KR102546905B1 - 스마트카드 - Google Patents

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즈와이프 에이에스
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Abstract

스마트카드(102)는 상기 스마트카드(102)의 접촉 모드에서 상기 스마트카드에 전력을 제공하기 위해 외부 전원에 전기적 연결을 위한 접촉 패드; 상기 스마트카드(102)의 비접촉 모드에서 상기 스마트카드(102)에 전력을 제공하기 위한 비접촉식 전력 수집 시스템(108, 126); 및 상기 접촉 패드로부터 또는 상기 비접촉식 전력 수집 시스템(108, 126)으로부터 제공된 상기 전력을 수신 및 관리하는 상기 스마트카드(102)에 탑재된 주 회로를 포함하며, 상기 주 회로는 상기 스마트카드에 요구된 기능을 제공하기 위해 전력을 필요로 하는 컴포넌트들을 포함하고; 상기 주 회로는 상기 접촉 패드를 통해 인출된 전류의 레벨을 제어하는 전류 제한 회로(C)를 통해 상기 접촉 패드에 연결되되, 상기 전류 제한 회로(C)는 적분기를 포함한다.

Description

스마트카드
본 발명은 스마트카드 및 스마트카드를 제조하는 해당 방법에 관한 것이다.
스마트카드는, 예를 들어, RFID와 같은 비접촉 기술들을 통해 데이터를 저장하고 사용자 및/또는 외부 디바이스들과 상호작용하는 기능을 갖는 전자 카드이다. 이러한 카드는 거래를 승인하는 등의 작업을 수행하도록 액세스하는 것을 가능하게 하기 위해 정보를 전달하는 센서들과 상호 작용할 수 있다. 스마트카드는, 예를 들어, 액세스 카드(access cards), 신용 카드(credit cards), 직불 카드(debit cards), 선불 카드(pre-pay cards), 로열티 카드(loyalty cards), 신원 카드(identity cards) 등을 포함할 수 있다.
이러한 스마트카드의 알려진 특징으로는 일반적으로 단말 또는 카드 판독 디바이스에서 해당 전기적 접촉점에 결합될 수 있는 접촉 패드가 있다. 접촉 패드와의 전기적 연결은 데이터 통신에 사용될 수 있으며 또한 스마트카드 상의 내부 회로에 전원을 공급하는 데에도 사용될 수 있다. 따라서, 신용 또는 직불 카드와 같은 금융 유형의 스마트카드는 ATM 단말로부터 전류를 인출하여 그 내부 로직에 전원을 공급하도록 설계된다. 이는 스마트카드 내의 회로가 ATM 단말 회로와 (또는 대안적인 카드 리더기와 동일하게) 호환되어야 하고, 또한 스마트카드가 그 내부 요구사항들을 충족시키기 위해 접촉 패드를 통해 전력을 인출하도록 한다.
이러한 스마트카드의 추가 공지된 특징은 RFID 기술 등을 통해 적절한 카드 리더기들과 비접촉식으로 통신하는 기능이다. 이러한 유형의 비접촉식 통신은 근거리 통신(Near Field Communication; NFC)으로도 불린다. 일반적인 배열에서, 전원공급형 RFID 리더기는 안테나를 통해 신호를 전송한다. 이 신호는 동조 코일(tuned coil) 및 캐패시터를 포함하는 RFID 디바이스의 안테나에 의해 수신된 다음 RFID 칩으로 전달된다. 수신된 신호는 브릿지 정류기(bridge rectifier)에 의해 정류되고, 정류기의 DC 출력은 칩으로부터 메시징을 제어하는 논리 회로를 제어하기 위해 제공된다. 따라서, 리더기로부터의 신호는 데이터가 스마트카드에서 카드 리더기로 전송되는 백스캐터 통신(backscatter communications)을 가능하게 할 뿐만 아니라 회로에 전원을 공급한다. 다양한 표준 시스템들이 존재한다. 신호는 일반적으로 NXP 세미컨덕터즈(NXP Semiconductors)에 의해 제조된 MIFARE® 및 DESFire® 시스템을 위한 13.56MHz이지만, HID 글로벌 코포레이션(HID Global Corp.)에 의해 제조된 저주파 PROX® 제품을 위한 125 kHz일 수 있다.
추가 기능을 제공 및 증가시키기 위해, 스마트카드 상에서 컴포넌트들의 양이 증가하는 경향이 있다. 그 결과, 스마트카드는 더욱 복잡한 전력 특성들을 가질 뿐만 아니라 증가된 전력 레벨을 요구하고 있다. 이에 대한 일 예로는 생체인식으로 인증된 스마트카드들과 관련되어 있는 것으로, 이는 점점 더 폭넓게 사용되고 있으며 일반적으로 온-보드 생체 센서(on-board biometric sensor)에 전력을 필요로 한다. 카드가 접촉식 및 비접촉식 통신 둘 다를 처리하는 기능을 가지고 있을 경우, 상황의 복잡성은 더 증가한다. 스마트카드 상의 회로는 비접촉식 전력 수집(contactless power harvesting) 동안과, 또한 접촉 패드를 통해 단말에 카드의 물리적 연결 동안 둘 다 증가된 전력 레벨을 제공할 수 있어야 한다. 스마트카드와 접촉 패드에 결합된 전원 간 상호작용도 관리하는 동시에 전력 수집을 위해 충분히 높은 전력 회로를 구현하는데 어려움이 있을 수 있다.
