一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡的製作方法
2023-07-11 16:29:01 4
本實用新型涉一種手機智慧卡，特別涉及一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡。
背景技術：
NFC是Near Field Communication縮寫，即近距離無線通訊技術。由飛利浦公司和索尼公司共同開發的NFC是一種非接觸式識別和互聯技術，可以在行動裝置、消費類電子產品、PC和智能控制項工具間進行近距離無線通信。
國外NFC大多採用13.56M頻率標準用於近場通信的技術領域，在這個標準體系下，形成了ISO14443的國際標準，國內以中國銀聯支付體系為中心的支付平臺，大多採用了ISO14443的國際標準，並使用13.56MHZ頻率標準用於行動支付的技術標準。
在這個系統標準下，主要產品形態是以ISO14443系統標準為基礎的產品，如：13.56MHZ非接觸IC卡，NFC手機，中國電信翼支付的雙界面卡。這些產品的基本特徵之一，就是包含一個感應線圈，它採用的是電磁感應的原理。由於原始的ISO14443體系技術，其核心解碼電路是被動的無源負載，靠卡片識別器或讀卡器這端發送高頻信號，通過感應線圈，以電磁耦合的形式，將能量傳遞到非接觸IC卡的一端。
智慧型手機，特別是Iphone序列(蘋果手機)受到了廣大用戶的青睞，市場的佔用率很高。高端手機工藝先進，機械精度高，密封嚴密，這些因素對手機本身固然是好事情，但原本在手機環境下按標準方式設計的內置射頻感應模塊的手機智慧卡，往往會導致信號衰減加大，數據通信誤碼率加大，內置射頻感應模塊的手機智慧卡不能正常工作。致使Iphone序列很難用現有技術改造成與NFC或ISO14443體系兼容的手機終端。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於克服現有技術之不足，提供一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，一方面，通過對Nano SIM卡的卡體結構的改進以及對託架配合結構的改進，使之與原有Nano SIM卡在功能上完全兼容，並能很好的實現感應偶合，完成無線近距離通信功能；另一方面，通過將藍牙射頻晶片和主控MCU安全晶片存儲的數字證書進行結合，實現了利用手機終端進行的行動支付能夠不局限於電信運營商和金融銀行，而是由用戶自己掌握，達到了安全、快捷、方便地實現各種消費的行動支付目的。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，包括：
一能夠適配於蘋果手機的智慧卡卡槽的託架，該託架包括能夠插入所述卡槽的插板和封閉在所述卡槽槽沿的檔板；
一卡本體以及集成在該卡本體的尺寸空間內的卡內電路；該卡內電路包括藍牙射頻天線、藍牙射頻晶片、主控MCU安全晶片、NFC有源負載數據機、NFC感應線圈天線和SIM卡標準銅製連接觸點；所述主控MCU安全晶片分別與NFC有源負載數據機、藍牙射頻晶片、SIM卡標準銅製連接觸點相連接；所述NFC有源負載數據機與NFC感應線圈天線相連接；所述藍牙射頻晶片與藍牙射頻天線相連接；所述SIM卡標準銅製連接觸點與蘋果手機的內部電路相連接；
所述託架上設有用來容納所述卡本體的透孔；所述卡本體插入所述透孔後，所述卡內電路中含有NFC感應線圈天線的部分位於靠近擋板的內側面的位置。
所述主控MCU安全晶片的型號為SWT3221，SWT3221晶片內部包含三路通信接口，第一路通信接口遵循ISO/IEC 7816從設備系列標準要求，用於通過SIM卡標準銅製連接觸點與手機終端進行數據通信；第二路通信接口為SPI接口，用於與藍牙射頻晶片連接；第三路通信接口為SPI接口，用於與NFC有源負載數據機連接。
所述藍牙射頻晶片的型號為NRF51822，該晶片為支持藍牙底層協議的處理晶片，用來建立藍牙射頻通信通道，在主控MCU安全晶片的控制下，實現與外界的藍牙無線數據通信。
