ES2212604T3 - Procedimiento de transmision de datos y tarjeta para tal transmision. - Google Patents

Procedimiento de transmision de datos y tarjeta para tal transmision.

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ES2212604T3 ES99940280T ES99940280T ES2212604T3 ES 2212604 T3 ES2212604 T3 ES 2212604T3 ES 99940280 T ES99940280 T ES 99940280T ES 99940280 T ES99940280 T ES 99940280T ES 2212604 T3 ES2212604 T3 ES 2212604T3
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Abstract

Objeto portátil de tipo tarjeta inteligente que por un lado consta de un cuerpo de objeto y por otro, de un chip de circuitos integrados (9) y dicho chip de circuitos integrados (9) cuenta a su vez con una unidad central de proceso (CPU) conectada mediante un bus de datos y direcciones a las memorias (ROM, RAM, EEPROM) y que contiene por otra parte, al menos una primera patilla de contacto (VCC) que puede proporcionar al chip (9) tensión de alimentación, una segunda patilla de contacto (GND) que puede asegurar una puesta a tierra del chip (9), una tercera patilla de contacto (D+) y una cuarta patilla de contacto (D-); dichas patillas de contacto (VCC, GND, D+, D-) están conectadas de forma eléctrica a una primera pista de contacto (C1), a una segunda pista de contacto (C5), a una tercera pista de contacto (C4) y a una cuarta pista de contacto (C8) respectivamente, dentro de un conjunto de al menos seis pistas de contacto (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) que aparecen en la superficie del cuerpo del objeto; dicho objeto portátil se caracteriza en que la tercera (D+) y la cuarta (D-) patillade contacto, conectadas a una interfaz del chip (9), constituyen un par diferencial y pueden asegurar una transmisión bidireccional de los datos gestionados por la unidad central de proceso (CPU).

Description

Procedimiento de transmisión de datos y tarjetas para tal transmisión.
El invento hace referencia a objetos portátiles de tipo tarjeta inteligente que por un lado constan de un cuerpo de objeto y por otro, de un chip de circuitos integrados.
Las tarjetas inteligentes son objetos normalizados que se describen en la norma ISO 7816 y cuya función principal consiste en posibilitar la realización de transacciones electrónicas identificando a su titular. Para ello, las tarjetas inteligentes contienen un chip cuyos circuitos, integrados sobre un sustrato de silicio, definen diferentes elementos funcionales y asimismo, cuentan con una unidad central de proceso (CPU) y con memorias volátiles (RAM), no volátiles (ROM) y no volátiles programables y borrables eléctricamente (EEPROM). La unidad central (CPU) garantiza la gestión de datos y direcciones entre las diferentes memorias a través de un bus. Los datos y las direcciones suelen estar codificados en 8 y 16 bits respectivamente.
Los chips de circuitos integrados cuentan con seis patillas de contacto: VCC, GND, VPP, RST, CLK e I/O, cuyas respectivas funciones consisten en asegurar la alimentación del chip en comente eléctrica, su puesta a tierra, su alimentación en tensión de programación, su reinicialización, la entrada de una señal de reloj y la entrada y la salida de los datos. Estas patillas están conectadas eléctricamente a unas pistas de contacto que aparecen en la superficie de la tarjeta. La patilla VCC está conectada a una pista C1, la patilla GND a una pista C5, la patilla VPP a una pista C6, la patilla RST a una pista C2, la patilla CLK a una pista C3, y la patilla I/O a una pista C7.
La parte 2 de la mencionada norma ISO 7816 define el número, las dimensiones y la posición de las pistas de contacto eléctrico de la tarjeta. Tal y como se define en la norma, además de las pistas C1, C5, C6, C2, C3 y C7, la tarjeta cuenta con dos pistas C4 y C8 reservadas para otros usos en el futuro. Estas pistas sin conexión no tienen asignada ninguna función.
