ES2880203T3 - Tarjeta inteligente - Google Patents

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Jørgen Frandsen
Devin Snell
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Abstract

Una tarjeta inteligente (102) que comprende: almohadillas de contacto para conexión eléctrica a una fuente de alimentación externa para suministrar energía a la tarjeta inteligente en un modo de contacto de la tarjeta inteligente (102); un sistema de recolección de energía sin contacto (108, 126) para suministrar energía a la tarjeta inteligente (102) en un modo sin contacto de la tarjeta inteligente (102); y un circuito principal integrado de la tarjeta inteligente (102) para recibir y gestionar la energía proporcionada desde las almohadillas de contacto o desde el sistema de recolección de energía sin contacto; en donde el circuito principal incluye componentes que requieren energía para proporcionar a la tarjeta inteligente (102) la funcionalidad requerida; caracterizada por que el circuito principal está conectado a las almohadillas de contacto a través de un circuito limitador de corriente (C) para controlar los niveles de corriente extraídos a través de las almohadillas de contacto, comprendiendo el circuito limitador de corriente (C) un integrador, en donde el circuito integrador produce una tensión de salida que aumenta de forma constante y, por lo tanto, controla la corriente de entrada con la corriente limitada para estar dentro de una corriente permitida definida por una corriente máxima para un terminal o lector (104) al que la tarjeta (102) está destinada a conectarse.

Description

DESCRIPCIÓN
Tarjeta inteligente
La presente invención se refiere a una tarjeta inteligente y a un procedimiento correspondiente de fabricación de una tarjeta inteligente.
Las tarjetas inteligentes son tarjetas electrónicas con la capacidad de almacenar datos e interactuar con el usuario y/o con dispositivos externos, por ejemplo a través de tecnologías sin contacto como RFID. Estas tarjetas pueden interactuar con los sensores para comunicar información con el fin de permitir el acceso, autorizar transacciones, etc. Las tarjetas inteligentes incluyen, por ejemplo, tarjetas de acceso, tarjetas de crédito, tarjetas de débito, tarjetas de prepago, tarjetas de fidelización, tarjetas de identidad, etc.
Una característica conocida de estas tarjetas inteligentes es una almohadilla de contacto que se puede acoplar a los contactos eléctricos correspondientes, típicamente en un terminal o dispositivo lector de tarjetas. La conexión eléctrica con la almohadilla de contacto se puede utilizar para la comunicación de datos y también para alimentar los circuitos internos de la tarjeta inteligente. Por lo tanto, una tarjeta inteligente de tipo financiero, como una tarjeta de crédito o débito, está diseñada para obtener corriente del terminal del cajero automático para alimentar su lógica interna. Esto lleva a la necesidad de que los circuitos dentro de la tarjeta inteligente sean compatibles con el circuito del terminal ATM (o de manera equivalente con un lector de tarjetas alternativo) y que también permita que la tarjeta inteligente obtenga energía a través de las almohadillas de contacto para cumplir con sus requisitos internos.
Otra característica conocida de tales tarjetas inteligentes es la capacidad de comunicarse sin contacto con lectores de tarjetas adecuados a través de tecnologías RFID y similares. Este tipo de comunicación sin contacto también se conoce como comunicación de campo cercano (n Fc ). En una disposición típica, un lector RFID con alimentación transmite una señal a través de una antena. Esta señal es recibida por una antena del dispositivo RFID, que comprende una bobina sintonizada y un condensador, y luego pasa a un circuito RFID. La señal recibida es rectificada por un rectificador de puente y la salida de CC del rectificador se proporciona al circuito lógico de control que controla los mensajes desde el circuito. Por lo tanto, la señal del lector alimenta el circuito y también permite comunicaciones de retrodispersión en las que se pueden transmitir datos desde la tarjeta inteligente al lector de tarjetas. Existen varios sistemas estándar. La señal suele ser de 13,56 MHz para los sistemas MIFARE® y DESFire®, fabricados por NXP Semiconductors, pero puede ser de 125 kHz para los productos PROX® de baja frecuencia, fabricados por HID Global Corp.
Con el fin de proporcionar funciones adicionales y/o aumentadas, existe una tendencia a tener una mayor cantidad de componentes en la tarjeta inteligente. Como resultado, las tarjetas inteligentes requieren mayores niveles de energía, además de tener características de energía más complicadas. Un ejemplo de esto está relacionado con las tarjetas inteligentes autorizadas biométricamente, que se utilizan cada vez más y, por lo general, requieren energía para un sensor biométrico integrado. Cuando la tarjeta tiene la capacidad de manejar comunicaciones con y sin contacto, la complejidad de la situación aumenta aún más. Los circuitos de la tarjeta inteligente deben ser capaces de proporcionar mayores niveles de energía tanto durante la recolección de energía sin contacto como durante una conexión física de la tarjeta a un terminal a través de las almohadillas de contacto. Puede haber dificultades para implementar un circuito de energía suficientemente alta para la recolección de energía mientras también se gestiona la interacción entre la tarjeta inteligente y una fuente de energía acoplada a las almohadillas de contacto.
