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Die
Erfindung betrifft ein integriertes Mehrmodus-Schaltungsbauelement,
ein Smartcardsystem und ein zugehöriges Betriebsartauswahlverfahren.
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Intelligente
Karten, sogenannte Smartcards (SC), sind typischerweise als Plastikkarten
mit einer eingebetteten integrierten Schaltung (IC) ausgeführt. Die
integrierte Schaltung kann beispielsweise als logische Schaltung
mit zugeordneten Speichern oder als Mikrocontroller mit zugeordneten
Speichern und Software ausgeführt
sein, welche mit einem gebräuchlichen
integrierten Schaltungsblock gekoppelt sind. Die integrierte Schaltung
einer Smartcard ist typischerweise an einem Leiterrahmen angebracht
und Drahtbondtechniken werden verwendet, um Pfade der integrierten
Schaltung mit Anschlüssen
des Leiterrahmens zu verbinden. Verkapselung und andere Verstärkungstechniken
können
verwendet werden, um die integrierte Schaltung gegen chemische und mechanische
Beanspruchungen oder ähnliches
zu schützen.
Kontaktflächen
sind typischerweise auf einer Seite der Smartcard angeordnet und werden
in einer begrenzten, spezifizierten Anzahl, z.B. acht, zur Verfügung gestellt.
Die Anschlussflächen
werden typischerweise verwendet, um Transaktionen mit Lesegeräten für Smartcards über ein
serielles Protokoll auszuführen.
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Von
der internationalen Standardisierungsorganisation (ISO) sind verschiedene
Standards für Smartcards
veröffentlicht
worden. Der Standard ISO-7816 erlaubt eine extensive Nutzung von
Smartcards in vielfältigen
Applikationen, wie Abrechnung, Kryptographie, persönliche Authentifizierung
und Ausführung
von JAVA-Scripts. Die ISO-Dokumente ISO 7816-1 „Physical Characteristics", ISO 7816-2 „Dimensions
and Locations of contacts",
ISO 7816-3 „Electronic
signals and transmission protocols" und ISO 7816-10 „Electronic signals and answer
to reset for synchronous cards" sind
im Standard ISO-7816 für
den Smartcardbetrieb enthalten.
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Smartcards
werden in vielfältigen
verschiedenen Applikationen benutzt, wie Mobiltelefone, Kreditkarten-
und Identifikationskartenapplikationen, welche Authentifizierung
und/oder Sicherheit verwenden. Es ist beispielsweise bekannt, authentifizierte
Smartcards in Verbindung mit vorbezahlten Karten für öffentliche
Telefonsysteme, für
Bankkarten in Kassenterminals und ATM (Automatic Teller Machines),
für Bezahlfernsehanbieter
in Set-Top-Boxen und für
drahtlose Telekommunikationsbetreiber einzusetzen, beispielsweise
in einem Teilnehmeridentifikationsmodul (Subscriber Identification
Module, SIM), welches in Endgeräten
für GSM
(Global System for Mobile communications) verwendet wird.
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Smartcards
führen
typischerweise über
einen Smartcardleser Kommunikationstransaktionen mit einem Host
aus. In 1 ist beispielsweise
ein Personalcomputer(PC)-System 100 dargestellt, welches
ausgeführt
ist, um von einer Smartcard 160 zu lesen. Das PC-System 100 umfasst
einen Prozessor bzw. eine Hosteinheit 110, eine Anzeigeeinheit 120 und eine
Tastatur 130. Zudem umfasst das in 1 dargestellte System 100 eine
Maus 140 und einen Smartcardleser 150. Die Anzeigeeinheit 120,
die Tastatur 130, die Maus 140 und der Smartcardleser 150 sind über Kabel
und/oder eine drahtlose Verbindung mit der Hosteinheit 110 verbunden.
Der Smartcardleser 150 kommuniziert mit der Smartcard 160 durch Verwendung
eines ersten Protokolls und mit der Hosteinheit durch ein zweites
Protokoll. Das erste Protokoll ist typischerweise das oben beschriebene
Protokoll ISO-7816, welches den ISO-Standard erfüllt. Der Smartcardleser 150 kann über einen
seriellen Port, einen parallelen Port oder dergleichen unter Benutzung
des zweiten eigenen Protokolls mit der Hosteinheit 110 gekoppelt
sein. Die Smartcard 160 kann beispielsweise in Verbindung
mit sicheren Transaktionen über
das Internet durch einen Zugriff des PC-Systems 100 gelesen
werden.
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Der
Kartenleser 150 umfasst typischerweise elektronische Schaltungen
und eingebettete Software, welche eine Kommunikation mit der Smartcard 160 unter
Verwendung des Protokolls ISO-7816 und mit der Hosteinheit 110 über einen
seriellen Port unter Verwendung eines seriellen Protokolls erlauben, wie
beispielsweise dem Protokoll RS232C. Für die serielle Verbindung,
wie die serielle Verbindung mit dem Protokoll RS232C, zwischen dem
Smartcardleser 150 und der Hosteinheit 110 kann
eine Vielzahl von Kommunikationsraten unterstützt werden, wie eine Basisrate
von 9600 Bit pro Sekunde (bps) oder optional höhere Raten, beispielsweise
die zwei- oder vierfache Basisrate. Die Gesamtdatenübertragungsgeschwindigkeit
zwischen der Smartcard 160 und der Hosteinheit 110 kann
wegen der niedrigen Datenübertragungsrate
für die
Datenübertragung
der seriellen Schnittstelle begrenzt sein, welche typischerweise
unter 1 Megabit pro Sekunde (Mbps) liegt. Daher kann es für den Smartcardleser 150 erforderlich sein,
die Daten von der Smartcard 160 zu lesen und die Daten
erst nach einer Zwischenspeicherung zur Hosteinheit 110 des
PC-Systems 100 zu übertragen.
