CN105303228A

CN105303228A - 一种移动支付芯片、终端及方法

Info

Publication number: CN105303228A
Application number: CN201510696462.6A
Authority: CN
Inventors: 朱滨; 焦华清; 王京阳
Original assignee: Datang Microelectronics Technology Co Ltd; Datang Semiconductor Design Co Ltd
Current assignee: Datang Microelectronics Technology Co Ltd; Datang Semiconductor Design Co Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明公开了一种移动支付芯片、终端及方法，所述移动支付芯片包括：安全芯片、射频功率放大器以及天线，其中，射频功率放大器连接在安全芯片和天线之间。本发明公开的移动支付芯片、终端及方法，用来解决现有技术中NFC支付芯片集成度低、通用性差、刷卡成功率低的问题。

Description

一种移动支付芯片、终端及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种移动支付芯片、终端及方法。

背景技术

随着移动支付和可穿戴设备的不断演进，目前的可穿戴设备(如运动手环、智能手表)加载支付(如公交一卡通和金融支付功能)和身份鉴权(基于集成电路(IC，IntegratedCircuit)卡的身份鉴权系统)功能，市场上很多可穿戴设备公司都在进行此类新产品的开发，有一些甚至已经在商用。可穿戴移动支付的解决方案普遍采用无源近距离无线通信技术(NFC，NearFieldCommunication)外置天线的方案，即将原有IC标准卡的天线线圈进行缩小以集成在可穿戴设备(如手环)上，类似于异形卡产品。然而，无源NFC方案将天线线圈(如面积、绕线匝数)从原有IC标准卡的尺寸进行缩小再设计，是以牺牲射频性能为代价的。而且，针对于不同形态的可穿戴设备(如手环、手表)的模具结构，天线必须重新设计以适应设备内部的物理结构。同时，为了保证刷卡效果，天线线圈不能设计得太小。可见，现有无源NFC支付芯片的灵活性小、通用性较差、定制化程度高，造成可穿戴设备集成支付功能的设计周期变长，不适于应用在快速迭代的电子消费品市场。

另外，以可穿戴支付手环为例，用户佩戴可穿戴支付手环(或手表)进行公交地铁刷卡或其他类型的支付时，刷卡的成功率低于标准IC卡的刷卡成功率。具体地，刷卡成功率受到刷卡角度的影响，当手环(手表)的非接界面与读卡设备的读卡平面所呈角度有较大倾斜时，刷卡成功率明显降低，导致用户体验变差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种移动支付芯片、终端及方法，用来解决现有技术中NFC支付芯片集成度低、通用性差、刷卡成功率低的问题。

为了达到上述技术目的，本发明提供一种移动支付芯片，包括：安全芯片(SE)、射频功率放大器以及天线；所述射频功率放大器连接在所述安全芯片和所述天线之间。

进一步地，所述安全芯片为双界面的安全芯片或具有单线协议(SWP)接口的安全芯片。

进一步地，所述天线为印制电路板(PCB)上刻蚀的板载天线、小型化的铁氧体天线或柔性天线。

进一步地，所述安全芯片的射频端口与所述射频功率放大器相连，所述射频功率放大器的射频接收端口与所述天线相连。

进一步地，所述安全芯片、所述射频功率放大器及所述天线采用栅格阵列封装(LGA)或方形扁平无引脚封装(QFN)进行封装。

本发明还提供一种移动支付终端，包括：上述移动支付芯片以及控制单元，所述移动支付芯片连接所述控制单元。

进一步地，上述移动支付终端还包括：电源管理芯片，连接所述移动支付芯片及所述控制单元，用于在所述控制单元的控制下为所述移动支付芯片供电。

本发明还提供一种移动支付方法，应用于移动支付终端，包括：上述移动支付芯片在预设距离内探测外部通信磁场；当移动支付芯片在所述预设距离内检测到外部通信磁场且接收到读卡设备的复位应答(ATR)指令后，进行交易支付。

进一步地，在所述移动支付芯片在预设距离内探测外部通信磁场之前，该方法还包括：控制单元控制电源管理芯片为所述移动支付芯片供电。

进一步地，所述控制单元控制电源管理芯片为所述移动支付芯片供电之后，该方法还包括：当所述移动支付芯片在所述预设距离内未检测到外部通信磁场，或者，用户通过移动支付终端上的按钮自主关闭支付功能，或者，用户通过与移动支付终端对应的应用程序(APP)关闭支付功能时，控制单元控制电源管理芯片断开向所述移动支付芯片的供电。