El documento EP 1441306 muestra una tarjeta de circuito integrado configurada para permitir la comunicación inalámbrica con un aparato de lectura y escritura de tarjetas.
Vista desde un primer aspecto, la invención proporciona una tarjeta inteligente que comprende: almohadillas de contacto para la conexión eléctrica a una fuente de alimentación externa para suministrar energía a la tarjeta inteligente en un modo de contacto de la tarjeta inteligente; un sistema de recolección de energía sin contacto para suministrar energía a la tarjeta inteligente en un modo sin contacto de la tarjeta inteligente; y un circuito principal integrado en la tarjeta inteligente para recibir y administrar la energía proporcionada desde las almohadillas de contacto o desde el sistema de recolección de energía sin contacto; en el que el circuito principal incluye componentes que requieren energía para proporcionar a la tarjeta inteligente la funcionalidad requerida; caracterizada por que el circuito principal está conectado a las almohadillas de contacto a través de un circuito limitador de corriente para controlar los niveles de corriente extraídos a través de las almohadillas de contacto, el circuito limitador de corriente comprende un integrador, en el que el circuito integrador produce una tensión de salida que aumenta constantemente y, por lo tanto, controla la corriente de irrupción con la corriente limitada para estar dentro de una corriente permitida definida por una corriente máxima para un terminal o lector al que se pretende conectar la tarjeta.
En las tarjetas inteligentes que tienen una combinación de modos de funcionamiento con y sin contacto, normalmente habrá una gran capacitancia entre los dos rieles de tensión principales y/o puede haber otras características del circuito que den como resultado la posibilidad de un consumo de corriente indeseablemente grande. En un modo de alimentación por contacto, la tarjeta inteligente está conectada físicamente a una fuente de alimentación externa que normalmente se encuentra dentro de un lector de tarjetas, tal como un terminal ATM. Si la tarjeta inteligente consume demasiada corriente a través de las almohadillas de contacto, el terminal o el lector tomarán medidas defensivas y pueden hacer una de varias cosas, tal como apagar o desconectar la alimentación de la ranura de la tarjeta. Por tanto, el uso de un circuito limitador de corriente resuelve problemas potenciales cuando se conecta una tarjeta a un enchufe de tarjeta inteligente de contacto evitando una corriente de entrada indeseablemente alta.
También es significativo que se utilice un integrador para implementar el circuito limitador de corriente. Esto proporciona ventajas significativas para una tarjeta inteligente, ya que se puede implementar un circuito limitador de corriente adecuado utilizando componentes que se pueden alojar dentro del grosor restringido de una tarjeta inteligente típica, tales como tarjetas inteligentes de tipo tarjeta bancaria en las que el grosor está limitado a 0,84 mm o menos según las normas ISO. Por ejemplo, se puede implementar un integrador adecuado utilizando un transistor MOSFET o JFET que esté disponible con una altura de componente suficientemente restringida para caber dentro del cuerpo de la tarjeta inteligente. El uso de un integrador debe contrastarse con otros circuitos limitadores de corriente, tales como los circuitos de espejo de corriente u otros circuitos implementados con transistores bipolares. Dichos circuitos no pueden usar transistores de efecto de campo como los componentes MOSFET o JFET, ya que no pueden fabricarse con tensiones de encendido que coincidan con la suficiente precisión, a diferencia de los transistores bipolares. En la actualidad, no se dispone de transistores bipolares suficientemente delgados y, por tanto, estas disposiciones alternativas de limitación de corriente no pueden utilizarse de forma eficaz para tarjetas inteligentes de grosor restringido. Por lo tanto, la tarjeta inteligente del primer aspecto hace uso de un integrador para permitir que el circuito limitador de corriente tenga un perfil más delgado al evitar la necesidad de transistores bipolares más grandes y permitir el uso de transistores más delgados o componentes alternativos como amplificadores operacionales en lugar de transistores bipolares.
El circuito integrador produce una tensión de salida que aumenta de manera constante y, por lo tanto, controla la corriente de entrada. Cuando se aplica una tensión de una fuente externa (por ejemplo, un terminal ATM) a las almohadillas de contacto, se convierte en una etapa de tensión de entrada para el integrador, lo que provoca el aumento constante de la tensión de salida. La tensión aumenta hasta alcanzar la misma tensión que la tensión de entrada, y a lo largo de este proceso la corriente se limita para estar dentro de la corriente permitida para la fuente de alimentación externa, es decir, en función de los límites del terminal o lector en el que se encuentra la tarjeta. conectado cuando está en uso. Dicho circuito integrador puede implementarse utilizando un elemento de ganancia como un amplificador operacional o un transistor de efecto de campo, por ejemplo.