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Ein
alternativer Ansatz zum Lesen von Information einer Smartcard ist
in 2 für ein PC-System 200 dargestellt.
Das PC-System 200 umfasst eine Hosteinheit 210 mit
der Fähigkeit,
eine Kommunikation nicht nur über
einen seriellen Schnittstellentyp mit dem Protokoll RS232C zu unterstützen, sondern
auch über
einen USB-Protokollanschluss (Universal Serial Bus) und/oder einen
Protokollanschluss IEEE-1394 (Institute of Electrical und Electronics
Engineers). Eine Smartcard 260 kann mit dem Host durch
Benutzen des USB-Protokolls und/oder des IEEE-Protokolls 1394 über eine
Kopierschutzschnittstelle (Dongle) 250 kommunizieren. Die
Kopierschutzschnittstelle 250 ist im Wesentlichen wenig mehr
als ein Verbindungssockel mit einem Stecker 251, der ausgeführt ist,
um einen USB-Anschluss oder einen IEEE-Anschluss über ein
Kabel oder drahtlos mit der Hosteinheit 210 zu verbinden.
Daher können
verschiedene Konfigurationen von Kopierschutzschnittstellen 250 mit
verschiedenen Steckern 251 in Abhängigkeit davon genutzt werden,
ob eine USB-Kommunikation oder eine IEEE-Kommunikation-1394 verwendet
wird. Weiter ist die Hosteinheit 210 mit einer Anzeigeeinheit 220,
einer Tastatur 230 und einer Maus 240 gekoppelt,
um eine Benutzereingabekommunikation und/oder eine Benutzerausgabekommunikation
zu unterstützen.
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Es
ist anzumerken, dass die Smartcard 260 aus 2 Verbinder 261, d.h. Kontaktanschlüsse, auf
einer Oberseite umfasst und die in 1 dargestellte
Smartcard 160 Verbinder 161 auf einer Oberseite
umfasst. Die Verbinder 161, 261 können genutzt
werden, um Eingabe-/Ausgabekommunikationen
zwischen der Smartcard 160, 260 und dem entsprechenden
Smartcardleser 150 oder der Kopierschutzschnittstelle 250 freizugeben.
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Hierbei
unterscheidet sich die Smartcard 160 dadurch von der Smartcard 260,
dass die Smartcard 160 ausgeführt und speziell vorbereitet
ist, um in dem Smartcardleser 150 mit ISO-Standard gelesen
zu werden, während
die Smartcard 260 ausgeführt ist, um mit einem USB-Protokoll
zu kommunizieren, wenn die Kopierschutzschnittstelle 250 für eine USB-Schnittstelle 251 konfiguriert
ist, und eine deutlich verschieden ausgeführte Smartcard wird zum Auslesen
durch eine Kopierschutzschnittstelle 250 mit einem IEEE-1394-Protokoll
mit einem IEEE-1394-Verbinder 251 zur Verfügung gestellt.
In anderen Worten ausgedrückt,
die Smartcard 160 kann typischerweise nicht durch eine
Kopierschutzschnittstelle 250 gelesen werden und die Smartcard 260 kann
typischerweise nicht vom Smartcardleser 150 gelesen werden.
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Durch
die Verwendung der USB-Schnittstelle oder der IEEE-Schnittstelle-1394,
wie beim PC-System 200, kann eine höhere Datenübertragungsrate von der Smartcard 260 zur
Verfügung
gestellt werden. Eine USB-Schnittstelle unterstützt z.B. typischerweise eine
Datenkommunikationsrate von 12Mbps oder mehr und eine IEEE-Schnittstelle
1394 unterstützt
typischerweise eine Datenkommunikationsrate von ungefähr 400Mbps.
Daher kann eine direkte Datenübertragung
von der Smartcard 260 zur Hosteinheit 210 zur
Verfügung
gestellt werden, ohne Nutzung einer Zwischenspeicherung oder dergleichen
in der Kopierschutzschnittstelle 250, wodurch die Kopierschutzschnittstelle 250 vereinfacht
wird. Zusätzlich
kann eine „heiße" Plug-and-Play-Fähigkeit zur
Verfügung
gestellt werden, ohne das PC-System 200 zu unterbrechen,
wenn eine Smartcard 260 in die Kopierschutzschnittstelle 250 eingeführt wird.
