JP2006513491A - 最速または高速の転送を用いてｕｓｂスマートカードと通信するための手段 - Google Patents

Abstract

この発明は、正確なクロック要素（８０；１１４）をスマートカード（７４；１０８）に導入することにより、最速かつ高速の伝送に用いられるべき低速のＵＳＢリーダ／コネクタ（７２，８４；１１０）の使用を可能にする。加えて、この発明は、ＵＳＢ互換リーダ／コネクタにクロック要素（６２）を備える必要性をなくすことにより、リーダ／コネクタをはるかに単純な装置にして、より低価格で製造できるようにする。

Description

この発明は、スマート（ＩＣ）カードのための通信インターフェイスに関する。特に、この発明は、スマートカードが最速または高速モードでユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）接続を介してホストと通信することを可能にする手段に関する。

スマートカードは典型的にはリーダ（reader）を介してホスト端末と通信する。ある種のシステムにおいてはリーダはホストでもある。このようなシステムにおいては、カードがリーダにおけるスロットに挿入されると、リーダにおける電気的接点がカードの外部にある嵌合接点と係合する。接点が係合されることにより、リーダにおけるマイクロコントローラがスマートカードにおけるメモリおよび／またはマイクロプロセッサと通信することが可能となる。現在、大抵のスマートカードは、国際標準化機構／国際電気標準会議（ＩＳＯ）７８１６に準拠してカードリーダと通信する。図１は、典型的なＩＳＯ−７８１６接続方式に従って接続された独立型（stand-alone）のリーダ１０とスマートカード１２との構造および接続を示すブロック図である。典型的なスマートカードシステム上で使用可能な８個の接触点のうち、典型的な接続では５つの接触点が利用される。すなわち、電源のための接触点と、クロック信号のための接触点と、データ入出力のための接触点と、リセット信号を送信するための接触点と、接地接続のための接触点とである。リーダ１０におけるマイクロプロセッサ１４はクロック２２からクロック信号を受信し、Ｉ／Ｏライン２４を介して信号を入出力し、ＲＳＴライン２６を介して信号をリセットする。

ＩＳＯ−７８１６は十分に確立され広く用いられている規格であるが、この規格に基づいた通信は幾分低速である。さらに、パーソナルコンピュータが広く普及し、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）接続が大抵のＰＣの標準機能になると、マイクロプロセッシングおよびメモリ機能をリーダ（カード接触メカニズム）から別個のホストＰＣに再配置してリーダを単純なＵＳＢコネクタにすることにより、スマートカードリーダをより安価にすることができる。ＵＳＢプロトコルは、インテル（Intel）、ヒューレット・パッカード（Hewlett-Packard）、ルーセント（Lucent）、エヌ・イー・シー（ＮＥＣ）、フィリップス（Philips）、マイクロソフト（Microsoft）などが共同でイニシアチブをとるＵＳＢインプリメンターズ・フォーラム・インコーポレイテッド（USB Implementers Forum, Inc.）によって提供される専用の業界標準である。当該プロトコルはＩＥＥＥ１３９４規格のコネクタとともに動作する。

図２は、コンピュータおよびＵＳＢ接続を利用するスマートカード読取りシステムの典型的な構造および接続を示すブロック図である。図２においては、パーソナルコンピュータ４０は、コネクタヘッド４４（「カードリーダ」）を備えたＵＳＢケーブル接続４２を介してスマートカード４６と通信する。当該ＵＳＢケーブル接続４２には４本のワイヤが必要である。すなわち、電源Ｖｃｃのためのワイヤと、接地ＧＮＤのためワイヤと、一対の差動データ伝送ワイヤＤＡＴＡ＋ ５０およびＤＡＴＡ− ５２とである。第１世代のＵＳＢ規格（バージョン１．１）は２つのモード、すなわち低速モードおよび最速モードでの伝送を可能にする。低速伝送、たとえばＵＳＢ１．１での制御転送および割込転送のために、データは、コンピュータ４０内において±１．５％（または１５，０００ｐｐｍ）のデータ信号許容差で１．５Ｍｂｐｓでクロックされる。最速転送、たとえばＵＳＢ１．１でのアイソクロナス転送またバルク転送のために、データは、±０．２５％（または２，５００ｐｐｍ）のデータ信号許容差で１２Ｍｂｐｓでクロックされる。上述の２つのモードに加えて、より新しいＵＳＢ規格（バージョン２．０）には第３の（高速の）伝送
モードが必要とされる。この場合、データ信号速度は、±５００ｐｐｍのデータ信号許容差で４８０Ｍｂｐｓに設定される。

