CN103699926A

CN103699926A - 一种可电池激活安全芯片的低功耗可视卡

Info

Publication number: CN103699926A
Application number: CN201310665528.6A
Authority: CN
Inventors: 李丹
Original assignee: Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Current assignee: Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明涉及一种可电池激活安全芯片的低功耗可视卡，主要由安全芯片、显示模组、电池、电源控制电路、逻辑转换电路和按钮等组成。安全芯片用于处理与安全相关的运算，与外部读卡器和显示模组进行数据交互；显示模组用于数据显示，收集处理按钮数据，和安全芯片进行数据交互，控制电池给安全芯片供电；电池用于给显示模组供电，也可在显示模组控制下，通过电源控制电路给安全芯片供电；在安全芯片和显示模组之间进行数据通讯时，由于两者的电平状态不一致，逻辑转换电路可以保证数据逻辑的电平匹配；按钮用于输入用户信息。

Description

一种可电池激活安全芯片的低功耗可视卡

技术领域

本发明涉及智能卡应用领域，特别是低功耗应用领域。

背景技术

金融IC卡是以芯片作为安全存储和使用介质的银行卡，卡片中封装了带有微处理器、安全处理器和存储器的安全芯片。该芯片计算能力高，安全防护能力强，存储容量大，可存储密钥、数字证书、指纹等需要保护的信息，也可安全的运行多种应用软件。与目前使用的磁条卡相比，安全性大大提高，还可提供更多增值服务。

在普通PBOC金融IC卡加入可视模组可构成金融可视IC卡，目前已经研发出以可视IC卡为载体，利用可视模组的显示功能和卡上的按键交互功能，开发出了集成标准PBOC应用/电子现金余额显示/OTP(One Time Password)/二代UKEY的多应用复合卡产品，实现了应用创新。其中电子余额显示功能用于在卡片圈充/刷卡交易完成后，显示卡内余额，改善用户体验；二代USBKEY功能可IC卡作为网银UKey使用，并实现所见即所签，提高应用的安全性；OTP功能可作为用户交易的密钥发生器。

这样一款集三种应用于一体的多应用复合卡，对于PBOC应用而言，需要将卡和POS相连，完成数据通讯；对于二代UKEY应用而言，需要在卡上有按钮，提供用户进行确认和选择；对于OTP功能而言，需要卡不和读卡器相连时，即在独立环境下工作，因而需要在卡上有电池供电。对于这样的需求，在多应用复合卡的设计过程中，要考虑到卡中的各模组在不同外部环境下(如有POS供电或没有POS供电等)的情况下，保证其正常工作，并且要使功耗在一个可接受的范围。安全芯片通常即使在休眠状态下，也会有几十微安甚至上百微安的电流消耗，为了实现OTP功能，随时都能执行OTP操作，采用电池持续给安全芯片供电，是不现实的，需要可开关安全芯片的供电；由此引出如何控制安全芯片供电、工作、下电的实现方案，并保证安全芯片能可靠工作。由于安全芯片和显示模组之间的数据线在硬件上是相连的，在安全芯片下电、显示模组上电期间，通常数据线在安全芯片端是低电平，在显示模组端是高电平，为了保证不产生电平冲突，需要进行逻辑控制。

发明内容

本发明描述了一种带电池激活安全芯片的低功耗可视卡，主要由安全芯片、显示模组、电池、电源控制电路、逻辑转换电路和按钮等组成。安全芯片用于处理与安全相关的运算，以及和外部读卡器进行数据交互，和显示模组进行数据交互；显示模组用于数据显示，收集按钮数据，和安全芯片进行数据交互，控制电池给安全芯片供电；电池用于给显示模组供电，也可在显示模组控制下，通过电源控制电路给安全芯片供电；在安全芯片和显示模组之间进行数据通讯时，由于两者的电平状态不一致，逻辑转换电路可以保证数据逻辑的电平匹配；按钮用于输入用户信息。

