采取全速或高速传输使用通用串行总线智能卡通信的装置

摘要

本发明通过把精密时钟单元(80；114)装进入智能卡(74；108)，就能够把低速USB读出器/连接器(72；84；110)做成用于全速或高速数据传送，此外，本发明还取消了在任一与USB相容的读出器/连接器中设置一时钟单元(62)的要求，使读出器/连接器可以做成为一个低成本的非常简单的装置。

说明书

技术领域

本发明涉及用于智能卡(集成电路)的通信接口，具体地说，本发明涉及通过使用通用串行总线(USB)连接以全速或高速模式使智能卡与主机通信的装置。

背景技术

智能卡一般通过读出器与主机终端通信，在一种类型的系统中，读出器也是主机。在这种类型的系统中，智能卡插入读出器的槽中，这使读出器上的电接触点与智能卡表面上的电接触点相紧密接合。经接合的电接触点使读出器上的微控制器与智能卡上的存储器和/或微处理器进行通信。目前，大部分智能卡都按照国际标准组织/国际电子技术委员会(ISO)7816的方式与卡读出器进行通信。图1是根据典型的ISO-7816连接方案连接的独立读出器10和智能卡12的结构和连接的方块图，在典型的智能卡系统上具有8个接触点，典型的连接一般使用5个接触点：一个触点用来连接电源，一个触点用来连接时钟信号，一个触点于输入/输出数据，一个触点用来发送复位信号，一个触点用来连接接地端子。在读出器10中的微处理器14接受时钟单元22送出的时钟信号，并通过I/O线24接受输入/输出信号，以及通过RST线26连接复位信号。

虽然ISO-7816是一个良好的和被广泛使用的标准，但是基于这个标准的通信速度却比较慢。此外，由于PC机已很普遍，USB连接也已成为大部分PC机的一个标准特点，因此，通过把微处理功能和存储功能从读出器(卡接触机构)改到分立的PC主机的重新配置，从而使读出器就成为一种简单的USB连接器，可使智能卡读出器的价格便宜下来。USB协议是一种专用的工业标准，是由USB Implementers Forum公司，以及包括Intel，Hewlett-Packard，Lucent，NEC，Philips，Microsoft等公司共同倡议和发起的，该协议与IEEE-1394标准连接器一起配合使用。

图2是使用计算机与USB连接的智能卡读出系统的典型结构和连接方法的方块图，在图2中，PC机40通过具有连接器接头44(卡读出器)的USB连接电缆42与智能卡46进行通信，它需要4根连接线：一根用于连接电源Vcc，一根用于连接接地端GND，一对用于差动数据传输线DATA+50和DATA-52。第一代USB标准(版本1.1)允许两种传输模式：低速模式和全速模式。对于低速传输，例如，根据USB版本1.1的控制传输和中断传输，以1.5Mbps速率，数据信号误差在±1.5％(或15000ppm)范围内在PC机40内对传输数据计时。对于全速传输，例如，根据USB版本1.1的等时传输或大容量传输，数据以12Mbps速率，数据信号误差在±0.25％(或2500ppm)范围内计时(定时)传输。除了上述两种模式之外，新的USB标准(版本2.0)还有第三种(高速)传输模式，其数据信号发送速率为480Mbps，信号误差在±500ppm范围内。

对任一给定的传输速度，由于USB连接线42没有另外分开的传导时钟信号的导线，因此，必须在连接线42两端处设立时钟发生器，在主机端，大部分读出器和计算机系统都设有高精密度的系统时钟单元60，它可用于接受和发送的两种目的；在USB连接线42连接智能卡的一端，一种低成本的电子谐振器48可用于低速传输，这种谐振器48如图2所示，一般都结合到智能卡的微处理器58中，但是，这种低成本的谐振器48其精确度不足以用于全速或高速的定时传输。目前，为了建立全速或高速传输系统，必须把精确的时钟单元，例如晶体震荡器，引入到读出器/连接器。图3示出了一个典型的高速USB读出器/连接器44，它把一个高精度的时钟单元62连接到接触脚60之一。早期的USB智能卡连接器由于没有精确的时钟单元(如图2所示)，似乎行将过时，但是，由于还有一大批安装好的低速USB智能卡连接器存在，因此，人们希望有一种智能卡，它能在全速或高速传输模式中使用这些连接器，而不管连接器44内是否有时钟单元62。