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Die
USB-Schnittstelle kann allgemein als ein Satz von vier Leitungen
beschrieben werden, von welchen zwei eine Energieversorgung VDD,
VSS tragen und die zwei anderen Leitungen Daten D+, D– unterstützen. Der
USB-Standard ist durch die USB-Spezifikation definiert, welche durch
die USB Implementers Form Inc. geschrieben und überwacht wird, einer gemeinnützigen Gesellschaft,
die von einer Gruppe von Un ternehmen gegründet wurde, welche die USB-Spezifikation
entwickelt hat.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein integriertes Mehrmodus-Schaltungsbauelement,
ein Smartcardsystem und ein zugehöriges Betriebsartauswahlverfahren
zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein integriertes Mehrmodus-Schaltungsbauelement mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1, 2 oder 3, durch ein Smartcardsystem mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 21 sowie durch ein Betriebsartauswahlverfahren
für ein
integriertes Mehrmodus-Schaltungsbauelement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 22.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen
der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläuterten,
herkömmlichen
Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht eines Computersystems mit einer herkömmlichen Smartcardschnittstelle,
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2 eine
schematische Perspektivansicht eines Computersystems mit einer anderen
herkömmlichen
Smartcardschnittstelle,
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3 ein
Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen integrierten Mehrmodus-Schaltungsbauelements,
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4 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Modusdetektorschaltung,
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5 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auswahl
einer Betriebsart eines integrierten Mehrmodus-Schaltungsbauelements,
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6 ein
Zeitablaufdiagramm des Betriebs des erfindungsgemäßen integrierten
Mehrmodus-Schaltungsbauelements und
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7 ein
Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Auswahl einer Betriebsart
des erfindungsgemäßen integrierten
Mehrmodus-Schaltungsbauelements.
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In
den 3 bis 7 zur nachfolgenden Beschreibung
vorteilhafter Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente oder Komponenten.
Ebenfalls können
Signale synchronisiert und/oder einfachen booleschen Verknüpfungen,
z.B. einer Invertierung, unterzogen werden, ohne dass diese Signale
als andere Signale betrachtet werden.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen integrierten Mehrmodus-Schaltungsbauelements 260 auf
einem integrierten Halbleiterschaltungssubstrat. Das integrierte
Mehrmodus-Schaltungsbauelement 260, welches nachfolgend
als Smartcard angenommen sei und bezeichnet wird, umfasst einen
Mikroprozessor bzw. eine Steuerschaltung 350, welche ausgeführt ist,
um in Reaktion auf ein Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in einer
ersten Betriebsart, welche mit der Spezifikation ISO-7816 übereinstimmt,
oder in einer zweiten Betriebsart betrieben zu werden, welche sich
von der Spezifikation ISO-7816 unterscheidet und beispielhaft als
USB-Betriebsart dargestellt ist. Insbesondere zeigt 3 ein
Blockschaltbild der Smartcard 260 mit einer ISO- Schnittstelle (I/F) 310 und
einer USB-Schnittstelle 360. Die Smartcard 260 umfasst
eine Mehrzahl von Kontaktanschlüssen
einschließlich
Spannungseingängen
VDD 301 und VSS 302 und einem ISO-Eingabe-/Ausgabekontaktanschluss 303.
Die USB-Eingabe-/Ausgabeanschlüsse umfassen
einen Kontaktanschluss 304, welcher mit einem USB-Signal
D+ korrespondiert, und einen Kontaktanschluss 305, welcher
mit einem USB-Signal D– korrespondiert.
Zudem sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Kontaktanschluss 306 für ein Taktsignal CLK und ein
Kontaktanschluss 307 für ein
Rücksetzsignal
RST vorhanden.
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Die
dargestellte Ausführungsform
der Smartcard 260 unterstützt beispielhaft sowohl die
Kommunikation ISO-7816 als auch die USB-Kommunikation. Alternative Ausführungsformen
der Smartcard 260 können
eine IEEE-Schnittstelle-1394 anstatt und/oder zusätzlich zur
USB-Schnittstelle 360 umfassen.
Für eine
IEEE-Schnittstelle-1394 werden allgemein vier zusätzliche
Kontaktanschlüsse
zur Verfügung
gestellt, welche mit den Signalen TPA, ~TPA, TPB, ~TPB korrespondieren.
Eine solche Ausführungsform
der Smartcard 260 kann selektiv in einer von mehreren Nicht-ISO-Betriebsarten
oder in einer ISO-Betriebsart betrieben werden.
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Wie
aus 3 weiter ersichtlich ist, ist eine Betriebsartdetektorschaltung 370 vorhanden,
welche mit einem der Eingabe-/Ausgabekontaktanschlüsse 304, 305 gekoppelt
ist, die mit der USB-Schnittstelle 360 assoziiert sind.
Die Betriebsartdetektorschaltung 370 ist ausgeführt, um
eine Verbindung eines der Kontaktanschlüsse 304, 305 mit
einem externen Gerät
zu erkennen und um in Reaktion auf die erkannte Verbindung eines
externen Gerätes
mit den Kontaktanschlüssen 304, 305 das
Betriebsartauswahlsignal USB_MODE zum Auswählen der USB-Betriebsart zu aktivieren.
Die Detektion einer Verbindung der Smartcard 260 zu einer
Nicht-ISO-Schnittstelle eines externen Hosts durch Verwendung eines
der Kontaktanschlüsse 304, 305 kann
beispielsweise während einer
Einschaltsequenz der Smartcard 260 erfolgen.
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Wie
aus 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die Smartcard 260 einen
Systembus 308, welcher mit der Steuerschaltung 350 gekoppelt
ist. Zusätzlich sind
die ISO-Schnittstelle 310 und die USB-Schnittstelle 360 mit
dem Systembus 308 verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist
eine Mehrzahl von verschiedenen Speichern, einschließlich eines Speichers
mit direktem Zugriff (RAM) 320, eines nichtflüchtigen
Speichers (NVM) 330 und eines Nur-Lesespeichers (ROM) 340, über den
Systembus 308 ebenfalls mit der Steuerschaltung 350 verbunden.
