專利名稱：雙界面卡中接觸式與非接觸式工作模式切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能卡領(lǐng)域中的工作模式切換方法，更具體的說，涉及到雙界面卡中接觸式與非接觸式工作模式的切換方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在國際智能卡領(lǐng)域開始使用雙界面卡(Dual Interface SmartCard)，其主要是在一張卡片上同時提供了兩種與外界接口的方式接觸式和非接觸式，通常也稱為“雙接口卡”。雙界面卡集中了獨立使用中的接觸卡和非接觸卡的優(yōu)點，功能更加完善，是一種多功能卡。
雙界面卡的外形和接觸式IC卡相象，表面由符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7816的金屬觸點，內(nèi)部結(jié)構(gòu)則與非接觸式IC卡相似，有天線和芯片的模塊，符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn)。雙界面卡共用一個中央處理單元CPU管理，共享卡內(nèi)存儲器。以國內(nèi)最成功的雙界面卡應(yīng)用典型大連城市一卡通系統(tǒng)發(fā)行的大連“明珠卡”為例，其采用一個芯片、一個CPU，芯片所有的資源都是共享的，只有一個COS，通過接觸界面和非接觸界面都可以訪問相同的存儲區(qū)域和執(zhí)行相同的操作，其接觸界面完全符合ISO/IEC7816，非接觸界面符合ISO/IEC14443。
但是，上述雙界面卡在實際使用中仍存在不少技術(shù)問題，尤其是在接觸式工作模式與非接觸式工作模式的切換上，仍存在以下問題1.容易造成短路當(dāng)雙界面卡工作在非接觸式工作方式時，RF模塊產(chǎn)生的電壓直接施加到接觸式的電壓觸點上，而雙界面卡工作在非接觸式工作方式時，接觸式的觸點是裸露在外面的，一旦電壓觸點和接地觸點被導(dǎo)通，那么將造成芯片短路；2.芯片工作在3V/5V混合電壓環(huán)境中非接觸式工作方式下的RF整流電壓大約為3V，而接觸式電源電壓為5V(ISO 7816 A類接口)，這樣，芯片的主體部分的工作電壓一會兒為3V，一會兒又為5V，電壓擺幅太大，有損芯片的穩(wěn)定性與使用壽命；另外，芯片工作在接觸式方式時若產(chǎn)生非接觸場強，由于接觸式電源電壓為5V，而從天線耦合到的能量通過整流濾波為芯片提供的電壓為3V左右，此電位差會導(dǎo)致電流倒灌入RF模塊；3.抗干擾能力差雙界面卡在工作過程中，存在各種各樣的干擾，而當(dāng)雙界面卡工作在接觸式工作方式時，RF模塊有可能受到電磁干擾而產(chǎn)生偽信號，現(xiàn)有的切換方法往往由于對各種干擾沒有進(jìn)行處理或處理不當(dāng)，從而導(dǎo)致工作模式的誤切換。
這些現(xiàn)有技術(shù)上的不足導(dǎo)致了雙界面IC卡在使用中穩(wěn)定性差、使用壽命短的弊端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種雙界面卡中接觸式與非接觸式工作模式的切換方法，使雙界面卡的兩種工作模式能夠正確轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無縫過渡。
本發(fā)明的上述目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的系統(tǒng)的默認(rèn)狀態(tài)為非接觸式工作模式，但接觸式工作模式的優(yōu)先權(quán)高于非接觸式工作模式；當(dāng)接觸式激活信息與非接觸式激活信息同時出現(xiàn)時，接觸式工作模式被激活，而非接觸式工作模式則被屏蔽；非接觸式工作模式在激活或保持時可以被接觸式工作模式中斷，接觸式工作模式在激活或保持時則不可以被非接觸式工作模式中斷。
為實現(xiàn)上述接觸式與非接觸式工作模式的切換方法，本發(fā)明由電源切換和信號切換構(gòu)成；電源切換主要通過模擬電路，將電壓轉(zhuǎn)換作為手段，從而解決了RF模塊的“電流倒灌”問題，同時又使芯片的主體部分具有唯一的工作電壓；同時，還采用了“單向隔離”技術(shù)，避免了RF模塊產(chǎn)生的電壓VDD直接施加到接觸式的VCC觸點上而容易造成的短路現(xiàn)象；在信號切換中，充分采用了干擾源性質(zhì)的模式檢測電路，提高了模式切換的魯棒性，同時，對不確定信號的特殊處理一方面提高了模式切換的確定性，另一方面又降低了電路的功耗。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果成功地解決了雙界面卡中接觸式和非接觸式工作模式的切換問題，無論使用非接觸式或者接觸式IC卡讀寫設(shè)備，可以方便地對雙界面卡進(jìn)行相同的操作，可以實現(xiàn)接觸式系統(tǒng)與非接觸式系統(tǒng)的無縫過渡。