제1 양태에서 보면, 본 발명은, 스마트카드의 접촉 모드에서 스마트카드에 전력을 제공하기 위해 외부 전원에 전기적 연결을 위한 접촉 패드; 스마트카드의 비접촉 모드에서 스마트카드에 전력을 제공하기 위한 비접촉식 전력 수집 시스템; 및 접촉 패드로부터 또는 비접촉식 전력 수집 시스템으로부터 제공된 전력을 수신 및 관리하는 스마트카드에 탑재된 주 회로를 포함하며, 주 회로는 스마트카드에 요구된 기능을 제공하기 위해 전력을 필요로 하는 컴포넌트들을 포함하고; 주 회로는 접촉 패드를 통해 인출된 전류의 레벨을 제어하는 전류 제한 회로를 통해 접촉 패드에 연결되되, 전류 제한 회로는 적분기(integrator)를 포함하는, 스마트카드를 제공한다.
접촉 및 비접촉 동작 모드 둘 모두의 조합을 갖는 스마트카드에서, 일반적으로 주 전압 레일들(rails) 간에 큰 정전 용량(capacitance) 존재하거나 및/또는 바람직하지 않는 큰 전류 인출(current draw)의 가능성을 발생시킬 수 있는 회로의 다른 특징들이 있을 수 있다. 접촉식 전력 모드에서, 스마트카드는 일반적으로 ATM 단말과 같은 카드 리더기 내에 있는 외부 전원에 물리적으로 연결된다. 스마트카드가 접촉 패드를 통해 너무 많은 전류가 인출되면, 단말 또는 리더기는 방어 동작을 취할 것이며, 카드 슬롯으로부터 전력을 차단(shut down)시키거나 분리시키는 것과 같은 여러 작업들 중 하나를 수행할 수 있다. 따라서, 전류 제한 회로의 사용은 바람직하지 않은 높은 돌입 전류(inrush current)를 방지함으로써 카드가 접촉식 스마트카드 소켓에 플러그가 연결될 때 일어날 수 있는 문제들을 해결한다.
또한, 적분기가 전류 제한 회로를 구현하는데 사용된다는 것이 중요하다. 이는 ISO 표준에 의해 두께가 0.84 mm 이하로 제한되는 은행 카드 유형의 스마트카드들과 같은, 일반적인 스마트카드의 제한된 두께 내에서 수용될 수 있는 컴포넌트들을 사용하여 적절한 전류 제한 회로가 구현될 수 있기 때문에, 스마트카드에 상당한 이점들을 제공한다. 예를 들어, 적절한 적분기는 스마트카드 본체 내에 맞도록 충분히 제한된 컴포넌트 높이로 이용 가능한 MOSFET 또는 JFET 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다. 적분기의 사용은 전류 미러 회로나 바이폴라 트랜지스터로 구현된 다른 회로들과 같은 다른 전류 제한 회로들과 대조되도록 한다. 이러한 회로들은 바이폴라 트랜지스터들과 달리 충분히 정확하게 매치된 턴-온 전압들로 제조될 수 없기 때문에 MOSFET 또는 JFET 컴포넌트들과 같은 전계 효과 트랜지스터들을 사용할 수 없다. 현재로서는, 충분히 얇은 바이폴라 트랜지스터들이 이용될 수 없으며, 따라서 이들 대안적인 전류 제한 배열은 제한된 두께의 스마트카드들에 효과적으로 사용될 수 없다. 따라서, 제1 양태의 스마트카드는 더 큰 바이폴라 트랜지스터들에 대한 필요성을 피하고, 더 얇은 트랜지스터, 또는 바이폴라 대신 사용될 연산 증폭기들(op-amps)과 같은 대안적인 컴포넌트들을 허용하도록 함으로써 전류 제한 회로가 더 얇은 프로파일을 갖도록 하기 위해 적분기를 사용하도록 한다.
적분기 회로는 지속적으로 상승하는 출력 전압을 생성하여 돌입 전류를 제어한다. 외부 소스(예컨대, ATM 단말)로부터의 전압이 접촉 패드에 인가되면, 이는 지속적으로 상승하는 출력 전압을 발생시키는 적분기에 대한 입력 전압 스텝이 된다. 전압은 입력 전압과 동일한 전압에 도달할 때까지 상승하고, 이러한 프로세스 내내 전류는 외부 전원에 허용된 전류 내에 있도록, 즉 사용 시 카드가 연결되는 단말 또는 리더기의 제한에 기반하여, 제한된다. 이러한 적분기 회로는, 예를 들어, 연산 증폭기 또는 전계 효과 트랜지스터와 같은 이득 소자(gain element)를 사용하여 구현될 수 있다.
