KR100458652B1 - 칩-카드 - Google Patents

Abstract

칩-카드는 접촉 뱅크(contact bank) 또는 안테나 코일을 통하여 관련된 기입-판독 스테이션에 결합될 수 있다. 기입-판독 스테이션은 데이터 교환에 사용되는 커플링(coupling)을 통해 작동 전력을 카드에 공급한다. 커플링이 안테나 코일을 통해 행해질 경우에는, 정류기(5)가 전력을 공급하기 위해 제공된다. 최고 범위를 달성하기 위해, 정류기(5)는 동작 전압을 필요로 하는 소자에 직접 접속된다. AC 인식 회로(12)는 이 2가지 동작 모드간의 스위칭을 촉진시키기 위해 제공된다. 대안으로, 접촉 커플링이 정류기로부터 분리되는 경우 동작 전압을 전달하는 접촉이 되고, 전압 인식 회로는 그 접촉에 접속된다. 커플링이 안테나 코일을 통해 행해지면, 이 동작 모드에 필요하지 않은 회로 소자는 전력-절감 정지 상태(power-saving rest state)로 스위칭되어야 한다. 메모리 액세스 승인은 특정 동작 모드에 따라 상이한 방식으로 구성될 수 있다. 본 명세서에는 접촉 뱅크, 칩 및 칩-카드 상의 안테나 코일의 여러 가지 기하학적 구성이 개시되어 있다.

Description

칩-카드

본 발명은 적어도 1개의 안테나 코일뿐만 아니라 접촉들을 통해 관련된 기입-판독 스테이션에 결합될 수 있는 칩-카드에 관한 것이며, 기입-판독 스테이션은 커플링을 통해 칩-카드에 작동 전력을 공급하고, 데이터 교환 역시 이 커플링을 통해 발생하며, 커플링이 안테나 코일(들)을 통해 행해지는 경우 정류기는 전력을 공급하기 위해 제공된다.

이러한 종류의 칩-카드는 독일 특허 제39 35 364호에 공지되어 있다. 칩-카드는 신용 카드형으로 합성 물질로 팩(pack)된 고집적 전자 유닛(칩)이다. 관련적용 분야에 따라, 오늘날에는, 예를 들면, 전자 여행 티켓, GSM 카드, 전화카드 및 다른 많은 것들이 있다. 적용 분야에 따라, 전자 유닛은 저장 용량, 액세스 보호, 데이터 전송 속도, 비접촉 칩-카드의 플렉시빌리티(flexibility) 및 전송 거리와 같은 파라미터에 관하여 서로 현저하게 벗어난다.

대부분의 칩-카드는 접촉-커플링 동작 모드의 접촉 뱅크를 갖는다. 그러나, 최근에는, 고신뢰도, 취급용이 및 관련된 비접촉 기입-판독 스테이션에서 고의적 파괴에 대해 보다 양호한 보호를 특징으로 하는 비접촉 카드가 보다 많이 사용되고 있다. 비접촉 모드에서, 카드의 전자 회로로 전력 및 클록 신호들을 전송하거나 양방향 데이터 전송은 기입-판독 스테이션의 안테나와 칩-카드의 안테나 코일 사이의 유도 커플링을 통해 달성된다. 칩-카드로의 공급 전압은 기입-판독 스테이션에 의해 전송된 RF 신호의 정류에 의해 형성된다. 접촉 커플링 동작 모드에서, 공급 전압, 클록 신호들 및 데이터가 개별 접촉을 통해 유도된다.

독일 특허 제39 35 364호는 유도 커플링뿐만 아니라 접촉들을 통해 동작할 수 있는 칩-카드를 이미 개시하고 있다. 동작 모드는 옵션에 의해 행해질 수 있으며 비접촉 또는 접촉-커플링 기입-판독 스테이션을 사용하여 완전 동일하게 행해질 수 있다.