在本发明中，移动支付芯片包括安全芯片、射频功率放大器以及天线，其中，射频功率放大器连接在安全芯片和天线之间。如此，本发明提供的移动支付芯片具有芯片面积小、集成度高的特点，从而减少了移动支付芯片在印制电路板(PCB)上的空间占位，而且提高了应用该移动支付芯片的移动支付终端的刷卡成功率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的移动支付芯片的示意图；

图2为本发明实施例提供的移动支付芯片的管脚示意图；

图3为本发明实施例提供的移动支付方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提供的移动支付芯片的示意图。如图1所示，本实施例提供的移动支付芯片包括：安全芯片(SE，SecureElement)、射频功率放大器以及天线，其中，射频功率放大器连接在安全芯片和天线之间。

于此，安全芯片的射频端口与射频功率放大器相连，射频功率放大器的射频接收端口与天线相连。具体而言，安全芯片上用来连接外部天线线圈的两个触点LA，LB与射频功率放大器相连，射频功率放大器与天线进行连接，即原有在标准卡或异形卡中与安全芯片的两个射频端口LA，LB连接的天线线圈，不再与安全芯片的射频端口直接相连，而是与射频功率放大器的射频接收端口相连。

于此，与射频功率放大器的射频接收端口相连的天线，可以是在印制电路板(PCB，PrintedCircuitBoard)上刻蚀的板载天线、小型化的铁氧体天线或柔性天线，而不再使用原有的标准卡天线。

于此，安全芯片提供安全防护功能和机制，安全芯片为双界面的安全芯片或者用于移动支付的具有单线协议(SWP，SingleWireProtocol)接口的大容量安全芯片。其中，当安全芯片为用于移动支付的具有SWP接口的芯片时，移动支付芯片还需要增加搭载NFC通信协议的芯片。

其中，安全芯片采用高安全、高性能、低功耗中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)内核，拥有大容量用户数据存储空间，支持JAVA平台技术。而且，安全芯片满足金融和行业应用多种国际、国内认证和应用标准规范，可实现“一芯多用，一芯通用，应用动态管理”，主要应用于移动支付、金融支付、公共服务、公共交通和行业增值服务等诸多领域。

安全芯片的安全防护设计上包括以下内容：采用真随机数发生器、加解密协处理器；电压、场强、频率、温度、光、脉冲(Glitch)安全检测单元；存储器访问控制单元、加解密设计、数据校验；ActiveShield、ActiveFuse安全机制；防简易功率分析(SPA，SimplePowerAnalysis)/微分功率分析(DPA，DifferentialPowerAnalysis)攻击、看门狗；金属屏蔽层检测。

另外，安全芯片采用国产自主研发的安全芯片，搭载有通过国家密码安全局认证通过的国产密码和国际商用密码，其中，国产算法支持SM1、SM2、SM3、SM4、SSF33，国际密码支持数据加密标准(DES，DataEncryptionStandard)、三重数据加密算法(3DES，TripleDES)、安全哈希算法(SHA1，SecureHashAlgorithm)、RSA加密算法(最高2048位(bit))、高级加密标准(AES，AdvancedEncryptionStandard)、错误检查和纠正(ECC，ErrorCorrectingCode)。

于本实施例中，在封装规格上，采用栅格阵列封装(LGA，LandGridArray)或方形扁平无引脚封装(QFN，QuadFlatNo-leadpackage)。

图2为本发明实施例提供的移动支付芯片封装后的管脚示意图。表1为移动支付芯片的管脚对照表。

表1

如图2及表1所示，移动支付芯片具有16个管脚(PIN)。如图2所示，以移动支付芯片顶层印字视角描述，左上角为PIN1，顺时针方向依次是PIN2、PIN3、…、PIN16(管脚序号逐渐增大)。

具体而言，PIN1为VCC，作用是为移动支付芯片提供工作电源，其中，安全芯片的工作电压由射频功率放大器分配。

PIN2为SPI_MOSI，PIN3为SPI_MISO，两者为射频功率放大器的串行外设接口(SPI，SerialPeripheralInterface)。PIN4为SPI_CLK，是射频功率放大器的SPI接口的时钟信号。PIN5为SPI_CS，是射频功率放大器的SPI接口的片选信号。PIN6为SPI_IRQ，是射频功率放大器的SPI接口的中断请求信号。

PIN7为EN_VDD_SE，微控制单元(MCU，MicrocontrollerUnit)可以直接控制这个端口以使射频功率放大器向安全芯片提供电源。PIN8为VDD_SE，这端口将安全芯片的电源管脚引出，可以使安全芯片工作在读卡设备提供的5V电压域下，提供基于接触通道的后下载和在线操作应用。