所述NFC有源負載數據機為型號為SKY1332的晶片，用來實現ISO14443A/B近距離感應耦合。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，以Iphone5及後續Iphone序列手機的智慧卡插卡裝置的結構和配件為依託，不改變手機本身智慧卡插卡裝置的機構和使用方式，僅改變手機智慧卡的結構和物理形狀，實現一種雖然外觀上與原Nano SIM卡標準形狀有一定的差異，但在功能上完全兼容，並能完好的實現感應偶合，完成無線近距離通信功能。本實用新型的SIM卡的尺寸略長於標準的Nano SIM卡，本實用新型的託架用金屬粉末壓鑄而成。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，一方面,是對SIM卡和託架的結構進行改進，令NFC感應線圈天線更貼近託架邊緣，從而使得NFC感應線圈天線大大提高了磁感應信號強度，接收和發射靈敏度大大增強；另一方面，是對手機智慧卡的卡體內電路結構進行改進，通過設置NFC有源負載編解碼器，使得本實用新型的SIM卡在與外界的讀卡裝置交換信息時，從讀卡裝置感應線圈通過電磁感應獲得的磁場能量，僅僅只用來轉換其中有效的數據信息，而並不靠這個磁場信號，來維持電路所需要的能量供給，系統能量由通過SIM卡的其他電路，通過卡本體的SIM卡標準銅製連接觸點，由手機插座和手機的電源獲得電源。本實用新型通過將NFC感應線圈天線的設置與NFC有源負載編解碼器的設置相結合，儘管卡體尺寸非常之小，但是，仍然能夠使得該手機智慧卡能夠在符合ISO14443體系下實現感應耦合式無線近距離通信功能或移動電子支付。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，其中主控MCU安全晶片存儲裝置中存儲有一個或多個數字認證證書，所述數字認證證書，是用戶的個人身份信息與電子籤名唯一綁定的電子文件，是由用戶自行向第三方認證機構申請，由第三方認證機構發行的且由具有一定權限的指定機構寫入主控MCU安全晶片中的；在主控MCU安全晶片中還設有用來對數字認證證書的認證過程進行處理的數字證書認證處理模塊。這個所謂數字證書，建立基於公鑰(PKI)技術的個人證書認證體系，通過個人證書認證和數字籤名技術，對客戶的網上交易實施身份認證，並且可以籤署各種業務服務協議，確保了交易和協議的唯一、完整和不可否認。這個以手機用戶識別卡(SIM)為載體的數字證書可以將其稱為「CA-SIM」，它雖然存儲於SIM卡之中，但並不與電信運營商有任何的關係，它由第三方認證機構發行和確認，用戶在實施行動支付的具體操作中，自己掌握數字證書，根據不同的商家服務流程，自行完成PKI認證流程。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，是以具備非接觸、支持近距離無線通信功能、支持行動支付的手機用戶識別卡為平臺，可以採用藍牙底層協議進行無線射頻通信，設計除電信以外的第二個或更多的，多通道用戶安全數字證書認證與處理裝置，以智慧卡安全晶片為處理和運算裝置，完成對數字證書運算與處理。手機用戶識別卡通過內置數字證書的數據處理裝置與傳輸鏈路，與智慧型手機端終進行數據通信，智慧型手機終端在作業系統OS的管理下，運行應用程式APPS，與數字認證CA中心，完成用戶PKI(Public Key Infrastructure的縮寫，是指用公鑰概念和技術來實施和提供安全服務的具有普適性的安全基礎設施)的認證流程。
本實用新型提供的技術方案帶來的有益效果是：
1、本實用新型通過採用能夠適配於蘋果手機的智慧卡卡槽的託架和包含藍牙射頻天線、藍牙射頻晶片、主控MCU安全晶片、NFC有源負載數據機、NFC感應線圈天線及SIM卡標準銅製連接觸點來構成異型感應偶合SIM卡；其中，主控MCU安全晶片分別與NFC有源負載數據機、藍牙射頻晶片、SIM卡標準銅製連接觸點相連接；NFC有源負載數據機與NFC感應線圈天線相連接；所述藍牙射頻晶片與藍牙射頻天線相連接；SIM卡標準銅製連接觸點與蘋果手機的內部電路相連接；含有NFC感應線圈天線的部分位於靠近擋板的內側面的位置；使得改進後的SIM卡不僅能完全實現常規SIM/UIM所具備的各種功能，而且電磁感應信號接收和發射頻率大大增加，可以實現在現有13.56M即ISO14443體系環境下的NFC近場通信功能或移動電子支付。
2、本實用新型通過將藍牙射頻晶片和主控MCU安全晶片存儲的數字證書進行結合，可以便捷地實現各類數字認證應用，使得利用手機終端進行的行動支付能夠不局限於電信運營商和金融銀行，而是由用戶自己掌握，達到了安全、快捷、方便地實現各種消費的行動支付目的。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡不局限於實施例。