安全芯片除了由外部电源，例如符合ISO7816协议的时序上电复位激活或符合ISO14443协议的非接触时序上电复位激活外，还可以仅仅由电池供电，就可以激活并工作。此时，安全芯片的复位管脚的信号不作为全局复位信号，而是作为中断信号来处理；当采用电池供电时，不考虑复位管脚的状态，也就是说，复位管脚的逻辑不影响芯片的正常工作。芯片可根据需要来处理复位信号对应的响应。电源控制电路起开关的作用，其输入控制信号既可由显示模组产生，也可由安全芯片产生，而且两者是逻辑“或”的关系。首先，显示模组在按钮的作用下，输出一个控制信号到电源控制电路，控制电池给安全芯片供电，使得可视卡中的安全芯片的工作，此时，安全芯片输出锁定信号，锁定电源控制电路，保证对安全芯片的供电，此时，即使显示模组的控制信号撤销，也能保证安全芯片供电。当安全芯片工作完成后，主动撤销由安全芯片输出的控制信号，保证安全芯片正常下电。

为了保证低功耗和减少漏电，安全芯片和显示模组之间的数据通讯采用带反相逻辑转换的低功耗电路结构，反相逻辑转换电路分为两组，一组为连接安全芯片的输出数据信号管脚和显示模组的输入信号管脚，供安全芯片向显示模组传输数据；另一组为连接显示模组的输出信号管脚和安全芯片的输入信号管脚，供显示模组向安全芯片输入信号。从另一方面来讲，安全芯片端的数据输入和数据输出信号，在没有数据传输或下电的时候，都是低电平的，表示逻辑1。显示模组端的数据输入和数据输出信号，由于有电池供电，是高电平，表示逻辑1。在有数据通讯时，安全芯片端用高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1；显示模组端用低电平表示逻辑0，高电平表示逻辑1。

附图说明

图1：可视卡内部结构

具体实施方式

以下结合图示对本实施方案做进一步描述。

如图1所示的可电池激活安全芯片的低功耗可视卡电路结构，整个可视卡由安全芯片、显示模组、电池、电源控制电路、逻辑转换电路和按钮等组成。安全芯片用于处理与安全相关的运算，以及和外部读卡器进行数据交互，和显示模组进行数据交互；显示模组用于数据显示，收集按钮数据，和安全芯片进行数据交互，控制电池给安全芯片供电；电池用于给显示模组供电，也可在显示模组控制下，通过电源控制电路给安全芯片供电；在安全芯片和显示模组之间进行数据通讯时，由于两者的电平状态不一致，逻辑转换电路可以保证数据逻辑的电平匹配；按钮用于输入用户信息。显示模组和电池相连，处于长供电状态。按钮和显示模组相连。电源控制电路用于控制电池给安全模块供电，它有两个控制信号输入端口，一是通过R13和P型管Q13相连的低电平导通控制电路，二是通过R12和N型管Q12相连的高电平导通控制电路，在不工作状态下，两个控制电路都不导通，即低电平导通电路为高，P型管Q13截止；高电平导通电路为低，N型管Q12也截止。两路控制信号共同和P型管Q11的控制端相连，当Q11的输入控制信号为高时，Q11截止，相当于电池断开，不给安全芯片供电；当Q11的输入控制信号为低时，Q11饱和，相当于电池接通，给安全芯片供电。为保证Q11的输入端在Q12和Q13都截止时，能够有一个稳定的高电平，在Q11上设置偏置电阻R11。电池通过Q11和二极管D11向安全芯片供电。二极管D11是为了防止有外部供电时，电流倒流，导致电池损坏。逻辑转换电路分为两路：正相逻辑转换成反相逻辑电路、反相逻辑转换成正向逻辑的电路。正向逻辑是指用高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0；反相逻辑电路则相反。实现方式是安全芯片输出的数据通过反相逻辑转换成正相逻辑给显示模组，电阻R21、R22和N型管Q21构成反相逻辑转换成正相逻辑电路，电阻R22是其负载电阻。显示模组输出的数据通过正相逻辑转换成反相逻辑给安全芯片，电阻R31、R32和P型管Q31构成正相逻辑转换成反相逻辑电阻，R32是其负载电阻。

安全芯片除了由外部电源，例如符合ISO7816协议的时序上电复位激活或符合ISO14443协议的非接触时序上电复位激活外，还可以仅仅由电池供电，就可以激活并工作。