圖1是本發(fā)明雙界面卡工作模式切換方法的電路原理圖。
圖中T1、T3、T4、T5、T6為N溝道增強型MOS管T2為二極管接法的N溝道增強型MOS管D1、D2為單向電平轉(zhuǎn)換器D3為雙向電平轉(zhuǎn)換器
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
如圖1所示，頂層模塊的信號意義如表1所示。
表1 雙界面卡工作模式切換的信號意義

本發(fā)明所提供的雙界面卡接觸式與非接觸式工作模式的切換方法可分為電源切換與信號切換。
1.電源切換電源切換主要通過模擬電路進(jìn)行，它包括電壓調(diào)節(jié)器(VoltageRegulator)、高電壓檢測器(High Voltage Detector)、N溝道增強型MOS管T1、二極管接法的N溝道增強型MOS管T2、兩個單向電平轉(zhuǎn)換器D1、D2、雙向電平轉(zhuǎn)換器D3。
電壓轉(zhuǎn)換根據(jù)ISO/IEC7816，接觸式的VCC電壓分為A、B兩類，分別為5伏或3伏。然而，非接觸式工作方式下的RF整流電壓大約為3伏，即VDD＝3伏，VCC＝5伏/3伏。為此，設(shè)置了一個電壓調(diào)節(jié)器(Voltage Regulator)，它的作用是把VCC電壓由5伏降為3伏。但對于B類的ISO/IEC7816，電源電壓VCC＝3伏，無須進(jìn)行壓降，這樣又設(shè)置一個高電壓檢測器(High VoltageRegulator)，當(dāng)檢測到VCC＞＝4.5伏時，電壓調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)反向后的低電平的V4_5信號，使N溝道增強型MOS管T1開關(guān)斷開，使電壓調(diào)節(jié)器正常工作，把VCC電壓由5伏降為3伏；如果檢測到VCC＜4.5伏，則電壓調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)反向后的高電平的V4_5信號，使N溝道增強型MOS管T1開關(guān)導(dǎo)通，使電壓調(diào)節(jié)器不工作。這樣，無論是A類還是B類ISO/IEC7816，最后的工作電壓都是3伏，與非接觸式工作方式下的RF整流電壓相同，芯片的主體部分具有唯一的工作電壓。
對于A類ISO/IEC7816，除了VCC以外，其他的信號也是5伏電平的，它們可以通過單向電平轉(zhuǎn)換器D1、D2，雙向電平轉(zhuǎn)換器D3來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理，其中單向電平轉(zhuǎn)換器D1、D2可用兩個反向器(分別接5伏和3伏電壓)來實現(xiàn)，雙向電平轉(zhuǎn)換器D3可通過兩個單向電平轉(zhuǎn)換器組合而成。
把A類ISO/IEC7816的電壓降為3伏的附加好處是解決了芯片工作在接觸式方式時容易產(chǎn)生的“電流倒灌”問題。
單向隔離如圖1所示，本發(fā)明增加了一個二極管接法的N溝道增強型MOS管T2來實現(xiàn)電源的“單向隔離”，當(dāng)雙界面卡工作在非接觸式工作方式時，T2反向工作而斷開，這樣使VDD與VCC隔離，避免短路。相反，如果芯片工作在接觸式工作方式時，T2正向工作而導(dǎo)通，由VCC給整個芯片供電。同時，為了降低壓降，T2的漏極接5伏VCC電壓，這樣其正向壓降約等于0.3伏。
電壓調(diào)節(jié)器、高電壓檢測器、T1、T2的工作條件如表2所示。
表2 高電壓檢測器、電壓調(diào)節(jié)器、T1、T2的工作條件

2.信號切換信號切換電路由模式轉(zhuǎn)換(Mode Switch)模塊、時鐘開關(guān)(ClockSwitch)模塊和重啟開關(guān)(Reset Switch)模塊等組成。
模式轉(zhuǎn)換(Mode Switch)模塊該模塊為模式檢測與判別電路，它由2個D觸發(fā)器和1個與門組成，并且用VDD供電，其中2個D觸發(fā)器構(gòu)成移位寄存器，VCC1和POW_RST的“與”構(gòu)成異步復(fù)位信號。其輸入信號為OSC、VCC1和POW_RST，輸出信號為MODE，這里的MODE就是模式判別信號，高電平表示非接觸式工作模式，低電平表示接觸式工作模式。
如果雙界面卡暴露在有效的場強之中，則RF模塊獲得能量，VDD上電，POWER ON RESET電路產(chǎn)生上電復(fù)位信號POW_RST(低電平脈沖)，復(fù)位移位寄存器，其輸出MODE就為高電平，置雙界面卡于非接觸式工作模式。