일 예에서, 적분기 회로는 외부 전원으로부터의 고전압 단자에 연결되도록 배열되는 접촉 패드의 고전압 단자에 결합된 소스 단자, 외부 전원의 저전압 단자에(예컨대, 그라운드에) 연결되도록 배열되는 접촉 패드의 저전압 단자에 피드백 저항을 통해 결합된 게이트를 구비한 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)로서, 게이트와 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결된 피드백 캐패시터, 및 스마트카드에 탑재된 주 회로에 전압을 제공하는 드레인 단자를 구비한, 상기 전계 효과 트랜지스터를 사용한다. 따라서, 드레인 단자는 스마트카드에 탑재된 주 회로의 고전압 레일에 다이오드를 통해 연결될 수 있다. 이 적분기는 매우 얇아 스마트카드의 제한된 두께 내에 용이하게 수용될 수 있는 MOSFET 또는 JFET 컴포넌트들을 사용하여 효과적으로 구현될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 피드백 캐패시터와 피드백 저항은 피드백 저항의 전류와 동일한 피드백 캐패시터의 전류를 유지하고 스마트카드가 연결될 단말에 적합한 레벨로 전류를 제한하기 위해 적절한 네가티브 피드백 메커니즘(negative feedback mechanism)을 생성하도록 선택된다. 피드백 캐패시터는 내부 정전 용량 변동의 영향을 최소화하기 위해 트랜지스터의 내부 정전 용량보다 더 큰 정전 용량을 갖는다. 또한 피드백 캐패시터의 존재는 트랜지스터에서 이득에 있어서의 임의의 변화의 영향을 최소화한다. 턴-온 시 전류의 스파이크를 제거하기 위해 트랜지스터의 소스 및 게이트 단자들에 걸쳐 캐패시터가 연결되어 있을 수 있다.
스마트카드에 탑재된 주 회로는 위에 언급된 바와 같이 큰 정전 용량을 포함할 수 있다. 따라서, 스마트카드에 탑재된 주 회로는 비접촉식 전력 수집 동안 에너지를 저장하기 위해 주 전압 레일들 간에 캐패시터를 포함할 수 있다. 이는 캐패시터가 그렇지 않으면 큰 돌입 전류를 야기할 것이기 때문에 위에 설명한 바와 같은 전류 제한 회로에 대한 필요로 이어질 수 있는 특징이라는 점이 이해될 것이다. 예시적인 구현예에서, 접촉 패드로부터 그리고 비접촉식 전력 시스템으로부터 스마트카드에 탑재된 주 회로로 연결하려면 다이오드를 통해 역 전류 흐름으로부터 전원공급장치들을 분리해야 한다. 비접촉식 모드 전력에 대한 큰 정전 용량은 다이오드에 의해 접촉식 모드 전력으로부터 분리될 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 전원공급장치들은 스위칭 레귤레이터 회로를 구동시키는데, 스위쳐 효율(switcher efficiency)을 위해 큰 캐패시터를 필요로 하는 것은 이 회로이다.
주 회로는 비접촉식 전력 수집 시스템용 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는 정류기에 연결될 수 있다. 비접촉식 전력 수집 시스템은 RFID 리더기로부터 전력을 수집하도록 배열된 RFID 장치의 형태를 취할 수 있다. 이 경우, RFID 장치는 바람직하게는 근접 직접 회로 카드(proximity integrated circuit card; PICC)이고, RFID 리더기는 바람직하게는 근접 결합 장치(proximity coupling device; PCD)이다. PICC와 PCD는 국제 표준 ISO/IEC 14443에 명시된 정의에 따를 수 있다. 일부 예들에서, 전력 수집은 제WO2016/055663호에 설명된 바와 같이 수행될 수 있다.
스마트카드에 탑재된 주 회로는, 스마트카드의 사용자로부터 생체 데이터를 획득하는 생체 센서; 스마트카드 상의 다른 컴포넌트들의 동작을 제어하는 제어 시스템; 및/또는 소프트웨어 및/또는 데이터를 저장하는 메모리 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 생체 센서는 인증된 사용자들만이 스마트카드의 기능들에 액세스할 수 있도록 사용자의 신원(identity)을 확인하기 위한 것일 수 있다. 이 경우, 제어 시스템은 스마트카드의 적어도 일부 기능들에 대한 액세스를 제한하고, 등록된 인증된 사용자의 생체 데이터에 해당하는 생체 데이터를 수신하는 생체 센서에 응답하여 이러한 기능들에 대한 액세스를 허용하도록 배열될 수 있다. 메모리 장치는 스마트카드들에 일반적으로 적용된 개인화 정보(personalisation data)와 같은 카드의 기능들에 상응하는 데이터를 저장할 수 있다. 이는 계좌 번호 등을 포함할 수 있다. 메모리 장치는 인증된 사용자들을 식별하는데 사용하기 위한 생체 데이터를 저장할 수 있다. 메모리 장치는 단일 메모리 또는 각기 다른 목적들을 위한 여러 개별 메모리들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제어 시스템은 스마트카드에 요구되는 모든 제어 기능들을 제공하는 단일 제어 시스템일 수 있거나, 또는 개별 소프트웨어 모듈들 및/또는 개별 하드웨어를 이용한 다양한 서브-시스템들로 분할될 수 있다.
생체 센서는 전자 카드의 인증된 사용자의 식별을 위해 스마트카드에 제공될 수 있다. 스마트카드는 생체 센서가 인증된 사용자의 표시(indication)를 제공할 때에만 완전히 동작할 수 있도록 배열될 수 있다. 스마트카드는, 인증된 사용자를 식별하는 방법을 제공하는 생체 센서로 인증된 사용자에게만 액세스할 수 있는 보안 특징들을 가질 수 있다.
