CN104077620A

CN104077620A - 一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现电路

Info

Publication number: CN104077620A
Application number: CN201310636950.9A
Authority: CN
Inventors: 马哲; 刘晓艳
Original assignee: Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Current assignee: Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明提出的具有安全功能的电磁场耦合的实现电路，可以提高卡片封装的机械电气连接的可靠性，另一方面可以避免持有者的智能卡被攻击者利用读写器通过磁场直接激活、非法读写的操作风险。

Description

一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现电路

技术领域

本发明涉及一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现电路，主要应用于通过电磁场方式获取能量、信号的电子装置，对于通过非接触方式获取电磁场能量、信号的无源的射频芯片，可以通过此方法实现能量、信号的单向、双向传递，尤其适用于通过磁场耦合方式实现能量、信号传输的非接触智能卡领域。

背景技术

智能卡广泛的应用，由最初单一通信界面的接触式智能卡发展到现在大量应用的接触、非接触的双界面智能卡，其中的接触通信界面通过接触触点的机械、电气连接实现了读卡器与智能卡之间的供电、与信号传输；非接触通信界面通常采用电感耦合的方式实现能量、信号的传输，采用电感耦合方式的智能卡通常是由谐振电感、谐振电容、以及电子模块构成，其中的谐振电感与谐振电容构成并联谐振，并与电子模块的端口通过焊接的方式实现电气连接，此种方式存在两方面明显的弱点：一方面是谐振电感与电子模块的焊接存在机械连接的可靠性方面的弱点，在卡片扭曲、变形等的应力条件下存在焊接断路可能性；另一方面，作为安全领域应用的智能卡，在持卡者未知的情况下，攻击者容易利用读卡器磁场将智能卡激活使其处于带电状态，从而进一步进行攻击操作的可能性。

发明内容

本发明提出了一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现方法。本方法提供的一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现方法，在谐振电感与电子模块之间采用非接触的连接方式，相对于传统的焊接实现方式，可以大大提高智能卡的机械连接可靠性；另一方面，本方法中提供的电磁场耦合的实现方法，利用电场耦合方式实现电场增强模块与电子模块的电气连接，可以简单的通过改变电场增强电路中耦合电容的极板相对位置，避免攻击者利用读卡器磁场对未知持卡者的智能卡进行操作的可能性，从而大大提高智能卡的安全性。

一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现电路，如图1中所示，其主要特点是包括了如下几个主要部分：PCD、PCD谐振电路、PICC电场增强电路、PICC电子模块电路，其中：

PCD：读卡器模块，向PICC发送信号、并接收PICC返回的信号；

PCD谐振电路：主要包括了谐振电容Cpcd、谐振电感Lpcd，通过谐振电路将PCD发送的电信号转换为磁场能量信号，通过Lpcd与Lpicc的磁场耦合方式，向PICC传送能量及信号；

PICC电场增强电路：包括了谐振电感Lpicc、以及谐振电容Cpicc，PICC电场增强电路将Lpicc耦合与Lpcd得到的磁能转换为电场信号，通过Cpicc与Cmodule两个电容的电场耦合，向PICC电子模块电路传递能量及信号；

PICC电子模块电路：通过Cmodule电场耦合得到的能量供电子模块电路工作，并对得到的信号进行处理，通过改变电子模块电路的等效电阻Rchip调节Cpicc的内部电场，从而实现PICC电子模块向PICC电场增强电路的反向调制、PICC电场增强电路通过Lpicc与Lpcd磁场耦合向PCD返回调制信号。

本方法中，读卡器模块通过读卡器谐振电路向外发射磁场能量、以及调制信号，PICC的电场增强电路则通过Lpicc线圈与PCD的谐振电感Lpcd进行磁场耦合，获取磁场能量，并通过Lpicc与Cpicc构成的L、C谐振电路将获取的磁场能量实时转换为Cpicc上的电场能量，电场增强电路中的Cpicc与电子模块的Cmodule存在两种相对状态：

一种是非工作状态，即：Cpicc的两个极板均置于Cmodule的同侧，Cpicc与Cmodule不存在直接的电场耦合通路，此种状态下，电场增强电路获取的射频能量不能通过Cpicc传递给电子模块，从而电子模块处于下电状态、即非工作状态。

另一种是工作状态，即：Cmodule置于Cpicc的两个极板中间，Cpicc与Cmodule存在较强的电场耦合通路，此种状态下，电子模块通过Cpicc与Cmodule两个电容间的电场耦合获取能量、信号，同样也通过此电场耦合通路反向发送调制信号给PCD，从而实现了PCD与PICC的通信。

本方法中，通过电场增强电路实现了磁场能向电场能的转换，并通过电场耦合的方式将获取的磁场能传递给电子模块，实现了PCD谐振电路、电场增强电路、电子模块之间的非接触连接，如此的实现方法有如下两方面的优点：

一方面：本方法中，通过将磁场能转换为电场能量后再传递给电子模块的方式，可以通过改变电场增强电路中的谐振电容Cpicc的极板位置、改变电子模块的状态：工作状态、非工作状态，避免了智能卡非工作状态下、攻击者利用读写器通过磁场直接激活、非法读写的操作风险，大大提高在非工作状态下电子模块的安全性。

另一方面：相对于传统工艺、即采用焊接方式实现电子模块与谐振电感的电气连接存在机械可靠性差的弱点，本方法中电场增强电路与电子模块的非接触连接，可以显著提高卡片封装的可靠性。