Die USB-Schnittstellenkontaktanschlüsse 304, 305 können über ein
USB-Adaptermodul
gekoppelt werden, um ein Smartcardsystem zur Verfügung zu stellen,
welches die Smartcard 260 aus 3 umfasst.
Eine solche USB-Schnittstelle ist beispielsweise in 2 als
USB-Stecker 251 dargestellt.
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Die
Betriebsartdetektorschaltung 370 gemäß 3 umfasst
einen Referenzspannungsgenerator 371, einen Referenzstromgenerator 372,
eine Verbindungsdetektionsschaltung 373, eine Umschaltschaltung 374 und
einen USB-Betriebsartsignalgenerator 376. Die Betriebsartdetektorschaltung 370 gemäß 3 ist
ausgeführt,
um eine elektrische Charakteristik eines externen, mit dem USB-Kontaktanschluss
D+ 304 verbundenen Geräts
zu detektieren. Alternativ kann die Betriebsartdetektorschaltung 370 ausgeführt und
angeschlossen sein, um eine elektrische Charakteristik auf dem Kontaktanschluss 305 oder
einem anderen der mit der Nicht-ISO-Betriebsart assoziierten Kontaktanschlüsse der
Smartcard 260 zu detektieren. Die Betriebsartdetektorschaltung 370 gemäß 3 ist
ausgeführt,
um das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in Reaktion auf eine elektrische
Charakteristik mit einem detektieren Wert zwischen einem ersten
vorbestimmten Wert und einem zweiten vorbestimmten Wert zu aktivieren,
was nachfolgend unter Be zugnahme auf 4 beschrieben
wird. In der Ausführungsform
gemäß 4 ist
die elektrische Charakteristik ein Widerstand.
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Wie
weiter aus 3 ersichtlich ist, kann die Betriebsartdetektorschaltung 370 durch
die Umschaltschaltung 374 in Reaktion auf ein Schaltsignal SW1
von der Steuerschaltung 350 vom Kontaktanschluss 304 getrennt
werden. Daher kann die Betriebsartdetektorschaltung 370 eine
aktive Betriebsart, in welcher die Betriebsartdetektorschaltung 370 ausgeführt ist,
um eine Verbindung des Kontaktanschlusses 304 mit einem
externen Gerät
zu erkennen, und eine Energiesparbetriebsart aufweisen, in welcher
die Betriebsartdetektorschaltung 370 vom Kontaktanschluss 304 getrennt
ist. Deshalb wird der Umschaltschaltung 374 das Schaltsignal
SW1 zur Verfügung
gestellt, um die Betriebsartdetektorschaltung 370 von einem
oder mehreren Eingabe-/Ausgabeanschlüssen zu trennen, welche mit
der Nicht-ISO-Betriebsart der Smartcard 260 assoziiert sind.
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Der
Referenzspannungsgenerator 371 gemäß 3 gibt eine
Referenzspannung an den Referenzstromgenerator 372 und
an die Verbindungsdetektionsschaltung 373 aus. Die Verbindungsdetektionsschaltung 373 ist über die
Umschaltschaltung 374 mit dem Kontaktanschluss 304 und
mit dem Ausgabesignal des Referenzspannungsgenerators 371 gekoppelt.
Die Verbindungsdetektionsschaltung 373 aktiviert in Reaktion
auf die Referenzspannung des Referenzspannungsgenerators 371,
auf einen Signalpegel des verbundenen Kontaktanschlusses 304 und
auf ein Ausgabesignal des Referenzstromgenerators 372 ein
Detektionsausgabesignal UDET. Der Referenzstromgenerator 372 ist
ebenfalls mit dem Eingabe-/Ausgabekontaktanschluss 304 gekoppelt, welcher
für die
USB-Betriebsart
der Smartcard 260 benutzt wird.
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Wie
nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 weiter
beschrieben wird, erzeugt der Referenzstromgenerator 372 in
Reaktion auf die eingegebe ne Referenzspannung des Referenzspannungsgenerators 371 einen
Referenzstrom und versorgt den Eingabe-/Ausgabekontaktanschluss 304 mit
diesem Referenzstrom, wenn der Schalter 374 in Reaktion
auf das Schaltsignal SW1 geschlossen wird. Die Verbindungsdetektionsschaltung 373 gemäß 3 setzt
das Signal UDET auf einen aktiven Zustand mit hohem Pegel, wenn
der Referenzstrom über
den Kontaktanschluss 304 auf einen vorbestimmten Pegel
entladen wird, was anzeigt, dass der Kontaktanschluss D+ 304 mit
einem Nicht-ISO-Anschluss
einer Hosteinheit verbunden ist. In anderen Worten ausgedrückt wird
die USB-Betriebsart ausgewählt,
wenn eine USB-Kommunikationsschnittstelle für eine Kommunikation von der
Smartcard 260 zu einem USB-Host zur Verfügung steht.
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Der
Betriebsartsignalgenerator 376 gemäß 3 setzt
das Signal USB_MODE in einen aktiven Zustand mit hohem Pegel, wenn
das Signal UDET eine vorgegebene Anzahl von Malen auf den aktiven Zustand
gesetzt wurde, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 weiter
beschrieben wird. Insbesondere aktiviert der Betriebsartsignalgenerator 376 das
Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in Reaktion auf das Signal UDET
basierend auf einem Betriebsartdetektionsabtastsignal GETDT von
der Steuerschaltung 350.
