CN106022451A - 一种双界面安全芯片卡及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双界面安全芯片卡及其工作方法，包括线圈，安全芯片，外部电源，开关电路以及转换电路，其中，转换电路连接线圈，获得线圈的电压输出线号，对电压输出信号进行转换获得稳定的电流控制信号；开关电路，一端连接转换电路，获得稳定的电流控制信号，一端连接外部电源，在稳定的电流控制信号的控制下开启或关闭该开关电路；外部电源，与开关电路连接，在开关电路开启时为该双界面安全芯片卡供电。本申请提出的一种双界面安全芯片卡及其工作方法，通过增加检测电路，开关电路及外部电源模块，改善了由于天线体积减小等因素引起电磁感应电量不足，进而限制刷卡距离的问题，补充了非接触刷卡时的电量供给，使得刷卡更方便，增加了用户体验。

Description

一种双界面安全芯片卡及其工作方法

技术领域

本申请涉及安全芯片卡领域，尤其涉及一种双界面安全芯片卡。

背景技术

双界面卡是指既有接触界面又有非接触界面的IC卡，是目前技术上最先进的IC卡。双界面卡是由PVC层合芯片线圈而成，基于单芯片的，集接触式与非接触式接口为一体的智能卡，它有两个操作界面，对芯片的访问，可以通过接触方式的触点，也可以通过相隔一定距离，以射频方式来访问芯片。卡片上只有一个芯片，两个接口，通过接触界面和非接触界面都可以执行相同的操作。

目前支持双界面功能的安全芯片卡，芯片在刷卡时需要的电量，都是由连接到安全芯片卡内的线圈通过电磁感应的方式从读卡器获得，接触界面不提供电量。当芯片周围的空间有限时(例如在穿戴设备中使用)，天线的面积随之减小，获取的电量变少，为了能达到安全芯片卡的工作电压，需要安全芯片卡的线圈更靠近读卡器，因此，降低了安全芯片卡的有效刷卡距离。

另外，目前双界面安全芯片卡的操作系统，仅仅支持单界面刷卡；当非接触界面刷卡时，若接触界面供电，则刷卡过程被打断，无法继续刷卡。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种双界面安全芯片卡，包括线圈，安全芯片，外部电源，开关电路以及转换电路，其中：

所述线圈，获得无线信号，根据无线信号获得电压输出信号；

所述转换电路连接所述线圈，获得所述线圈的电压输出线号，对电压输出信号进行转换获得稳定的电流控制信号，使用稳定的电流控制信号控制所述开关电路的开启和关闭；

所述开关电路，一端连接所述转换电路，获得稳定的电流控制信号，一端连接所述外部电源，在稳定的电流控制信号的控制下开启或关闭所述开关电路；

所述外部电源，与所述开关电路连接，在所述开关电路开启时为所述双界面安全芯片卡供电。

进一步，转换电路由输入单元、转换单元和输出单元构成，输入单元连接线圈，获得线圈的电压输出信号，转换单元对输入电流建立回路反馈，动态调节输入单元的电流输入状态，使得电流输出趋于稳定，输出单元连接开关电路，输出稳定的电流控制信号。

进一步，所述开关电路在所述线圈感应到无线读卡器的信号时开启，在所述线圈未感应到无线读卡器的信号时关闭。

进一步，所述外部电源在所述开关电路关闭时不向所述双界面安全芯片卡供电。

进一步，所述外部电源是覆盖所述双界面芯片卡的太阳能电池。

本申请还提出一种双界面安全芯片卡的工作方法，所述双界面安全芯片卡包括所述线圈，所述安全芯片，所述外部电源，所述开关电路以及所述转换电路，所述双界面安全芯片卡的工作方法包括如下步骤：

步骤S1：在双界面安全芯片卡接近读卡器时，线圈获得读卡器发送的无线信号；

步骤S2：线圈利用读卡器发送的无线信号产生电压输出信号；

步骤S3：线圈将产生的电压输出信号输出到转换电路；

步骤S4：转换电路对电压输出信号进行转换，获得稳定的电流控制信号；

步骤S5：转换电路将稳定的电流控制信号输出到开关电路，以控制开关电路的开启；

步骤S6：外部电源在开关电路开启时接入外部电源为该双界面安全芯片卡供电。

进一步，在所述线圈未感应到无线读卡器的信号时，关闭所述开关电路。

进一步，转换电路由输入单元、转换单元和输出单元构成，输入单元连接线圈，获得线圈的电压输出信号，转换单元对输入电流建立回路反馈，动态调节输入单元的电流输入状态，使得电流输出趋于稳定，输出单元连接开关电路，输出稳定的电流控制信号。