PIN9为ATN1，PIN10为ANT2，ANT1与ANT2为射频天线端口，是射频功率放大器用来连接小型化天线的两个模拟端口。PIN11为ACLA，PIN12为ACLB，PIN11和PIN12将安全芯片的射频端口引出，目的在于：有些可穿戴设备在不使用射频功率放大功能时，可以将大尺寸天线(相对于连接于射频功率放大器的小型化天线而言)与ACLA，ACLB相连，切换到无源NFC天线的设计，为用户在设计产品时留有备选方案。

PIN13为GND，为移动支付芯片的地线。

PIN14，PIN15，PIN16分别为7816_RST，7816_IO，7816_CLK，这三个PIN是从安全芯片的7816接口引出的，即7816_CLK为安全芯片的时钟(CLK)信号，7816_RST为安全芯片的复位(RST)信号，7816_IO为SE芯片的数据输入输出(IO)信号。

于此，移动支付芯片与外部有三个通信接口，分别为国际标准化组织(ISO，InternationalOrganizationforStandardization)7816接口、13.56MhzNFC射频接口和SPI接口。

此外，本实施例还提供一种移动支付终端，包括：移动支付芯片以及控制单元，移动支付芯片连接控制单元。

进一步地，所述移动支付终端还包括：电源管理芯片，连接移动支付芯片及控制单元，用于在控制单元的控制下为移动支付芯片供电。

具体而言，移动支付芯片的7816接口与控制单元(如，可穿戴设备硬件平台中的MCU)连接，主要实现以下两个功能：(1)通过移动支付终端(如手环等可穿戴设备)上的按键进行IC卡中用户账户余额的查询，读取余额的操作由按键产生查询余额的指令中断，再由控制单元通过安全芯片的7816接口向安全芯片发出查询余额的指令，安全芯片通过7816接口返回用户账户余额数值并在移动支付终端的屏幕上进行显示；(2)空中充值、空中写卡：通过移动设备(如智能手机、智能平板等)中的应用程序(APP，Application)(如，与移动支付终端匹配开发的APP，或银行自主研发的APP)，向移动支付终端中的支付模块进行在线充值、开卡等操作，移动设备(如智能手机)与移动支付终端(手环)之间通过蓝牙协议进行数据互联，移动设备与移动支付终端之间建立加密安全通道后，指令通过蓝牙通道传送给移动支付终端的控制单元，再由控制单元通过7816接口向安全芯片发出操作指令。

移动支付芯片的SPI接口的作用是通过移动支付终端的控制单元对射频功率放大器进行配置，使射频功率放大器工作在不同的工作模式。例如，控制单元可以通过SPI接口对射频功率放大器芯片进行配置。其中，最大通信数据速率为10MHz。通过SPI接口对射频功率放大器进行的所有配置均是通过读写相应寄存器实现的。其中，可实现的配置包括：工作模式选择、工作参数调整、带电可擦写可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)数据读写。

于此，除了通过控制单元对射频功率放大器进行配置外，射频功率放大器还可以工作在唤醒模式下。其中，唤醒模式(wakeupmode)指：在外部合理供电条件下，当移动支付芯片进入读卡设备磁场，以场强检测模块为主导启动射频功率放大器自主进行工作，并产生中断请求(IRQ，InterruptRequest)中断高电平，这个中断可供控制单元进行其他控制。移动支付芯片离开通信磁场后关闭，并完成天线调谐。

图3为本发明实施例提供的移动支付方法的流程图。如图3所示，本实施例提供的移动支付方法，应用于移动支付终端，包括以下步骤：

步骤11：移动支付芯片在预设距离内探测外部通信磁场；

步骤12：当移动支付芯片在预设距离内检测到外部通信磁场且接收到读卡设备的复位应答(ATR，AnswertoReset)指令后，进行交易支付。

其中，所述移动支付终端例如为手环、手表,戒指等可穿戴设备。

其中，所述预设距离小于或等于银联标准要求的安全支付距离。

其中，在步骤11之前，该方法还包括：控制单元控制电源管理芯片为移动支付芯片供电。此外，控制单元控制电源管理芯片为移动支付芯片供电之后，该方法还包括：当移动支付芯片在预设距离内未检测到外部通信磁场，或者，用户通过移动支付终端上的按钮自主关闭支付功能，或者，用户通过与移动支付终端对应的APP关闭支付功能时，控制单元控制电源管理芯片断开向移动支付芯片的供电。其中，用户通过移动支付终端上的按钮自主关闭支付功能包括用户通过移动支付终端上的专用按钮或者与其他功能复用的按钮自主关闭支付功能。