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Ist
das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE im Ausführungsbeispiel gemäß 3 inaktiv,
dann arbeitet die Smartcard 260 in der ISO-Betriebsart. In der
ISO-Betriebsart können
die Anschlüsse 304, 305 für die Signale
D+ und D– gesperrt
sein. Ist das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE aktiv, dann arbeitet
die Smartcard 260 in einer Nicht-ISO-Betriebsart, beispielsweise in der in 3 dargestellten
USB-Betriebsart.
In der Nicht-ISO-Betriebsart können
die mit der ISO-Betriebsart
assoziierten Kontaktanschlüsse
gesperrt sein, einschließlich
des Eingabe-/Ausgabekontaktanschlusses 303, des Kontaktanschlusses 306 für das Taktsignal
CLK und des Kontaktanschlusses 307 für das Rücksetzsignal RST.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird nun ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Betriebsartdetektorschaltung 370 beschrieben.
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Betriebsartdetektorschaltung 370 mit
einer USB-Hosteinheit 210 gekoppelt. Die USB-Kontaktanschlüsse 211 der
Hosteinheit 210 gemäß 4 umfassen
einen Kontaktanschluss 212 für eine Versorgungsspannung
VDD, einen Kontaktanschluss 213 für eine Massereferenzspannung VSS,
einen Kontaktanschluss 214 für das Signal D– und einen
Kontaktanschluss 215 für
das Signal D+. Der Kontaktanschluss 214 für D– und der
Kontaktanschluss 215 für
D+ sind mit einer USB-Schnittstellenschaltung 216 des Hosts
gekoppelt. Zusätzlich
ist der Kontaktanschluss 214 für D– über einen Pull-down-Widerstand RPD1 mit
einer Massereferenz gekoppelt und der Kontaktanschluss 215 für D+ ist über einen
Pull-down-Widerstand RPD2 mit der Massereferenz gekoppelt. Der Kontaktanschluss 215 ist
mit dem Kontaktanschluss 304 der Betriebsartdetektorschaltung 370 gekoppelt.
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Der
Referenzspannungsgenerator 371 der Betriebsartdetektorschaltung 370 ist
mit einem Signal PDW der Steuerschaltung 350 verbunden
und gibt ein Spannungsreferenzsignal VREF an den Referenzstromgenerator 372 und
an die Verbindungsdetektionsschaltung 373 aus. Der Referenzstromgenerator 372 umfasst
einen Operationsverstärker 401, zwei
MOSFET-Transistoren MP1, MP2 und zwei Widerstände R1, R2. Die MOSFET-Transistoren
MP1, MP2 gemäß 4 sind
so gewählt,
dass sie die gleiche Gate-Source-Spannung Vgs haben, und sind so verschaltet,
dass sie als Stromspiegelschaltung wirken. In anderen Worten ausgedrückt, der
Strom I durch den Transistor MP1 und der Strom I durch den Transistor
MP2 sind im Wesentlichen gleich, wenn ein Strom durch den Transistor
MP2 fließt.
Es ist zu beachten, dass im Wesentlichen kein Stromfluss durch den
Transistor MP2 zu erwarten ist, wenn die Umschaltschaltung 374 geöffnet ist
oder kein externes Gerät
mit dem Kontaktanschluss 304 verbunden ist.
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Eine
Ausgabespannung des Operationsverstärkers 401 ist mit
Gates der Transistoren MP1 und MP2 verbunden. Ein Spannungspegel
V1 zwischen den Widerständen
R1 und R2 wird als Eingabesignal zum Operationsverstärker 401 zurückgeführt. Entsprechend
steigt der Spannungspegel V1 durch den Operationsverstärker 401 und
den Transistor MP1 auf den Referenzspannungspegel VREF an. Da der Strom
durch den Transistor MP1 gleich V1/R2 und damit VREF/R2 ist, ist
der Spannungspegel V2 gleich VREF(1+R1/R2). In anderen Worten ausgedrückt, die
Widerstände
R1 und R2 wirken als Spannungsteilerschaltung, wobei die Spannung
V1 zwischen den Widerständen
R1 und R2 auf den Referenzspannungspegel VREF gesetzt wird.
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Wie
unter Bezugnahme auf 3 ausgeführt, kann die Umschaltschaltung 374 in
Reaktion auf das Schaltsignal SW1 von der Steuerschaltung 350 leitend
geschaltet werden, um den Betrieb der Betriebsartdetektorschaltung 370 zu
aktivieren. In der aktiven Betriebsart mit dem geschlossenen Schalter 374 ist
die Detektionsausgabesignalspannung V3 des Referenzstromgenerators 372 auf
dem Referenzpegel der Sourcespannung VDD, welche in die Transistoren
MP1, MP2 eingegeben wird, wenn der Kontaktanschluss 304 für D+ nicht
mit einem Kontaktanschluss 215 für D+ eines Hosts verbunden ist,
sondern statt dessen unterbrochen ist. Ist der Kontaktanschluss 304 für D+ jedoch
mit dem Kontaktanschluss 215 für D+ des Hosts 210 verbunden, dann
wird die Detektionsausgabesignalspannung V3 durch einen Entladestrom über den
Pull-down-Widerstand RPD2 des Hosts 210 abgesenkt.