생체 센서는 사용자로부터 생체 데이터를 획득하는 임의의 적절한 유형의 생체 센서일 수 있다. 일 예에서, 생체 센서는 EKG 센서이다. 대안으로 또는 추가로 스마트카드는 지문 센서 형태의 생체 센서를 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 용량성 유형의 지문 영역 센서일 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 지문 센서는 손가락뿐만 아니라 엄지 손가락을 포함하는 임의의 디지트(digit)의 스캔을 수행할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 엄지손가락(thumb)/엄지손가락 지문(thumbprint)이 쉽게 대체될 수 있는 것으로 이해되는 경우, 이 분야에서는 주로 "손가락(finger)" 및 "지문(fingerprint)"으로 지칭하는 것이 일반적이다. 따라서, 본 명세서에서 지문 센서에 대한 임의의 참조 및 지문 스캔/데이터의 획득은 또한 손가락 대신 엄지손가락의 사용을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
제어 시스템은 지문 매칭 알고리즘을 수행하는 지문 프로세서와 등록된 지문에 대한 지문 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 스마트카드의 제어 시스템은 복수의 프로세서들을 포함할 수 있으며, 지문 프로세서는 지문 센서와 관련된 개별 프로세서일 수 있다. 스마트카드 상의 제어 시스템 및/또는 어느 다른 곳의 다른 프로세서들은 다른 장치들과의 통신(예컨대, 비접촉식 기술들), 수신기들/송신기들의 활성화 및 제어, 금융 거래와 같은 보안 구성요소들의 활성화 및 제어 등과 같은 스마트카드의 기본 기능들을 제어하는 제어 프로세서를 포함할 수 있다. 다양한 프로세서들은 개별 하드웨어 구성요소들에서 구현되거나, 또는 개별 소프트웨어 모듈들과 단일 하드웨어 구성요소로 결합될 수 있을 것이다.
스마트카드는 임의의 유형의 스마트카드, 예를 들어, 액세스 카드, 신용 카드, 직불 카드, 선불 카드, 로열티 카드, 신원 카드 등일 수 있다. 이 경우, 전류 제한 회로는 ATM 기계에 대한 최대 허용 전류 인출을 초과하는 것을 피하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 전류 제한 회로는 접촉 패드를 통해 인출된 전류를 최대 43mA까지로 제한하도록 배열될 수 있다. ISO 표준에서 명시된 바와 같이, ATM 단말에서 스마트카드에 대한 일반적인 전류 제한은 55mA이며, 카드/단말의 다른 양태들에는 12mA가 필요하다. 따라서, 회로는 접촉 패드를 통해 43mA까지로 전류를 제한한다. 스마트카드는 지문 인증 가능한 RFID 카드일 수 있다.
스마트카드는 단일 용도 스마트카드, 즉, 단일 외부 시스템 또는 네트워크와 상호작용하거나 단일 유형의 외부 시스템 또는 네트워크와 상호작용하는 스마트카드일 수 있으며, 상기 스마트카드는 임의의 다른 용도를 포함하지 않는다.
스마트카드는 바람직하게는 85.47 mm와 85.72 mm 사이의 너비와, 53.92 mm와 54.03 mm 사이의 높이를 갖는다. 스마트카드는 0.84 mm 미만의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 약 0.76 mm(예컨대, ± 0.08 mm)의 두께를 가질 수 있다. 보다 일반적으로, 스마트카드는 스마트카드에 대한 스펙(specification)인 ISO 7816에 따를 수 있다.
스마트카드는 무선 전력 수집뿐만 아니라 스마트카드와 비접촉식 카드 리더기 간 데이터를 전송하는 RFID 통신 또는 NFC 통신을 사용하는 것과 같은 무선 통신도 가능할 수 있다. 일반적으로 무선 통신은 비접촉식 전력 수집과 동일한 시스템을 사용할 것이며, 가장 일반적으로는 백스캐터 통신을 사용할 것이다. 스마트카드는 접촉 패드를 통해 무선 통신과 유선 통신도 둘 다 가능할 수 있다.
제2 양태에서 보면, 본 발명은 스마트카드를 제공하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은, 스마트카드의 접촉 모드에서 스마트카드에 전력을 제공을 위해 외부 장치에 전기적 연결을 위한 접촉 패드를 제공하는 단계; 스마트카드의 비접촉 모드에서 스마트카드 전력을 제공하기 위한 비접촉식 전력 수집 시스템을 제공하는 단계; 및 접촉 패드로부터 또는 비접촉식 전력 수집 시스템으로부터 제공된 전력을 수신 및 관리하는 스마트카드에 탑재된 주 회로를 제공하는 단계를 포함하며, 주 회로는 스마트카드에 요구된 기능을 제공하기 위한 전력을 필요로 하는 컴포넌트들을 포함하고; 주 회로는 접촉 패드를 통해 인출된 전류의 레벨을 제어하는 전류 제한 회로를 통해 접촉 패드에 연결되되, 전류 제한 회로는 적분기(integrator)를 포함한다.