이 목적을 위해 독일 특허 제39 35 364호에 따라, 한편으로는 접촉 뱅크의 접촉들로부터 신호들을 수신하고, 다른 한편으로는 코일로부터 적절하게 준비된 신호들(공급 전압, 클록 신호들, 데이터)을 수신하는 멀티플렉서가 제공된다. 오로지 접촉-커플링된 모드에서의 동작만을 위해 구성된 칩-카드에 제공된 상기 타입의 회로는 멀티플렉서의 출력들(예를 들면, 연산 회로 및 저장 유닛)에 접속된다. 어떤 신호들(접촉 뱅크의 접촉들 상에 존재하는 신호들이나 코일들로부터 수신된 적절하게 준비된 신호들)이 멀티플렉서에 의해 출력들로 스위칭되는지를 정하기 위해, 코일들로부터 수신된 RF 신호로부터 얻어진 DC 전압과 접촉 뱅크 상에 존재하는 DC 전압을 비교하는 비교기가 제공된다.

이 회로는 동작 전압을 멀티플렉서를 통해 얻는다는 결점이 있으며, 멀티플렉서내에는 필연적으로 일정한 전압 강하가 발생한다. 따라서, 이 회로의 동작은 프린지 범위(fringe range)(기입-판독 스테이션과 칩-카드간의 거리가 큰 경우)에서 불량해질 것이다.

도 1은 최소 수의 개별 소자들을 갖는 전자 회로도.

도 2는 플라스틱 카드내의 도 1에 도시된 회로를 캡슐화한 도면.

도 3은 모놀리식 집적 회로(칩)를 도시한 블록도.

도 4는 도 3의 블록도와 유사하지만 다른 실시예에 관한 블록도.

본 발명의 목적은 비접촉 모드에서의 범위가 오로지 비접촉 동작에만 적절한 칩-카드들에서와 동일하거나 혹은 단지 무시할 수 있는 정도로(insignificantly) 약간 더 짧은 상술한 종류의 칩-카드를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 이 목적은 정류기가 동작 전압을 필요로 하는 소자에 직접 접속되고, 칩-카드를 2개의 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링" 사이에서 스위칭하기 위한 AC 인식 회로가 제공되는 상술된 종류의 칩-카드에 의해 달성된다.

따라서, 정류기에서 발생된 전압은 동작 전압을 필요로 하는 소자에 직접 인가되므로, 오로지 비접촉 동작 모드에만 적절한 칩-카드의 경우와 같이 이 전체 전압이 이용 가능하다. 따라서, 약간 더 큰 전력 소비를 무시하면, 이 범위는 오로지 비접촉 모드만을 위해 구성된 칩-카드에서와 거의 동일하다.

그러나, 이러한 단계로 인해, 독일 특허 제39 35 364호에 제공된 종류의 모드-스위칭 회로는 적절하지 않다. 왜냐하면 정류기는 동작 전압을 필요로 하는 소자에 직접 접속되기 때문이며, 정류기는 전압이 정류기 자체에 의해 또는 접촉 뱅크의 접촉에 의해 공급되는지 여부와 상관없이 항상 전압을 전달한다.(공급 전압이 멀티플렉서를 통해 동작 전압을 필요로 하는 소자에 인가되기 때문에, 이는 독일 특허 제39 35 364호에 공지된 회로의 경우는 아니다.) 그러므로, 본 발명에 따라, 동작 모드들간의 스위칭을 위해 AC 인식 회로(예를 들면, 추가 정류기의 형태)가 제공된다. 이러한 회로가 안테나 코일 상의 AC 전압을 인식하는 경우, 칩-카드는 비접촉 동작 모드("안테나 코일(들)을 통한 커플링")로 스위칭되며, 그렇지 않으면 접촉-커플링 동작 모드("접촉을 통한 커플링")로 스위칭된다.

AC 인식 회로에 대한 대안으로서, 예를 들면 다이오드에 의해, 공급 전압을 공급하는 접촉은 정류기로부터 분리될 수 있고, 전압 인식 회로는 칩-카드를 2개의 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링" 사이에서 스위칭하기 위해 이 접촉에 접속될 수 있다. 이 회로가 접촉 상의 전압을 검출할 때, 칩-카드는 접촉-커플링 동작 모드("접촉들을 통한 커플링")로 스위칭되며, 그렇지 않으면 비접촉 동작 모드("안테나 코일(들)을 통한 커플링")로 스위칭 된다.

따라서, 전자의 경우의 동작 모드는 안테나 코일로 AC 전압이 유도되는지 여부에 의해 결정되며, 반면에 후자의 경우의 동작 모드는 DC 전압이 관련 접촉 상에 존재하는지 여부에 의해 결정된다. 2개의 가능성의 조합도 가능하다.