由于在读出器/连接器上设置时钟单元增加了制造上的复杂性，并因此也增加了生产制造的成本，人们也希望能提供一种在读出器/连接器组件中不需要(消除掉)时钟单元的智能卡系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有连接到在其微处理器中的高精度时钟单元的智能卡。高精度时钟单元与微处理器相结合能使智能卡能采用任一USB允许的智能卡读出器/连接器进行全速或高速数据传输。所述精密时钟单元可以是计时陶瓷振荡器、谐振器或任一种振动装置，只要它具有足够的精度来至少完成全速、最好能够完成高速数据传输(例如精密度至少为0.25％)，并且它的厚度满足安置在智能卡上的要求(例如，最好厚度不大于0.6mm)。

附图的简要说明

图1是根据典型的ISO-7816连接方案连接的独立读出器和智能卡的结构和接法的方块图。

图2是一种使用计算机的低速USB智能卡读出系统的典型现有技术的结构和接法方块图。

图3是另一现有技术的结构和接法的方块图，它是一种高速USB智能卡读出系统，它使用计算机且其USB连接器的连接头结合了精密时钟脉冲产生单元。

图4是本发明智能卡系统的结构和接法方块图。

图5是根据本发明的带有嵌入的时钟单元的智能卡的立体图。

图6是根据本发明的带有嵌入的时钟单元的智能卡横截面视图。

发明的最佳实施方式

图4中示出了本发明的一个实施例。在图中，示出的主机70具有连接到CPU78的时钟单元76，计算机主机70通过USB连接线96连接到USB读出器/连接器72，USB连接线96由4根导线组成；一根电源线92，一根接地线94，一根正数据线86和一根负数据线88，正数据线86和负数据线88一起构成差动数据传输对。读出器/连接器的连接头部为智能卡74提供进入的位置和接触点，它容纳USB连接线96并使4个缆线信号的每一个都能到达8个接触点78中的一个接点。智能卡74也有8个接触点90，它们与读出器/连接器的接触点相匹配，在现有的USB中，4个接触点没有使用，智能卡74还包括芯片组件98，芯片组件98包括通用异步接收器/发送器(UART)组件84和微处理器82，UART组件84通过输入/输出线96和微处理器82相连接。将来自差动数据传输对的信号连接到智能卡74的UART组件84，UART组件84把差动数据传输线上的信号转换成串行数据，装在智能卡74上的微处理器82理解这些串行数据并通过输入/输出线96把数据转接到微处理器82。精密时钟单元80(例如精度至少为0.25％的陶瓷振荡器)被嵌入到智能卡74而与微处理82相连接。也可以使用具有达到至少全速数据传输(最好也能支持高速传输)所要求的精度以及有足够薄的厚度的其他类型的机电式振荡单元。此外，由于现有智能卡的标准规定总的卡厚度为0.84mm，所以，为了适于把时钟单元装配到智能卡中，时钟单元的厚度不能超过0.6mm左右。时钟单元对智能卡提供计时装置，以便以全速或高速接收和发送USB信号。安装在智能卡上的时钟单元与按照USB协议配置的其他时钟以相同的方式工作。

图5示出了本发明智能卡108的立体图，其中陶瓷谐振器114经由智能卡通过连接线116连接到芯片组件112。芯片组件112可以通过具有8个接触点的接触板110连接到读出器/连接器。图6示出了智能卡截面视图，在图6中，芯片组件112和陶瓷谐振器114都处于智能卡108上的缩进的部位118内，陶瓷谐振器114通过导线116连接到芯片组件112，在实际实施过程中，也可以来用其它方来实现连接，例如，可用导电的粘贴条。接触板110则用于对芯片组件的外部连接。