상기 방법은 제1 양태와 관련하여 위에 논의된 바와 같은 특징들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 외부 전원의 특성들에 기초하여, 스마트카드가 사용될 단말 또는 카드 리더기에 대한 전류 제한에 기초하여, 전류 제한 회로를 위한 컴포넌트들을 선택하는 단계, 예컨대 접촉 패드에 대한 전류 제한에 기초하여 피드백 캐패시터 및/또는 피드백 저항을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 대한 특정 바람직한 실시예들은 이제 단지 예시로서 첨부 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 접촉 패드에 의해 제공된 전력에 적응될 수 있는 스마트카드용 회로를 예시한다;
도 2는 스마트카드의 접촉 패드에 연결하기 위한 전류 제한 회로를 포함하는 스마트카드용 회로의 일부를 도시한다;
도 3은 외부 하우징을 구비한 스마트카드의 예를 도시한다; 그리고
도 4는 예시적인 라미네이트형 스마트카드를 도시한다.
예로서, 본 발명은 비접촉식 기술을 포함하고 카드 리더기로부터 수집된 전력을 사용하는 지문 인증형 카드와 관련하여 설명된다. 도 2의 전류 제한 회로의 이점은 생체 센서 없이 스마트카드에 적용될 수 있다는 점이라는 것이 이해될 것이다.
도 1은 예를 들어, A 또는 B에서 전력선들과의 적절한 전기적 연결을 통해 접촉 패드로부터의 전력이 제공될 수 있는 예시적인 비접촉식 스마트카드(102)의 아키텍처를 도시한다. 전류 제한 회로를 통해 접촉 패드와의 연결을 추가함으로써, 도 1의 스마트카드(102)가 비접촉식 전력 수집 또는 접촉 기반 전원공급장치 중 하나로 동작할 수 있다. 도 2는 전류 제한 회로(C)를 포함하는 스마트카드(102)에 대한 약간 단순화된 다른 아키텍처를 도시한다. 이 회로(C)는 요구된 접촉 패드 연결을 제공하기 위해 도 1의 주 회로에 결합될 수 있을 것이다. 도 2에 도시된 전류 제한 회로(C)와 스마트카드(102)가 아래에 보다 상세히 설명된다.
비접촉식 전력 수집 시스템과 스마트카드(102)의 다른 가능한 특징들이 이제 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 스마트카드(102)는 안테나(106)를 통해 신호를 전송하는 전원공급형(powered) 카드 리더기(104)와 함께 사용되도록 배열된다. 신호는 일반적으로 NXP 세미컨덕터즈(NXP Semiconductors)에 의해 제조된 MIFARE® 및 DESFire® 시스템을 위한 13.56MHz이지만, HID 글로벌 코포레이션(HID Global Corp.)에 의해 제조된 저주파 PROX® 제품을 위한 125 kHz일 수 있다. 이 신호는 동조 코일과 캐패시터를 포함하는 스마트카드(102)의 안테나((108)에 의해 수신되어 통신 칩(110)으로 전달된다. 수신된 신호는 브릿지 정류기(112)에 의해 정류되고, 정류기(112)의 DC 출력은 통신 칩(110)으로부터 메시징을 제어하는 프로세서(114)에 제공된다.
프로세서(114)로부터 출력된 제어 신호는 안테나(108)에 걸쳐 연결되는 전계 효과 트랜지스터를 제어한다. 트랜지스터(116)를 온 및 오프로 전환함으로써, 신호가 스마트카드(102)에 의해 전송되고 센서(104)에 있는 적절한 제어 회로(118)에 의해 디코딩된다. 이러한 유형의 시그널링은 백스캐터 변조(backscatter modulation)로 알려져 있으며, 센서(104)는 스스로 리턴 메시지를 구동시키는데 사용된다는 사실을 특징으로 한다.
옵션 특징인 가속도계(16)는 프로세서(114)에 적절한 방식으로 연결된다. 가속도계(16)는 미국 뉴욕 이타카 주의 키오닉스(Kionix, Inc.)에 의해 제공된 것과 같은 3축 디지털 가속도계일 수 있는데, 이 예에서 가속도계는 Kionix KXCJB-1041 가속도계이다. 가속도계는 카드의 움직임을 감지하고 프로세서(114)로 출력 신호를 제공하며, 이는 아래에 논의된 바와 같이 카드에서 필요한 동작 모드들과 관련되는 움직임들을 검출 및 식별하도록 배열된다. 가속도계(16)는 전력이 전원공급형 카드 리더기(104)로부터 수집되거나, 또는 접촉 패드를 통한 전력 공급 동안만 사용될 수 있다.
스마트카드는 지문 프로세서(128)와 지문 센서(130)를 포함하는 지문 인증 엔진(120)을 더 포함한다. 이는 지문 식별을 통해 등록과 인증을 허용한다. 통신 칩(110)을 함께 제어하는 지문 프로세서(128)와 프로세서(114)는 장치에 대한 제어 시스템을 형성한다. 두 프로세서들은 실제 동일한 하드웨어 상에서 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있지만, 별도의 하드웨어가 사용될 수도 있을 것이다. (존재하는 경우) 가속도계(16)와 같이, 지문 센서(130)는 전원공급형 카드 리더기(104)로부터 전력이 수집되거나 접촉 패드를 통한 전원 공급 동안만 사용될 수 있다.