附圖說明
圖1是現有iphone(蘋果手機)所使用的SIM卡及其託架的構造示意圖；
圖2是本實用新型的構造示意圖；
圖3是本實用新型的電路原理框圖；
圖4是本實用新型的主控MCU安全晶片SWT3221的電路圖；
圖5是本實用新型的藍牙射頻晶片NRF51822的電路圖；
圖6是本實用新型的NFC有源負載數據機的晶片SKY1332的電路圖；
圖7是本實用新型的SIM卡觸點的電路圖。
具體實施方式
實施例
如圖1所示為Iphone5及後續Iphone序列手機(蘋果手機)所使用的SIM卡200及其託架100，這種手機智慧卡200採用Nano SIM卡，它比標準SIM卡尺寸更小，使用時，是把Nano SIM格式的SIM卡200放入託架100中，再連同託架100一起插入Iphone5及後續Iphone序列手機(蘋果手機)的智慧卡卡槽中，Iphone5及後續Iphone序列手機(蘋果手機)的智慧卡卡槽一般都設計成標準樣式。這種SIM卡200及其託架100的配合，致使Iphone5 及後續Iphone序列手機很難用現有技術改造成與NFC或ISO14443體系兼容的手機終端。
基於上述缺陷，參見圖2至圖7所示，本實用新型一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，包括：
一能夠適配於蘋果手機的智慧卡卡槽的託架1，該託架包括能夠插入所述卡槽的插板11和封閉在所述卡槽槽沿的檔板12；
一卡本體2以及集成在該卡本體的尺寸空間內的卡內電路；該卡內電路包括藍牙射頻天線33、藍牙射頻晶片32、主控MCU安全晶片31、NFC有源負載數據機34、NFC感應線圈天線35和SIM卡標準銅製連接觸點36；所述主控MCU安全晶片31分別與NFC有源負載數據機34、藍牙射頻晶片32、SIM卡標準銅製連接觸點36相連接；所述NFC有源負載數據機34與NFC感應線圈天線35相連接；所述藍牙射頻晶片32與藍牙射頻天線33相連接；所述SIM卡標準銅製連接觸點36與蘋果手機的內部電路相連接；
所述託架上設有用來容納所述卡本體的透孔；所述卡本體插入所述透孔後，所述卡內電路中含有NFC感應線圈天線35的部分位於靠近擋板12的內側面的位置。
所述主控MCU安全晶片31的型號為SWT3221，SWT3221晶片內部包含三路通信接口，第一路通信接口遵循ISO/IEC 7816從設備系列標準要求，用於通過SIM卡標準銅製連接觸點36與手機終端進行數據通信；第二路通信接口為SPI接口，用於與藍牙射頻晶片33連接；第三路通信接口為SPI接口，用於與NFC有源負載數據機34連接。型號為SWT3221的主控MCU安全晶片N1是盛華公司的32位超低功耗微控制器，包含768的FLASH和24K的RAM。
所述藍牙射頻晶片32的型號為NRF51822，該晶片為支持藍牙底層協議的處理晶片，用來建立藍牙射頻通信通道，在主控MCU安全晶片31的控制下，實現與外界的藍牙無線數據通信。型號為NRF51822的藍牙射頻晶片N2是採用Nordic公司的藍牙晶片，NRF51822晶片支持藍牙4.0協議和2.4G ShockBurst射頻通信。本實施例中，NRF51822晶片負責將數位訊號轉換成射頻信號，並通過射頻天線發送給讀寫設備；同時負責接收藍牙讀寫設備發出的射頻信號，並將其轉換為數位訊號，與主控MCU安全晶片31進行通信，實現同外界的應用環境的業務受理。
所述NFC有源負載數據機34為型號為SKY1332的晶片，用來實現ISO14443A/B近距離感應耦合。
對比圖1和圖2可見，本實用新型的異型SIM卡，其尺寸略長於標準的Nano SIM卡。此外，還可以在卡本體不含有NFC感應線圈天線的部分設置一卡孔，在擋板中設置一卡凸，卡孔卡置在卡凸中。
具體的，所述MCU安全晶片31通過SPI接口分別與所述藍牙射頻晶片32和所述NFC有源負載數據機34通信。SPI接口的全稱是"Serial Peripheral Interface"，意為串行外圍接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器，還有數位訊號處理器和數位訊號解碼器之間。SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數據傳輸，在主器件的移位脈衝下，數據按位傳輸，高位在前，低位在後，為全雙工通信，數據傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達到幾Mbps。SPI接口採用主從模式(Master Slave)架構；支持多slave模式應用，一般僅支持單Master。