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Die
Verbindungsdetektionsschaltung 373 umfasst Operationsverstärker 403, 404 und
ein UND-Gatter 405. Ein Eingang von jedem der Operationsverstärker 403, 404 ist
mit dem Detektionsausgabesignal mit dem Spannungspegel V3 des Referenzstromgenerators 372 verbunden.
Ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers 403 ist mit
dem Widerstand R1 und dem Spannungspegel V2 gekoppelt. Ein zweiter
Eingang des Operationsverstärkers 404 ist
mit dem Referenzspannungspegel VREF des Referenzspannungsgenerators 371 verbunden.
Die Ausgaben der Operationsverstärker 403, 404 sind mit
dem UND-Gatter 405 gekoppelt, welches das Betriebsartdetektionssignal
UDET ausgibt.
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Die
Verbindungsdetektionsschaltung 373 setzt das Signal UDET
in den aktiven Zustand, wenn die Detektionsausgabesignalspannung
V3 höher
als die Referenzspannung VREF und kleiner als der Spannungspegel
V2 ist. In möglichen
Ausführungsformen
der Erfindung kann der Spannungspegel V2 ungefähr auf den doppelten Wert der
Referenzspannung VREF gesetzt werden. Insbesondere können die
Referenzspannung VREF auf 1,2V, die Sourcespannung VDD auf 3,3V,
der Widerstand R1 auf 10kΩ,
der Widerstand R2 ebenfalls auf 10kΩ und die Pull-down-Widerstände RPD1
und RPD2 jeweils auf 15kΩ gesetzt
werden. Daraus resultiert, dass bei Anschluss an die Hosteinheit 210 ein
Widerstand von 15kΩ zwischen
der Spannungsreferenz V3 und der Massereferenz positioniert ist,
der Widerstand R2 mit 10kΩ zwischen
der Spannungsreferenz V1 und der Massereferenz positioniert ist
und ein Widerstandswert von 20kΩ (R1+R2)
zwischen der Spannungsreferenz V2 und der Massereferenz positioniert
ist. Dadurch fällt
die Detektionsausgabesignalspannung V3 im Wesentlichen auf einen
Mittelwert zwischen den Spannungsreferenzen V2 und V1 ab, wenn der Stromfluss
durch die Transistoren MP1 und MP2 im Wesentlichen gleich ist.
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Die
Verbindungsdetektionsschaltung 373 detektiert durch Verwendung
des Operationsverstärkers 403,
wenn der Spannungspegel V2 größer als der
Spannungspegel V3 ist, und detektiert durch Verwendung des Operationsverstärkers 404,
wenn der Detektionsausgabesignalspannungspegel V3 größer als
der Referenzspannungspegel VREF ist, wel cher dem Spannungsreferenzpegel
V1 entspricht. Sind beide Bedingungen erfüllt, dann setzt das UND-Gatter 05 das
Signal UDET auf den aktiven hohen logischen Zustand.
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Das
Ausgabesignal UDET der Verbindungsdetektionsschaltung 373 wird
zum Betriebsartsignalgenerator 376 geführt. Der Betriebsartsignalgenerator 376 ist
ausgeführt,
um das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in Reaktion darauf zu aktivieren, dass
die Verbindung des Kontaktanschlusses 304 mit einer externen
Hosteinheit 210 mehrmals nacheinander zu Zeitpunkten detektiert
wird, welche um ein vom Betriebsartdetektionsabtastsignal GETDT
vorgegebenes Zeitintervall voneinander beabstandet sind.
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Das
Betriebsartdetektionsabtastsignal GETDT wird von der Steuerschaltung 350 gemäß 3 erzeugt.
Im Betriebsartsignalgenerator 376 gemäß 4 wird das
Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in einen aktiven Zustand gesetzt,
wenn der Betriebsartsignalgenerator 376 das Signal UDET innerhalb
einer vorbestimmten, von der Taktrate des Abtastsignals GETDT gesetzten
Zeitspanne dreimal hintereinander mit einem aktivierten Zustand
empfängt.
Die dreimalig aufeinander folgende Detektion des Signals UDET im
aktivierten Zustand wird durch die Verwendung von drei Flip-Flops 410, 411, 412 bewirkt,
welche jeweils vom Abtastsignal GETDT getaktet werden. Das Signal
UDET wird in das erste Flip-Flop 410 eingegeben, dessen
Ausgabe mit der Eingabe des nächsten
Flip-Flips 411 und einem UND-Gatter 413 verbunden
ist. Die Ausgabe des zweiten Flip-Flops 411 wird zur Eingabe
des dritten Flip-Flops 412 und zum UND-Gatter 413 geführt. Schließlich wird
die Ausgabe des dritten Flip-Flops 412 zum UND-Gatter 413 geführt. Daraus
resultiert, dass das Ausgabesignal USB_MODE auf einen hohen aktiven
Zustand gesetzt wird, wenn das Signal UDET durch die Flip-Flops 410, 411, 412 dreimal nacheinander
mit einem aktiven Zustand abgetastet wird. Die Verwendung des Betriebsartsignalgenerators 376 kann
das Risiko ver ringern oder verhindern, dass das Signal UDET fälschlicherweise
detektiert wird, wenn es von einer menschlichen Schnittstellenaktion
verursacht wird, beispielsweise beim Einstecken eines Smartcardverbinders
in einen Hostverbinder oder beim Abziehen des Smartcardverbinders aus
dem Hostverbinder.
