通过读取器中的芯片卡存在检测器进行通信的方法、芯片卡和通过存在检测器进行通信的读取设备

摘要

本发明涉及一种切换通信信道的方法，用于使智能卡读取器能够与插入读取器的卡的多个电路进行通信，每个电路均具有通信信道。读取器通过设置在连接按钮上的电触点，向卡施加电源电压。读取器将用于控制通信信道切换的控制信号传输至位于卡所插入部分中、而非按钮上的电触点。最后，读取器建立至少一个电路的激活信号，以使所述电路能够经由连接按钮进行通信。本发明还涉及一种可移除设备和用于读取所述设备的接收机。

说明书

技术领域

本发明涉及一种切换芯片卡电路的通信信道的方法、一种芯片卡和用于实现该方法的智能卡读取器设备。

背景技术

目前，多种设备包含有智能卡读取器。智能卡是通常与个人或服务相关联的对象，并具有集成电路，尤其用于安全目的。智能卡用于移动电话中以识别订户、用于银行系统中以证实支付、以及用于电视机顶盒中以对订户的权限进行认证。在更普通的智能卡中，微处理器卡包含中央处理单元、包含可执行程序的ROM存储器、工作RAM存储器和用于永久存储数据的EEPROM存储器。微处理器卡经由接触端子与读取器连接，这些端子用于电源、复位信号、对微处理器进行定时的时钟信号、以及称为I/O的双向通信链接。称为I/O2的另一端子是标准化并可用于通信的，但当前并未使用。在标准ISO 7816-1、2和3中，对所有端子的定位、由I/O线路传输的电信号的属性、以及由I/O线路交换的数据进行标准化，并由ISO公布。通常使用五个端子，仅将其中之一用于双向传送数据。

塑料卡需要足够柔韧，以存放在口袋或钱包中，集成于卡中的电路需要经得起一定程度的弯曲。为此，将单个电路的尺寸限制在大约二十平方毫米。由于这个原因，计算能力和存储空间方面的性能均受到了限制。目前，智能卡的使用日益广泛，确实需要提高其性能。可以通过增加智能卡中的电路数量来提高性能水平。这种解决方案已由多家智能卡制造商采用，他们实现了多达四个电路，每个电路靠近智能卡四个角中的一个。适当的丝网印刷技术使用户能够知道在每个电路中实现的应用，从而用户可以将智能卡插入读取器，当将智能卡提供给读卡器输入时，将希望上电的电路放置在智能卡的右手端上侧的端子之下。这样，用户拥有单个智能卡而非四个。这种解决方案具有以下缺点：两个电路不能同时与读取器进行通信。为了从一个电路切换至另一个电路，用户必须移出智能卡再将它插入，改变方向和/或改变侧面。因此用户必须一直在场，以执行这些操作，无论如何，如果智能卡的两个电路需要彼此通信，则不能考虑这种解决方案。

另一种方法是向智能卡提供与一个电路的接触通信和与另一电路的无接触通信。与嵌入智能卡厚度中的线圈相连的智能卡电路是已知的。线圈提供电能供应和通信。然而，与电路中的一个或另一个的通信需要向读取器配备连接器和线圈、并仔细确保由通信信道所交换的信号不会破坏与其它通信信道交换的信号。由于这个原因，这种解决方案非常昂贵并难以实现。

已知称为超智能卡的微处理器卡，除了由标准化电触点实现的连接端子之外，微处理器卡还包括LCD屏幕、小键盘、自给供电装置和无线通信信道。例如，在由VISA INTERNATIONAL提交的专利EP 203683中，公开了这种微处理器卡。当用户将这些智能卡插入读取器中时，它们与触点对话，但是不再能够接入小键盘。在读取器外部，这些智能卡通过无线电与设备通信。然而，这些智能卡非常易碎并且昂贵，尚未真正投入市场。