안테나(108)는 카드 리더기(104)로부터 RF 신호를 수신하도록 조정되는 유도 코일(induction coil)과 캐패시터를 포함하는 동조 회로(tuned circuit)를 포함한다. 센서(104)에 의해 생성된 여기 필드(excitation field)에 노출될 때, 안테나(108)에 걸쳐 전압이 유도된다.
안테나(108)는, 안테나(108)의 각 단부에 하나씩인, 제1 및 제2 단부 출력 라인들(122, 124)을 갖는다. 안테나(108)의 출력 라인들은 지문 인증 엔진(120)으로 전력을 제공하도록 지문 인증 엔진(120)에 연결된다. 이 배열에서, 정류기(126)는 안테나(108)에 의해 수신된 AC 전압을 정류하기 위해 제공된다. 정류된 DC 전압은 평활 캐패시터를 사용하여 평활화된 다음 지문 인증 엔진(120)으로 공급된다.
도 2는 전력 공급 및 레귤레이션 시스템에 포커싱되고 특히 전류 제한 회로(C)를 포함하는 스마트카드(102)에 대해 광범위한 유사 아키텍처를 도시하며, 이는 위에 언급된 바와 같이 지점 A 또는 B에서도 도 1의 주 회로에 연결될 수 있을 것이다. 도 2의 주 회로는 비접촉 전력을 공급하는 안테나(108)를 가지며, 이는 알려진 방식으로 회로의 두 레일들에 걸친 캐패시터(206)를 사용하여 수집된다. 주 회로는 스마트카드용 제어 시스템(220)을 갖는다. 이 제어 시스템은 도 1의 스마트카드(102)와 동일한 기능을 통합할 수 있으며, 이에 따라 통신 칩(110), 프로세서(114) 및 지문 인증 엔진(12)과 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 2의 전류 제한 회로(C)는 트랜지스터(204), 피드백 저항(202) 및 피드백 캐패시터(203)를 사용하여 적분기를 형성한다. 추가 캐패시터(201)는 턴-온 전류를 제한하는데 사용된다. 접촉 패드로부터의 입력 전압은 트랜지스터(204)의 소스 단자에 연결되고, 트랜지스터(204)의 게이트는 피드백 저항(202)을 통해 저전압 단자에(즉, 그라운드에) 연결되며, 피드백 캐패시터(203)는 트랜지스터(204)의 게이트와 드레인 단자에 연결된다. 드레인 단자는 또한 스마트카드(102)의 주 회로에 출력 전압을 제공하고, 다이오드(205)를 통해 고전압에 연결된다. 적분기는 상승하는 출력 전압을 생성함으로써 다이오드(205)의 돌입 전류를 제어하고, 따라서 단말 전압 공급장치로부터의 돌입 전류 또한 제어한다. 회로(C)는 MOSFET 컴포넌트들과 적절히 기능한다.
전력이 처음 인가될 때, 트랜지스터(204)는 매우 적은 전류가 단말로부터 스마트카드 주 회로로 전달되도록 바이어스된다. 트랜지스터(204) 게이트-소스 전압 바이어스는 캐패시터들(201 및 203)에 의해 형성된 전압 분배기의 인가된 단말 전압 곱으로 인해 초기에 상승한다.
전압 스텝(voltage step)은 트랜지스터(404)를 오프(off)로 유지하기 위해 임계 전압 미만이 되도록 설계된다. 전압 스텝 이후, 게이트-소스 전압은 게이트에서 정전 용량을 충전하는 저항(202)에 흐르는 전류로 인해 계속 증가한다. 전압은 턴 온 임계값에 빠르게 도달하고 트랜지스터(204)가 작동하기 시작한다. 트랜지스터(204)의 드레인에서의 출력 전압은 피드백 캐패시터(203)에 흐르는 충분한 전류가 피드백 저항(202)에 흐르는 전류를 상쇄시켜 게이트 전압을 일정하게 유지하게 하는 속도로 상승하기 시작한다. 피드백 저항(202)의 전류와 동일한 피드백 캐패시터(203)의 전류를 유지하도록 작용하는 네거티브 피드백 메커니즘이 있다. 당업자들은 이러한 메커니즘에 대해 익히 알고 있을 것이다. 게이트 전압이 일정하게 유지되기 때문에 캐패시터(203)와 트랜지스터 내부 게이트 드레인 정전 용량을 제외하고 게이트에 부착된 임의의 다른 캐패시터들에는 전류가 흐르지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이 단계 동안 회로 출력 전압은 일정한 속도로 계속 상승한다. 잠시 후, 출력 전압은 단말 전압에 도달한 다음 상승을 멈출 것이다. 이 시점에서 피드백 캐패시터(203)의 전류는 0으로 떨어질 것이다. 게이트 전압은 그런 다음 저항(202)에 의해 0으로 떨어질 것이고 트랜지스터(204)는 완전히 턴 온 될 것이다.
