接觸式IC卡接口原理與不同實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比

摘要：詳細(xì)介紹接觸式IC卡讀寫原理；結(jié)合一個(gè)基于不同讀寫芯片、可以同時(shí)操作6片接觸式IC卡的系統(tǒng)，對(duì)包括并行通信、半雙工串行通信和I2C通信的幾種不同接口形式的IC卡讀寫芯片進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析。

引 言

IC卡 (Integrated Circuit Card，集成電路卡)是繼磁卡之后出現(xiàn)的又一種新型信息工具。IC卡在有些國家和地區(qū)也稱智能卡(smart card)、智慧卡(intelligent card)、微電路卡(microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合ISO 7816標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式；已經(jīng)十分廣泛地應(yīng)用于包括金融、交通、社保等很多領(lǐng)域。

　　IC卡讀寫器是IC卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為接口設(shè)備IFD(Interface Device)。IFD內(nèi)的CPU通過一個(gè)接口電路與IC卡相連并進(jìn)行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀寫芯片。

1 接觸式IC卡接口技術(shù)原理

　　IC卡讀寫器要能讀寫符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的IC卡。IC卡接口電路作為IC卡與IFD內(nèi)的CPU進(jìn)行通信的唯一通道，為保證通信和數(shù)據(jù)交換的安全與可靠，其產(chǎn)生的電信號(hào)必須滿足下面的特定要求。

1.1 完成IC卡插入與退出的識(shí)別操作 1.2 通過觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的電源 (3)通信方式為I2C的TDA8020

IC卡接口電路對(duì)IC卡插入與退出的識(shí)別，即卡的激活和釋放，有很嚴(yán)格的時(shí)序要求。如果不能滿足相應(yīng)的要求，IC卡就不能正常進(jìn)行操作；嚴(yán)重時(shí)將損壞IC卡或IC卡讀寫器。

(1)激活過程

為啟動(dòng)對(duì)卡的操作，接口電路應(yīng)按圖1所示順序激活電路：

◇RST處于L狀態(tài)；

◇根據(jù)所選擇卡的類型，對(duì)VCC加電A類或B類，正常操作條件下VCC的電特性見表1；

表1 正常操作條件VCC的電特性

◇VPP上升為空閑狀態(tài)；

◇接口電路的I/O應(yīng)置于接收狀態(tài)；

◇向IC卡的CLK提供時(shí)鐘信號(hào)(A類卡1～5MHz，B類卡1～4MHz)。

圖3

　　如圖1所示，在t’a時(shí)間對(duì)IC卡的CLK加時(shí)鐘信號(hào)。I/O線路應(yīng)在時(shí)鐘信號(hào)加于CLK的200個(gè)時(shí)鐘周期(ta)內(nèi)被置于高阻狀態(tài)Z(ta 時(shí)間在t’a之后)。時(shí)鐘加于CLK后，保持RST為狀態(tài)L至少400周期(tb)使卡復(fù)位(tb在t’a之后)。在時(shí)間t’b，RST被置于狀態(tài)H。I/O上的應(yīng)答應(yīng)在RST上信號(hào)上升沿之后的400~40 000個(gè)時(shí)鐘周期(tc)內(nèi)開始(tc在t’b之后)。

　　在RST處于狀態(tài)H的情況下，如果應(yīng)答信號(hào)在40 000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)仍未開始，RST上的信號(hào)將返回到狀態(tài)L，且IC卡接口電路按照?qǐng)D2所示對(duì)IC卡產(chǎn)生釋放。

(2)釋放過程

當(dāng)信息交換結(jié)束或失敗時(shí)(例如，無卡響應(yīng)或卡被移出)，接口電路應(yīng)按圖2所示時(shí)序釋放電路：

◇RST應(yīng)置為狀態(tài)L；

◇CLK應(yīng)置為狀態(tài)L(除非時(shí)鐘已在狀態(tài)L上停止)；

◇VPP應(yīng)釋放(如果它已被激活)；

◇I/O應(yīng)置為狀態(tài)A(在td時(shí)間內(nèi)沒有具體定義)；

◇VCC應(yīng)釋放。

圖4

　　IC卡接口電路應(yīng)能在表1規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向IC卡提供相應(yīng)穩(wěn)定的電流。

1.3 通過觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的時(shí)鐘

　　IC卡接口電路向卡提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際頻率范圍在復(fù)位應(yīng)答期間，應(yīng)在以下范圍內(nèi)：A類卡，時(shí)鐘應(yīng)在1～5MHz；B類卡，時(shí)鐘應(yīng)在1～4MHz。

　　復(fù)位后，由收到的ATR(復(fù)位應(yīng)答)信號(hào)中的F(時(shí)鐘頻率變換因子)和D(比特率調(diào)整因子)來確定。

　　時(shí)鐘信號(hào)的工作周期應(yīng)為穩(wěn)定操作期間周期的40%～60%。當(dāng)頻率從一個(gè)值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)值時(shí)，應(yīng)注意保證沒有比短周期的40%更短的脈沖。