La parte 3 de la norma 7816 define las diferentes señales y protocolos de transmisión a los que debe ajustarse la tarjeta. Con estos protocolos, denominados T=0 y T=1, los datos se transmiten exclusivamente a través de la patilla I/O en modo semidúplex y de forma asíncrona, bajo formatos definidos. Las velocidades autorizadas según estos protocolos y formatos de datos no son muy elevadas, ya que rondan los 38 kilobits por segundo, y tampoco se autorizan los vínculos entre varios puntos.
Por ello, cuando se desea utilizar una tarjeta del estado del arte con terminales no especializados que no utilicen los formatos y los protocolos mencionados en la parte 3 de la norma 7816, es decir la mayoría de los terminales disponibles en el mercado y especialmente los ordenadores personales, es preciso utilizar un lector de tarjetas que garantice no sólo la puesta en tensión y el aislamiento de tensión de la tarjeta, sino también una conversión de protocolo y un reformateo de los datos para que la tarjeta pueda utilizarlos. Puesto que las velocidades que autoriza la tarjeta son tan bajas, ésta no puede ser de utilidad para las aplicaciones que requieran transferencias rápidas de datos como la codificación o descodificación de información inmediata.
Teniendo en cuenta lo anterior, uno de los problemas que pretende resolver este invento es permitir que un objeto portátil de tipo tarjeta inteligente, que por un lado consta de un cuerpo de objeto y por otro, de un chip de circuitos integrados, y donde dicho chip de circuitos integrados contiene una unidad central de proceso conectada a las memorias a través de un bus de datos y direcciones y que contiene además, al menos una primera patilla de contacto que puede proporcionar al chip una tensión de alimentación, una segunda patilla de contacto que puede asegurar la puesta a tierra del chip, una tercera patilla de contacto y una cuarta patilla de contacto y donde dichas patillas de contacto están conectadas de forma eléctrica a una primera pista de contacto, a una segunda pista de contacto, a una tercera pista de contacto y a una cuarta pista de contacto respectivamente, dentro de un conjunto de al menos seis pistas de contacto que aparecen en la superficie del cuerpo del objeto, funcione según modalidades diferentes a las organizadas por la parte 3 de la norma 7816 y en particular, que no utilice los protocolos T=0 y T=1 y los formatos requeridos de los datos descritos en esta norma.
Teniendo en cuenta el problema planteado arriba, la solución que propone este invento se centra en un objeto portátil, como se define en la reivindicación 1.
Además, el invento tiene por segundo objeto un proceso de transmisión de datos a un chip de circuitos integrados, como se define en la reivindicación 8.
Conviene tener en cuenta que la demanda internacional publicada en el número WO 99/49415 describe una tarjeta inteligente compatible con varios protocolos diferentes. La tarjeta inteligente contiene un conjunto de contactos que cumplen con la norma ISO 7816 y cuenta con otro contacto que no recoge la norma. Este otro contacto se utiliza para indicar si la tarjeta debe operar siguiendo un modo diferente al estándar.
La demanda precitada constituye un arte anterior según el artículo 54(3) CBE.
También cabe destacar que la patente americana número 5.161.992 describe un conjunto de conectores para una tarjeta de memoria clásica.
La exposición que presentamos a continuación, que no tiene carácter limitativo, permitirá comprender mejor la forma en la que se puede poner en práctica el invento. Para su lectura, deben consultarse los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 esquematiza una tarjeta según el invento, que está insertada en la ranura de un lector conectado al puerto de un ordenador personal a través de un repartidor (hub, en inglés);
- la figura 2 muestra en perspectiva un chip conectado de forma eléctrica a las pistas de contacto de una tarjeta inteligente, de acuerdo con el invento;
- la figura 3 esquematiza los diferentes elementos de un chip de circuitos integrados de una tarjeta según el invento, conectada a un lector de tarjetas para una transmisión de datos según los protocolos de USB (en inglés Universal Serial Bus, en español Bus Serie Universal);
- la figura 4 esquematiza los diferentes elementos de un chip de circuitos integrados de una tarjeta inteligente según el invento, conectada a un lector de tarjetas para una transmisión de datos según los protocolos USB y los protocolos mencionados en la parte 3 de la norma ISO 7816; y
- la figura 5 esquematiza el modo de conexión de una tarjeta a un conector de un lector según el invento.