本實施例中，FM151安全晶片充當SPI主設備，藍牙射頻晶片NRF51822和SKY1332晶片分別充當SPI從設備，所述SPI接口的相關接口管腳定義如下：
CE，SPI Slave晶片片選信號線；
IRQ：中斷信號線；
SCK：時鐘信號線，該信號由FM151安全晶片產生；
MOSI：主設備數據輸出，從設備數據輸入信號線；
MISO：主設備數據輸入，從設備數據輸出信號線
CSN：SPI接口通信使能信號線。
進一步的，所述主控MCU安全晶片31的第53引腳與所述藍牙射頻晶片32的第8引腳相連接以連通晶片片選信號線；所述主控MCU安全晶片31的第59引腳與所述藍牙射頻晶片32的第23引腳相連接以連通中斷信號線；所述主控MCU安全晶片31的第56引腳與所述藍牙射頻晶片32的第13引腳相連接以連通時鐘信號線；所述主控MCU安全晶片31的第57引腳與所述藍牙射頻晶片32的第20引腳相連接以連通MOSI1信號線；所述主控MCU安全晶片31的第58引腳與所述藍牙射頻晶片32的第21引腳相連接以連通MISO1信號線；所述主控MCU安全晶片31的第55引腳與所述藍牙射頻晶片32的第11引腳相連接以連通SPI接口通信使能信號線。
由於NFC有源負載數據機34一直處於選中狀態，故該路SPI接口無需晶片選擇信號線。具體的，所述主控MCU安全晶片31的第45引腳與NFC有源負載數據機34的第20引腳相連接以連通中斷信號線；所述主控MCU安全晶片31的第50引腳與NFC有源負載數據機34的第17引腳相連接以連通時鐘信號線；所述主控MCU安全晶片31的第52引腳與所述NFC有源負載數據機34的第18引腳相連接以連通MOSI1信號線；所述主控MCU安全晶片31的第51引腳與所述NFC有源負載數據機34的第19引腳相連接以連通MISO1信號線；所述主控MCU安全晶片31的第49引腳與所述NFC有源負載數據機34的第16引腳相連接以連通SPI接口通信使能信號線。
進一步的，所述主控MCU安全晶片31中存儲有用來實現移動通信功能的用戶身份鑑權信息，主控MCU安全晶片31通過SIM卡標準銅製連接觸點連接至手機終端，以將用戶身份鑑權信息發送給手機終端，由手機終端與電信運營商之間進行用戶身份鑑權。所述主控MCU安全晶片31的第13引腳與SIM卡標準銅製連接觸點36中的C3觸點相連接以連通時鐘信號線；所述主控MCU安全晶片31的第14引腳與SIM卡標準銅製連接觸點36中的C2觸點相連接以連通卡片復位信號線；所述主控MCU安全晶片31的VCC引腳與SIM卡標準銅製連接觸點36中的C1觸點相連接以連通電源信號線；所述主控MCU安全晶片31的GND引腳與SIM卡標準銅製連接觸點36中的C5觸點相連接以連通地線；所述主控MCU安全晶片31的第12引腳與SIM卡標準銅製連接觸點36中的C7觸點相連接以連通數據通信信號線。
在主控MCU安全晶片31中還存儲有用來實現近距離非接觸支付的電子錢包，主控MCU安全晶片31通過藍牙射頻晶片32和藍牙射頻天線33與外部的讀卡設備相配合，以實現電子錢包的支付功能。
進一步的，所述卡內電路還包括用來連接在主控MCU安全晶片31與手機終端之間的數據鏈路，該數據鏈路被用來傳輸數字認證過程的數據。所述主控MCU安全晶片31的數字證書認證處理模塊通過數據鏈路連接手機終端，並通過手機終端的網絡資源以在線的方式連接第三方認證機構，進行數字證書的認證。
具體的，所述的數據鏈路採用在手機用戶識別卡上增設與手機終端的已有數據傳輸設備相匹配的部件，以實現和手機現有資源的匹配對接，從而實現手機終端與數字證書認證與處理裝置的數據傳輸，所述部件設置在藍牙射頻晶片32中。
當然，所述的數據鏈路也可以採用主控MCU安全晶片31與手機終端的ISO7816接口為連接通道，並通過擴展APDU指令集，實現手機終端與手機用戶識別卡在ISO7816接口下對數字證書運算與處理的數據流通信。或者是所述的數據鏈路還可以採用在MCU安全晶片與手機終端之間新增設的以硬體方式體現的數據傳輸通道，實現手機終端與MCU安全晶片的數字證書認證處理模塊之間的數據傳輸。所述以硬體方式體現的數據傳輸通道為有線傳輸通道或無線傳輸通道。
進一步的，在藍牙射頻晶片32和藍牙射頻天線33之間還有阻抗匹配電路。