进一步，外部电源是覆盖所述双界面芯片卡的太阳能电池。

由以上技术方案可见，本申请提出了一种双界面芯片卡及其工作方法，当双界面安全芯片卡在有限空间内使用时，提高了双界面安全芯片卡的刷卡距离，改善了用户的刷卡体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种双界面安全芯片卡的结构示意图；

图2是线圈的结构图；

图3是转换电路的结构图；

图4是转换电路的原理图；

图5是开关电路的原理图；

图6是本申请一种双界面安全芯片卡的工作方法流程图；

图7是开关电路的工作流程图。

具体实施方式

本申请附图进一步说明本申请具体实现，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整的描述。

本申请提供一种双界面安全芯片卡如图1所示，包括线圈6，转换电路4，开关电路3，安全芯片2，外部电源5，具体的：

线圈6，获得无线信号，根据无线信号获得电压输出信号；

线圈6的结构如图2所示，一组线圈6围绕在卡的周围，线圈6的边缘参考所述双界面安全芯片卡1的形状，线圈6的匝与匝之间保留间隙。

为了保证磁通量大，使得双界面安全芯片卡与读卡器之间的通信效果好，需要选择性的设置线圈匝数和线圈长度，本申请使用如下公式设置线圈匝数和长度：

Φ＝B×S (1)

Φ＝B×S×cosθ (2)

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度；当线圈与磁感线垂直时，使用公式(1)计算Φ；当线圈与磁感线的夹角为θ时，使用公式(2)计算Φ。

本申请使用如下公式计算磁感应强度：

$B=\frac{N\×I}{L_e}---\left(3\right)$

其中B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度。使用上述公式(3)计算B。

当磁通量一定时，依据上述公式(1)(2)和(3)计算出优选的线圈长度和匝数。

更具体的，当双界面安全芯片卡1靠近读卡器时，读卡器内设置的线圈会发出磁感应信号，双界面安全芯片卡1内的线圈6切割磁感应信号，通过线圈6的磁通量发生变化，产生感应电流，同时产生感应电动势，感应电动势作为电压输出信号连接入转换电路4。

转换电路4，用于输出稳定的电流信号。

具体的，转换电路4的结构如图3所示，包括输入单元401、转换单元402和输出单元403，

输入单元401提供参考电流，

转换单元402对输入电流建立回路反馈，动态调节输入单元的电流输入状态，使得电流输出趋于稳定。

输出单元403输出需要的恒定电流。具体的，图4是转换电路4的电路结构图，其中T2是输出恒定电流的晶体管，T1是给T2提供稳定积极电压的发射二极管。通过T1与T2间连接回路对输入电流进行反馈，动态调节输入电流，使得通过T2输出稳定电流。T1的电流放大系数越大，则其转换性能越好。

更具体的，输入单元401连接所述线圈6，获得所述线圈6的电压输出信号9，经过转换电路402，对电压输出信号9进行转换获得稳定的电流控制信号10，经输出单元403输出。

开关电路3，一端连接转换电路4，获得稳定的电流控制信号，一端连接外部电源5，在稳定的电流控制信号的控制下开启或关闭该开关电路3。

具体的，开关电路3指输入和输出信号具有两种状态的电路，逻辑门电路、双稳态触发器也是开关电路。

具体的，图5所示是一种TTL晶体管开关电路，为NPN型，其中，发射极接地，当晶体管突然导通(IN信号突然发生跳变)，C1瞬间短路，为三极管快速提供基级电流，加速晶体管的导通。当晶体管突然关断(IN信号突然发生跳变)，C1也瞬间导通，为卸放基级电荷提供一条低阻通道，加速晶体管的关断。其中：