바람직하게, 안테나 코일을 1개보다 많게 제공하지 않는다. 오로지 비접촉 동작만을 위해 설계되고, 1개보다 많은 안테나 코일을 필요로 하지 않는 칩-카드는 AT-B-395 224호에 개시되어 있다. 거기에 개시된 전송 시스템이 이러한 맥락에서 사용된다면, 회로는 단지 1개의 코일, 1개의 칩, 및 1개의 접촉 뱅크로 된, 최소수의 전자 소자를 특징으로 할 것이며, 집적화의 관점에서 간단히 구현될 수 있는 인터페이스 스위칭도 가질 것이다.

바람직하게, 메모리 액세스 승인은 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링"및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"에 따라 상이하게 구성될 수 있다. 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"에 따라 교대로 작동된 2개의 메모리 섹션들이 제공될 수 있다. 따라서, 동일한 카드는 그것이 사용된 동작 모드에 따라 2개의 완전히 상이한 기능들을 수행할 수 있다(예를 들면, 비접촉 모드의 전자 여행 티켓 및 접촉-커플링 모드의 전화카드).

"안테나 코일(들)을 통한 커플링" 모드에서, 이 모드에 필요하지 않는 회로 소자는 최대 전송 범위를 달성하기 위해 전력-절감 정지 상태로 제어되는 것이 매우 유리하다. 그 다음 그 범위는 오로지 비접촉 모드만을 위해 설계된 칩-카드의 범위와 같게 된다.

칩이 접촉 뱅크의 하측에 장착되고, 2개의 단자를 통해 칩-카드에 매립된, 휘감겨지거나 에칭되거나 인쇄된 안테나 코일에 접속될 때, 매우 큰 안테나 코일이 사용될 수 있고; 이것은 그 범위에서 유익하다. 그러나, 안테나 코일이 칩에 집적되면, 칩-카드는 아주 간단히 제조될 수 있다. 그러한 경우, 접촉 뱅크의 아래에 집적된 안테나와 함께 칩을 장착하는 것이 더 효과적이다. 제조의 간단과 안테나 코일의 크기간의 절충으로, 칩이 접촉 뱅크의 하측에 장착되고, 칩이 2개의 단자들을 통해 작은 안테나 권선에 접속되며, 안테나 권선은 칩과 마찬가지로 접촉 모듈의 상기 접촉 뱅크의 아래에 위치되게 구성된다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 하기에서 상세히 기술될 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 모놀리식 집적 회로 또는 칩(2)은 안테나 코일(3)용의 단자들(LA, LB) 및 접촉 뱅크(1)용의 단자들(VDD, VSS, DOUT, DIN, CLK, RESET)을 포함한다.(공급 전압은 VDD와 VSS간에 존재하며; 데이터는 DOUT를 통해 기입-판독 스테이션으로 전송되며; 데이터는 DIN을 통해 칩-카드에 전송되고; 클록 신호는 CLK를 통해 칩-카드에 전송되며; 리셋 신호는 RESET을 통해 칩-카드에 인가된다.) 도 2에 도시된 바와 같이, 칩(2)은 오로지 접촉-커플링 모드만을 위해 설계된 종래의 카드와 같이, 접촉 뱅크(1)의 하측에 장착된다. 소수의 선회로 된, 안테나 코일(3)은 칩-카드(4)에 매립되고, 원하는 바와 같이 휘감겨지거나 에칭되거나 인쇄된다. 따라서, 적절한 칩이 사용되면, 접촉 뱅크(1)의 아래에 제공된 칩(2)을 2개의 단자를 통해 칩-카드(4)에 매립된 안테나 코일(3)에 추가로 접속시킴으로써, 순수한 접촉-커플링 카드 기술은 비접촉 동작으로 간단히 확대될 수 있다.

주어진 카드 포맷에 대해 도 2에 도시된 실시예는 비접촉 모드에서 최대 범위를 제공하는데, 그 이유는 안테나 코일(3)이 권선 표면적이 최대로 되도록 위치되기 때문이다.