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Nach
der Bestimmung der Schnittstellenbetriebsart der Smartcard 260 und
dem Setzen des Signals USB_MODE kann der zur Betriebsartdetektorschaltung 370 geführte Strom
unterbrochen werden. Zusätzlich
kann die Umschaltschaltung 374 geöffnet werden. Der Strom zur
Betriebsartdetektorschaltung 370 kann beispielsweise in
Reaktion auf das oben beschriebene Signal PDW unterbrochen werden,
um den Energieverbrauch der Betriebsartdetektorschaltung 370 zusätzlich zum Öffnen der
Umschaltschaltung 374 zu reduzieren.
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Zusammenfassend
kann der Referenzstromgenerator 372 gemäß 4 einen
ersten und einen zweiten Stromquellentransistor MP1 und MP2 mit Stromspiegelcharakteristik
umfassen. Der Ausgang des zweiten Stromquellentransistors MP2 ist
mit dem ersten Eingang der Verbindungsdetektionsschaltung 373 und über die
Umschaltschaltung 374 mit dem Kontaktanschluss 304 verbunden.
Der erste Widerstand R1 weist einen ersten Anschluss auf, welcher mit
dem Ausgang des ersten Stromquellentransistors MP1 und dem zweiten
Eingang der Verbindungsdetektionsschaltung 373 gekoppelt
ist. Der zweite Widerstand R2 weist einen ersten Anschluss auf,
welcher in Reihe mit einem zusätzlichen
Anschluss des ersten Widerstands R1 gekoppelt ist. Durch diese Anordnung
ist die Verbindungsdetektionsschaltung 373 ausgeführt, um
das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in Reaktion auf eine Detektionsausgabesignalspannung
V3 an dem ersten Eingang der Verbindungsdetektionsschaltung 373 und
eine Spannung V2 an dem zweiten Eingang der Verbindungsdetektionsschaltung 373 zu
aktivieren und die Nicht-ISO-Betriebsart zu erkennen, wenn der Widerstand
des externen, mit dem Kontaktanschluss 304 gekoppelten
Gerätes 210 größer als
der zweite Widerstand R2 und kleiner als die Summe des ersten und
des zweiten Widerstands R1 und R2 ist. Die Schieberegisterschaltung
des Betriebsartsignalgenerators 376, welche die Mehrzahl
von Flip-Flops 410, 411, 412 und das
UND-Gatter 413 umfasst und vom Betriebsartdetektionsabtastsignal
GETDT getaktet wird, aktiviert das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE
nach der vom Betriebsartdetektionsabtastsignal GETDT vorgegebenen
Anzahl mehrmaliger aufeinander folgender Detektionen der Verbindung
des Kontaktanschlusses 304 mit der externen Hosteinheit 210.
Hierbei kann das Betriebsartauswahlsignal USB_MODE in Reaktion auf
die Detektion eines Widerstandswertes der externen Hosteinheit 210 aktiviert
werden, welcher zwischen einem ersten vorbestimmten Wert und einem
zweiten vorbestimmten Wert liegt, die durch Auswahl der Werte für die Widerstände R1 und
R2 relativ zur Widerstandscharakteristik des Pull-down-Widerstands
RPD2 der Hosteinheit 210 eingestellt werden.
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Zur
Vereinfachung der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
wurde auf ein integriertes Mehrmodus-Schaltungsbauelement mit zwei Betriebsarten
Bezug genommen, bei dem die zweite Betriebsart oder Nicht-ISO-Betriebsart
eine USB-Betriebsart
ist. Alternativ kann das Mehrmodus-Bauelement ein solches sein,
welches wahlweise in einer ISO-Betriebsart und einer IEEE-Betriebsart betrieben
werden kann, wie oben ausgeführt.
Zusätzlich
können
die beschriebenen Ausführungsformen
um eine dritte Betriebsart erweitert sein, so dass die Ausführungsformen
in Reaktion auf ein Betriebsartdetektionssignal auch in einer dritten
Betriebsart betrieben werden können,
welche mit dem IEEE-Protokoll-1394 übereinstimmt. Unter diesen
Voraussetzungen kann die Betriebsartdetektorschaltung 370 so
ausgeführt
sein, dass das Betriebsartauswahlsignal in Reaktion auf die Detektion
einer Verbindung des Kontaktanschlusses mit einer externen USB-Hosteinheit 210 mit
einem ersten Wert USB_MODE er zeugt wird und in Reaktion auf die
Detektion einer Verbindung eines Nicht-ISO-Kontaktanschlusses mit
einer IEEE-1394-Hosteinheit mit einem zweiten Wert IEEE MODE erzeugt
wird. Hierbei können
die oben beschriebenen Schaltungen zur Detektion einer Charakteristik
eines Widerstandswertes der externen Einheit dupliziert werden,
um die Verbindung der externen IEEE-1394-Hosteinheit durch die Widerstände R1 und
R2 zu erkennen, deren Widerstandswerte so ausgesucht werden, dass
der korrespondierende Lastwiderstand der IEEE-1394-Hosteinheit detektiert
werden kann. Hierbei können auch
andere elektrische Charakteristika der Verbindung anstelle des Widerstands
detektiert werden, beispielsweise eine Kapazität, eine Induktivität, eine Impedanz
usw. Zudem können
andere Treibersignale über
die Umschaltschaltung 374 zum Testen der anderen elektrischen
Charakteristika in alternativen Ausführungsformen der Erfindung
vorgesehen sein.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird ein erfindungsgemäßes Betriebsartauswahlvertahren
für eine
integrierte Mehrmodus-Smartcardschaltung beschrieben. Wie aus 5 ersichtlich
ist, beginnt nach dem Einführen
der Smartcard in ein Lesegerät
einer Hosteinheit im Block 501 eine Einschaltsequenz für die Smartcard.