當(dāng)雙界面卡插入讀卡機以后，當(dāng)雙界面卡插入讀卡機以后，VCC上電，二極管接法的N溝道增強型MOS管T2導(dǎo)通，VDD通過VCC1獲得電源，RF模塊的POWER ON RESET電路產(chǎn)生上電復(fù)位信號POW_RST，移位寄存器被復(fù)位。當(dāng)接觸式電源VCC一直存在并且檢測到OSC的第二個上升沿時，第二個D觸發(fā)器的Q端被置為“1”，/Q端被置為“0”，這樣其輸出模式為低電平，置雙界面卡于接觸式工作模式；當(dāng)雙界面卡從讀卡機拔出時，VCC消失，VCC1變?yōu)榈碗娖?，移位寄存器被?fù)位，輸出模式為高電平，工作模式由接觸式過渡到非接觸式。
如果在雙界面卡插入讀卡機之前，有效RF場強已經(jīng)存在，即VDD已經(jīng)供電，移位寄存器的輸出MODE已經(jīng)被POWER ON RESET電路上產(chǎn)生的上電復(fù)位信號POW_RST置為高電平。這樣，當(dāng)雙界面卡插入讀卡機以后，POWERON RESET電路不再產(chǎn)生上電復(fù)位信號POW_RST，但檢測到OSC的第二個上升沿時，同樣置輸出MODE為低電平，雙界面卡從非接觸式工作模式切換到接觸式工作模式。
當(dāng)雙界面卡工作在非接觸式工作方式時，由于接觸式的觸點是裸露在外面的，觸點比較容易受到外界干擾(如靜電感應(yīng))，OSC和VCC有可能產(chǎn)生偽干擾激活信號，但是在Mode Switch模塊，只有OSC和VCC同時有效才能起到模式切換的作用。而一般來說，OSC和VCC的干擾波形包絡(luò)是相同的，很明顯，以O(shè)SC的第二個上升沿作為觸發(fā)點非常有利于抗干擾。
當(dāng)雙界面卡工作在接觸式工作方式時，RF模塊容易受到電磁干擾而產(chǎn)生偽信號。然而，由于這時VDD已經(jīng)通過VCC供電，POWE ON RESET電路不再產(chǎn)生上電復(fù)位信號POW_RST，因此，模式切換電路不受影響。
時鐘開關(guān)(Clock Switch)模塊和重啟開關(guān)(Reset Switch)模塊時鐘開關(guān)(Clock Switch)和重啟開關(guān)(Reset Switch)都是數(shù)據(jù)選擇器，只是在Clock Switch中還包含了時鐘分頻功能，這是因為RF_CLK的頻率為13.56MHz，由于RAM速度可能跟不上，所以需要進(jìn)行2分頻。ClockSwitch和Reset Switch的功能可用以下簡單的偽代碼描述SYS_CLK＝(Mode＝＝0)？OSC:RF_CLK/2；SYS_RST＝(Mode＝＝0)？PAD_RST:POW_RST；3.不定態(tài)信號的處理如圖1所示，當(dāng)雙界面卡工作在非接觸式工作方式時，OSC、PAD_RST、IO等接觸式信號是不定態(tài)的，另外，由于OSC Detector模塊沒有供電，因此Contact信號也是不定態(tài)的。
由CMOS器件原理可知，無論柵極輸入信號是高電平“1”還是低電平“0”，CMOS中的pull up管或pull down管總是有一個處于“斷開”狀態(tài)，因此，CMOS靜態(tài)功耗極低；但是，當(dāng)柵極輸入信號是“不定態(tài)”時，pullup管和pull down管有可能都“導(dǎo)通”，造成大功耗。為了實現(xiàn)雙界面卡工作在非接觸式工作方式時低功耗的功能，所以在電路中將OSC、PAD_RST、IO、VCC四個信號分別并聯(lián)于N溝道增強型MOS管T3、T4、T5、T6，當(dāng)雙界面卡工作在非接觸式工作方式時，模式轉(zhuǎn)換(Mode Switch)模塊輸出Mode＝1，T3、T4、T5和T6都導(dǎo)通，把OSC、PAD_RST、IO、VCC信號都置為低電平。其中，R3、R4、R5、R6都起限流作用，以防止短路。
權(quán)利要求
1.一種雙界面卡(Dual Interface Smart Card)接觸式與非接觸式工作模式的切換方法，其特征是系統(tǒng)的默認(rèn)狀態(tài)為非接觸式工作模式，但接觸式工作模式的優(yōu)先權(quán)高于非接觸式工作模式；當(dāng)接觸式激活信息與非接觸式激活信息同時出現(xiàn)時，接觸式工作模式被激活，而非接觸式工作模式則被屏蔽；非接觸式工作模式在激活或保持時可以被接觸式工作模式中斷，接觸式工作模式在激活或保持時則不可以被非接觸式工作模式中斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換方法，其特征是所述切換方法可分為電源切換和信號切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的切換方法，其特征是所述電源切換主要通過模擬電路進(jìn)行；所述模擬電路包括電壓調(diào)節(jié)器(VoltageRegulator)、高電壓檢測器(High