电视机顶盒用于接收从天线产生的信号，对这些信号进行解码并将它们发送至电视屏幕。机顶盒不具有许多面板按钮，通常少于五个。使用遥控器，用户可以远程地控制改变信道、调节声音、激活节目指南等。可以在电视机屏幕上执行如画面调整之类的多种调整，从而机顶盒的遥控器包括较少的功能，并因而具有较少的按键。然后，如果期望向机顶盒提供附加功能，则必须使指南更加复杂。此外，未防止损失，机顶盒上的少量面板按钮仅允许最少的功能。这样显著减少了机顶盒提供的服务。本发明针对新颖的通信装置，提供了具有智能卡读取器的设备，该通信装置成本低，并且不会破坏与智能卡的交换的正常进行。

发明内容

本发明的主题是一种切换通信信道的方法，用于使智能卡读取器能够与插入读取器的卡的多个电路进行通信，每个电路均具有通信信道；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-通过在连接按钮(button)上设置的电触点，向卡施加电源电压，

-由读取器将用于控制通信信道切换的控制信号传输至位于卡的插入部分中、但不在按钮上的电触点，

-切换电路的通信信道，使所述电路能够经由连接按钮进行通信。

以这种方式，读取器可以选择已插入并想要与之进行通信的卡的电路。通过将切换信号传输至位于卡插入部分的电触点而非按钮，可以不使用卡中其使用已标准化的端子。

根据第一改进，所述方法包括以下步骤：检测指示切换单元的存在的卡的电触点上的信号。以这种方式，读取器识别所插入的卡是否具有一个或多个电路、以及使与每个电路能够进行对话的切换装置。根据另一改进，控制信号包括多个单独的信号，所述单独信号的个数确定切换位置。以这种方式，通过对这些单独的信号进行计数来执行切换。

根据另一改进，还将切换应用于诸如时钟和复位之类的通信控制信号。这样，读取器可以单独地激活每个电路。

此外，本发明的主题是一种设计为插入智能卡读取器的可移除设备，所述设备包括：第一部分，用于插入读取器，并包括电连接按钮；所述可移除设备的特征在于，包括从读取器外部可访问的第二部分，所述第二部分包括：多个电路，设计用于将数据传输至所述读取器的外部，由管理单元对与多个电路的通信进行管理，所述管理单元使用由连接按钮传输的信号，并经由位于所述设备的插入部分但未在连接按钮上的电触点与读取器进行通信。

根据第一改进，所述设备包括：用于向指示切换电路的存在的电触点传输信号的装置。以这种方式，卡可以向外部传输与该卡是否具有切换电路有关的指示。根据另一改进，切换单元包括至少一个第二电路，该电路用于切换诸如时钟和复位之类的控制信号。以这种方式，可以单独地激活卡上存在的电路。

根据另一改进，所述设备包括用于插入智能卡的多个凹槽(recess)。所述凹槽具有与所插入的智能卡通信的连接器。每个连接器的I/O引脚与切换电路的切换端子连接。以这种方式，所述设备使读取器与多个智能卡能够彼此通信。根据改进，这些凹槽中的每个包括用于检测卡的检测器。管理电路对来自检测器的信号进行处理，并经由连接按钮的端子传输对处理后的信息。

根据另一改进，所述设备包括输入命令的装置和/或显示装置，开关的位置使所述按钮的端子(I/O)与所述输入和/或显示装置之间能够进行通信。根据另一改进，电触点的位置表现了设备类别的特征。以这种方式，可以限定只是彼此协作的读取器和卡的配对。

此外，本发明的主题是一种具有凹槽的智能卡读取器设备，所述凹槽包括：具有电触点的连接器，所述电触点与插入所述凹槽的卡上的连接按钮的端子彼此协作；以及卡存在检测器，当插入卡时，所述卡存在检测器的电压改变；所述设备的特征在于，所述检测器具有设计为与所插入卡的金属部分相接触的金属部分，以及所述设备包括经由卡存在检测器传输数据的通信装置。

附图说明

参照附图，通过阅读特定但非限制性的典型实施例的描述，本发明及其特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1是示出了与根据优选典型实施例的与芯片卡的主要连接的读取器框图，