En un ejemplo, el circuito integrador utiliza un transistor de efecto de campo con su terminal de fuente acoplado a un terminal de alta tensión de la almohadilla de contacto que está dispuesto para conectarse a un terminal de alta tensión desde la fuente de alimentación externa, su puerta acoplada a través de una resistencia de retroalimentación a un terminal de baja tensión de la almohadilla de contacto que está dispuesto para conectarse a un terminal de baja tensión de la fuente de alimentación externa (por ejemplo, a tierra), un condensador de retroalimentación conectado entre la puerta y el terminal de drenaje del transistor, y el terminal de drenaje que proporciona tensión al circuito principal integrado de la tarjeta inteligente. Por lo tanto, el terminal de drenaje se puede conectar mediante un diodo al riel de alta tensión del circuito principal integrado de la tarjeta inteligente. Este integrador se puede implementar de manera efectiva utilizando componentes MOSFET o JFET que pueden ser muy delgados y, por lo tanto, se pueden alojar fácilmente dentro del grosor limitado de la tarjeta inteligente. En realizaciones de ejemplo, el condensador de retroalimentación y la resistencia de retroalimentación se eligen para crear un mecanismo de retroalimentación negativa adecuado para mantener la corriente en el condensador de retroalimentación igual a la de la resistencia de retroalimentación y para limitar la corriente a un nivel adecuado para el terminal al que estará la tarjeta inteligente conectado. El condensador de retroalimentación tiene una capacitancia mayor que la capacitancia interna del transistor para minimizar el efecto de las variaciones de capacitancia internas. La presencia del condensador de retroalimentación también minimiza el efecto de cualquier variación en la ganancia en el transistor. Puede haber un condensador conectado a través de la fuente y los terminales de puerta del transistor para eliminar un pico de corriente en el encendido.
El circuito principal integrado de la tarjeta inteligente puede incluir una gran capacitancia, como se ha indicado anteriormente. Por lo tanto, el circuito principal integrado de la tarjeta inteligente puede incluir un condensador entre los rieles de tensión principales para almacenar energía durante la recolección de energía sin contacto. Se apreciará que esta es una característica que puede llevar a la necesidad de un circuito limitador de corriente como se ha expuesto anteriormente, ya que el condensador daría como resultado una gran corriente de entrada. En una implementación de ejemplo, las conexiones al circuito principal integrado de la tarjeta inteligente desde las almohadillas de contacto y desde el sistema de energía sin contacto son a través de diodos para aislar los suministros del flujo de corriente inverso. La gran capacitancia para la energía del modo sin contacto puede aislarse de la energía del modo de contacto mediante un diodo. En realizaciones preferidas, las fuentes de alimentación accionan un circuito regulador de conmutación y es este circuito el que requiere el condensador grande para la eficiencia del conmutador.
El circuito principal puede incluir una antena para el sistema de recolección de energía sin contacto. La antena puede estar conectada a un rectificador. El sistema de recolección de energía sin contacto puede tomar la forma de un dispositivo RFID dispuesto para recolectar energía de un lector RFID. En este caso, el dispositivo RFID es preferiblemente una tarjeta de circuito integrado de proximidad (PICC) y el lector RFID es preferiblemente un dispositivo de acoplamiento de proximidad (PCD). El PICc y el PCD pueden cumplir con las definiciones establecidas en la norma internacional ISO/IEC 14443. En algunos ejemplos, la recolección de energía se puede llevar a cabo como se describe en el documento WO2016/055663.
El circuito principal integrado de la tarjeta inteligente puede incluir uno o más de: un sensor biométrico para obtener datos biométricos de un usuario de la tarjeta inteligente; un sistema de control para controlar el funcionamiento de otros componentes de la tarjeta inteligente; y/o un dispositivo de memoria para almacenar software y/o datos. El sensor biométrico puede ser para verificar la identidad de un usuario para que solo los usuarios autorizados puedan acceder a las funciones de la tarjeta inteligente. En este caso, el sistema de control puede estar dispuesto para restringir el acceso a al menos algunas funciones de la tarjeta inteligente y para permitir el acceso a tales funciones en respuesta a que el sensor biométrico reciba datos biométricos correspondientes a los datos biométricos de un usuario autorizado inscrito. El dispositivo de memoria puede almacenar datos relevantes para las funciones de la tarjeta, tales como datos de personalización que se aplican típicamente a las tarjetas inteligentes. Esto puede incluir números de cuenta y similares. El dispositivo de memoria puede almacenar datos biométricos para su uso en la identificación de usuarios autorizados. Tenga en cuenta que el dispositivo de memoria puede incluir una sola memoria o varias memorias separadas para diferentes propósitos. De manera similar, el sistema de control puede ser un sistema de control único que proporciona toda la funcionalidad de control requerida para la tarjeta inteligente, o puede dividirse en varios subsistemas utilizando módulos de software separados y/o hardware separado.
Puede proporcionarse un sensor biométrico en la tarjeta inteligente para la identificación de un usuario autorizado de la tarjeta electrónica. La tarjeta inteligente puede disponerse para que sea completamente operativa solo cuando el sensor biométrico proporciona una indicación de un usuario autorizado. La tarjeta inteligente puede tener características seguras a las que solo puede acceder un usuario autorizado, y el sensor biométrico proporciona una forma de identificar a un usuario autorizado.
El sensor biométrico puede ser cualquier tipo de sensor biométrico adecuado para obtener datos biométricos del usuario. En un ejemplo, el sensor biométrico es un sensor de EKG. Alternativa o adicionalmente, la tarjeta inteligente puede incluir un sensor biométrico en forma de sensor de huellas dactilares. Este puede ser un sensor de área de huellas dactilares de tipo capacitivo, por ejemplo.
