1、第第3 3章章 接触式集成电路接触式集成电路(IC)(IC)卡卡国际标准国际标准（一）（一）第第3 3章章 接触式集成电路接触式集成电路(IC)(IC)卡国际标准卡国际标准 接触式接触式IC卡的国际标准为卡的国际标准为ISO/IEC 7816。return IC卡的测试中心中国计量局卡的测试中心中国计量局returnreturn 所谓接触式所谓接触式IC卡，就是在使用时，通过有形的卡，就是在使用时，通过有形的金属电极触点将卡的集成电路与外部接口设备直接接金属电极触点将卡的集成电路与外部接口设备直接接触连接，提供集成电路工作的电源并进行数据交换的触连接，提供集成电路工作的电源并进行数据交换的IC
2、卡。其特点是在卡的表面有符合卡。其特点是在卡的表面有符合ISO/IEC 7816标准标准的多个金属触点。的多个金属触点。3.3.1 接触式接触式IC卡的基本构成卡的基本构成图3.1 接触式IC卡外形图电极膜片塑料基片0.76 mm85.6 mm53.98 mm图3.2 接触式IC卡内部结构剖视图0.76 mm塑料基片半导体芯片芯片信号引线电极膜片封口胶芯片封装树脂 在图在图3.2中，其各组成部分说明如下：中，其各组成部分说明如下： (1) 半导体芯片：它是半导体芯片：它是IC卡的核心部分。一般采用卡的核心部分。一般采用0.380.8 m的的HCMOS或或NMOS工艺制造的超大规模集成电路。在工
3、艺制造的超大规模集成电路。在半导体芯片中包括存储器、译码电路、接口驱动电路、逻辑半导体芯片中包括存储器、译码电路、接口驱动电路、逻辑加密控制电路，甚至微处理器单元加密控制电路，甚至微处理器单元(CPU)等各种功能电路。其等各种功能电路。其外形大小约为外形大小约为2 mm1 mm0.3 mm。 (2) 电极膜片：它是作为半导体芯片各输入/输出信号引脚与外部设备接触连接的导电体，实际是一种精密的印刷电路板(PCB)。其基底为一层绝缘材料，(一般为环氧树脂玻璃或聚酰亚胺薄膜)。在基底的绝缘材料上沉积一层铜合金，并在其外端表面镀金，以提高其导电性能和防氧化能力。电极膜片的外形大小约为：长9.6213.
4、65 mm，宽9.3211.56 mm。电极膜片的外形一般为矩形或椭圆形。这种形状上的差异主要是为了改善卡片的抗扭曲方面的机械特性。电极膜片上共有多个芯片电极，每个电极的中心位置和最小面积是有规定的。但各电极表面分隔形状没有规定。图3.3 接触式IC卡模块C1M2.2C1C2C3C4C5C6C7C8UCCRSTCLKGNDUPPI/Oreturn3.3.2 接触式接触式IC卡的卡的触点尺寸和位置触点尺寸和位置图3.4 接触式IC卡的触点位置C1C2C3C4C5C6C7C810.25max12.25min17.87max19.87min19.23max20.93min21.77max23.47m
5、in24.31max26.01min26.85max28.55min左边沿塑料基片上边沿表表3.1 接触式接触式IC卡的触点功能卡的触点功能l returnQuestions & Answers 什么是异步传输、同步传输协议？什么是异步传输、同步传输协议？1. 异步传输是面向字符的传输，而同步传输异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。是面向比特的传输。2. 异步传输的单位是字符，而同步传输的单异步传输的单位是字符，而同步传输的单位是比特。位是比特。3. 异步传输通过字符的起止码，抓住再同步异步传输通过字符的起止码，抓住再同步的机会；而同步传输则是以数据中抽取同的机会；而同步传输
6、则是以数据中抽取同步信息。步信息。Questions & Answers4. 异步传输对时序的要求较低，同步传输异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。往往通过特定的时钟线路协调时序。5. 异步传输相对于同步传输效率低。异步传输相对于同步传输效率低。 涉及的电特性的参数意义，见教材涉及的电特性的参数意义，见教材P 48Questions：1. Cin 输入电容对信号有什么影响？输入电容对信号有什么影响？2. Cout 输出电容对信号有什么影响？输出电容对信号有什么影响？符号符号条件条件最小值最小值最大值最大值单位单位UCCA类类B类类4.52.75.53.3VICCA