具体而言，移动支付芯片包括状态S1～S3。状态S1为下电状态，是移动支付芯片的初始或缺省状态；状态S2为上电状态，移动支付芯片与NFC读卡设备建立通信链路，并保持与读卡设备的连接状态；状态S3为命令交互状态，移动支付芯片与NFC读卡设备之间进行应用协议数据单元(APDU，ApplicationProtocolDataUnit)交易指令交互。

在状态S1下，控制单元通过控制电源管理芯片切断对移动支付芯片的电源供电，整个移动支付芯片为零功耗；状态S1向状态S2迁移的条件是用户在进行支付前通过移动支付终端(如手环)上的物理按键开启支付功能，在用户确认支付功能开启后，电源管理芯片向移动支付芯片提供工作电压，同时移动支付芯片中的射频功率放大器工作于唤醒模式(wakeupmode)，并以一定的时间间隔探测外部通信磁场(如中心频率13.56Mhz)；状态S2向状态S3迁移的条件是移动支付芯片检测到外部通信磁场(在检测到外部通信磁场后射频功率放大器产生IRQ中断)，并且收到来自读卡设备的ATR指令，完成接下来一系列交易指令序列。这里默认的情况是，读卡设备(如公交地铁的读卡器或闸机、布设在消费场所的具有非接支付功能销售终端(POS，pointofsale)或其他移动读卡设备)已经对交易金额进行确认并向外主动发送交易指令。状态S3向状态S1迁移的条件是移动支付芯片离开外部通信磁场，控制单元控制电源管理芯片断开向移动支付芯片的供电。其中，状态S1到S2由外部控制单元进行控制，状态S2到S3并在状态S3完成交易流程由移动支付芯片在自身状态机控制下自主完成，状态S3到S1由外部控制单元进行控制。

综上所述，本发明实施例提供的移动支付芯片具有芯片面积小、集成度高的特点，并且在出厂前对移动支付芯片的射频功能进行测试筛选，用户无需再对模拟功能进行设计和验证。而且，移动支付芯片采用统一的芯片模块尺寸，可搭载于绝大多数的可穿戴设备，通用性较佳。此外，本实施例提供的移动支付芯片可以保证较高的刷卡成功率，并在银联标准要求的安全支付距离内有效地提高了读卡距离。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种移动支付芯片，其特征在于，包括：

安全芯片SE、射频功率放大器以及天线；

所述射频功率放大器连接在所述安全芯片和所述天线之间。

2.如权利要求1所述的移动支付芯片，其特征在于，所述安全芯片为双界面的安全芯片或具有单线协议SWP接口的安全芯片。

3.如权利要求1所述的移动支付芯片，其特征在于，所述天线为印制电路板PCB上刻蚀的板载天线、小型化的铁氧体天线或柔性天线。

4.如权利要求1所述的移动支付芯片，其特征在于，所述安全芯片的射频端口与所述射频功率放大器相连，所述射频功率放大器的射频接收端口与所述天线相连。

5.如权利要求1所述的移动支付芯片，其特征在于，所述安全芯片、所述射频功率放大器及所述天线采用栅格阵列封装LGA或方形扁平无引脚封装QFN进行封装。

6.一种移动支付终端，其特征在于，包括：

如权利要求1至5任一项所述的移动支付芯片以及控制单元，所述移动支付芯片连接所述控制单元。

7.如权利要求6所述的终端，其特征在于，还包括：电源管理芯片，连接所述移动支付芯片及所述控制单元，用于在所述控制单元的控制下为所述移动支付芯片供电。

8.一种移动支付方法，应用于移动支付终端，其特征在于，包括：

如权利要求1至5任一项所述的移动支付芯片在预设距离内探测外部通信磁场；

当所述移动支付芯片在所述预设距离内检测到外部通信磁场且接收到读卡设备的复位应答ATR指令后，进行交易支付。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述移动支付芯片在预设距离内探测外部通信磁场之前，还包括：控制单元控制电源管理芯片为所述移动支付芯片供电。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制单元控制电源管理芯片为所述移动支付芯片供电之后，还包括：当所述移动支付芯片在所述预设距离内未检测到外部通信磁场，或者，用户通过移动支付终端上的按钮自主关闭支付功能，或者，用户通过与移动支付终端对应的应用程序APP关闭支付功能时，控制单元控制电源管理芯片断开向所述移动支付芯片的供电。