电池激活安全芯片的工作流程如下：

1.当按钮未按下时，显示模组通过电阻R13输出高电平，P型管Q13截止。安全芯片未上电，通过电阻R12输出低电平。N型管Q12截止。由于有偏置电阻R11存在，P型管Q11的栅极为高电平，处于截止状态。

2.当按钮按下后，显示模组通过电阻R13输出低电平，P型管Q13导通，由于偏置电阻R11的存在，P型管Q11的栅极为低电平，处于导通状态。电池给安全芯片供电。安全芯片进入工作状态。此时，安全芯片通过电阻R12仍然输出低电平，N型管Q12保持截止状态。

3.安全芯片进入工作状态后，通过电阻R12输出一个高电平，使得N型管Q12导通。锁定P型管Q11的导通状态。

4.此时，按钮释放，或显示模组通过电阻R13输出为高电平，导致P型管Q13截止。P型管Q11仍然保持导通状态。

5.安全芯片工作完成后，通过电阻R12输出低电平，N型管Q12截止。P型管Q11也截止，切断电源。完成工作。

安全芯片上电后，开始执行内部的程序，此时，符合ISO7816协议的复位管脚信号对于安全芯片内部来说，是一个中断信号，而不是全局复位信号，因此，即使复位信号为低，也不会导致安全芯片处于复位状态。如果此时复位信号由低变高，就会产生中断信号，安全芯片内的程序可处理该中断信号，如不响应该中断信号，或者按ISO7816协议流程，在其它条件符合的前提下，发送复位应答(ATR)信息。

数据通讯工作过程如下：

1.安全芯片未上电的时候，无论是安全芯片的输出数据端还是输入数据端，都是低电平。而显示模组处于常供电状态，为了保证其低功耗，其输出数据端和输入数据端都是高电平。

2.安全芯片上电工作后，在未收发数据的时候，输出数据端和输入数据端都保持为低电平。

3.对于安全芯片发送数据而言，安全芯片的输出数据端和显示模组的输入数据端通过电阻R21、R22和N型管Q21构成反相数据逻辑电路，安全芯片输出逻辑1，用低电平表示，通过反相数据逻辑电路后，在显示模组的数据输入端表示为高电平；安全芯片输出逻辑0，用高电平表示，通过反相数据逻辑电路后，在显示模组的数据输入端表示为低电平；

4.对于显示模组发送数据而言，显示模组的输出数据端和安全芯片的输入数据端通过电阻R31、R32和P型管Q31构成反相数据逻辑电路，显示模组输出逻辑1，用高电平表示，通过反相数据逻辑电路后，在安全芯片的数据输入端表示为低电平；显示模组输出逻辑0，用低电平表示，通过反相数据逻辑电路后，在安全芯片的数据输入端表示为高电平；

显然，以上所述仅为本发明的一个较好的实现示例，并不用于限制本发明，凡是在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电池激活安全芯片的低功耗可视卡，其特征在于可视卡由安全芯片、显示模组、电池、电源控制电路、逻辑转换电路和按钮组成，其中：

安全芯片用于处理与安全相关的运算，以及和外部读卡器进行数据交互，和显示模组进行数据交互；

显示模组用于数据显示，收集按钮数据，和安全芯片进行数据交互，控制电池给安全芯片供电；显示模组和电池相连，处于长供电状态；

电池用于给显示模组供电，也可以在显示模组控制下，通过电源控制电路给安全芯片供电；

在安全芯片和显示模组之间进行数据通讯时，由于两者的电平状态不一致，逻辑转换电路可以保证数据逻辑的电平匹配；

按钮用于输入用户信息，和显示模组相连。

2.如权利要求1所述的可视卡，其特征在于电源控制电路包括低电平导通控制电路和高电平导通控制电路，低电平导通控制电路通过电阻R13和P型管Q13相连，高电平导通控制电路通过电阻R12和N型管Q12相连，低电平导通控制电路和高电平导通控制电路控制信号共同和P型管Q11的控制端相连，在不工作状态下，低电平导通控制电路和高电平导通控制电路都不导通，即低电平导通电路为高，P型管Q13截止；高电平导通电路为低，N型管Q12也截止。