회로 설계에 대한 추가 고려사항이 있다. 특정 상태에서, 이득 소자 트랜지스터(204)는 일시적으로 턴 온 되어 짧은 큰 전류 스파이크를 발생시킬 수 있다. 단말 전압이 인가될 때, 고이득 소자 입력에 걸쳐 작은 전압 스텝이 발생한다. 상기 스텝은 피드백 캐패시터(203)와 단말 전압을 곱한 이득 소자 입력 정전 용량에 의해 형성된 전압 분배기에 기인한다. 이러한 턴 온 스파이크를 제거하기 위해, 캐패시터(201)가 도시된 바와 같이 이득 소자 입력 단자들에 걸쳐 연결된다. 이 캐패시터(201)의 정전 용량은 전압 스텝이 턴 온 임계 전압보다 작도록 선택된다.
전류 제한 회로(C)는 적분기이다. 단말 전압이 인가되면, 적분기에 대한 입력 전압 스텝이 된다. 이는 적분기의 출력 전압이 양으로 증가하도록 한다. 이는 당업자에게 잘 알려져 있다. 출력 전압 램프(ramp)는 스마트카드(102)의 주 회로의 캐패시터(206)에 일정한 전류가 흐르게 한다. 단말 전압에 도달하고 트랜지스터(204)가 완전히 켜질 때까지 전압은 계속 상승한다.
피드백 캐패시터(203)로 인해, 회로는 이득 소자 변동에 영향을 받지 않는다. 피드백 캐패시터(203)는 내부 정전 용량 변동의 영향을 최소화하기 위해 트랜지스터(204)의 내부 이득 소자 정전 용량보다 크도록 선택된다. 고이득 소자의 이득의 변동은 피드백 캐패시터(203)에 작은(minor) 영향을 미친다. 따라서, 회로는 상대적으로 고이득 소자의 특성 변동에 비교적 로버스트(robust)하고, 이는 이득 소자의 유형을 선택하는데 큰 유연성을 허용한다. 특히 MOSFET 또는 JFET 트랜지스터들은 전압 임계값 또는 이득 매칭 면에서 성능이 낮음에도 불구하고 사용될 수 있다. 또한, 더 높은 성능의 바이폴라 트랜지스터들이 사용될 수 있지만, 본 실시예의 목적을 위해, 작은 크기에 대한 가능성으로 인해 MOSFET 또는 JFET 트랜지스터가 선택되며, 이는 스마트카드에 대해 크기와 두께 한정들과 관련된 이점을 갖는다. 적분기 회로는 대안으로 이득 소자와 같은 연산 증폭기를 사용하여 구현될 수 있을 것이다.
예시적인 스마트카드(102)는 위에 논의된 바와 같은 지문 센서(130)를 사용한다. 지문 센서(130)는 도 3에 도시된 바와 같은 카드 하우징(134) 상에 장착되거나 도 4에 도시된 라미네이트형 카드 본체(140)로부터 노출되도록 피트된(fitted) 영역 지문 센서(130)일 수 있다. 카드 하우징(134) 또는 라미네이트형 본체(140)는 도 1 또는 도 2의 모든 컴포넌트들을 케이스에 넣을 수 있으며, 종래 스마트카드와 유사하게 사이즈 조절된다.
지문 인증 엔진(120)은 지문 센서(130)에 제공된 손가락 또는 엄지손가락을 스캔하고 프로세서(128)를 사용하여 미리 저장된 지문 데이터와 스캔된 손가락 또는 엄지손가락의 지문을 비교하도록 배열된다. 그런 다음 스캔된 지문이 미리 저장된 지문 데이터에 일치하는지에 대한 결정이 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 지문 이미지를 캡처하고 카드 소지자를 인증하는데 필요한 시간은 1초 미만이다.
그런 다음, 지문 일치가 이루어지면, 프로세서는 그 프로그래밍에 따라 적절한 동작을 수행한다. 일 예에서, 지문 인증 프로세스는 비접촉식 카드 리더기(104)로 또는 접촉 패드를 통해 스마트카드(104)의 사용을 인증하는데 사용된다. 따라서, 통신 칩(110)은 지문 일치가 이루어질 때 카드 리더기(104)로 신호를 전송하도록 인증될 수 있다. 통신 칩(110)은 백스캐터 변조로, 즉 종래 통신 칩(110)과 동일한 방식으로, 신호를 전송한다. 카드는 LED(136)와 같은 적절한 표시기(indicator)를 사용하여 성공적인 인증의 표시를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 스마트카드에 있어서,
    상기 스마트카드의 접촉 모드에서 상기 스마트카드에 전력을 제공하기 위해 외부 전원에 전기적 연결을 위한 접촉 패드,
    상기 스마트카드의 비접촉 모드에서 상기 스마트카드에 전력을 제공하기 위한 비접촉식 전력 수집 시스템, 및
    상기 접촉 패드로부터 또는 상기 비접촉식 전력 수집 시스템으로부터 제공된 상기 전력을 수신 및 관리하는 상기 스마트카드에 탑재된 주 회로
    를 포함하고,
    상기 주 회로는,
    상기 스마트카드에 요구된 기능을 제공하기 위해 전력을 필요로 하는 컴포넌트들
    을 포함하고,
    상기 주 회로는,
    상기 접촉 패드를 통해 인출된 전류의 레벨을 제어하는 전류 제한 회로를 통해 상기 접촉 패드에 연결되고,
    상기 전류 제한 회로는,
    적분기를 포함하고,
    상기 적분기는,
    지속적으로 상승하는 출력 전압을 생성하여 상기 카드가 연결되도록 되어 있는 단말 또는 리더기에 대한 최대 전류에 의해 정의된 허용 전류 내에 있도록 제한되어 있는 전류로 돌입 전류를 제어하는,
    스마트카드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적분기는,
    연산 증폭기, MOSFET 또는 JFET를 사용하여 구현되는,
    스마트카드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 회로 및 상기 전류 제한 회로는,
    0.84 mm 미만의 두께를 갖는 스마트카드 본체 내에 수용되도록 하기 위해 0.84 mm 미만의 높이를 갖는 컴포넌트들로 구성되는,
    스마트카드.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적분기는,
    상기 외부 전원의 고전압 단자에 연결하기 위해 상기 접촉 패드의 고전압 단자에 연결된 소스 단자, 상기 외부 전원의 저전압 단자에 연결하기 위해 상기 접촉 패드의 저전압 단자에 피드백 저항을 통해 결합되도록 배열된 게이트를 구비한 전계 효과 트랜지스터로서, 상기 게이트와 상기 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결된 피드백 캐패시터, 및 상기 스마트카드에 탑재된 상기 주 회로에 전압을 제공하는 상기 드레인 단자를 구비한, 상기 전계 효과 트랜지스터를 사용하는,
    스마트카드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피드백 캐패시터는,
    상기 트랜지스터의 내부 정전 용량을 지배(dominate)하도록 더 큰 정전 용량을 갖는,
    스마트카드.