手機用戶識別卡SIM是Subscriber Identity Module客戶識別模塊的縮寫，也稱為手機智慧卡。用戶身份識別卡，各種數字行動電話機必須裝上此卡方能使用。本實用新型所述的SIM卡，採用多通道數字認證，在SIM卡中，不僅存儲電信IMSI(國際移動用戶識別碼)，而且以特定的、安全的方式存儲一個或多個數字認證證書，它和SIM卡一樣，具有安全性、不可複製和唯一性。因此可以稱之為CA-SIM卡。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，以Iphone5及後續Iphone序列手機的智慧卡插卡裝置的結構和配件為依託，不改變手機本身智慧卡插卡裝置的機構和使用方式，僅改變手機智慧卡的結構和物理形狀，實現一種雖然外觀上與原Nano SIM卡標準形狀有一定的差異，但在功能上完全兼容，並能完好的實現感應偶合，完成無線近距離通信功能。本實用新型的SIM卡的尺寸略長於標準的Nano SIM卡，本實用新型的託架用金屬粉末壓鑄而成。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，一方面,是對SIM卡和託架的結構進行改進，令NFC感應線圈天線更貼近託架邊緣，從而使得NFC感應線圈天線大大提高了磁感應信號強度，接收和發射靈敏度大大增強；另一方面，是對手機智慧卡的卡體內電路結構進行改進，通過設置NFC有源負載編解碼器，使得本實用新型的SIM卡在與外界的讀卡裝置交換信息時，從讀卡裝置感應線圈通過電磁感應獲得的磁場能量，僅僅只用來轉換其中有效的數據信息，而並不靠這個磁場信號，來維持電路所需要的能量供給，系統能量由通過SIM卡的其他電路，通過卡本體的SIM卡標準銅製連接觸點，由手機插座和手機的電源獲得電源。本實用新型通過將NFC感應線圈天線的設置與NFC有源負載編解碼器的設置相結合，儘管卡體尺寸非常之小，但是，仍然能夠使得該手機智慧卡能夠在符合ISO14443體系下實現感應耦合式無線近距離通信功能或移動電子支付。
在移動電子支付的刷卡交易時，微型化感應線圈天線感應到的卡片識別器或讀卡器的電磁信號經有源負載數據機解調，數據傳送主控MCU安全晶片進行解碼，解碼後的交易數據或打包成一個交易記錄存儲在主控MCU安全晶片的RAM空間內。主控MCU安全晶片通過ISO7810接口，向移動終端手機屏幕發送主動式數據交易顯示，或由移動終端手機通過ISO7810接口，向主控MCU安全晶片發送讀卡指令，主控MCU安全晶片讀取存儲在RAM空間內的交易記錄，並把數據反饋到移動終端手機端，在移動終端手機的屏幕上顯示。
此外，本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，其中主控MCU安全晶片存儲裝置中存儲有一個或多個數字認證證書，所述數字認證證書，是用戶的個人身份信息與電子籤名唯一綁定的電子文件，是由用戶自行向第三方認證機構申請，由第三方認證機構發行的且由具有一定權限的指定機構寫入主控MCU安全晶片中的；在主控MCU 安全晶片中還設有用來對數字認證證書的認證過程進行處理的數字證書認證處理模塊。這個所謂數字證書，建立基於公鑰(PKI)技術的個人證書認證體系，通過個人證書認證和數字籤名技術，對客戶的網上交易實施身份認證，並且可以籤署各種業務服務協議，確保了交易和協議的唯一、完整和不可否認。這個以手機用戶識別卡(SIM)為載體的數字證書可以將其稱為「CA-SIM」，它雖然存儲於SIM卡之中，但並不與電信運營商有任何的關係，它由第三方認證機構發行和確認，用戶在實施行動支付的具體操作中，自己掌握數字證書，根據不同的商家服務流程，自行完成PKI認證流程。
本實用新型的一種異型感應偶合多通道數字認證射頻SIM卡，是以具備非接觸、支持近距離無線通信功能、支持行動支付的手機用戶識別卡為平臺，可以採用藍牙底層協議進行無線射頻通信，設計除電信以外的第二個或更多的，多通道用戶安全數字證書認證與處理裝置，以智慧卡安全晶片為處理和運算裝置，完成對數字證書運算與處理。手機用戶識別卡通過內置數字證書的數據處理裝置與傳輸鏈路，與智慧型手機端終進行數據通信，智慧型手機終端在作業系統OS的管理下，運行應用程式APPS，與數字認證CA中心，完成用戶PKI(Public Key Infrastructure的縮寫，是指用公鑰概念和技術來實施和提供安全服務的具有普適性的安全基礎設施)的認證流程。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。