いかなる所与の伝送速度であっても、ＵＳＢケーブル４２はクロック信号を搬送するのに別個のワイヤを持たないので、ケーブル４２の両端にクロック発生器がなくてはならない。ホスト端部においては、大抵のリーダおよびコンピュータシステムは、送受信のために用いることのできる非常に正確なシステムクロック６０を備える。ケーブル４２のカード端部においては、低価格の電子共振器４８が低速の伝送に用いられ得る。このような共振器４８は、典型的には、図２に図示のとおりスマートカードのマイクロプロセッサ５８に組込まれる。しかしながら、このような低価格の共振器４８は、最速または高速で伝送をクロックできるほど正確ではない。現在、最速または高速の伝送システムを備えるためには、水晶発振器などの正確なクロック要素をリーダ／コネクタに導入しなければならない。図３には、非常に正確なクロック要素６２を接触ピン６０のうちの１つに接続する典型的な高速のＵＳＢリーダ／コネクタ４４が示される。正確なクロック要素を欠く旧世代のＵＳＢスマートカードコネクタ（図２）は廃れてしまうだろう。しかしながら、設置基盤が大きな低速のＵＳＢスマートカードコネクタが依然として存在するので、コネクタ４４が内部にクロックを有するか否かにかかわらず、これらのコネクタをいずれも最速または高速の伝送モードで用いることのできるスマートカードを備えることが望ましいだろう。

リーダ／コネクタにクロック要素を備えることにより、リーダ／コネクタの製造が複雑となり、その費用が増すので、リーダ／コネクタモジュールにおけるクロック要素の必要性をなくすスマートカードシステムを備えることも望ましいだろう。

発明の概要
この発明はスマートカードであり、そのマイクロプロセッサには非常に正確なクロック要素が接続されている。正確なクロック要素を組込むことにより、最速または高速のデータ伝送のためにスマートカードをいかなるＵＳＢ使用可能なスマートカードリーダ／コネクタとも用いることが可能となる。正確なクロック要素は、少なくとも最速の、好ましくは高速のデータ転送を達成するのに十分な正確さ（たとえば少なくとも０．２５％の正確さ）を有し、かつ、スマートカード上への配置のための厚さ適合規格（たとえば、好ましくは０．６ｍｍ以下）を有するならば、クロックセラミック発振器、共振器またはいかなる振動装置であってもよい。

図４にはこの発明の実施例が示される。この図には、クロック要素７６がＣＰＵ７８に接続されているホストコンピュータ７０が示される。当該コンピュータはＵＳＢケーブル接続９６を介してＵＳＢリーダ／コネクタ７２に接続される。当該ＵＳＢケーブル接続９６は４本のワイヤ、すなわち電源ワイヤ９２、接地ワイヤ９４、正のデータワイヤ８６および負のデータワイヤ８８を含む。正のデータワイヤ８６および負のデータワイヤ８８は両者で差動データ伝送対を形成する。リーダ／コネクタヘッド７２は、スマートカード７４に対するドッキング位置および接触点を備える。これはＵＳＢケーブル９６を受け、８個の接触点７８のうちの１つにおいて利用可能な４つのケーブル信号の各々を生成する。スマートカード７４はまた、リーダ／コネクタ７２の接触点に適合する８個の接触点９０を有する。接触位置のうちの４つは現在のＵＳＢバージョンでは使用されない。スマートカード７４はまたチップモジュール９８を含む。チップモジュール９８は汎用非同期送受信器（ＵＡＲＴ）モジュール８４とマイクロプロセッサ８２とを含む。ＵＡＲＴモジュー
ル８４は入出力ライン９６を介してマイクロプロセッサ８２に結合される。差動データ伝送対からの信号はスマートカード７４におけるＵＡＲＴモジュール８４に接続される。ＵＡＲＴモジュール８４は差動データ伝送ワイヤ上の信号をシリアルデータに変換して、スマートカード７４に搭載されているマイクロプロセッサ８２がこのデータを理解し、かつ入出力ライン９６を介してマイクロプロセッサ８２に中継できるようにする。スマートカード７４に組込まれた正確なクロック要素８０、たとえば、少なくとも０．２５％の正確さを持つセラミック共振器はマイクロプロセッサ８２に接続される。少なくとも最速のデータ転送を実現する（好ましくは高速の転送をもサポートする）のに必要な正確さを備え、スマートカード上で用いるのに十分に薄い他の種類の電気機械的な振動要素が用いられてもよい。さらに、クロック要素をスマートカードに適切に組込むためには、クロック要素の厚さは概して約０．６ｍｍを超えてはならない。というのも、現在のスマートカード規格ではカードの全体の厚さが０．８４ｍｍと指定されているからである。クロック要素は、スマートカードにタイミング手段を提供することにより、最速または高速でＵＳＢ信号を送受信する。カード上のクロック要素は、ＵＳＢプロトコルに従って他のクロック位置におけるのと同じ態様で動作する。