  7. 제5항에 있어서,
    턴-온 시 전류의 스파이크를 제거하기 위해 상기 트랜지스터의 내부 정정 용량을 지배하도록 상기 트랜지스터의 상기 소스 및 게이트 단자들에 걸쳐 연결된 캐패시터
    를 포함하는, 스마트카드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 상기 소스 및 게이트 단자들에 걸쳐 연결된 상기 캐패시터의 정전 용량과 상기 피드백 캐패시터의 정전 용량은,
    초기 게이트 소스 전압이 턴 온 임계 전압 이상으로 상승하는 것을 방지하도록 선택되는,
    스마트카드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스마트카드에 탑재된 상기 주 회로는,
    비접촉식 전력 수집 동안 에너지를 저장하기 위해 주 전압 레일들 간에 정전 용량을 포함하는,
    스마트카드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스마트카드에 탑재된 상기 주 회로는,
    상기 스마트카드의 사용자로부터 생체 데이터를 획득하는 생체 센서,
    상기 스마트카드 상의 다른 컴포넌트들의 동작을 제어하는 제어 시스템, 및
    소프트웨어 및 데이터 중 적어도 하나를 저장하는 메모리 장치
    중 적어도 하나를 포함하는,
    스마트카드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스마트카드의 인증된 사용자의 식별을 위한 상기 스마트카드 상의 생체 센서
    를 포함하고,
    상기 스마트카드는,
    상기 생체 센서가 인증된 사용자의 표시를 제공할 때만 완전히 동작할 수 있도록 구성되는,
    스마트카드.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스마트카드는,
    액세스 카드, 신용 카드, 직불 카드, 선불 카드, 로열티 카드 및 신원 카드 중 적어도 하나인,
    스마트카드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스마트카드는,
    ATM 기계와 상호작용하는 금융 카드인,
    스마트카드.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제한 회로는,
    상기 접촉 패드를 통해 인출된 전류를 최대 43mA까지 제한하도록 구성되는,
    스마트카드.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스마트카드는,
    85.47 mm 와 85.72 mm 사이의 너비, 53.92 mm 와 54.03 mm 사이의 높이, 및 0.84 mm 미만의 두께를 갖는,
    스마트카드.
  16. 스마트카드를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 스마트카드의 접촉 모드에서 상기 스마트카드에 전력을 제공하기 위해 외부 전원에 전기적 연결을 위한 접촉 패드를 제공하는 단계,
    상기 스마트카드의 비접촉 모드에서 상기 스마트카드에 전력을 제공하기 위한 비접촉식 전력 수집 시스템을 제공하는 단계, 및
    상기 접촉 패드로부터 또는 상기 비접촉식 전력 수집 시스템으로부터 제공된 상기 전력을 수신 및 관리하는 상기 스마트카드에 탑재된 주 회로를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 주 회로는,
    상기 스마트카드에 요구된 기능을 제공하기 위해 전력을 필요로 하는 컴포넌트들
    을 포함하고,
    상기 주 회로는,
    상기 접촉 패드를 통해 인출된 전류의 레벨을 제어하는 전류 제한 회로를 통해 상기 접촉 패드에 연결되고,
    상기 전류 제한 회로는,
    적분기를 포함하고,
    상기 적분기는,
    지속적으로 상승하는 출력 전압을 생성하여 상기 카드가 연결되도록 되어 있는 단말 또는 리더기에 대한 최대 전류에 의해 정의된 허용 전류 내에 있도록 제한되어 있는 전류로 돌입 전류를 제어하는,
    방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스마트카드에 제2항, 제3항, 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 구성들을 제공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스마트카드가 사용될 상기 외부 전원에 기반하여 상기 전류 제한 회로를 위한 컴포넌트들을 선택하는 단계
    를 포함하는, 방법.
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