-图2图示性地示出了根据本发明的卡的典型实施例，

-图3是示出了根据一个典型实施例、当对卡上电时所交换的主要信号的趋向的时序图，

-图4是根据一个典型实施例变体的背负式卡(piggyback card)的图，

-图5图示性地示出了背负式卡的典型实施例，

-图6图示性地示出了背负式卡的典型实施例，示出了主要电链接，

-图7是示出了插入传统微处理器卡时卡存在开关上的检测信号的趋向的时序图，

-图8是示出了插入背负式卡而无芯片卡插入凹槽时卡存在开关上的检测信号的趋向的时序图，

-图9是示出了插入背负式卡、然后将芯片卡插入凹槽时的电信号趋向的时序图。

具体实施方式

图1是示出了与智能卡1的主要连接的读取器2的结构框图。读取器2具有允许达到凹槽的缝隙，该凹槽包含当将所述卡完全插入凹槽时与卡的端子进行协作的一组连接器。

芯片卡1具有连接按钮，该连接按钮配备有根据ISO 7816-3标准化的如下端子：

-GND和+Vcc：电源(5伏或3伏)，

-复位：微处理器复位信号，

-时钟：对微处理器进行定时的时钟信号，

-Vpp：针对EPROM卡(未使用)的电压(21至25伏)，

-I/O：双向数据传输线路

-AUX1，AUX2：用于NDS型安全卡的信号。

由于与按钮协作的连接器通常是滑动触点，并且端子位于两行上，所以当插入卡时，要施加于端子的电信号对于微处理器是有破坏性的。位于凹槽后部的卡存在开关10检测何时卡完全插入。ISO 7816-3标准规定，开关10所传输的信号以精确的顺序触发+Vcc、时钟和复位信号的激活。在这之后，卡的微处理器被激活，并在I/O线路上传输“复位响应”。还可以考虑其它协议，尤其对于同步卡。

采用特别经济和广泛使用的方式，卡存在开关10包括两个金属片，在没有卡时，所述金属片处于电接触状态。当将卡完全插入时，卡的边缘使其中一个片折回，从而阻断了与另一片的接触。与卡相接触的片与同读取器的+Vcc连接的“上拉”电阻器电链接，并且与用于检测电平的格式化电路电链接，以便由中央处理单元对所述电平进行处理。GND电平(0伏)的消失是卡存在的指示。所检测的电平指示它是具有还是不具有与开关10协作的电触点的卡。当将卡从读取器中移除时，金属片立即恢复与同GND(即，电零值)链接的另一金属片的接触。在没有卡时，所生成的信号是0伏。

图2示出了根据第一优选典型实施例的卡1。该卡配备了包括根据ISO 7816标准的连接端子的按钮3。2.5mm的金属条4位于卡的边缘上，以与位于智能卡读取器后部处的卡存在开关接触。该卡还具有多个集成电路，包括称为CP1、CP2、CP3和CP4的微处理器6、以及称为SWITCH的四位置开关电路。每个微处理器6具有用于单向或双向通信的I/O线路。GND、+Vcc、复位和时钟信号对所有中央处理单元供电。如同来自微处理器6 CP1、CP2、CP3等的各种通信线路I/Oi一样，来自端子的I/O线路与开关SWITCH链接。开关具有可与读取器通信的电路6的数目一样多的位置。根据第一典型实施例，由不在OSI标准端子上的附加触点4提供可以选择与读取器通信的线路I/Oi的切换信号。将附加触点4与开关SWITCH的控制输入电链接。

根据未在图2中示出的改进，开关SWITCH具有三切换电路，从而可以对时钟、复位以及I/O线路进行切换。因此，时钟和复位引脚不再如先前一样与按钮4的端子连接，而是与开关5的第二和第三电路的第二和第三端子链接。为了保持电平恒定，通过电阻器将电路6的时钟和复位引脚的所有电平保持在0伏。利用这种改进，读取器可以单独地激活每个电路6。