Se apreciará que un sensor de huellas dactilares como se describe en el presente documento es capaz de realizar una exploración de cualquier dígito, incluidos el pulgar y el dedo. Es común en este campo referirse principalmente a "dedo" y a "huella dactilar" cuando se entiende que una huella de pulgar/pulgar podría sustituirse fácilmente. Por lo tanto, cualquier referencia en el presente documento a un sensor de huellas dactilares y la obtención de barridos/datos de huellas dactilares debe considerarse que también incluye el uso de un pulgar en lugar del dedo.
El sistema de control puede incluir un procesador de huellas dactilares para ejecutar el algoritmo de coincidencia de huellas dactilares y una memoria para almacenar datos de huellas dactilares para las huellas dactilares registradas. El sistema de control de la tarjeta inteligente puede incluir múltiples procesadores, en los que el procesador de huellas dactilares puede ser un procesador independiente asociado con el sensor de huellas dactilares. Otros procesadores del sistema de control y/o en cualquier otro lugar de la tarjeta inteligente pueden incluir un procesador de control para controlar las funciones básicas de la tarjeta inteligente, como la comunicación con otros dispositivos (por ejemplo, a través de tecnologías sin contacto), activación y control de receptores/transmisores, activación y control de elementos seguros, tales como transacciones financieras, etc. Los diversos procesadores podrían incorporarse en elementos de hardware separados o podrían combinarse en un solo elemento de hardware, posiblemente con módulos de software separados.
La tarjeta inteligente puede ser cualquier tipo de tarjeta inteligente, por ejemplo, una tarjeta de acceso, una tarjeta de crédito, una tarjeta de débito, una tarjeta de prepago, una tarjeta de fidelización, una tarjeta de identidad y etc. En un ejemplo, la tarjeta inteligente es una tarjeta financiera para la interacción con un cajero automático y, por lo tanto, la tarjeta inteligente puede tener características conocidas para tales tarjetas financieras, que incluyen un tamaño y forma estándar y una ubicación para las almohadillas de contacto que se establece según la configuración de las almohadillas de contacto correspondientes dentro del cajero automático. En este caso, el circuito limitador de corriente puede diseñarse para evitar exceder un consumo de corriente máximo permitido para el cajero automático; por ejemplo, el circuito limitador de corriente puede estar dispuesto para limitar el consumo de corriente a través de las almohadillas de contacto a un máximo de 43 mA. Como se establece en las normas ISO, un límite de corriente típico para una tarjeta inteligente en un terminal de cajero automático es de 55 mA y se requieren 12 mA para otros aspectos de la tarjeta/terminal. Por lo tanto, el circuito limita la corriente a través de las almohadillas de contacto a 43 mA. La tarjeta inteligente puede ser una tarjeta RFID autorizada por huellas dactilares.
La tarjeta inteligente puede ser una tarjeta inteligente de un solo propósito, es decir, una tarjeta inteligente para interactuar con un solo sistema o red externa o para interactuar con un solo tipo de sistema o red externa, en donde la tarjeta inteligente no tiene ningún otro propósito.
La tarjeta inteligente tiene, preferentemente, una anchura de entre 85,47 mm y 85.72 mm, y una altura de entre 53,92 mm y 54,03 mm. La tarjeta inteligente puede tener un espesor inferior a 0,84 mm y, preferentemente, de aproximadamente 0,76 mm (por ejemplo, ± 0,08 mm).
De manera más general, la tarjeta inteligente puede cumplir con la norma ISO 7816, que es la especificación para una tarjeta inteligente.
La tarjeta inteligente puede ser capaz de comunicación inalámbrica así como de recolección de energía inalámbrica, tal como usar comunicación RFID o NFC para transmitir datos entre la tarjeta inteligente y un lector de tarjetas sin contacto. Normalmente, la comunicación inalámbrica utilizaría el mismo sistema que la recolección de energía sin contacto, más comúnmente a través de comunicaciones de retrodispersión. La tarjeta inteligente puede ser capaz tanto de comunicación inalámbrica como de comunicación por cable a través de la almohadilla de contacto.
Visto desde un segundo aspecto, la invención proporciona un método para fabricar una tarjeta inteligente, comprendiendo el método: proporcionar almohadillas de contacto para la conexión eléctrica a un dispositivo externo para suministrar energía a la tarjeta inteligente en un modo de contacto de la tarjeta inteligente; proporcionar un sistema de recolección de energía sin contacto para suministrar energía a la tarjeta inteligente en un modo sin contacto de la tarjeta inteligente; y proporcionar un circuito principal integrado en la tarjeta inteligente para recibir y administrar la energía proporcionada desde las almohadillas de contacto o desde el sistema de recolección de energía sin contacto; en el que el circuito principal incluye componentes que requieren energía para proporcionar a la tarjeta inteligente la funcionalidad requerida; caracterizado por que el circuito principal está conectado a las almohadillas de contacto a través de un circuito limitador de corriente para controlar los niveles de corriente extraídos a través de las almohadillas de contacto, el circuito limitador de corriente comprende un integrador, en el que el circuito integrador produce una tensión de salida que aumenta constantemente y, por lo tanto, controla la corriente de irrupción con la corriente limitada para estar dentro de una corriente permitida definida por una corriente máxima para un terminal o lector al que se pretende conectar la tarjeta.