Voltage Detector)、N溝道增強型MOS管(T1)、二極管接法的N溝道增強型MOS管(T2)、兩個單向電平轉(zhuǎn)換器(D1、D2)、雙向電平轉(zhuǎn)換器(D3)；其工作步驟為對于A類ISO/IEC7816，由電壓調(diào)節(jié)器將VCC電壓由5伏降為3伏，并通過單向電平轉(zhuǎn)換器(D1、D2)和雙向電平轉(zhuǎn)換器(D3)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理，將其他信號由5伏轉(zhuǎn)為3伏；對于B類ISO/IEC7816，當(dāng)高電壓檢測器檢測到VCC＞＝4.5伏時，電壓調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)反向后的低電平的V4_5信號，使N溝道增強型MOS管(T1)開關(guān)斷開，使電壓調(diào)節(jié)器正常工作，把VCC電壓由5伏降為3伏；如果檢測到VCC＜4.5伏，則電壓調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)反向后的高電平的V4_5信號，使N溝道增強型MOS管(T1)開關(guān)導(dǎo)通，使電壓調(diào)節(jié)器不工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的切換方法，其特征是在非接觸式工作方式時，二極管接法的N溝道增強型MOS管(T2)反向工作而斷開，使VDD與VCC隔離；在接觸式工作方式時，二極管接法的N溝道增強型MOS管(T2)正向工作而導(dǎo)通，由VCC給整個芯片供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的切換方法，其特征是所述的信號切換通過信號切換電路進(jìn)行，所述信號切換電路主要由模式轉(zhuǎn)換(ModeSwitch)模塊、時鐘開關(guān)(Clock Switch)模塊、重啟開關(guān)(ResetSwitch)模塊組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切換方法，其特征是所述模式轉(zhuǎn)換(ModeSwitch)模塊為模式檢測與判別電路，它由2個D觸發(fā)器和1個與門組成，并且用VDD供電，其中2個D觸發(fā)器構(gòu)成移位寄存器，VCC1和POW_RST的“與”構(gòu)成異步復(fù)位信號；其工作步驟為如果雙界面卡暴露在有效的場強之中，則RF模塊獲得能量，VDD上電，移位寄存器被復(fù)位，置雙界面卡于非接觸式工作模式；當(dāng)雙界面卡插入讀卡機以后，VCC上電，VDD通過VCC1獲得電源，當(dāng)OSC的第二個上升沿到來時，第二個D觸發(fā)器被置位，移位寄存器輸出低電平，置雙界面卡于接觸式工作模式；當(dāng)雙界面卡從讀卡機拔出時，VCC消失，VCC1變?yōu)榈碗娖剑莆患拇嫫鞅粡?fù)位，輸出模式為高電平，工作模式由接觸式過渡到非接觸式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切換方法，其特征是時鐘開關(guān)(Clock Switch)和重啟開關(guān)(Reset Switch)是數(shù)據(jù)選擇器，在時鐘開關(guān)(ClockSwitch)中還包含了時鐘分頻功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的切換方法，其特征是OSC、PAD_RST、IO、VCC四個信號分別并聯(lián)于N溝道增強型MOS管(T3、T4、T5、T6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙界面卡的接觸式與非接觸式工作模式的切換方法，旨在提供一種能實現(xiàn)雙界面卡中接觸式工作模式和非接觸式工作模式無縫過渡的切換方法。本發(fā)明中，系統(tǒng)的默認(rèn)狀態(tài)為非接觸式工作模式，但接觸式工作模式的優(yōu)先權(quán)高于非接觸式工作模式；當(dāng)接觸式激活信息與非接觸式激活信息同時出現(xiàn)時，接觸式工作模式被激活，而非接觸式工作模式則被屏蔽；非接觸式工作模式在激活或保持時可以被接觸式工作模式中斷，接觸式工作模式在激活或保持時則不可以被非接觸式工作模式中斷。本發(fā)明適用于智能卡領(lǐng)域。
文檔編號G06K19/077GK1581220SQ0314221
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者邱炳森 申請人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司