그러나, 이러한 맥락에서 다른 안테나 배치도 실행될 수 있으며, 예를 들어, 동일한 카드가 비접촉 카드(ISO 10536)뿐만 아니라 접촉-커플링 카드(ISO 7816)의 국제 표준을 만족시킬 수 있다. 게다가, 자기 스트립과의 조합 가능성이 완전하게 유지된다.

칩(2)의 기능은 도 3을 참조하여 기재될 것이다. 비접촉 모드에서 전력, 클록 신호 및 데이터가 수신되고, 데이터는 LA 및 LB를 통해 전송된다. 이 목적에 적절한 전송 방법은 AT-B-395 224호에 개시되어 있다. 수신된 RF 신호는 정류기(5)에서 정류되고, 커패시터(7)에 의해 평활화(smooth)되고, 병렬 조절기(6)(가장 단순한 경우는 제너 다이오드임)에 의해 제한된다. 칩 회로의 클록 신호들은 클록 신호 형성 회로(8)의 AC 전압으로부터 유도된다. 수신된 데이터는 복조단(9)에서 처리되고, 변조단(10)은 데이터를 리턴한다. 레벨 인식 회로(11)는 요구되는 최소 동작 전압 이상이 되는 것을 나타낸다. 동일한 칩(2)상에 비접촉 및 접촉-커플링 인터페이스를 구현하기 위해, 동작 모드의 자동 인식이 정확한 인터페이스를 작동 시키기 위해 요구된다. 이는 AC 인식 회로(12)에 의해 달성되며, AC 인식 회로(12)는 AC 전압이 안테나 코일(3)상에 존재하는 경우 비접촉 인터페이스를 작동시키고, 그렇지 않으면 접촉-커플링 인터페이스를 작동시킨다. 제어 유닛(13)은 동작 모드에 따라 비접촉 또는 접촉-커플링 인터페이스를 제어하고, 단방향 어드레스 버스 및 양방향 데이터 버스를 통해 데이터 메모리(14)로의 액세스를 제어한다.

제어 유닛(13)은 4개의 섹션들로 구성되어 있다. 즉, 섹션(13a)은 칩-카드가 동작 중인지 여부(이는 레벨 인식 회로(11)에 의해 결정됨)를 인식하는 회로를 포함하고, 동작중일 경우, 인터페이스는 작동한다. 섹션(13b)은 비접촉 인터페이스를 작동시키는 회로를 포함하고, 섹션(13c)은 접촉-커플링 인터페이스를 작동시키는 회로를 포함한다. 마지막으로, 섹션(13d)은 두 동작 모드에 필요한 회로들을 포함한다(여기서, 예를 들면 데이터는 데이터 메모리(14)로부터 페치된다). 전력 소비를 최소화하기 위해(큰 범위를 달성하기 위해 비접촉 모드에서 매우 중요함), 섹션(13b) 또는 섹션(13c)은 동작 모드에 따라 전력-절감 정지 상태로 설정된다.

제어 유닛(13)은 관련 용도에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다 즉,

- 비접촉 및/또는 접촉-커플링 인터페이스들에 대한 광범위의 프로토콜 및 보 레이트(baud rate)

- 암호, 승인(authentification), PIN

- 동작 모드에 따라 비접촉 또는 접촉-커플링 인터페이스를 통해, 개별 메모리 액세스 섹션들에 대한 메모리 액세스 보호

- 마이크로프로세서 또는 논리 게이트에 의한 구현

- 비접촉 동작 모드에 필요하지 않는 소자의 비작동에 의한 전력 소모 감소

- 기입-판독 스테이션으로부터 거리 조작에서 복수의 카드들의 비접촉 동작 모드에 대한 충돌 방지 수순 등

상기 설명에 따라, 칩-카드는 최소 수의 개별 소자들로 그리고 그로 인한 최소 수의 작업 공정으로 달성될 수 있으며, 이러한 칩-카드는 표준 규격의 기능의 손실 또는 호환(compatibility) 없이, 접촉-커플링 인터페이스뿐만 아니라 비접촉 인터페이스를 통해 동작될 수 있다.