El método puede incluir proporcionar características como se ha tratado anteriormente en relación con el primer aspecto. El método puede incluir seleccionar componentes para el circuito limitador de corriente en función de las características de la fuente de alimentación externa, es decir, en función del límite de corriente para un terminal o lector de tarjetas con el que se utilizará la tarjeta inteligente, por ejemplo, seleccionar el condensador de retroalimentación y/o resistencia de retroalimentación basado al límite de corriente para las almohadillas de contacto.
Ciertas realizaciones preferidas de la presente invención se describirán a continuación a modo de ejemplo únicamente y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 ilustra un circuito para una tarjeta inteligente que se puede adaptar para la energía proporcionada por las almohadillas de contacto;
la figura 2 muestra una parte de un circuito para una tarjeta inteligente que incluye un circuito limitador de corriente para la conexión a las almohadillas de contacto de la tarjeta inteligente;
la figura 3 muestra un ejemplo de una tarjeta inteligente con una carcasa externa; y
la figura 4 muestra un ejemplo de tarjeta inteligente de tipo laminado.
A modo de ejemplo, la invención se describe en el contexto de tarjetas inteligentes autorizadas por huellas dactilares que incluyen tecnología sin contacto y utilizan la energía obtenida del lector de tarjetas. Se apreciará que las ventajas del circuito limitador de corriente de la figura 2 también podrían aplicarse a tarjetas inteligentes sin sensores biométricos.
La figura 1 muestra la arquitectura de un ejemplo de tarjeta inteligente sin contacto 102, que puede recibir energía de las almohadillas de contacto a través de una conexión eléctrica adecuada a las líneas eléctricas, por ejemplo en A o B. Mediante la adición de una conexión a una almohadilla de contacto a través de un circuito limitador de corriente, entonces la tarjeta inteligente 102 de la figura 1 puede operar con recolección de energía sin contacto o con una fuente de energía basada en contacto. La figura 2 muestra otra arquitectura, ligeramente simplificada, para una tarjeta inteligente 102 que incluye un circuito limitador de corriente C. Este circuito C podría acoplarse al circuito principal de la figura 1 para proporcionar la conexión de placa de contacto requerida. El circuito limitador de corriente C y la tarjeta inteligente 102 representados en la figura 2 se explican con más detalle a continuación.
El sistema de recolección de energía sin contacto y otras posibles características de la tarjeta inteligente 102 se explicarán ahora con referencia a la figura 1. La tarjeta inteligente 102 está dispuesta para ser utilizada con un lector 104 de tarjetas con alimentación que transmite una señal a través de una antena 106. La señal suele ser de 13,56 MHz para los sistemas MIFARE® y DESFire®, fabricados por NXP Semiconductors, pero puede ser de 125 kHz para los productos PROX® de menor frecuencia, fabricados por HID Global Corp. Esta señal es recibida por una antena 108 de la tarjeta inteligente 102, que comprende una bobina sintonizada y un condensador y, después, es transmitida a un circuito 110 de comunicación. La señal recibida es rectificada por un rectificador de puente 112, y la salida de CC del rectificador 112 se proporciona al procesador 114 que controla los mensajes del circuito 110 de comunicación.
Una señal de control emitida por el procesador 114 controla un transistor 116 de efecto de campo que está conectado a través de la antena 108. Al encender y apagar el transistor 116, la tarjeta inteligente 102 puede transmitir una señal y descodificarla mediante circuitos 118 de control adecuados en el sensor 104. Este tipo de señalización se conoce como modulación de retrodispersión y se caracteriza por el hecho de que el sensor 104 se utiliza para alimentar el mensaje de retorno a sí mismo.
El acelerómetro 16, que es una característica opcional, está conectado de forma apropiada al procesador 114. El acelerómetro 16 puede ser un acelerómetro digital de tres ejes proporcionado por Kionix, inc. de Ithaca, Nueva York, EE. UU. y en este ejemplo es el acelerómetro Kionix KXCJB-1041. El acelerómetro detecta los movimientos de la tarjeta y proporciona una señal de salida al procesador 114, que está dispuesto para detectar e identificar los movimientos que están asociados con los modos operativos requeridos en la tarjeta como se trata a continuación. El acelerómetro 16 puede usarse sólo cuando se obtiene energía del lector 104 de tarjetas alimentado, o durante el suministro de energía a través de las almohadillas de contacto.
La tarjeta inteligente incluye además un motor 120 de autentificación de huellas dactilares que incluye un procesador 128 de huellas dactilares y el sensor 130 de huellas dactilares. Esto permite la inscripción y autorización mediante identificación de huellas dactilares. El procesador 128 de huellas dactilares y el procesador 114 que controla el circuito 110 de comunicación juntos forman un sistema de control para el dispositivo. De hecho, los dos procesadores podrían implementarse como módulos de software en el mismo hardware, aunque también podría usarse hardware separado. Al igual que con el acelerómetro 16 (si está presente), el sensor 130 de huellas dactilares se puede utilizar sólo cuando se obtiene energía del lector 104 de tarjetas alimentado, o durante el suministro de energía a través de las almohadillas de contacto.
