JP4580102B2 - データ伝送の方法及びデータ伝送のためのカード - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、第一に物品本体、第二に集積回路チップを含んだスマートカード・タイプの携帯物品に関する。
【０００２】
スマートカードは、ＩＳＯ規格７８１６に特に規定されている標準化された物品であり、その主要な機能は、所有者を特定することによって電子商取引を実行できるようにすることである。この目的のために、スマートカードは、そのシリコン基板上に集積された回路が種々の機能的要素を定義するチップを有している。この機能的要素には特に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）及び揮発性メモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）及び電気的消去及びプログラム可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が含まれる。中央処理装置（ＣＰＵ）は、バスを用いて種々のメモリ内のデータ及びアドレスを管理する。一般に、データ及びアドレスは、それぞれそ、８ビット、１６ビットにエンコードされる。
【０００３】
集積回路チップには、６個の接触パッドが設けられている。これらのパッドは、頭文字ＶＣＣ、ＧＮＤ、ＶＰＰ、ＲＳＴ、ＣＬＫ、Ｉ／Ｏによって示され、それぞれは、チップへの電力の供給、グランドへの接続、プログラム用電圧の供給、リセット、クロック信号の入力、データ入出力動作という役割を果たす。これらのパッドは、カードの表面と同一面に形成された接触領域と電気的に接続されている。ＶＣＣパッドは領域Ｃ１に、ＧＮＤパッドは領域Ｃ５に、ＶＰＰパッドは領域Ｃ６に、ＲＳＴパッドは領域Ｃ２に、ＣＬＫパッドは領域Ｃ３に、そしてＩ／Ｏパッドは領域Ｃ７に接続されている。
【０００４】
上で述べたＩＳＯ規格７８１６のパート２は、数、寸法、カード上の電気的接触領域の位置決めに関連している。この規格に定義されているように、カードには領域Ｃ１、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ７の他に、将来的な使用に備えて二つの領域Ｃ４及びＣ８が設けられているが、何も接続されないこの領域には、機能は割り当てられていない。
【０００５】
７８１６規格のパート３は、カードが従わなければならない種々の伝送プロトコル及び信号に関連する。Ｔ＝０及びＴ＝１として知られているプロトコルでは、データは、定義されたフォーマットを使って、Ｉ／Ｏパッドを介して半二重モードで非同期で伝送される。これらのデータフォーマット及びプロトコルで認められているデータレートは遅く、毎秒３８キロビット（ｋｂ／ｓ）のオーダーであり、マルチポイントリンクは許されていない。
【０００６】
結果として、最新のカードを、上で説明した７８１６規格のパート３のプロトコル及びフォーマットを利用しない非専門家の端末、すなわち実際市場で入手可能なほとんどの端末、特にパーソナルコンピュータとともに用いる場合には、カードのオン／オフを行うだけでなく、プロトコル変換を行うとともにデータをカードで使えるようにするためにデータを再フォーマットする機能を有するカードリーダーを用いることが必要となる。カードに許されているデータレートは遅いので、リアルタイムに情報のエンコード、デコードを行うような高速なデータ転送を必要とする応用に使うことはできない。
【０００７】
上記のような背景のもとで、本発明は、スマートカード・タイプの携帯物品に関するものであり、この物品は、第一に本体、第二に集積回路チップを含んでおり、前記集積回路チップは、データ及びアドレスバスによってメモリに接続された中央処理ユニットを有しており、さらに少なくとも、チップに電源電圧を供給するための第一の接触パッド、チップをグランドに接続するための第二の接触パッド、第三の接触パッド、第四の接触パッドを含んでおり、前記接触パッドはそれぞれが、物品本体の表面と同一面とされた少なくとも六つの接触領域からなる組のうちの第一の接触領域、第二の接触領域、第三の接触領域、第四の接触領域と電気的に接続されており、そして、本発明が解決しようとする問題は、７８１６規格のパート３によって組織化された方法以外の方法で、特に、Ｔ＝０及びＴ＝１プロトコル及び前記規格において記述されているようなデータに要求されるフォーマットを用いることなく、このような携帯物品を動作させることである。
【０００８】