已经对各种元件进行了具体说明，现在将借助于图3时序图，描述所述元件如何进行协作。

读取器的中央处理单元永不停息地对卡存在开关10上出现的电平进行分析。如果该卡没有电接触，则在卡存在开关上检测到的电压是+Vcc。然后，以传统方式对该卡上电。如果在卡存在开关上检测到的电压是中间电压，例如2.5伏，则这表示存在通过阅读器的上拉电阻器和在卡上实现的电阻器的电流。然后，阅读器的中央处理单元向卡1的端子施加电源电压+VCC。此时，开关SWITCH被供电，它在上电时的缺省位置会将电路CP1的I/O1与按钮的I/O端子连接。如果读取器想要与电路CP1对话，它并不需要发送切换信号。如果阅读器想要与另一微处理器对话，则它向卡存在开关10发送由预定个数的脉冲构成的序列。在每个脉冲处，开关均改变位置：在两个I/O脉冲之后，端子与CP2的I/O2链接；在三个I/O脉冲之后，端子与CP3的I/O3链接，依此类推。由于金属卡存在开关的使用，通信信道切换信号的传输不需要修改读取器的硬件特性。

第一典型实施例的实施例变体包括向卡存在开关10施加预定电压。开关的位置直接取决于所施加的电压值。例如，如果电压在1和2伏之间，则开关将电路CP1的I/O1与按钮的I/O端子电连接。如果电压在2和3伏之间，则开关将电路CP2的I/O2与按钮的I/O端子电连接；如果电压在3和4伏之间，则开关将电路CP3的I/O3与按钮的I/O端子电连接；以及如果电压在4和5伏之间，则开关将电路CP4的I/O4与按钮的I/O端子电连接。该变体的优点在于新电压的施加立即改变开关的位置。

第一典型实施例的改进包括：插入读取器的卡是包括与用户交互的接口以及与多个芯片卡通信的多个连接器的背负式卡。

图4图示性地示出了背负式卡的另一典型实施例。背负式卡具有与图3中所描述的卡相同的参考数字1，并由厚度与微处理器卡的厚度(0.9mm)相同的环氧晶片构成。第一差别在于，由芯片卡11来替换微处理器6的全部或一些。由虚线来表示插入读取器的部分的界限。按钮3支持ISO 7816标准化连接。固定在卡边缘上的2.5mm的金属条4施加于位于智能卡读取器凹槽后部处的卡存在开关。背负式卡具有插入读取器的第一部分，以及用户仍可访问的第二部分。由图3中的虚线表示两部分之间的界限。该第二部分包括具有用户可访问的具有按键的小键盘7、显示器8和三个凹槽9，三个凹槽9一个堆叠在另一个上，这使得最多能够插入三个微处理器卡11。按钮3的端子GND、+Vcc、复位和时钟与三个凹槽9内部的三个连接器的相应端子电链接，从而这些端子与插入凹槽9的卡11的相应端子电链接。按钮3的I/O线路与开关SWITCH 5、以及三个凹槽内部的三个连接器的I/O引脚链接。开关5具有四个位置，与第一位置相对应的端子链接至小键盘管理电路12，有利地，该电路是微控制器。其它三个端子每个与三个凹槽9内部的三个连接器中每个的I/O引脚链接。附加触点4与开关SWITCH的控制输入电链接，从而由读取器传输的切换信号选择想要与之通信的电路线路I/Oi。

每个凹槽具有卡存在开关13。开关的一个端子与GND链接，另一个与同+Vcc链接的电阻器链接。在没有卡时，开关闭合，以及开关端子处的电压是0伏。开关13上具有+Vcc电平的信号的出现指示卡完全插入凹槽9中。三个开关13与小键盘管理电路12链接。以这种方式，管理电路接收卡是否插入凹槽中的信息，并且可以在所述读取器请求信息时向读取器提供该信息。

背负式卡还可以支持可听(audible)传输装置，如扬声器和蜂鸣器。小键盘管理电路12负责管理小键盘7、屏幕8和卡11的存在，并优选地位于读取器中插入区域的外部，在此处没有厚度限制。假如遵守0.9mm的最大厚度，则这并不妨碍它位于插入区域内。优选地，以环氧晶片上沉积铜的形式来实现按钮3、电子元件4、开关5、管理电路12和凹槽9的连接器之间的连接线，然后用绝缘元件覆盖所述沉积。背负式卡还可以支持安全模块。安全模块是与微处理器卡的类型相同的电路，具有附加的安全功能。