La antena 108 comprende un circuito sintonizado que incluye una bobina de inducción y un condensador, que están sintonizados para recibir una señal de RF del lector 104 de tarjetas. Cuando se expone al campo de excitación generado por el sensor 104, se induce un voltaje a través de la antena 108.
La antena 108 tiene líneas 122, 124 de salida de extremo primera y segunda, una en cada extremo de la antena 108. Las líneas de salida de la antena 108 están conectadas al motor 120 de autentificación de huellas dactilares para proporcionar energía al motor 120 de autentificación de huellas dactilares. En esta disposición, se proporciona un rectificador 126 para rectificar la tensión de CA recibido por la antena 108. La tensión de CC rectificado se suaviza utilizando un condensador de suavizado y se suministra después al motor 120 de autentificación de huellas dactilares.
La figura 2 muestra una arquitectura ampliamente similar para una tarjeta inteligente 102 enfocada en el sistema de regulación y alimentación de energía y, en particular, que incluye un circuito limitador de corriente C, que como se ha señalado anteriormente también podría conectarse al circuito principal de la figura 1 en el punto A o B. El circuito principal de la figura 2 tiene una antena 108 para suministrar energía sin contacto, que se recolecta utilizando el condensador 206 a través de los dos carriles del circuito de una manera conocida. El circuito principal tiene un sistema 220 de control para la tarjeta inteligente. Este sistema de control puede incorporar la misma funcionalidad que la tarjeta inteligente 102 de la figura 1 y, por tanto, puede incluir componentes equivalentes al circuito 110 de comunicación, el procesador 114 y el motor 120 de autorización de huellas dactilares.
El circuito limitador de corriente C de la figura 2 forma un integrador que usa el transistor 204, la resistencia 202 de retroalimentación y el condensador 203 de retroalimentación. Se utiliza un condensador 201 adicional para limitar las corrientes de activación. La tensión de entrada de las almohadillas de contacto está conectado al terminal de fuente para el transistor 204, la puerta del transistor 204 está conectada a través de la resistencia 202 de retroalimentación al terminal de baja tensión (es decir, a tierra) y el condensador 203 de retroalimentación está conectado a la puerta y al terminal de drenaje para el transistor 204. El terminal de drenaje también proporciona la tensión de salida para el circuito principal de la tarjeta inteligente 102 y está conectado al riel de alta tensión a través de un diodo 205. El integrador produce una tensión de salida que aumenta constantemente controlando así la corriente de entrada en el diodo 205 y, por lo tanto, también controlando la corriente de entrada desde el suministro de tensión del terminal. El circuito C funciona adecuadamente con componentes MOSFET.
Cuando se aplica energía por primera vez, el transistor 204 se polariza para permitir que pase muy poca corriente desde el terminal al circuito principal de la tarjeta inteligente. La polarización de tensión de puerta a fuente del transistor 204 aumenta inicialmente debido a la tensión terminal aplicada multiplicado por el divisor de tensión formada por los condensadores 201 y 203.
La etapa de tensión está diseñada para ser menor que la tensión umbral para mantener el transistor 204 apagado. Después de la etapa de tensión, la tensión puerta-fuente continúa aumentando debido a que la corriente que fluye en la resistencia 202 carga las capacitancias en la puerta. La tensión alcanza rápidamente el umbral de activación y el transistor 204 comienza a conducir. La tensión de salida en el drenaje del transistor 204 comienza a aumentar a una velocidad que provoca un flujo de corriente suficiente en el condensador de retroalimentación 203 para cancelar el flujo de corriente en la resistencia de retroalimentación 202, manteniendo así la tensión de puerta constante. Existe un mecanismo de retroalimentación negativa que actúa para mantener la corriente en el condensador 203 de retroalimentación igual a la de la resistencia 202 de retroalimentación. Los expertos en la técnica estarán familiarizados con dicho mecanismo, debe tenerse en cuenta que, dado que la tensión de la puerta permanece constante, no hay corriente que fluya en ninguno de los otros condensadores conectados a la puerta, excepto por el condensador 203 y la capacitancia del drenaje interno de la puerta de los transistores. Durante esta fase, la tensión de salida del circuito continúa aumentando a un ritmo constante. Después de un breve período de tiempo, la tensión de salida alcanzará la tensión del terminal y luego dejará de aumentar. En este punto, la corriente en el condensador 203 de retroalimentación disminuirá a cero. La tensión de la puerta será entonces llevada a cero por la resistencia 202 y el transistor 204 se encenderá completamente.