도 4는 AC 인식 회로(12)가 부재한다는 점에서 도 3과 상이하다. 대신에, 다이오드(15)가 단자(VSS)와 정류기(5) 사이에 접속되며, 이 다이오드는 정류기(5)로부터 단자(VSS)를 분리시킨다. 따라서, 단자(VSS)는 동작 전압이 안테나 코일(3)에 의해 공급되는 경우 전압을 전달하지 않고; 전압은 동작 전압이 단자(VSS)에 접속된 접촉에 의해 공급되는 경우에만 생긴다. 단자(VSS)는 후자가 전압 인식 회로에 의해 동작 모드를 인식할 수 있도록 제어 유닛(13)에 직접적으로 접속된다.

Claims (12)

1. 적어도 1개의 안테나 코일뿐만 아니라 접촉들을 통하여 관련된 기입-판독 스테이션에 결합될 수 있는 칩-카드로서, 상기 기입-판독 스테이션은 커플링을 통해 상기 칩-카드에 작동 전력을 공급하고, 데이터 교환 역시 상기 커플링을 통해 발생하며, 상기 커플링이 안테나 코일(들)을 통해 행해지는 경우 정류기는 전력을 공급하기 위해 제공되는, 상기 칩-카드에 있어서,

   상기 정류기(5)는 동작 전압을 필요로 하는 소자들에 직접 접속되고,

   상기 칩-카드(4)를 2개의 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"간에서 스위칭하기 위한 AC 인식 회로(12)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
2. 적어도 1개의 안테나 코일뿐만 아니라 접촉들을 통해 관련된 기입-판독 스테이션에 결합될 수 있는 칩-카드로서, 상기 기입-판독 스테이션은 커플링을 통해 상기 칩-카드에 작동 전력을 공급하고, 데이터 교환 역시 상기 커플링을 통해 발생하며, 상기 커플링이 안테나 코일(들)을 통해 행해지는 경우 정류기는 전력을 공급하기 위해 제공되는, 상기 칩-카드에 있어서,

   상기 정류기(5)는 동작 전압을 필요로 하는 소자들에 직접 접속되고,

   예를 들면 다이오드(15)에 의해 공급 전압을 공급하는 접촉이 상기 정류기로부터 분리되고,

   상기 칩-카드(4)를 2개의 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"간에서 스위칭하기 위한 전압 인식 회로가 상기 접촉에 접속되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안테나 코일(3)을 1개보다 많게 제공하지 않는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 메모리 액세스 승인들은 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"에 따라 상이하게 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
5. 제 4 항에 있어서, 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"에 따라 교대로 작동될 수 있는 2개의 메모리 섹션들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 카드-칩.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, "안테나 코일(들)을 통한 커플링" 모드에서, 상기 모드에 필요하지 않은 회로 소자들은 최고의 전송 범위를 달성하기 위해 전력-절감 정지 상태(power-saving rest state)로 제어되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 칩(2)은 상기 접촉 뱅크(1)의 하측에 장착되고, 2개의 단자들(LA, LB)을 통해, 상기 칩-카드(4)에 매립된, 휘감겨지거나 에칭되거나 인쇄된 안테나 코일(3)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안테나 코일은 칩 상에 집적되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
9. 제 8 항에 있어서, 집적된 안테나를 갖는 상기 칩은 상기 접촉 뱅크의 아래에 장착되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 칩은 상기 접촉 뱅크의 하측에 장착되고, 상기 칩은 2개의 단자들을 통해 작은 안테나 권선에 접속되며, 상기 안테나 권선은 상기 칩과 마찬가지로 접촉 모듈의 상기 접촉 뱅크의 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
11. 적어도 1개의 안테나 코일뿐만 아니라 접촉들을 통해 관련된 기입-판독 스테이션에 결합될 수 있는 칩-카드로서, 상기 기입-판독 스테이션은 커플링을 통해 상기 칩-카드에 작동 전력을 공급하고, 데이터 교환 역시 상기 커플링을 통해 발생하는, 상기 칩-카드에 있어서,

    상기 칩-카드는, 칩-카드(4)를 2개의 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"간에서 스위칭하기 위한 스위칭 수단과, 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및/또는 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"에 따라 메모리 액세스 승인들을 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 칩-카드.
12. 제 11 항에 있어서, 동작 모드들, 즉 "접촉들을 통한 커플링" 및 "안테나 코일(들)을 통한 커플링"에 따라 교대로 작동될 수 있는 2개의 메모리 섹션들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 카드-칩.