一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡的制作方法

本实用新型涉一种手机智能卡，特别涉及一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡。

背景技术：

NFC是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。

国外NFC大多采用13.56M频率标准用于近场通信的技术领域，在这个标准体系下，形成了ISO14443的国际标准，国内以中国银联支付体系为中心的支付平台，大多采用了ISO14443的国际标准，并使用13.56MHZ频率标准用于移动支付的技术标准。

在这个系统标准下，主要产品形态是以ISO14443系统标准为基础的产品，如：13.56MHZ非接触IC卡，NFC手机，中国电信翼支付的双界面卡。这些产品的基本特征之一，就是包含一个感应线圈，它采用的是电磁感应的原理。由于原始的ISO14443体系技术，其核心解码电路是被动的无源负载，靠卡片识别器或读卡器这端发送高频信号，通过感应线圈，以电磁耦合的形式，将能量传递到非接触IC卡的一端。

智能手机，特别是Iphone序列(苹果手机)受到了广大用户的青睐，市场的占用率很高。高端手机工艺先进，机械精度高，密封严密，这些因素对手机本身固然是好事情，但原本在手机环境下按标准方式设计的内置射频感应模块的手机智能卡，往往会导致信号衰减加大，数据通信误码率加大，内置射频感应模块的手机智能卡不能正常工作。致使Iphone序列很难用现有技术改造成与NFC或ISO14443体系兼容的手机终端。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，一方面，通过对Nano SIM卡的卡体结构的改进以及对托架配合结构的改进，使之与原有Nano SIM卡在功能上完全兼容，并能很好的实现感应偶合，完成无线近距离通信功能；另一方面，通过将蓝牙射频芯片和主控MCU安全芯片存储的数字证书进行结合，实现了利用手机终端进行的移动支付能够不局限于电信运营商和金融银行，而是由用户自己掌握，达到了安全、快捷、方便地实现各种消费的移动支付目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，包括：

一能够适配于苹果手机的智能卡卡槽的托架，该托架包括能够插入所述卡槽的插板和封闭在所述卡槽槽沿的档板；

一卡本体以及集成在该卡本体的尺寸空间内的卡内电路；该卡内电路包括蓝牙射频天线、蓝牙射频芯片、主控MCU安全芯片、NFC有源负载调制解调器、NFC感应线圈天线和SIM卡标准铜制连接触点；所述主控MCU安全芯片分别与NFC有源负载调制解调器、蓝牙射频芯片、SIM卡标准铜制连接触点相连接；所述NFC有源负载调制解调器与NFC感应线圈天线相连接；所述蓝牙射频芯片与蓝牙射频天线相连接；所述SIM卡标准铜制连接触点与苹果手机的内部电路相连接；

所述托架上设有用来容纳所述卡本体的透孔；所述卡本体插入所述透孔后，所述卡内电路中含有NFC感应线圈天线的部分位于靠近挡板的内侧面的位置。

所述主控MCU安全芯片的型号为SWT3221，SWT3221芯片内部包含三路通信接口，第一路通信接口遵循ISO/IEC 7816从设备系列标准要求，用于通过SIM卡标准铜制连接触点与手机终端进行数据通信；第二路通信接口为SPI接口，用于与蓝牙射频芯片连接；第三路通信接口为SPI接口，用于与NFC有源负载调制解调器连接。

所述蓝牙射频芯片的型号为NRF51822，该芯片为支持蓝牙底层协议的处理芯片，用来建立蓝牙射频通信通道，在主控MCU安全芯片的控制下，实现与外界的蓝牙无线数据通信。