Los objetos portátiles según el invento son de tipo tarjeta inteligente.
Como muestra la figura 1, estos objetos portátiles de tipo tarjeta inteligente 1 están diseñados para insertarse en la ranura de un lector 2, dicho lector 2 se conecta a través de un cable de unión 3 a un repartidor 4 por ejemplo, que cuenta al menos con un puerto 5, en particular del tipo USB; dicho repartidor 4 está conectado a través de un cable de unión 6 a un puerto 7, especialmente del tipo USB de una unidad central 8.
Las tarjetas inteligentes son objetos normalizados, como definen las normas ISO 7810, 7816 y 14443.
Tienen forma de paralelepípedos rectángulos planos, sus dimensiones son del orden de 85 mm de largo, 54 mm de ancho y 760 \mum de grosor y están formadas por un cuerpo de tarjeta en el que está integrado el chip 9.
El cuerpo de la tarjeta se compone de una o varias capas termoplásticas o termoendurecibles.
El chip 9 es una placa de silicio que contiene circuitos integrados y cuya topología define diferentes elementos funcionales del chip, que están unidos entre sí a través de líneas de bus 10 de datos y direcciones. Como lo esquematizan las figuras 3 y 4, se trata particularmente de una unidad central de proceso CPU, de una memoria volátil RAM, de una memoria no volátil de programa ROM, de una memoria no volátil programable eléctricamente y borrable EEPROM y según el invento, de una interfaz particular, una interfaz USB.
El chip 9 tiene al menos cuatro patillas de contacto: una primera patilla de contacto VCC, una segunda patilla de contacto GND, una tercera patilla de contacto D+ y una cuarta patilla de contacto D-; dichas tercera D+ y cuarta D- patillas de contacto están unidas a la interfaz USB. Por otra parte, el chip 9 puede llegar a contar con una quinta patilla de contacto VPP, una sexta patilla de contacto RST, una séptima patilla de contacto CLK y una octava patilla de contacto I/O.
Como refleja la figura 2, las patillas de contacto VCC, GND, D+, D- están conectadas de forma eléctrica a una primera pista de contacto C1, a una segunda pista de contacto C5, a una tercera pista de contacto C4 y a una cuarta pista de contacto C8 respectivamente, dentro de un conjunto de ocho pistas de contacto C 1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 y C8 que aparecen en la superficie del cuerpo de la tarjeta. Llegado el caso, las patillas de contacto VPP, RST, CLK, I/O se conectan de forma eléctrica a una quinta pista de contacto C6, a una sexta pista de contacto C2, a una séptima pista de contacto C3 y a una octava pista de contacto C7 respectivamente, dentro del mencionado conjunto.
Las tarjetas según el invento pueden comunicarse con el mundo exterior, por ejemplo con un terminal como un ordenador personal, únicamente a través de la patilla de contacto VCC que provee al chip de tensión de alimentación, GND que asegura una puesta a tierra de la tarjeta y las patillas de contacto D+ y
\hbox{D-,}
que garantizan una transmisión bidireccional de los datos.
Cuando la transmisión de los datos se asegura por parte de las patillas de contacto D+ y D-, el formato de estos datos así como los protocolos utilizados se definen en la versión 1.0 de la norma USB revisada el 15 de enero de 1996.
De acuerdo con esta norma, las patillas D+ y D- constituyen un par diferencial, ya que los potenciales presentes en dichas patillas están opuestos el uno al otro. Cuando el potencial de D+ es superior al potencial de D-, se transmite un "1" lógico y cuando el potencial de D- es superior al potencial de D+, se transmite un "0" lógico.
La interfaz USB de la tarjeta descodifica los datos transmitidos por las patillas D+ y D- y los reformatea de forma que dichos datos puedan procesarse en la CPU.
La transmisión de los datos por parte de las patillas D+ y D-, según los protocolos definidos en la norma USB, cuenta con varias ventajas.