上記の問題があったとして、本発明によって提案される解決策は、まず、チップのインターフェースに接続されている第三及び第四の接触パッドが差動ペアを構成し、これは中央処理ユニットの制御のもとで両方向でのデータ伝送を行うのに適したものであることを特徴とする携帯物品を与える。
【０００９】
本発明は、また、集積回路チップへデータを伝送する方法を与える。この方法は、中央処理ユニットによってハンドルされるデータが、差動ペアを構成するとともにチップのインターフェースに接続されている第三及び第四の接触パッドを介して両方向で伝送されることを特徴とする。
【００１０】
限定を目的とするものではない以下の説明は、添付図面を参照しながら読むことによって、本発明が実際にどのように実施されるかを理解する助けとなる。
【００１１】
本発明の携帯物品は、スマートカード・タイプである。
【００１２】
図１から分かるように、スマートカード・タイプの携帯物品１は、読み取り装置２のスロットに挿入される。読み取り装置２は、接続ケーブル３を介してハブ４に接続されている。前記ハブは、少なくとも一つのポート５、特にＵＳＢタイプのポートを有しており、リンクケーブル６を介して中央ユニット８のポート７、特にＵＳＢタイプのポートに接続されている。
【００１３】
スマートカードは、特にＩＳＯ規格７８１０、７８１６、１４４４３において定義されている標準化された物品であり、その内容はここでの説明に参照として組み入れられる。
【００１４】
これは平らな直交平行六面体で、その寸法は、長さが８５ミリメートル（ｍｍ）、幅が５４ｍｍ、厚さが７６０マイクロメートル（μｍ）であり、内部にチップ９が集積化されているカード本体を有している。
【００１５】
カード本体は、一又は二以上の熱可塑性又は熱硬化性の層を含んでいる。
【００１６】
チップ９は、チップの種々の機能的要素を定義する幾何学的形状の集積回路が形成されたシリコンのダイである。これら機能的要素は、データ及びアドレスバス１０によって相互に接続されている。図３及び図４に示すように、これらの要素には、特に、中央処理ユニットＣＰＵ、揮発性メモリＲＡＭ、不揮発性メモリＲＯＭ、電気的に消去及びプログラム可能な不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ、そして本発明によると、特別のインターフェース、特にＵＳＢインターフェースが含まれる。
【００１７】
チップ９は、少なくとも四つの接触パッドを有している。第一の接触パッドＶＣＣ、第二の接触パッドＧＮＤ、第三の接触パッドＤ＋、第四の接触パッドＤ−である。前記第三、第四の接触パッドＤ＋、Ｄ−は、ＵＳＢインターフェースに接続されている。加えて、チップ９には、第五の接触パッドＶＰＰ、第六の接触パッドＲＳＴ、第七の接触パッドＣＬＫ、第八の接触パッドＩ／Ｏが、オプションとして設けられている。
【００１８】
図２に示したように、接触パッドＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｄ＋、Ｄ−はそれぞれ、カード本体の表面と同一面とされた八つで１セットの接触領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８のうちの第一の接触領域Ｃ１、第二の接触領域Ｃ５、第三の接触領域Ｃ４、第四の接触領域Ｃ８と電気的に接続されている。接触パッドＶＰＰ、ＲＳＴ、ＣＬＫ、Ｉ／Ｏは、オプションとしてそれぞれ、上記１セットのうちの第五の接触領域Ｃ６、第六の接触領域Ｃ２、第七の接触領域Ｃ３、第八の接触領域Ｃ７に電気的に接続されている。
【００１９】
本発明のカードは、チップに電源電圧を供給する接触パッドＶＣＣ、チップを接地するＧＮＤ、両方向でのデータ伝送を可能にするパッドＤ＋及びＤ−だけによって、外部、すなわち例えばパーソナルコンピュータなどの端末との通信に適している。
【００２０】
データ伝送が接触パッドＤ＋及びＤ−によって与えられる場合、使用されるデータのフォーマット及びプロトコルは、１９９６年１月１５日改訂のＵＳＢ規格バージョン１．０で定義されているものであり、その内容或いはそれ以降のＵＳＢ規格は、ここでの説明に参照として組み入れられる。
【００２１】
この規格では、パッドＤ＋及びＤ−は差動ペアを構成する。前記両パッドの電位は互いに逆である。Ｄ＋の電位がＤ−の電位よりも高いときは、論理値「１」が伝送され、Ｄ−の電位がＤ＋の電位よりも高いときは、論理値「０」が伝送される。
【００２２】
このカードのＵＳＢインターフェースは、パッドＤ＋及びＤ−によって伝送されるデータをデコードし、そしてこれを、ＣＰＵがこのデータを扱うことができるように再フォーマットする。
【００２３】