7、类类B类类时钟停止时钟停止60500.5mAQuestion：IC卡的工作功耗？卡的工作功耗？ 卡的复位有冷复位和热复位。卡的复位有冷复位和热复位。babbbcbdbebfbhbiZI/OA开开始始位位下下一一开开始始位位保护保护时间时间奇奇偶偶位位8 位数据位数据图图 3.7 字符帧结构字符帧结构 12 etuTST0TA1TB1TC1TD1TA2TB2TC2TD2TA3 接口字符接口字符初始字符初始字符格式字符格式字符全局代码全局代码 F1和和D1全局代码全局代码 I1和和PI 1全局代码全局代码 N 代码代码 Y2和和T全局，操作模式选择全局，操作模式选择全局代码全局代码 PI 2专专
8、用用 代码代码 Y3和和TT1TKTCK 历史字符历史字符最多最多15个字符个字符 校验字符校验字符（可选）（可选）复位应答一般构成复位应答一般构成 ZA开开始始 babbbcbdbebfbgbh(Z)A Z Z AZ Z ZA A AA A Zbi(Z)TS为为AZZA AAAA AZ，其中，其中A为逻辑电平为逻辑电平“1”，解码后的，解码后的字符值为字符值为3F，表示首先传送的是字符的，表示首先传送的是字符的最高有效位最高有效位。其中其中bd、be、bf位位AAA，称为反向约定；，称为反向约定；ZZA AAAA 0011 1111 3F ZA开开始始 babbbcbdbebfbgbh(Z)
9、A Z Z AZ Z ZA A AA A Zbi(Z)TS为为AZZA ZZZA AZ，其中，其中Z为逻辑电平为逻辑电平“1”，解码后的，解码后的字符值为字符值为3B，表示首先传送的是字符的，表示首先传送的是字符的最低有效位最低有效位。其中其中bd、be、bf位位ZZZ，称为正向约定；，称为正向约定；ZZAZ ZZAA 1101 1100 3B最低位最低位最高位最高位Y1接口字符存在的指示符；接口字符存在的指示符； b51，发送，发送TA1 b61，发送，发送TB1 b71，发送，发送TC1 b81，发送，发送TD1;K 历史字符个数，（历史字符个数，（015）b8b7b6b5b4b3b2b1
10、Y1KYi+1接口字符存在的指示符；接口字符存在的指示符； b51，发送，发送TAi+1 b61，发送，发送TBi+1 b71，发送，发送TCi+1 b81，发送，发送TDi+1;T 后继发送的协议形式（后继发送的协议形式（015）b8b7b6b5b4b3b2b1YTT0 异步半双工字符传输协议异步半双工字符传输协议T1 异步半双工分组传输协议异步半双工分组传输协议T15 不属于传输协议，仅表示全不属于传输协议，仅表示全局接口字节。局接口字节。设设fi为复位应答期间接口设备提供给为复位应答期间接口设备提供给CLK触点的实际频率，触点的实际频率，其后，由其后，由fisf372i初始时钟周期sf1
11、DFs工作时钟周期 fsF10000000100100011F372372558744Fs(最大最大)4568表表 3.7 时钟频率变换因子时钟频率变换因子 F TA1的的b8b5D10000000100100011DRFU124表表 3.8 比特率（位速率）调整因子比特率（位速率）调整因子 D TA1的的b4b1如果如果TA1不存在，则使用默认值不存在，则使用默认值F372，D1;如果如果PPS交交换成功，由换成功，由PPS1给出给出F和和D。 I100 01 10 11I2550RFURFU表表 3.9 最大编程电流因子最大编程电流因子 I TB1的的b7 b6PI1525 单位单位/VP
12、I2(优先优先)50250单位单位/0.1VTB1的的b5 b1(b8=0)TB2的的b8 b1 默认值：默认值：F372，D1，I50，P5，N0。N两字符上升沿的间隔两字符上升沿的间隔0254255当当T0时，时，12etuT=1时，时，11etufNDF12TC1的的b8 b1 有两种操作模式：有两种操作模式：TA2存在时是专用模式；存在时是专用模式；TA2不存在时是协商模式。不存在时是协商模式。 专用模式中：专用模式中：当当TA2的的b50时，使用表时，使用表3.7和表和表3.8中由中由TA1指定的指定的F值和值和D值；值；当当TA2的的b51时，使用默认值。时，使用默认值。 协商模式
13、中：协商模式中：如复位应答后无如复位应答后无PPS请求，则请求，则F和和D使用默认值；使用默认值；如复位应答后有如复位应答后有PPS请求，则由请求，则由IFD发送带有发送带有F和和D的的PPS请求，并使卡转到专业模式。请求，并使卡转到专业模式。 当当TDi-1（i2）指出）指出T15后，后，则则TAi（即（即TA3、TA4）的的b8b7为时钟停止指示符；为时钟停止指示符；则则TAi的的b6b1为类别指示符；为类别指示符；X100 01 10 11X不支持不支持状态状态L状态状态H无优先无优先TAi的的b8 b7X的默认值是的默认值是“不支持时钟停止不支持时钟停止”。“01”和和“10”指出时钟