En primer lugar, la velocidad de transmisión de datos puede alcanzar los 12 Mbits/s, índice que supera con creces la velocidad de 38 kbits/s de los datos transmitidos a través de la patilla I/O y según los protocolos y formatos definidos en la norma ISO 7816.
Además, la transmisión de los datos se realiza de forma síncrona en modo semidúplex, es decir, alternativamente, y la transmisión de una señal de reloj por parte de la patilla CLK, aunque es posible, no se hace necesaria. En efecto, en el invento, el reloj tiene la ventaja de generarse de forma interna en la tarjeta, por ejemplo mediante un DPLL (Digital Phase Locked Loop - en español "bucle digital de bloqueo de fase"). Según la velocidad de transmisión de los datos, 1,5 Mbits/s a baja velocidad y 12 Mbits/s a alta velocidad, es la propia tarjeta la que determina su velocidad de funcionamiento mediante una resistencia denominada de polarización (pull-up en inglés) conectada a las patillas D+ o D- y por su parte, el DPLL se bloquea de forma que el reloj, generado precisamente de esta manera, pueda ser compatible con la velocidad de transmisión de datos y también de forma que permita una descodificación de las tramas de datos transmitidos. También se utiliza ventajosamente un multiplicador de frecuencia interna en la tarjeta.
De esta forma, hay menos posibilidades de que se cometan fraudes por análisis de firma eléctrica, porque exigen un control externo del reloj a través de la patilla CLK, lo cual no está permitido con los datos transmitidos a través de las patillas D+ y D-.
Entendemos que estas ventajas permiten a una tarjeta según el invento efectuar operaciones de codificación o de descodificación de forma inmediata y a alta velocidad, por ejemplo en las aplicaciones de televisión de pago u otras aplicaciones, sobre todo aquellas que se refieren a la codificación de información en una red.
Se puede apreciar que en un modo de puesta en práctica del invento, las tarjetas también pueden funcionar de acuerdo con los protocolos asíncronos, por ejemplo T=0 y T=1, definidos en la parte 3 de la norma ISO 7816 utilizando la patilla I/=0 para la entrada y la salida de los señales de datos, la patilla RST para una reinicialización del chip, la patilla CLK para proporcionar al chip una señal de reloj y eventualmente, la patilla VPP que proporciona al chip la tensión de programación. Por ello, este tipo de tarjetas puede utilizarse con un lector del estado del arte, ya que este último puede efectuar una conversión de protocolo y un reformateo de los datos USB/ISO.
Por otro lado, también puede apreciarse que la transmisión de los datos según los protocolos USB e ISO puede ser simultánea, ya que la CPU gestiona al mismo tiempo los datos transmitidos a través de la patilla I/O y los datos transmitidos a través de las patillas D+ y D-.
Para utilizar las funciones USB de las tarjetas según el invento, los lectores, como se aprecia en los esquemas de las figuras 3 y 4, cuentan al menos con medios de conexión a las pistas C1, C5, C4 y C8 de la tarjeta, conectadas eléctricamente a las patillas VCC, GND, D+ y D- del chip 9.
Si al igual que en el caso de la figura 3, dichos lectores 2 sólo contienen medios de conexión a las pistas C1, C5, C4 y C8 de la tarjeta, los lectores 2 quedan reducidos a un simple conector eléctrico de transmisión de datos, de alimentación y de puesta a tierra, lo cual disminuye considerablemente su precio de fabricación.
Si por el contrario, los lectores 2 se destinan a la lectura de tarjetas según la norma ISO 7816, cuentan además con medios de conexión a las pistas.C6, C3, C2 y C7 de la tarjeta, conectadas eléctricamente a las patillas RST, VPP, I/O y CLK del chip y cuentan con una interfaz adecuada de conversión del formato de los datos y de utilización de los protocolos de la parte 3 de la norma ISO 7816. La selección del modo de funcionamiento USB o ISO 7816-3 se efectúa de forma mecánica o eléctrica. Por tanto, estos lectores son capaces de leer una gran variedad de tarjetas: las tarjetas que sólo disponen de las modalidades de funcionamiento de la norma ISO, las que sólo disponen de la interfaz USB y las que disponen de ambas funcionalidades.