背负式卡的一种使用方式包括使读取器在支付传输网络的帮助下执行电视购物应用。第一凹槽包含专用传输网络接入卡，该卡包含观看视听节目的权限。第二凹槽设计用于接收银行卡，从而可以为电视购物节目中所选的对象付款。

对于图3所描述的卡，一种改进包括具有三切换电路的开关SWITCH。这样，连接器9的时钟和复位引脚不再如先前一样与按钮4的相应端子连接，而是与开关5的第二和第三电路电链接。为了保持电平恒定，通过电阻器将安装在每个凹槽9内的连接器的时钟和复位引脚的所有电平保持在GND。利用这种改进，读取器可以单独激活插入每个凹槽9的每个卡11。

根据另一改进，在预定位置处设置卡的电边缘位置和卡存在开关的位置。卡宽度的直线部分是48mm，可以每3mm具有一个电边缘，这样得到了16个可能的位置。严格来说，为了能够执行切换，卡的触点必须面向卡存在开关的金属部分。否则，无法实现电接触，并将会以传统方式来处理该卡。使用该改进，可以对只与背负式卡的特定模型协作的读取器的配对进行限定。

图5图示性地示出了背负式卡的另一典型实施例。与图4所示出示例的第一差别在于由卡管理电路14替换开关5，该电路经由金属条4接收通信数据。按钮3支持ISO 7816-标准化连接。在当将卡完全插入读取器时作用到卡存在开关10的位置上，将2.5mm金属条4固定到卡的边缘。背负式卡中仍可访问的部分也具有用于插入微处理器卡11的凹槽9。该凹槽具有卡存在开关13。该开关一方面与电触点4链接，另一方面与同GND连接的电阻器链接。当凹槽9中存在卡11时，闭合开关13，从而电触点4上出现的电平降低至特定值，典型地，如果+Vcc等于5伏，则为1.5伏。

凹槽中的ISO 7816-标准化接触元件和与按钮3的端子链接的电线提供了所插入的微处理器卡11与按钮3之间的电连续性。以这种方式，读取器可以读取芯片卡11，就像直接插入芯片卡11一样。背负式卡1具有包括按键的小键盘7(可能是丝网印刷的)。也可以是其它命令获取或值输入元件(开关、小型双列直插封装开关、电位计、十进制垫片(decimal pad)等)。根据改进，背负式卡1还具有显示器8，典型是LCD屏幕。卡1还可以支持诸如扬声器和蜂鸣器之类的可听传输装置。优选地，对小键盘7、屏幕8的管理和经由电子元件4的通信进行处理的微控制器14位于读取器中插入区域的外部，所以没有厚度限制。假如遵守0.9mm的最大厚度，则这并不妨碍它位于插入区域内。通过环氧晶片上的铜沉积来实现按钮3、电子元件4、微控制器14和凹槽9的连接器之间的连接线，由绝缘元件覆盖所述线。

图6示出了背负式卡的电组件之间的各种电链接。微控制器14与按钮3的端子链接，以向用户接口元件7和8、以及向金属元件4提电能供应、时钟和复位信号。可能需要微控制器与金属元件4之间的组件来进行电平匹配和短路保护。如果链接是双向的、以及如果微控制器具有两条通信线路，则所述线路与用于电平匹配的两个组件链接，并提供“半双工”通信线路。

现在将关注读取器如何检测到根据该新颖的典型实施例的背负式卡的存在以及凹槽中芯片卡的存在。图7、8和9是描述了出现在卡存在开关上、并传输至读取器管理单元的电信号趋向的时序图。图7描述了传统微处理器卡的插入。开始，电平是0伏，这表示没有插入卡。然后电平上升至+Vcc，指示卡的插入。然后电平保持在+Vcc，这表示不存在背负式卡。最后，在将卡移除时电平降回“0”。