所述开关电路中C通常取值几十到几百皮法，

R2保证在没有IN输入高电平时三极管保持关断状态；

R4保证没有IN输入低电平时三极管保持关断状态；

R1和R3对基级电流起限流作用。

更具体的，开关电路3一端连接所述转换电路4，获得稳定的电流控制信号10，一端连接所述外部电源5，在稳定的电流控制信10的控制下开启或关闭所述开关电路3；

更具体的，开关电路3在所述线圈6感应到无线读卡器的信号时开启，在所述线圈6未感应到无线读卡器的信号时关闭。

外部电源5，用于当感应到无线读卡器的信号时，给安全芯片2供电。

外部电源可使用本领域公知的可以集成到双界面安全卡内的任何电源。例如可以是锂电池或其他能稳定供电的电源。

进一步的，为了使得本申请的双界面安全卡获得在有限的空间内具有较强电流的技术效果，本申请的外部电源5优选的是覆盖所述双界面芯片卡1的太阳能电池板。

具体的，所述太阳能电池板依次由阴极层，感光层和阳极层组成。

阴极层作为正极，电流流出，感光层吸收太阳能，进行光电转换作用。

具体的，所述感光层所用的感光材料为光电活性染料或官能高聚物。

具体的，所述感光材料为半导体，当有光线照射时，发生光电效应，半导体中处于束缚状态的电子受到光子作用，受激跃迁，形成自由电子和空穴，产生电流。并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，光电效应与射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关。

阳极层作为负极，电流流入；

更具体的，所述太阳能太池板的制造过程被直接集成在芯片卡的印刷过程中或层压在芯片卡上

更具体的，所述太阳能电池板占据该双界面安全卡的整个表面区域或其一部分，使得双界面安全卡的电源集成存在于芯片卡1中。

更具体的，所述太阳能电池板直接集成在芯片卡的表面，光线可以直接照射到所述太阳能电池板的感光层上，也可以在芯片卡的某一部位，要求该部位对应的芯片卡的基片材料具有透明或者半透明的特征，使得光线可以透过，进而到达所述太阳能电池板的感光层。更具体的，外部电源5与开关电路3连接，在开关电路3开启时为双界面安全芯片卡1供电，外部电源5在所述开关电路关闭时不向所述双界面安全芯片卡1供电。

本申请还提出一种双界面安全芯片卡工作方法，所述双界面安全芯片卡1，包括所述线圈6，所述安全芯片2，所述外部电源5，所述开关电路3以及所述转换电路4，所述工作方法如图6所示，包括：

步骤S1：在双界面安全芯片卡1接近读卡器时，线圈6获得读卡器发送的无线信号；

步骤S2：线圈6利用读卡器发送的无线信号产生电压输出信号9；

具体的，为了保证磁通量大，使得装置与读卡器之间的通信效果好，需要选择性的设置线圈匝数和线圈长度，本申请使用如下公式设置线圈匝数和长度：

Φ＝B×S (1)

Φ＝B×S×cosθ (2)

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度；当线圈与磁感线垂直时，使用公式(1)计算Φ；当线圈与磁感线的夹角为θ时，使用公式(2)计算Φ。

本申请使用如下公式计算磁感应强度：

$B=\frac{N\×I}{L_e}---\left(3\right)$

其中B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度。使用上述公式(3)计算B。

当磁通量一定时，依据上述公式(1)(2)和(3)计算出优选的线圈长度和匝数。

更具体的，当双界面安全芯片卡1靠近读卡器时，读卡器内设置的线圈会发出磁感应信号，双界面安全芯片卡1内的线圈6切割磁感应信号，通过线圈6的磁通量发生变化，产生感应电流，同时产生感应电动势，感应电动势作为电压输出信号连接入转换电路4。

步骤S3：线圈将产生的电压输出信号9输出到转换电路4；

步骤S4：转换电路4对电压输出信号9进行转换，获得稳定的电流控制信号10；

具体的，转换电路由输入单元401，转换单元402和输出单元403构成，

具体的，输入单元401连接所述线圈6，获得所述线圈6的电压输出信号9，经过转换电路402，对电压输出信号9进行转换获得稳定的电流控制信号10，经输出单元403输出；