En un modo de realización especialmente ventajoso, como se esquematiza en la figura 5, el conector de un lector de tarjetas, según el invento, se realiza de tal forma que la secuencia de conexión se efectúa mecánicamente durante la inserción de la tarjeta, siguiendo este proceso: en una primera fase, conexión de la pista C5, después conexión de las pistas C4 y C8 y en una última fase, conexión de las pistas Cl para la alimentación del chip.
Siguiendo un modo de realización del invento diferente, solamente se utilizan seis pistas de contacto de la tarjeta. En el modo de funcionamiento USB, las pistas VCC, GND, D+ y D- son respectivamente las pistas C1, C5, C3 y C7, conectadas respectivamente a las patillas VCC, GND, CLK e I/O del chip. En el modo ISO, las pistas VCC, GND, RST, VPO, CLK e I/O son respectivamente las pistas C1, C5, C2, C6, C3 y C7, conectadas respectivamente a las patillas VCC, GND, RST, VPP, CLK e I/O. Del mismo modo, según el invento, las patillas de contacto VCC, GND, D+ y D- se conectan respectivamente de forma eléctrica a una primera pista de contacto C1, a una segunda pista de contacto C5, a una tercera pista de contacto C3 y a una cuarta pista de contacto C7, dentro de un conjunto de al menos seis pistas de contacto C1, C2, C3, C5, C6 y C7. Cabe destacar que la conexión de la patilla VPP a la pista C7 sigue siendo posible en todos los modos de realización.

Claims (16)

1. Objeto portátil de tipo tarjeta inteligente que por un lado consta de un cuerpo de objeto y por otro, de un chip de circuitos integrados (9) y dicho chip de circuitos integrados (9) cuenta a su vez con una unidad central de proceso (CPU) conectada mediante un bus de datos y direcciones a las memorias (ROM, RAM, EEPROM) y que contiene por otra parte, al menos una primera patilla de contacto (VCC) que puede proporcionar al chip (9) tensión de alimentación, una segunda patilla de contacto (GND) que puede asegurar una puesta a tierra del chip (9), una tercera patilla de contacto (D+) y una cuarta patilla de contacto (D-); dichas patillas de contacto (VCC, GND, D+, D-) están conectadas de forma eléctrica a una primera pista de contacto (C1), a una segunda pista de contacto (C5), a una tercera pista de contacto (C4) y a una cuarta pista de contacto (C8) respectivamente, dentro de un conjunto de al menos seis pistas de contacto (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) que aparecen en la superficie del cuerpo del objeto; dicho objeto portátil se caracteriza en que la tercera (D+) y la cuarta (D-) patilla de contacto, conectadas a una interfaz del chip (9), constituyen un par diferencial y pueden asegurar una transmisión bidireccional de los datos gestionados por la unidad central de proceso (CPU).
2. Objeto portátil según la reivindicación 1, caracterizado en que puede comunicarse con el mundo exterior utilizando únicamente dichas primera (VCC), segunda (GND), tercera (D+) y cuarta (D-) patillas de contacto.
3. Objeto portátil según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado en que la tercera (D+) y la cuarta
\hbox{(D-)}
patillas pueden asegurar una transmisión de datos según los protocolos definidos en la norma bus serie universal (USB).
4. Objeto portátil según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que el chip (9) cuenta además con una quinta patilla de contacto (VPP), una sexta patilla de contacto (RST) capaz de asegurar una reinicialización del chip (9), una septima patilla de contacto (CLK) capaz de facilitar al chip una señal de reloj y una octava patilla de contacto (I/O) capaz de asegurar la entrada y la salida de señales de datos según un protocolo asíncrono; dichas sexta, séptima y octava patillas de contacto (RST, CLK, I/O) están conectadas de forma eléctrica a una sexta pista de contacto (C2), a una séptima pista de contacto (C3) y a una octava pista de contacto (C7) respectivamente, dentro del conjunto de al menos ocho pistas de contacto que aparecen en la superficie del cuerpo del objeto.
5. Objeto portátil según la reivindicación 4, caracterizado en que el protocolo es un protocolo definido en la norma ISO 7816.