ＵＳＢ規格で定義されたプロトコルを用いた、パッドＤ＋及びＤ−を介してのデータ伝送には、多くの利点がある。
【００２４】
まず、データ伝送の速度は毎秒１２メガビット（Ｍｂ／ｓ）に達し、これはＩＳＯ規格７８１６で定義されたプロトコル及びフォーマットを用いたＩ／Ｏパッドを介してのデータ転送の３８ｋｂ／ｓよりも大幅に速い。
【００２５】
さらに、データ伝送は、半二重モードで同期して、すなわち交互に行われ、そしてパッドＣＬＫを介してクロック信号を伝送することもできるが、それは必要ない。本発明では、クロックはカードの内部で、例えばディジタル位相同期ループ（ＤＰＬＬ）によって生成されるので有利である。低速の１．５Ｍｂ／ｓと高速の１２Ｍｂ／ｓの間のデータ伝送速度に応じて、パッドＤ＋又はＤ−に接続されたプルアップ抵抗によってカード自身が動作速度を決定し、そしてこの方法で生成されたクロックがデータ転送の速度と両立し伝送されたデータフレームをデコードできるよう、ＤＰＬＬはロックする。カード内部で周波数逓倍器を用いると便利である。
【００２６】
電子署名を解析することによって行われる詐欺行為は、より難しくなる。その理由は、このような詐欺行為にはＣＬＫパッドを介して外部からクロックを制御することが必要であるが、データがＤ＋パッド及びＤ−パッドを介して伝送されているときはこれは許されないからである。
【００２７】
このような特長は、本発明のカードによって、リアルタイムで、そして例えば有料テレビその他の応用、特にネットワーク内での情報の暗号化に関連する応用において高速に、暗号化動作及び暗号解読動作を実行することが可能になることが理解されるだろう。
【００２８】
本発明の一つの具体例で見られるように、カードはさらにＩＳＯ規格７８１６のパート３で定義されるＴ＝０及びＴ＝１などの非同期のプロトコルを用いて動作させることもできる。この場合、Ｉ／Ｏパッドはデータ信号の入出力動作用に、ＲＳＴパッドはチップのリセット用に、ＣＬＫパッドはチップにクロック信号を供給するために、そしてオプションとしてのＶＰＰパッドはプログラミング電圧を供給するために用いられる。このようなカードは、最先端の読み取り装置と共に、あるいはＵＳＢとＩＳＯの間のデータの再フォーマット動作及びプロトコル変換動作を実行する読み取り装置と共に使用することができる。
【００２９】
さらに、Ｉ／Ｏパッドを介するデータ伝送とＤ＋パッド及びＤ−パッドによるデータ伝送の両方を処理するＣＰＵを用いると、ＵＳＢプロトコルとＩＳＯプロトコルを用いたデータ伝送を同時に行えることが分かる。
【００３０】
本発明のカードのＵＳＢ機能を利用するために、図３及び図４に示した読み取り装置は、カードの少なくとも領域Ｃ１、Ｃ５、Ｃ４、Ｃ８への接続を行う手段を含んでいる。これらの領域は、チップ９のパッドＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｄ＋、Ｄ−に電気的に接続されている。
【００３１】
図３に示したように、前記読み取り装置２が、カードの領域Ｃ１、Ｃ５、Ｃ４、Ｃ８への接続を行うだけの手段を有している場合は、このような読み取り装置２はデータ、電力、グランドを伝送する単なる電気的なコネクタに過ぎず、したがって読み取り装置のコストは非常に安く済む。
【００３２】
反対に、前記読み取り装置２が、ＩＳＯ規格７８１６に従ってカードを読み取るものである場合は、チップのパッドＲＳＴ、ＶＰＰ、Ｉ／Ｏ、ＣＬＫと電気的に接続されているカードの領域Ｃ６、Ｃ３、Ｃ２、Ｃ７への接続を行うための手段を備えていなければならず、また、データフォーマットを変換し、ＩＳＯ規格７８１６のパート３へ応用できるプロトコルを使用するための適切なインターフェースが設けられていなければならない。この場合、ＵＳＢ又はＩＳＯ７８１６−３の動作モードは、機械的に、あるいは電気的に選択される。このような読み取り装置は、ＩＳＯ規格だけに従って動作するカード、ＵＳＢインターフェースだけを介して動作するカード、これら両方で動作するカードなど、多くの異なったカードを読み取るのに使用することができる。
【００３３】
図５に示した非常に有利な具体例では、本発明のカードを読み取るための読み取り装置のコネクタは、カードを挿入したときに、まず領域Ｃ５への接続が行われ、次に領域Ｃ４及びＣ８への接続が行われ、最後にチップへの電力を供給するために領域Ｃ１への接続が行われる、という接続シーケンスが機械的に行われるように作られている。
【００３４】