附图说明

图1示意了一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合实现方法的原理示意图。

图2示意了一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合实现方法的一种实施例。

具体实施方式

如图2所示，整个智能卡包括了智能卡基板、PICC电子模块、电场增强模块电容极板A、电场增强模块电容极板B、电场增强模块电感。

智能卡基板作为载体承载着PICC电子模块、电场增强模块电容极板A、电场增强模块电容极板B、电场增强模块电感，其中：

电场增强模块的电感：可以通过现有的工艺如：印刷、刻蚀、绕线等方式形成，电感的两端分别连接于电容极板A、极板B。

电场增强模块电容极板A、极板B：可以通过现有工艺如印刷、刻蚀等方式形成，本方法的实现特点是：需要两个极板以智能卡基板中轴线对称，在智能卡基板正面对折时能够垂直相对，从而保证电场集中在两个极板A、B相对的区域内；电容极板面积、形状与电子模块的面积、形状尽量接近，以增强电场耦合系数，提高能量传输能力。

PICC电子模块：包括了芯片电路以及电子模块的耦合电容Cmodule，其中Cmodule可以是芯片内部制作形成，也可以是电子模块封装形成，如图2中，电子模块放于电容极板B的上面。

如上，通过智能卡基板、PICC电子模块、电场增强模块电容极板A、极板B、以及电场增强模块电感构成的具有安全功能的非接触智能卡：

(1)如图2所示，通过对智能卡基板的正面对折，可以形成图1中示意的电场耦合电路，即：将电场增强电路电感获取的磁场能转换为电场能，电场在图2中的电容极板A、电容极板B间交替变化，形成了与PICC电子模块的耦合电容Cmodule的电场耦合通路，从而实现了PCP谐振电路、电场增强电路、以及电子模块之间非接触的能量、信号传输，避免了传统工艺中需要将谐振电感与电子模块通过焊接等机械接触的方式进行电气连接的可靠性问题。

(2)如图2所示，通过对智能卡基板的反面对折，可以将电场增强模块的电容极板A、极板B置于PICC电子模块的同侧，电场增强模块的电容Cpicc与电子模块的耦合电容Cmodule电场耦合消失，此即将PICC电子模块置于非工作状态，外部磁场耦合的读卡器不能将此电子模块激活，从而避免了攻击者在持卡者未知的情况下进行攻击的可能性。

综上，通过本实施方法，一方面实现了PCD谐振电路、电场增强电路、以及PICC电子模块之间的非接触能量、信号传输，避免了传统工艺中电子模块与谐振电感通过焊接实现电气连接的机械可靠性问题；另一方面，持卡者将智能卡基板沿中轴线正面对折，则可以将PICC电子模块置于工作状态，只需要将其放于读卡器的磁场中，即可进行正常的能量、信号传输；持卡者将智能卡基板沿中轴线反面对折，则可以将PICC电子模块置于非工作状态，此时，攻击者将不能通过磁场耦合的读卡器对持卡者的智能卡进行攻击。

对于以上方法的描述，本领域的技术人员将理解，本发明并不限于上述的实施例，并且不脱离由所附权利要求书定义的本发明的范围，可以做出很多修改和增加。

Claims

1.一种具有安全功能的非接触智能卡电磁场耦合的实现电路，其特征在于包括读卡器模块PCD、PCD谐振电路、PICC电场增强电路、PICC电子模块电路，其中：

读卡器模块PCD向PICC电场增强电路发送信号、并接收PICC电场增强电路返回的信号；

PCD谐振电路包括电感Lpcd、电容Cpcd，PCD谐振电路将读卡器模块PCD发送的电信号转换为磁场能量信号，通过Lpcd与Lpicc的磁场耦合方式，向电场增强电路传送能量及信号；

PICC电场增强电路包括电感Lpicc、电容Cpicc，PICC电场增强电路将Lpicc耦合得到的磁能转换为电场信号，通过Cpicc与Cmodule两个电容的电场耦合，向PICC电子模块电路传递能量及信号；

PICC电子模块电路包括电容Cmodule、等效电阻Rchip，PICC电子模块电路通过Cmodule电场耦合得到的能量工作，并对得到的信号进行处理，通过改变电子模块电路的等效电阻Rchip调节Cpicc的内部电场，从而实现PICC电子模块向PICC电场增强电路的反向调制，PICC电场增强电路通过Lpicc与Lpcd磁场耦合向PCD返回调制信号；

在PICC电子模块电路工作状态下，PICC电场增强电路中电容Cpicc的两个极板置于PICC电子模块电路电容Cmodule的上下两侧，在PICC电子模块电路非工作状态下，Cpicc的两个极板置于Cmodule的同侧。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：PCD谐振电路与PICC电场增强电路之间通过磁场耦合的方式实现能量、信号的双向传递。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于：PICC电场增强电路，通过合理调节Lpicc与Cpicc的参数，从PCD谐振电路获取能量及信号，并且将获取的能量通过电场耦合的方式传递给PICC电子模块电路。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于：PICC电子模块电路中与PICC电场增强电路中Cpicc进行电场耦合的电容Cmodule可以是电子模块封装中形成的电容，也可以是芯片内部形成的电容，还可以是由模块封装电容与芯片内部电容的组合方式构成。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于：在非工作状态下，PICC电场增强电路中的Cpicc的两个极板置于Cmodule电容极板的同侧，则可以中断Cpicc、Cmodule耦合的通路，从而消除PCD谐振电路与PICC电场增强电路的能量、信号通路。