6. Lector (2) de objeto portátil según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado en que contiene un primer medio de conexión a la primera (C1), segunda (C5), tercera (C4) y cuarta (C8) pistas de contacto y un segundo medio de conexión a un puerto (5) de tipo USB para conectar eléctricamente el primer medio de conexión a los contactos VCC, GND, D+ y D- del puerto de tipo USB.
7. Lector según la reivindicación 6, caracterizado en que está desarrollado para realizar una secuencia de conexión durante la inserción de una tarjeta, en su calidad de objeto portátil, en el siguiente orden; en una primera fase, conexión a la segunda pista (C5), después, conexión a la tercera y cuarta pistas (C4, C8) y en una última fase, conexión a la primera pista (C1) para la alimentación del chip.
8. Proceso de transmisión de datos a un chip de circuitos integrados (9) de un objeto portátil de tipo tarjeta inteligente que consta de un cuerpo de objeto, dicho chip de circuitos integrados (9) cuenta a su vez con una unidad central de proceso (CPU) conectada mediante un bus de datos y direcciones a las memorias (ROM, RAM, EEPROM) y contiene además, al menos una primera patilla de contacto (VCC) que puede proporcionar al chip (9) tensión de alimentación, una segunda patilla de contacto (GND) que puede asegurar una puesta a tierra del chip (9), una tercera patilla de contacto (D+) y una cuarta patilla de contacto (D-); dichas patillas de contacto (VCC, GND, D+, D-) están conectadas de forma eléctrica a una primera pista de contacto (C1), a una segunda pista de contacto (C5), a una tercera pista de contacto (C4) y a una cuarta pista de contacto (C8) respectivamente, dentro de un conjunto de al menos seis pistas de contacto (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) que aparecen en la superficie del cuerpo del objeto y dicho proceso se caracteriza en que los datos gestionados por la unidad central de proceso (CPU) se transmiten de forma bidireccional por parte de la tercera (D+) y cuarta (D-) patillas de contacto que constituyen un par diferencial y que están conectadas a una interfaz del chip (9).
9. Proceso según la reivindicación 8, caracterizado en que la transmisión de los datos por parte de la tercera (D+) y cuarta (D-) patillas es alterna.
10. Proceso según las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado en que para el tratamiento de los datos transmitidos por las tercera (D+) y cuarta (D-) patillas de contacto, se genera un reloj de forma interna en el chip.
11. Procedimiento según las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado en que los datos se transmiten por las tercera (D+) y cuarta (D-) patillas de contacto, según un protocolo de comunicación síncrono.
12. Procedimiento según las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado en que se asegura una transmisión de los datos en función de velocidades que alcancen valores de hasta unos 12 megabits por segundo.
13. Procedimiento según las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado en que la transmisión de los datos se asegura según los protocolos correspondientes a la norma bus serie universal (USB).
14. Procedimiento según las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado en que para la transmisión de los datos por parte de las tercera (D+) y cuarta (D-) patillas, se conecta el objeto portátil a un conector de un lector (2) de forma que en una primera fase, se realiza una conexión a la segunda pista de contacto (C5), después una conexión a las tercera y cuarta pistas de contacto (C4) y (C8) y por último, una conexión a la primera pista de contacto (C1).
15. Procedimiento según las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado en que una quinta patilla de contacto (VPP), una sexta patilla de contacto (RST) aseguran una reinicialización del chip (9), una séptima patilla de contacto (CLK) provee al chip (9) de una señal de reloj y una octava patilla de contacto (I/O) asegura una entrada y una salida de señales de datos según un protocolo asíncrono; dichas sexta, séptima y octava patillas de contacto (RST, CLK, I/O) están conectadas de forma eléctrica a una sexta pista de contacto (C2), una séptima pista de contacto (C3) y a una octava pista de contacto (C7) respectivamente, dentro del conjunto de al menos seis pistas de contacto que aparecen en la superficie del cuerpo de la tarjeta.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado en que el protocolo es un protocolo definido en la norma ISO 7816.
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