元将所述电流信号转换为电压信号后，提供给非接触前端芯片的数字功能模块。

9.如权利要求1所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述安全芯片集线器的非接触应用接口支持单线技术协议。

10.如权利要求9所述的安全芯片集线器，其特征在于，所述安全芯片集线器还支持ISO7816协议。

Images