3.如权利要求2所述的可视卡，其特征在于当Q11的输入控制信号为高时，Q11截止，相当于电池断开，不给安全芯片供电；当Q11的输入控制信号为低时，Q11饱和，相当于电池接通，给安全芯片供电。

4.如权利要求2所述的可视卡，其特征在于为保证Q11的输入端在Q12和Q13都截止时，能够有一个稳定的高电平，在Q11上设置偏置电阻R11，电池通过Q11和二极管D11向安全芯片供电。

5.如权利要求1所述的可视卡，其特征在于逻辑转换电路包括正相逻辑转换成反相逻辑电路和反相逻辑转换成正向逻辑电路，电阻R21、R22和N型管Q21构成反相逻辑转换成正相逻辑电路，电阻R22是反相逻辑转换成正相逻辑电路负载电阻，电阻R31、R32和P型管Q31构成正相逻辑转换成反相逻辑电路电阻，R32是正相逻辑转换成反相逻辑电路负载电阻；安全芯片输出的数据通过反相逻辑转换成正相逻辑电路给显示模组，显示模组输出的数据通过正相逻辑转换成反相逻辑电路给安全芯片。

6.如权利要求1所述的可视卡，其特征在于可视卡除了外部电源，如符合ISO7816协议的上电复位可以激活外，仅在电源管脚加电也可以激活，此时：符合ISO7816协议的外部复位管脚的信号不作为全局复位信号来处理，因而可以不关心复位管脚的状态；

当在电源管脚施加可以保证安全芯片工作的电压时，安全芯片内部通过延时电路产生上电复位逻辑，保证芯片的正常复位，进而正常工作。

对于符合ISO7816协议的复位管脚的信号处理，是采用中断方式，初始状态是下拉，为低电平的；

当可视卡和符合ISO7816协议的读卡器相连，并由读卡器供电时，为了防止读卡器的供电损坏电池，采用串联单向二极管来保护电池。

7.如权利要求1所述的可视卡，其特征在于在安全芯片激活后，是利用符合ISO7816协议的外部时钟连续采样多次符合ISO7816协议的外部复位信号，如果该采样值为高电平，则表示有符合ISO7816协议的上电复位过程，安全芯片的内部程序按ISO7816协议的流程处理，该采样值一直保持到电源掉电；如果该采样值为低电平，则不按ISO7816协议的上电复位过程来处理。

8.如权利要求1所述的可视卡，其特征在于可视卡的电源控制电路起开关的作用，控制电池给安全芯片供电，其输入控制信号即可由显示模组产生，也可以由安全芯片产生，而且两者是逻辑“或”的关系；首先，由显示模组产生控制信号，打开电源控制电路，使电池给安全芯片供电，保证安全芯片正常工作，然后，安全芯片输出控制信号，锁定电源控制电路，保证对安全芯片的供电，此时，即使显示模组的控制信号撤销，也能保证安全芯片供电，最后，安全产品工作完成后，主动撤销由安全芯片输出的控制信号，保证安全芯片正常下电。

9.如权利要求1所述的可视卡，其特征在于安全芯片和显示模组之间的数据通讯采用带反相逻辑转换、低功耗电路结构的双向数据通讯，反相逻辑转换电路分为两组，一组为连接安全芯片的输出数据信号管脚和显示模组的输入信号管脚，供安全芯片向显示模组传输数据；另一组为连接显示模组的输出信号管脚和安全芯片的输入信号管脚，供显示模组向安全芯片输入信号。

10.如权利要求10所述的可视卡，其特征在于对于显示模组而言，由于有电池供电，在没有数据通讯的时候，输入信号管脚和输出信号管脚都为高电平；对于安全芯片而言，在没有供电，或有供电但没有数据通讯的时候，输入信号管脚和输出信号管脚都为低电平。

11.如权利要求10所述的可视卡，其特征在于有数据通讯的时候，显示模组端的输入信号管脚和输出信号管脚的电平所表示的逻辑与安全芯片端的输入信号和输出信号的电平所表示的逻辑相反。