本発明の別の具体例では、カードの六つの接触領域だけを使用する。ＵＳＢモードではこれらの領域はＣ１、Ｃ５、Ｃ３、Ｃ７であり、これらはそれぞれチップのパッドＶＣＣ、ＧＮＤ、ＣＬＫ、Ｉ／Ｏに接続されている。ＩＳＯモードでは、これらの領域はＣ１、Ｃ５、Ｃ２、Ｃ６、Ｃ３、Ｃ７であり、これらはそれぞれパッドＶＣＣ、ＧＮＤ、ＲＳＴ、ＶＰＰ、ＣＬＫ、Ｉ／Ｏに接続されている。さらに本発明では、接触領域ＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｄ＋、Ｄ−は、少なくとも六つの接触領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７の組のうちの第一の接触領域Ｃ１、第二の接触領域Ｃ５、第三の接触領域Ｃ３、第四の接触領域Ｃ７に電気的に接続されている。全ての具体例において、パッドＶＰＰと領域Ｃ７を接続することはオプションであることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハブを介してパーソナルコンピュータのポートに接続されている読み取り装置のスロットに挿入された、本発明のカードのダイアグラムである。
【図２】 本発明のスマートカードの接触領域に電気的に接続されているチップの斜視図である。
【図３】 ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）プロトコルを用いてデータを伝送するためにカード読み取り装置に接続された、本発明のカードの集積回路チップの種々の要素を示した図である。
【図４】 ＵＳＢプロトコル及びＩＳＯ規格７８１６のパート３からのプロトコルを用いてデータを伝送するためにカード読み取り装置に接続された、本発明のスマートカードの集積回路チップの種々の要素を示した図である。
【図５】 カードを読み取り装置のコネクタに接続するための本発明の方法を例示した概略図である。

Claims (17)

1. スマートカードタイプの携帯物品であって、当該物品は第一に本体、第二に集積回路チップ（９）を含み、前記集積回路チップ（９）は、データ及びアドレスバスを介してメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ）に接続された中央処理ユニット（ＣＰＵ）を有し、さらに少なくとも、チップ（９）に電源電圧を供給する第一の接触パッド（ＶＣＣ）、チップ（９）をグランドに接続する第二の接触パッド（ＧＮＤ）、第三の接触パッド（Ｄ＋）及び第四の接触パッド（Ｄ−）を含んでおり、前記接触パッド（ＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｄ＋、Ｄ−）はそれぞれ、物品本体の表面と同一面に形成された少なくとも六つの接触領域（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８）の１セットのうちの第一の接触領域（Ｃ１）、第二の接触領域（Ｃ５）、第三の接触領域（Ｃ４）、第四の接触領域（Ｃ８）のそれぞれに電気的に接続されており、そして、チップ（９）のインターフェースに接続された第三及び第四の接触パッド（Ｄ＋，Ｄ−）が、差動ペアを構成するとともに中央処理ユニット（ＣＰＵ）の制御のもとで両方向のデータ伝送を行うようにされていることを特徴とする携帯物品。
2. 請求項１記載の携帯物品であって、前記第一、第二、第三、第四の接触パッド（ＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｄ＋、Ｄ−）のみによって外部と通信するようにされていることを特徴とする携帯物品。
3. 請求項１又は２記載の携帯物品であって、第三及び第四のパッド（Ｄ＋，Ｄ−）は、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）規格において定義されているプロトコルを用いてデータ伝送を行うようにされていることを特徴する携帯物品。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の携帯物品であって、チップ（９）は、さらに、第五の接触パッド（ＶＰＰ）、チップ（９）リセット用の第六の接触パッド（ＲＳＴ）、チップにクロック信号を供給する第七の接触パッド（ＣＬＫ）、非同期プロトコルを用いてデータ信号の入出力動作を行う第八の接触パッド（Ｉ／Ｏ）を含んでおり、前記第六、第七、第八の接触パッド（ＲＳＴ、ＣＬＫ、Ｉ／Ｏ）は、物品本体の表面と同一面に形成された少なくとも八つからなる接触領域のセットのうちの第六の接触領域（Ｃ２）、第七の接触領域（Ｃ３）、第八の接触領域（Ｃ７）のそれぞれに電気的に接続されていることを特徴とする携帯物品。