图8描述了插入背负式卡而未将芯片卡插入凹槽时的电信号趋向。对于图7，在插入背负式卡时电平达到+Vcc，然后电平在+Vcc与值+V2之间振荡，表示微控制器正在传输数据，或者更一般地，表示在读取器和微控制器之间正在建立通信。在背负式卡仅包含小键盘的简化实施例中，在所确定的持续时间上+V2电平的出现指示了起始位的传输，然后串行地传输八个数据位。有利地，奇偶校验位和结束位结束数据的传输。

图9描述了将背负式卡插入、然后将芯片卡插入凹槽时的电信号趋向。在插入背负式卡时电平达到+Vcc，然后在插入芯片卡时达到+V2。从+Vcc至+V2的电压下降是由于卡存在开关13的闭合、以及与GND连接的电阻器。在较长时间(至少是传输一位所需的时间的十倍)上保持+V2电平向读取器指示了刚将微处理器卡插入凹槽。当读取器检测到这种至+V2的转变时，它知道已将芯片卡插入凹槽，并触发新的复位。在这之后，如果一切进行得很好，则应当在I/O链接上从连接端子接收复位字节。由于安全阻断或卡故障，如果I/O线路未传输字节，则卡是静蔽的(mute)。当微控制器与读取器通信时，电平值在最大值+V2与最小值+V1之间振荡。当电压升回+Vcc时，读取器知道微处理器卡已被移除。

为了检测各种+Vcc、+V2和+V1阈值，与卡接触的片与阈值检测器连接。根据一个简化实施例，将阈值设为三个中间电压V_A、V_B和V_C。V_A是0伏与+V1之间的电平，V_B是+V1与+V2之间的电平，以及V_C是+V2与+Vcc之间的电平。将比较器级联以在与读取器的管理单元连接的两条线路上提供二进制值。两条线路的二进制值向耦合器通知卡存在开关的电压值。通过考虑施加于ISO 7816连接端子的电压和信号来进行对该值的分析。最初，不施加电压。比较器所传输的“00”值表示没有插入卡，否则，卡在读取器中。在后一种情况下，读取器的管理单元将信号施加于根据ISO 7816标准的连接端子。然后，比较器的输出采用以下值：如果是“01”，则电平大于V_A并小于V_B，指示背负式卡和微处理器卡位于读取器中，以及正在传输处于“0”的位。如果是“10”，则电平大于V_B并小于V_C，指示背负式卡和微处理器卡位于读取器中以及链接空闲或者正在传输处于“1”的位，或者指示没有微处理器卡而只有背负式卡位于读取器中以及正在传输处于“0”的位。如果是“11”，则电平大于V_C，指示微处理器卡单独存在，或者没有微处理器卡而只有背负式卡存在以及链接空闲或者正在传输处于“1”的位。当比较器的值在“01”与“10”之间或在“10”与“11”之间改变时，则读取器可以从中推断出背负式卡的存在或不存在，以及微处理器卡的存在或不存在。

根据最后的典型实施例，如果背负式卡具有信号传输装置，例如，LCD屏幕、或LED二极管、或甚至蜂鸣器，则与微控制器的链接是双向的。以这种方式，读取器可以接收来自所按下按键的代码，并传输要显示的信息。

根据最后典型实施例的另一改进，在所确定的位置中设置卡的电边缘位置和卡存在开关的位置。卡宽度的直线部分是48mm，可以每3mm具有一个电边缘，这样得到了16个可能的位置。严格来说，为了提供通信，这些位置必须彼此面对，但不必仅对卡的存在进行检测。因此，可以实现与特定背负式卡模型进行协作的不同的读取器模型。

应当将所述实施例视为示例，并可以在所附权利要求的范围所限定的领域内进行修改。具体地，在不偏离本发明的范围的情况下，可以设想对芯片卡上的电接触进行检测的其它方式。具体地，本发明不限于电视机顶盒，而是可以应用于具有微处理器卡读取器的任何设备。