步骤S5：转换电路4将稳定的电流控制信号10输出到开关电路3，以控制开关电路3的开启；

具体的，如图5所示，所述开关电路3的工作流程包括：

步骤S501：数据接收：接收转换电路4输入的稳定电流控制信号10

步骤S502：条件判断：是否发生非接触面刷卡(线圈6感应到无线读卡器的信号)；

步骤S503：动作执行：(Y)当检测到非接触界面刷卡时，开启所述开关电路；(N)当检测到不刷卡时，关闭所述开关电路；

更具体的，开关电路3一端连接所述转换电路4，获得稳定的电流控制信号10，一端连接所述外部电源5，在稳定的电流控制信10的控制下开启或关闭所述开关电路3；

更具体的，开关电路3在所述线圈6感应到无线读卡器的信号时开启，在所述线圈6未感应到无线读卡器的信号时关闭。

步骤S6：外部电源在开关电路3开启时接入外部电源5为该双界面安全芯片卡1供电。

具体的，外部电源在开关电路3关闭时不向双界面安全芯片卡1供电。

更具体的，所述外部电源是覆盖所述双界面芯片卡的太阳能电池。

具体的，所述太阳能电池依次由阴极层，感光层和阳极层组成。

阴极层作为正极，电流流出；

感光层吸收太阳能，进行光电转换作用；

具体的，所述感光层所用的感光材料为光电活性染料或官能高聚物。

具体的，所述感光材料为半导体，当有光线照射时，发生光电效应，半导体中处于束缚状态的电子受到光子作用，受激跃迁，形成自由电子和空穴，产生电流。并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，光电效应与射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生，能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关。

阳极层作为负极，电流流入；

更具体的，所述太阳能电池的制造过程被直接集成在芯片卡的印刷过程中或层压在芯片卡上

更具体的，所述太阳能电池占据芯片卡的整个表面区域或其一部分，使得芯片卡1的电源集成存在于芯片卡1中。

更具体的，所述太阳能电池可以直接集成在芯片卡的表面，光线可以直接照射到所述太阳能电池板的感光层上，也可以在芯片卡的某一部位，要求该部位对应的芯片卡的基片材料具有透明或者半透明的特征，使得光线可以透过，进而到达所述太阳能电池板的感光层。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种双界面安全芯片卡，包括线圈，安全芯片，外部电源，开关电路以及转换电路，其中：

线圈，获得无线信号，根据无线信号获得电压输出信号；

转换电路，连接线圈，获得线圈的电压输出信号，对电压输出信号进行转换获得稳定的电流控制信号，使用稳定的电流控制信号控制开关电路的开启和关闭；

开关电路，一端连接转换电路，获得稳定的电流控制信号，一端连接外部电源，在稳定的电流控制信号的控制下开启或关闭该开关电路；

外部电源，与开关电路连接，在开关电路开启时为该双界面安全芯片卡供电。

2.如权利要求1所述的双界面安全芯片卡，其中转换电路由输入单元、转换单元和输出单元构成，输入单元连接线圈，获得线圈的电压输出信号，转换单元对输入电流建立回路反馈，动态调节输入单元的电流输入状态，使得电流输出趋于稳定，输出单元连接开关电路，向开关电路输出稳定的电流控制信号。

3.如权利要求1所述的双界面安全芯片卡，其中开关电路在线圈感应到无线读卡器的信号时开启，在线圈未感应到无线读卡器的信号时关闭。

4.如权利要求1所述的双界面安全芯片卡，其中外部电源在开关电路关闭时不向该双界面安全芯片卡供电。

5.如权利要求1所述的双界面安全芯片卡，其中外部电源是覆盖双界面芯片卡的太阳能电池。

6.一种双界面安全芯片卡工作方法，其中该双界面安全芯片卡，包括线圈，安全芯片，外部电源，开关电路以及转换电路，该工作方法包括以下步骤：

步骤S1：在双界面安全芯片卡靠近读卡器时，线圈获得读卡器发送的无线信号；

步骤S2：线圈利用读卡器发送的无线信号产生电压输出信号；

步骤S3：线圈将产生的电压输出信号输出到转换电路；

步骤S4：转换电路对电压输出信号进行转换，获得稳定的电流控制信号；

步骤S5：转换电路将稳定的电流控制信号输出到开关电路，以控制开关电路的开启；

步骤S6：外部电源在开关电路开启时接入外部电源为该双界面安全芯片卡供电。

7.如权利要求6所述的双界面安全芯片卡工作方法，其中在线圈未感应到无线读卡器的信号时，关闭开关电路。

8.如权利要求6所述的双界面安全芯片卡工作方法，其中转换电路由输入单元、转换单元和输出单元构成，输入单元连接线圈，获得线圈的电压输出信号，转换单元对输入电流建立回路反馈，动态调节输入单元的电流输入状态，使得电流输出趋于稳定，输出单元连接开关电路，输出稳定的电流控制信号。

9.如权利要求6所述的双界面安全芯片卡工作方法，其中外部电源是覆盖双界面芯片卡的太阳能电池。