Hay una consideración adicional para el diseño del circuito. En determinadas condiciones, el transistor 204 del elemento de ganancia puede activarse transitoriamente provocando un breve pico de corriente grande. Cuando se aplica tensión terminal, se produce una pequeña etapa de tensión a través de la entrada del elemento de alta ganancia. La etapa se debe al divisor de tensión formado por el condensador 203 de retroalimentación y la capacitancia de entrada del elemento de ganancia multiplicada por la tensión del terminal. La capacitancia para este condensador 201 se elige para asegurar que el paso de tensión sea menor que la tensión umbral de activación. La capacitancia para este condensador 201 se elige para asegurar que la etapa de tensión es menor que la tensión umbral de encendido.
El circuito limitador de la corriente C es un integrador. Cuando se aplica la tensión terminal, se convierte en una etapa de tensión de entrada al integrador. Esto hace que la tensión de salida del integrador aumente en pendiente positiva. Esto lo saben bien los expertos en la materia. La pendiente de tensión de salida provoca un flujo de corriente constante en el condensador 206 en el circuito principal de la tarjeta inteligente 102. La tensión continúa aumentando hasta que alcanza la tensión terminal y el transistor 204 está completamente encendido.
Debido al condensador 203 de retroalimentación, el circuito es inmune a las variaciones del elemento de ganancia. El condensador 203 de retroalimentación se elige para que sea mayor que la capacitancia del elemento de ganancia interno del transistor 204 para minimizar los efectos de las variaciones de capacitancia internas. La variación de la ganancia del elemento de alta ganancia tiene efectos menores debido al condensador 203 de retroalimentación. Por lo tanto, el circuito es relativamente robusto a las variaciones de características del elemento de alta ganancia, y esto permite una gran flexibilidad en la selección del tipo de elemento de ganancia. En particular, se pueden usar transistores MOSFET o JFET a pesar de su bajo rendimiento en términos de umbral de tensión o ajuste de ganancia. También se podrían usar transistores bipolares de mayor rendimiento, pero para los propósitos del ejemplo actual, se selecciona un transistor MOSFET o JFEt debido al potencial de tamaño pequeño, lo que tiene ventajas en relación con las restricciones de tamaño y grosor de una tarjeta inteligente. El circuito integrador podría implementarse alternativamente utilizando un amplificador operacional como elemento de ganancia.
La tarjeta inteligente 102 de ejemplo usa un sensor 130 de huellas dactilares como se ha indicado anteriormente. El sensor 130 de huellas dactilares puede ser un sensor 130 de huellas dactilares de área montado en una carcasa 134 de tarjeta como se muestra en la figura 3 o ajustado de manera que quede expuesto desde un cuerpo 140 de tarjeta laminado como se muestra en la figura 4. La carcasa 134 de la tarjeta o el cuerpo 140 laminado encierra todos los componentes de la figura 1 o la figura 2 y tiene un tamaño similar al de las tarjetas inteligentes convencionales.
El motor 120 de autentificación de huellas dactilares está dispuesto para escanear un dedo o pulgar presentado al sensor 130 de huellas dactilares y comparar la huella dactilar escaneada del dedo o pulgar con los datos de huellas dactilares almacenados previamente utilizando el procesador 128 de huellas dactilares. A continuación, se determina si la huella digital escaneada coincide con los datos de huella digital almacenados previamente; en una realización preferida, el tiempo necesario para capturar una imagen de huella digital y autentificar al portador de la tarjeta 102 es menos de un segundo.
Si se determina una coincidencia de huellas dactilares, el procesador toma la acción apropiada dependiendo de su programación. En un ejemplo, el proceso de autorización de huellas dactilares se usa para autorizar el uso de la tarjeta inteligente 104 con el lector 104 de tarjetas sin contacto o mediante almohadillas de contacto. Por tanto, el circuito 110 de comunicación solo está autorizado para transmitir una señal al lector 104 de tarjetas cuando se realiza la coincidencia de huellas dactilares. El circuito 110 de comunicación transmite la señal mediante modulación de retrodispersión, de la misma manera que el circuito 110 de comunicación convencional. La tarjeta puede proporcionar una indicación de autorización exitosa utilizando un indicador adecuado, tal como el LED 136.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una tarjeta inteligente (102) que comprende:
almohadillas de contacto para conexión eléctrica a una fuente de alimentación externa para suministrar energía a la tarjeta inteligente en un modo de contacto de la tarjeta inteligente (102);
un sistema de recolección de energía sin contacto (108, 126) para suministrar energía a la tarjeta inteligente (102) en un modo sin contacto de la tarjeta inteligente (102); y
un circuito principal integrado de la tarjeta inteligente (102) para recibir y gestionar la energía proporcionada desde las almohadillas de contacto o desde el sistema de recolección de energía sin contacto;
en donde el circuito principal incluye componentes que requieren energía para proporcionar a la tarjeta inteligente (102) la funcionalidad requerida;
caracterizada por que el circuito principal está conectado a las almohadillas de contacto a través de un circuito limitador de corriente (C) para controlar los niveles de corriente extraídos a través de las almohadillas de contacto, comprendiendo el circuito limitador de corriente (C) un integrador, en donde el circuito integrador produce una tensión de salida que aumenta de forma constante y, por lo tanto, controla la corriente de entrada con la corriente limitada para estar dentro de una corriente permitida definida por una corriente máxima para un terminal o lector (104) al que la tarjeta (102) está destinada a conectarse.