所述NFC有源负载调制解调器为型号为SKY1332的芯片，用来实现ISO14443A/B近距离感应耦合。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，以Iphone5及后续Iphone序列手机的智能卡插卡装置的结构和配件为依托，不改变手机本身智能卡插卡装置的机构和使用方式，仅改变手机智能卡的结构和物理形状，实现一种虽然外观上与原Nano SIM卡标准形状有一定的差异，但在功能上完全兼容，并能完好的实现感应偶合，完成无线近距离通信功能。本实用新型的SIM卡的尺寸略长于标准的Nano SIM卡，本实用新型的托架用金属粉末压铸而成。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，一方面,是对SIM卡和托架的结构进行改进，令NFC感应线圈天线更贴近托架边缘，从而使得NFC感应线圈天线大大提高了磁感应信号强度，接收和发射灵敏度大大增强；另一方面，是对手机智能卡的卡体内电路结构进行改进，通过设置NFC有源负载编解码器，使得本实用新型的SIM卡在与外界的读卡装置交换信息时，从读卡装置感应线圈通过电磁感应获得的磁场能量，仅仅只用来转换其中有效的数据信息，而并不靠这个磁场信号，来维持电路所需要的能量供给，系统能量由通过SIM卡的其他电路，通过卡本体的SIM卡标准铜制连接触点，由手机插座和手机的电源获得电源。本实用新型通过将NFC感应线圈天线的设置与NFC有源负载编解码器的设置相结合，尽管卡体尺寸非常之小，但是，仍然能够使得该手机智能卡能够在符合ISO14443体系下实现感应耦合式无线近距离通信功能或移动电子支付。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，其中主控MCU安全芯片存储装置中存储有一个或多个数字认证证书，所述数字认证证书，是用户的个人身份信息与电子签名唯一绑定的电子文件，是由用户自行向第三方认证机构申请，由第三方认证机构发行的且由具有一定权限的指定机构写入主控MCU安全芯片中的；在主控MCU安全芯片中还设有用来对数字认证证书的认证过程进行处理的数字证书认证处理模块。这个所谓数字证书，建立基于公钥(PKI)技术的个人证书认证体系，通过个人证书认证和数字签名技术，对客户的网上交易实施身份认证，并且可以签署各种业务服务协议，确保了交易和协议的唯一、完整和不可否认。这个以手机用户识别卡(SIM)为载体的数字证书可以将其称为“CA-SIM”，它虽然存储于SIM卡之中，但并不与电信运营商有任何的关系，它由第三方认证机构发行和确认，用户在实施移动支付的具体操作中，自己掌握数字证书，根据不同的商家服务流程，自行完成PKI认证流程。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，是以具备非接触、支持近距离无线通信功能、支持移动支付的手机用户识别卡为平台，可以采用蓝牙底层协议进行无线射频通信，设计除电信以外的第二个或更多的，多通道用户安全数字证书认证与处理装置，以智能卡安全芯片为处理和运算装置，完成对数字证书运算与处理。手机用户识别卡通过内置数字证书的数据处理装置与传输链路，与智能手机端终进行数据通信，智能手机终端在操作系统OS的管理下，运行应用程序APPS，与数字认证CA中心，完成用户PKI(Public Key Infrastructure的缩写，是指用公钥概念和技术来实施和提供安全服务的具有普适性的安全基础设施)的认证流程。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本实用新型通过采用能够适配于苹果手机的智能卡卡槽的托架和包含蓝牙射频天线、蓝牙射频芯片、主控MCU安全芯片、NFC有源负载调制解调器、NFC感应线圈天线及SIM卡标准铜制连接触点来构成异型感应偶合SIM卡；其中，主控MCU安全芯片分别与NFC有源负载调制解调器、蓝牙射频芯片、SIM卡标准铜制连接触点相连接；NFC有源负载调制解调器与NFC感应线圈天线相连接；所述蓝牙射频芯片与蓝牙射频天线相连接；SIM卡标准铜制连接触点与苹果手机的内部电路相连接；含有NFC感应线圈天线的部分位于靠近挡板的内侧面的位置；使得改进后的SIM卡不仅能完全实现常规SIM/UIM所具备的各种功能，而且电磁感应信号接收和发射频率大大增加，可以实现在现有13.56M即ISO14443体系环境下的NFC近场通信功能或移动电子支付。

2、本实用新型通过将蓝牙射频芯片和主控MCU安全芯片存储的数字证书进行结合，可以便捷地实现各类数字认证应用，使得利用手机终端进行的移动支付能够不局限于电信运营商和金融银行，而是由用户自己掌握，达到了安全、快捷、方便地实现各种消费的移动支付目的。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡不局限于实施例。

附图说明

图1是现有iphone(苹果手机)所使用的SIM卡及其托架的构造示意图；

图2是本实用新型的构造示意图；

图3是本实用新型的电路原理框图；

图4是本实用新型的主控MCU安全芯片SWT3221的电路图；

图5是本实用新型的蓝牙射频芯片NRF51822的电路图；

图6是本实用新型的NFC有源负载调制解调器的芯片SKY1332的电路图；

图7是本实用新型的SIM卡触点的电路图。

具体实施方式

实施例

如图1所示为Iphone5及后续Iphone序列手机(苹果手机)所使用的SIM卡200及其托架100，这种手机智能卡200采用Nano SIM卡，它比标准SIM卡尺寸更小，使用时，是把Nano SIM格式的SIM卡200放入托架100中，再连同托架100一起插入Iphone5及后续Iphone序列手机(苹果手机)的智能卡卡槽中，Iphone5及后续Iphone序列手机(苹果手机)的智能卡卡槽一般都设计成标准样式。这种SIM卡200及其托架100的配合，致使Iphone5 及后续Iphone序列手机很难用现有技术改造成与NFC或ISO14443体系兼容的手机终端。

基于上述缺陷，参见图2至图7所示，本实用新型一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，包括：

一能够适配于苹果手机的智能卡卡槽的托架1，该托架包括能够插入所述卡槽的插板11和封闭在所述卡槽槽沿的档板12；

一卡本体2以及集成在该卡本体的尺寸空间内的卡内电路；该卡内电路包括蓝牙射频天线33、蓝牙射频芯片32、主控MCU安全芯片31、NFC有源负载调制解调器34、NFC感应线圈天线35和SIM卡标准铜制连接触点36；所述主控MCU安全芯片31分别与NFC有源负载调制解调器34、蓝牙射频芯片32、SIM卡标准铜制连接触点36相连接；所述NFC有源负载调制解调器34与NFC感应线圈天线35相连接；所述蓝牙射频芯片32与蓝牙射频天线33相连接；所述SIM卡标准铜制连接触点36与苹果手机的内部电路相连接；