14、停止时指出时钟停止时CLK的优先状的优先状态态表表 3.10 时钟停止指示符时钟停止指示符 X T15是协议是协议参数吗？参数吗？ 当当TDi-1（i2）指出）指出T15后，后，则则TAi的的b8b7为时钟停止指示符；为时钟停止指示符；则则TAi的的b6b1为类别指示符；为类别指示符；U1000001 000010 000011 其他其他U仅仅A类类仅仅B类类A和和B类类RFUTAi的的b6 b1X的默认值是的默认值是“仅支持仅支持A类类”。表表 3.11 类别指示符类别指示符 U 有记者模式？有有记者模式？有什么参数决定？什么参数决定？PPS0的作用与的作用与T0相似，其中相似，其中b5、b
15、6、b7分别表分别表示任送字符示任送字符PPS1、PPS2、PPS3是否存在。是否存在。b1b4选择协议类型，选择协议类型，b8留作今后使用。留作今后使用。PPS1给出给出F和和D的参数值；的参数值；PPS2给出给出N值，值，PPS3待定。待定。在复位应答在复位应答TD1字节中定义了字节中定义了T1，或在，或在PPS中定中定义了义了T1之后，将实现异步半双工分组传输协议。之后，将实现异步半双工分组传输协议。 本协议使用复位应答时定义的字符帧以及全局接本协议使用复位应答时定义的字符帧以及全局接口字节定义的物理参数。口字节定义的物理参数。若以后被若以后被PPS所修改，则采用所修改，则采用PPS定义
16、的参数。定义的参数。 本协议采用本协议采用OSI参考模型分层原则设计，分三个参考模型分层原则设计，分三个层次。层次。1. 物理层物理层2. 数据链路层数据链路层3. 应用层应用层1. 分组基本组成分组帧分组基本组成分组帧开始字段开始字段信息字段信息字段结尾字段结尾字段NADPCBLENINFEDC1字节字节1字节字节1字节字节0254字节字节1或或2字节字节lb1b3是源结点地址（是源结点地址（SAD），），lb5b7是目的结点地址（是目的结点地址（DAD），），lb4和和b8用于用于VPP状态控制。状态控制。l当地址无用时，将当地址无用时，将SAD和和DAD置置“0”。结点地址结点地址例：由
17、例：由IFD发送的第一个分组的发送的第一个分组的NAD，其，其SAD的值为的值为X，DAD的值为的值为Y；确定了；确定了SAD和和NAD的逻辑关系。的逻辑关系。则由则由ICC发送的分组，其发送的分组，其SAD为为Y，DAD为为X，标记为（，标记为（X，Y），建立一个逻辑连接。），建立一个逻辑连接。IFD X YICC Y XSADDAD标记为（标记为（X，Y） INF字段是可选的。字段是可选的。当它存在时，可以是应用数据（当它存在时，可以是应用数据（Iblock）或控制和状态信息（或控制和状态信息（S-block），被传送的字），被传送的字节数由节数由LEN指出。指出。 2. 在复位应答中，当
18、第一次在在复位应答中，当第一次在TD(i-1)（i2）中）中出现出现T1时，则专用接口字节时，则专用接口字节TAi、TBi、TCi被被用作协议参数。用作协议参数。etu112CWTCWICWT的最小值为的最小值为12工作单元，工作单元，CWI的默认值为的默认值为13。etu11s )fs/3729602(BWTBWI0BWT 9，BWT9保留于将来使用，保留于将来使用，BWI的默认的默认值为值为4。 在复位应答或协议类型选择在复位应答或协议类型选择PPS之后的第一个之后的第一个分组是由接口设备分组是由接口设备IFD传送到传送到IC卡的，可以是信息卡的，可以是信息分组（分组（ 在传送一个分组（在
19、传送一个分组（I-，R-或或S-block）之后，在下）之后，在下一个分组传送之前，发方应接收到确认，如下：一个分组传送之前，发方应接收到确认，如下： 分组传输协议具有链接功能，允许接口设备分组传输协议具有链接功能，允许接口设备IFD或或IC卡（卡（ICC）传送信息的长度大于）传送信息的长度大于IFSD（Information Field Size for device）或）或IFSC （Information Field Size for card）所规定的长度。）所规定的长度。 分组的链接情况受分组的链接情况受。M位指出位指出 链接功能举例：链接功能举例：应用数据应用数据Applicati