2. Una tarjeta inteligente (102) según la reivindicación 1, en donde el integrador se implementa utilizando un amplificador operacional, un MOSFET o un JFET.
3. Una tarjeta inteligente (102) según la reivindicación 1 o 2, en donde el circuito principal y el circuito limitador de corriente (C) consisten en componentes con una altura de menos de 0,84 mm para ser alojados dentro de un cuerpo de tarjeta inteligente con un grosor de menos de 0,84 mm.
4. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, en donde el circuito integrador utiliza un transistor de efecto de campo (204) con su terminal de fuente conectado a un terminal de alta tensión de la almohadilla de contacto para la conexión a un terminal de alta tensión de la fuente de alimentación externa, su puerta dispuesta para ser acoplada a través de una resistencia de retroalimentación (202) a un terminal de baja tensión de la almohadilla de contacto para la conexión a un terminal de baja tensión de la fuente de alimentación externa, un condensador de retroalimentación (203) conectado entre la puerta y el terminal de drenaje del transistor, y proporcionando el terminal de drenaje tensión al circuito principal integrado de la tarjeta inteligente (102),
en donde opcionalmente el condensador de retroalimentación (203) tiene una mayor capacitancia para dominar la capacitancia interna del transistor (204).
5. Una tarjeta inteligente (102) según la reivindicación 4, que comprende un condensador (201) conectado a través de los terminales de fuente y puerta del transistor (204) para dominar la capacitancia interna del transistor (204) con el fin de eliminar un pico de corriente en el encendido,
opcionalmente, en donde la capacitancia del condensador (201) conectado a través de los terminales de fuente y puerta del transistor (204) y la capacitancia del condensador de retroalimentación (203) se eligen para evitar que la tensión de la fuente de puerta inicial suba por encima de la tensión umbral de activación.
6. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, en donde el circuito principal integrado de la tarjeta inteligente (102) incluye una capacitancia entre los rieles de tensión principales para almacenar energía durante la recolección de energía sin contacto.
7. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, en donde el circuito principal integrado de la tarjeta inteligente (102) incluye uno o más de: un sensor biométrico (130) para obtener datos biométricos de un usuario de la tarjeta inteligente (102); un sistema de control (220) para controlar el funcionamiento de otros componentes en la tarjeta inteligente (102); y/o un dispositivo de memoria para almacenar software y/o datos.
8. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, que incluye un sensor biométrico (130) en la tarjeta inteligente (102) para la identificación de un usuario autorizado de la tarjeta inteligente (102), en donde la tarjeta inteligente (102) está dispuesta para ser completamente operable solo cuando el sensor biométrico (130) proporciona una indicación de un usuario autorizado.
9. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, en donde la tarjeta inteligente (102) es una tarjeta de acceso, una tarjeta de crédito, una tarjeta de débito, una tarjeta de prepago, una tarjeta de fidelización y/o una tarjeta de identidad.
10. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, en donde la tarjeta inteligente (102) es una tarjeta financiera para la interacción con un cajero automático.
11. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, en donde el circuito limitador de corriente (C) está dispuesto para limitar la corriente extraída a través de las almohadillas de contacto a un máximo de 43 mA.
12. Una tarjeta inteligente (102) según cualquier reivindicación anterior, teniendo la tarjeta inteligente (102) una anchura de entre 85,47 mm y 85,72 mm, una altura de entre 53,92 mm y 54,03 mm y un grosor inferior a 0,84 mm.
13. Un método para fabricar una tarjeta inteligente (102), comprendiendo el método:
proporcionar almohadillas de contacto para la conexión eléctrica a una fuente de alimentación externa para suministrar energía a la tarjeta inteligente (102) en un modo de contacto de la tarjeta inteligente (102);
proporcionar un sistema de recolección de energía sin contacto (108, 126) para suministrar energía a la tarjeta inteligente (102) en un modo sin contacto de la tarjeta inteligente (102); y
proporcionar un circuito principal integrado de la tarjeta inteligente para recibir y administrar la energía proporcionada desde las almohadillas de contacto o desde el sistema de recolección de energía sin contacto;
en donde el circuito principal incluye componentes que requieren energía para proporcionar a la tarjeta inteligente (102) la funcionalidad requerida;
caracterizado por que el circuito principal está conectado a las almohadillas de contacto a través de un circuito limitador de corriente (C) para controlar los niveles de corriente extraídos a través de las almohadillas de contacto, comprendiendo el circuito limitador de corriente un integrador, en donde el circuito integrador produce una tensión de salida que aumenta de manera constante y, por lo tanto, controla la corriente de entrada con la corriente limitada para estar dentro de una corriente permitida definida por una corriente máxima para un terminal o lector (104) al que se pretende conectar la tarjeta (102).
14. Un método según la reivindicación 13, que comprende proporcionar a la tarjeta inteligente (102) características según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12.
15. Un método según la reivindicación 13 o 14, que comprende seleccionar componentes para el circuito limitador de corriente (C) en función de la fuente de alimentación externa con la que se utilizará la tarjeta inteligente (102).
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