5. 請求項４記載の携帯物品であって、プロトコルはＩＳＯ規格７８１６において定義されているプロトコルであることを特徴とする携帯物品。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の携帯物品を読み取るための読み取り装置（２）であって、少なくとも、第一、第二、第三、第四の接触領域（Ｃ１、Ｃ５、Ｃ４、Ｃ８）との接続を行う手段を含んでいることを特徴とする読み取り装置。
7. 請求項６記載の読み取り装置（２）であって、第一、第二、第三、第四の接触領域（Ｃ１、Ｃ５、Ｃ４、Ｃ８）との接続だけを行う手段を含んでいることを特徴とする読み取り装置。
8. 請求項７記載の読み取り装置であって、単なるデータの伝送、電源、及びグランドのための電気的なコネクタとして構成されていることを特徴とする読み取り装置。
9. 物品本体を含むスマートカードタイプの携帯物品の集積回路チップ（９）にデータを伝送する方法であって、前記集積回路チップ（９）は、データ及びアドレスバスを介してメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ）に接続された中央処理ユニット（ＣＰＵ）を有し、さらに少なくとも、チップ（９）に電源電圧を供給する第一の接触パッド（ＶＣＣ）、チップ（９）をグランドに接続する第二の接触パッド（ＧＮＤ）、第三の接触パッド（Ｄ＋）及び第四の接触パッド（Ｄ−）を含んでおり、前記接触パッド（ＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｄ＋、Ｄ−）はそれぞれ、物品本体の表面と同一面に形成された少なくとも六つの接触領域（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８）の１セットのうちの第一の接触領域（Ｃ１）、第二の接触領域（Ｃ５）、第三の接触領域（Ｃ４）、第四の接触領域（Ｃ８）のそれぞれに電気的に接続されており、そして、中央処理ユニット（ＣＰＵ）によって扱われるデータが、差動ペアを構成するとともにチップ（９）のインターフェースに接続されている第三及び第四の接触パッド（Ｄ＋、Ｄ−）を介して両方向で伝送されることを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法であって、第三及び第四のパッド（Ｄ＋、Ｄ−）を介してのデータ伝送は、交互に行われることを特徴する方法。
11. 請求項９又は１０記載の方法であって、第三及び第四のパッド（Ｄ＋、Ｄ−）を介して伝送されるデータを処理するために、チップの内部でクロックを生成させることを特徴とする方法。
12. 請求項９乃至１１のうちいずれか一項記載の方法であって、データは、同期通信プロトコルを用いて第三及び第四のパッド（Ｄ＋、Ｄ−）を介して伝送されることを特徴とする方法。
13. 請求項９乃至１２のうちいずれか一項記載の方法であって、データ伝送が毎秒約１２メガビットまでの速度で行われることを特徴する方法。
14. 請求項９乃至１３のうちいずれか一項記載の方法であって、データ伝送が、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）規格に従ったプロトコルを用いて行われることを特徴とする方法。
15. 請求項９乃至１４のうちいずれか一項記載の方法であって、第三及び第四のパッド（Ｄ＋、Ｄ−）を介してデータを伝送するために、最初に第二の接触領域（Ｃ５）への接続が行われ、次に第三及び第四の接触領域（Ｃ４、Ｃ８）への接続が行われ、最後に第一の接触領域（Ｃ１）への接続が行われるという態様で、携帯物品が読み取り装置（２）のコネクタに接続されることを特徴とする方法。
16. 請求項９乃至１５のうちいずれか一項記載の方法であって、第五の接触パッド（ＶＰＰ）と、第六の接触パッド（ＲＳＴ）はチップ（９）をリセットし、第七の接触パッド（ＣＬＫ）はチップ（９）にクロック信号を供給し、第八の接触パッド（Ｉ／Ｏ）は非同期プロトコルを用いてデータ信号の入出力を行い、そして、前記第六、第七、第八の接触パッド（ＲＳＴ、ＣＬＫ、Ｉ／Ｏ）のそれぞれは、カード本体の表面と同一面に形成された少なくとも六つの接触領域からなるセットのうちの第六の接触領域（Ｃ２）、第七の接触領域（Ｃ３）、第八の接触領域（Ｃ７）のそれぞれに電気的に接続されていることを特徴とする方法。
17. 請求項１６記載の方法であって、プロトコルは、ＩＳＯ規格７８１６において定義されているプロトコルであることを特徴とする方法。

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