20、on Data由接口设备由接口设备IFD传送传送到到IC卡，假设分成三个信息分组，分别为：卡，假设分成三个信息分组，分别为：Applic、ation和和Data，每次传送信息时还传送，每次传送信息时还传送PCB，以，以I（N（S），），M）表示，其中）表示，其中N（S）是发送序列号，是发送序列号，M表示后面是否还有分组需要表示后面是否还有分组需要传送。传送。分析分析：PCB 的编码包括三类，的编码包括三类，I-block、R-block和和S-block。现以。现以I（N（S），），M）表示，说明该）表示，说明该PCB表示表示I-block的编码情况。的编码情况。ApplicationData
21、PApplicEPactionEPDataEPEPEPEIFDICCI（0，1）I（1，1）I（0，0）R（1）R（0）I（0, 0 ）P开始字段开始字段E结尾字段结尾字段链接功能图例链接功能图例序列号序列号二进制二进制I-blockR-blockS-blockIFDICCApplicI（0，1）R（1）actionI（1，1）R（0）DataI（0，0）I（0,0）序列号序列号二进制二进制接口设备发送链接接口设备发送链接 I-blockreturn1. 触点的分配触点的分配两种类型的同步卡：第两种类型的同步卡：第1类（类（type 1） 第第2类（类（ type 2）触点触点C4指定：第指定
22、：第2类同步卡的功能码（类同步卡的功能码（FCB）。）。 FCB和和RST一起构成在卡中执行的命令一起构成在卡中执行的命令Reset、read、write。return2. 选择卡的类型选择卡的类型 接口设备按第接口设备按第1类、第类、第2类卡启动操作条件，类卡启动操作条件，如果卡不应答，或提供一个不符合的应答，接口如果卡不应答，或提供一个不符合的应答，接口设备将释放触点，延迟至少设备将释放触点，延迟至少10ms后，再启动另后，再启动另一操作条件。一操作条件。 在同步半双工传输方式中，在同步半双工传输方式中，I/O线上一串数据线上一串数据位用位用CLK上的时钟信号进行同步。上的时钟信号进行同步
23、。1. 时钟频率和位速率时钟频率和位速率 I/O线上的位速率与接口设备发到线上的位速率与接口设备发到CLK的时的时钟频率呈线性关系，例如钟频率呈线性关系，例如10kHz时钟频率相应时钟频率相应于于10Kbit/s。最大上升沿最大上升沿/下降沿各为下降沿各为0.5s。第一类卡：低于第一类卡：低于50kHz的任一频率可用。的任一频率可用。第二类卡：低于第二类卡：低于280 50kHz的任一频率可用。的任一频率可用。2. 复位应答头的结构复位应答头的结构 复位操作的结果是从卡发送应答头到接口设备。复位操作的结果是从卡发送应答头到接口设备。该头的长度固定为该头的长度固定为32位，其开始的两个字节位，其
24、开始的两个字节H1和和H2是必备的。是必备的。b1b32是按时间顺序发送的信息位，最低位先发送。是按时间顺序发送的信息位，最低位先发送。3. 复位应答头的数据内容复位应答头的数据内容 头由头由4个字节（个字节（H1H4）组成，用于尽早决定）组成，用于尽早决定卡与接口设备是否相容，如不容，则释放触点。卡与接口设备是否相容，如不容，则释放触点。第一个字段第一个字段H1是卡协议类型的编码，见表是卡协议类型的编码，见表3.13。第二个字段第二个字段H2是是H1的编码参数。的编码参数。 如果如果H1X0（X1，7），），H2的值由的值由ISO/IEC JTC1/SC17指指定。定。当信息交换中止或失败时
25、（卡无应答或检测到卡当信息交换中止或失败时（卡无应答或检测到卡移去），触点将被释放，接口设备应顺序完成一移去），触点将被释放，接口设备应顺序完成一些操作：些操作：CLK 处于状态处于状态L；FCB 处于状态处于状态L（仅适合第二类卡）；（仅适合第二类卡）；VPP静止；静止；I/O处于状态处于状态A；VCC静止。静止。return思思 考考 题题 1、 什么是接触式什么是接触式IC卡？说明其特点和主要应用场合，说出几卡？说明其特点和主要应用场合，说出几种主要的卡型及其生产商。种主要的卡型及其生产商。2、 接触式接触式IC卡上有多少个触点？说明各触点的位置及功能。卡上有多少个触点？说明各触点的位置及功能。3 接触式接触式IC卡如何获得工作电压？卡如何获得工作电压？4、 接触式接触式IC卡如何与接口设备交换信息？卡如何与接口设备交换信息？5、 接触式接触式IC卡读写器卡读写器(接口设备接口设备)由哪些部分组成？由哪些部分组成？