Folgend auf die Einschaltsequenz im Block 501, welche eine
Aktivierung des Signals PDW umfassen kann, um zusätzliche
Schaltungen in der Betriebsartdetektorschaltung 370 einzuschalten,
wird im Block 503 die aktive Betriebsart der Betriebsartdetektorschaltung
durch Einschalten der Umschaltschaltung 374 initialisiert.
Nach dem Einschalten der Umschaltschaltung 374 wird im
Block 507 das Detektionssignal UDET mit dem aktiven Zustand
erzeugt, wenn im Block 505 detektiert wird, dass die Spannung
V3 größer als
die Referenzspannung VREF und kleiner als die Spannung V2 ist. Wird
im Block 509 das Signal UDET für eine vorgegebene Anzahl von Zeitpunkten
als aktiv detektiert, dann wird im Block 511 das Betriebsartauswahlsignal
USB_MODE erzeugt. Ist das Signal USB_MODE aktiv, dann wird im Block 513 eine
Nicht-ISO-Betriebsart initiiert. Der Block 513 kann eine Freigabe
der Nicht-ISO-Schnittstellenkontaktanschlüsse und ein Sperren der ISO-Schnittstellenkontaktanschlüsse umfassen.
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Ist
die Spannung V3 bei der Überprüfung im Block 505 kleiner
als die Referenzspannung VREF oder ist die Spannung V3 größer als
die Spannung V2, dann wird im Block 507 das Detektionssignal UDET
als inaktives Signal erzeugt. Dann wird im Block 515 die
ISO-Betriebsart initialisiert. Der Block 515 kann eine
Freigabe der ISO-Schnittstellenkontaktanschlüsse und ein Sperren der Nicht-ISO-Schnittstellenkontaktanschlüsse und
der Nicht-ISO-Schaltungen umfassen. Im Block 517 wird der
Betrieb der CPU bzw. der Steuerschaltung initiiert. Wie aus 5 weiter
ersichtlich ist, kann dann im Block 519 eine Abschaltbetriebsart
für die
Betriebsartdetektorschaltung gemäß 3 und 4 erzeugt
werden, beispielsweise durch Aktivierung des Signals PWD.
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6 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Betriebs, wobei die Signale
SW1, D+, UDET, GETDT und USB_MODE mit den Signalbezeichnungen gemäß 3 korrespondieren.
Es ist anzumerken, dass für
das dargestellte Zeitablaufdiagramm von 6 eine Verbindung
einer externen Schaltung mit dem Kontaktanschluss 304 für das Signal
D+ dreimal hintereinander detektiert werden muss, bevor das Signal
USB_MODE erzeugt wird, wobei die getaktete Detektion des Signals
GETDT zur Verbindungsdetektion mit einem externen Gerät an drei
aufeinander folgenden Zeitpunkten erfolgt, um das Signal USB_MODE
zu setzen. Wie weiter aus 6 ersichtlich
ist, wird in entsprechenden Ausführungsformen
das Schaltsignal SW1 nicht über
die Sequenz mehrfacher Abtastungen des Signals GETDT beibehalten,
sondern stattdessen nur innerhalb entsprechender Abtastfenster aktiviert.
Ein solcher intermittierend gesteuerter Betrieb kann den Energiebedarf
der Betriebsartdetektorschaltung 370 reduzieren.
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Unter
Bezugnahme auf 7 wird ein Verfahren zur Auswahl
einer Betriebsart für
eine integrierte Mehrmodus-Smartcardschaltung beschrieben, welche
ausgeführt
ist, um wahlweise in einer ersten Betriebsart, die mit der Spezifikation
ISO-7816 übereinstimmt,
oder in einer zweiten Betriebsart betrieben zu werden, welche sich
von der Spezifikation ISO-7816
unterscheidet. Wie aus 7 ersichtlich ist, wird im Block 700 eine
Verbindung eines Eingabe-/Ausgabeanschlusses der Smartcard, welcher
mit der zweiten Betriebsart assoziiert ist, mit einem externen Gerät detektiert.
In Reaktion auf die Verbindungsdetektion des mit der zweiten Betriebsart
assoziierten Eingabe-/Ausgabeanschlusses der Smartcard mit dem externen
Gerät wird
in Block 705 das Betriebsartauswahlsignal aktiviert. Wird
im Block 710 eine Verbindung mit einem externen Gerät an dem mit
der zweiten Betriebsart assoziierten Eingabe-/Ausgabeanschluss detektiert,
dann wird ein Betrieb in der zweiten Betriebsart im Block 720 initiiert. Wird
im Block 710 kein externes Gerät an dem mit der zweiten Betriebsart
assoziierten Eingabe-/Ausgabeanschluss detektiert, dann wird im
Block 715 ein Betrieb in der ersten Betriebsart oder der
ISO-Betriebsart-7816 aktiviert.
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In
alternativen Ausführungsformen
können die
Blöcke
der Flussdiagramme gemäß den 5 oder 7 in
einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
So können
beispielsweise je zwei dort nacheinander ausgeführte Blöcke alternativ gleichzeitig oder
in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, abhängig vom
jeweiligen Anwendungsfall.