図５はこの発明のスマートカード１０８の斜視図を示す。カードを介するセラミック共振器１１４は接続ワイヤ１１６によってチップモジュール１１２に接続されている。チップモジュール１１２は、８個の接触点を備えた接触プレート１１０によってリーダ／コネクタに接続され得る。スマートカードの断面図が図６に示される。図６においては、スマートカード１０８における窪んだ区域１１８内にあるチップモジュール１１２およびセラミック共振器１１４が示される。ワイヤ１１６によってチップモジュール１１２に接続されるセラミック共振器１１４が示される。実際の実現例においては、他の手段、たとえば導電性接着剤の細片によって接続を実現することができる。接触プレート１１０は外部に接続するための手段をチップモジュールに与える。

典型的なＩＳＯ−７８１６接続方式に従って接続された独立型のリーダおよびスマートカードの構造および接続を示すブロック図である。 コンピュータを利用する低速のＵＳＢスマートカード読取りシステムの典型的な先行技術の構造および接続を示すブロック図である。 ＵＳＢコネクタヘッドが正確なクロック生成要素に組込まれておりコンピュータを利用する高速のＵＳＢスマートカード読取りシステムの別の先行技術の構造および接続を示すブロック図である。 この発明のスマートカードシステムの構造および接続を示すブロック図である。 クロック要素が組込まれている、この発明に従ったスマートカードを示す斜視図である。 クロック要素が組込まれている、この発明に従ったスマートカードを示す断面図である。

Claims (7)

1. カードリーダ／コネクタヘッドにおいて終端するＵＳＢ互換ケーブルを介してユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）規格プロトコルでホストと通信するよう構成されたスマートカードであって、
   ホストから電源信号を受信するカード上の第１の接触点と、
   接地に接続するカード上の第２の接触点と、
   差動データ信号を送受信するよう協働するカード上の第３および第４の接触点と、
   前記第１および前記第２の接触点から電源および接地を受け、前記第３および前記第４の接触点を介してＵＳＢ互換データ信号を送受信するカード上のチップモジュールと、
   カード上に装着されたクロックモジュールとを含み、前記クロックモジュールは、カードが接続されるリーダ／コネクタの種類にかかわらず、そのような互換性のあるホストであってもＵＳＢ信号の少なくとも最速のデータ転送をクロックするのに十分な正確さを有する、スマートカード。
2. 前記チップモジュールは、
   前記第３および前記第４の接触点に接続されるＵＳＢ汎用非同期送受信器（ＵＡＲＴ）回路を含み、これにより差動データが送受信され、前記チップモジュールはさらに、
   双方向接続により前記ＵＳＢ ＵＡＲＴに接続されるマイクロプロセッサを含み、これによりホストとの間でデータが送受信される、請求項１に記載のスマートカード。
3. 前記クロックモジュールはセラミック共振器である、請求項１に記載のスマートカード。
4. クロックモジュールは、±０．２５％（±２５００ｐｐｍ）の許容差内で１２Ｍｂｐｓのデータ転送速度をもたらす、請求項１に記載のスマートカード。
5. クロックモジュールは、±５００ｐｐｍの許容差内で４８０Ｍｂｐｓのデータ転送速度をもたらす、請求項１に記載のスマートカード。
6. クロックモジュールとカードとの厚さは合わせて０．８４ｍｍである、請求項１に記載のスマートカード。
7. クロックモジュールの厚さは０．６ｍｍ以下である、請求項６に記載のスマートカード。

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