所述托架上设有用来容纳所述卡本体的透孔；所述卡本体插入所述透孔后，所述卡内电路中含有NFC感应线圈天线35的部分位于靠近挡板12的内侧面的位置。

所述主控MCU安全芯片31的型号为SWT3221，SWT3221芯片内部包含三路通信接口，第一路通信接口遵循ISO/IEC 7816从设备系列标准要求，用于通过SIM卡标准铜制连接触点36与手机终端进行数据通信；第二路通信接口为SPI接口，用于与蓝牙射频芯片33连接；第三路通信接口为SPI接口，用于与NFC有源负载调制解调器34连接。型号为SWT3221的主控MCU安全芯片N1是盛华公司的32位超低功耗微控制器，包含768的FLASH和24K的RAM。

所述蓝牙射频芯片32的型号为NRF51822，该芯片为支持蓝牙底层协议的处理芯片，用来建立蓝牙射频通信通道，在主控MCU安全芯片31的控制下，实现与外界的蓝牙无线数据通信。型号为NRF51822的蓝牙射频芯片N2是采用Nordic公司的蓝牙芯片，NRF51822芯片支持蓝牙4.0协议和2.4G ShockBurst射频通信。本实施例中，NRF51822芯片负责将数字信号转换成射频信号，并通过射频天线发送给读写设备；同时负责接收蓝牙读写设备发出的射频信号，并将其转换为数字信号，与主控MCU安全芯片31进行通信，实现同外界的应用环境的业务受理。

所述NFC有源负载调制解调器34为型号为SKY1332的芯片，用来实现ISO14443A/B近距离感应耦合。

对比图1和图2可见，本实用新型的异型SIM卡，其尺寸略长于标准的Nano SIM卡。此外，还可以在卡本体不含有NFC感应线圈天线的部分设置一卡孔，在挡板中设置一卡凸，卡孔卡置在卡凸中。

具体的，所述MCU安全芯片31通过SPI接口分别与所述蓝牙射频芯片32和所述NFC有源负载调制解调器34通信。SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface"，意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。SPI接口采用主从模式(Master Slave)架构；支持多slave模式应用，一般仅支持单Master。

本实施例中，FM151安全芯片充当SPI主设备，蓝牙射频芯片NRF51822和SKY1332芯片分别充当SPI从设备，所述SPI接口的相关接口管脚定义如下：

CE，SPI Slave芯片片选信号线；

IRQ：中断信号线；

SCK：时钟信号线，该信号由FM151安全芯片产生；

MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入信号线；

MISO：主设备数据输入，从设备数据输出信号线

CSN：SPI接口通信使能信号线。

进一步的，所述主控MCU安全芯片31的第53引脚与所述蓝牙射频芯片32的第8引脚相连接以连通芯片片选信号线；所述主控MCU安全芯片31的第59引脚与所述蓝牙射频芯片32的第23引脚相连接以连通中断信号线；所述主控MCU安全芯片31的第56引脚与所述蓝牙射频芯片32的第13引脚相连接以连通时钟信号线；所述主控MCU安全芯片31的第57引脚与所述蓝牙射频芯片32的第20引脚相连接以连通MOSI1信号线；所述主控MCU安全芯片31的第58引脚与所述蓝牙射频芯片32的第21引脚相连接以连通MISO1信号线；所述主控MCU安全芯片31的第55引脚与所述蓝牙射频芯片32的第11引脚相连接以连通SPI接口通信使能信号线。

由于NFC有源负载调制解调器34一直处于选中状态，故该路SPI接口无需芯片选择信号线。具体的，所述主控MCU安全芯片31的第45引脚与NFC有源负载调制解调器34的第20引脚相连接以连通中断信号线；所述主控MCU安全芯片31的第50引脚与NFC有源负载调制解调器34的第17引脚相连接以连通时钟信号线；所述主控MCU安全芯片31的第52引脚与所述NFC有源负载调制解调器34的第18引脚相连接以连通MOSI1信号线；所述主控MCU安全芯片31的第51引脚与所述NFC有源负载调制解调器34的第19引脚相连接以连通MISO1信号线；所述主控MCU安全芯片31的第49引脚与所述NFC有源负载调制解调器34的第16引脚相连接以连通SPI接口通信使能信号线。

进一步的，所述主控MCU安全芯片31中存储有用来实现移动通信功能的用户身份鉴权信息，主控MCU安全芯片31通过SIM卡标准铜制连接触点连接至手机终端，以将用户身份鉴权信息发送给手机终端，由手机终端与电信运营商之间进行用户身份鉴权。所述主控MCU安全芯片31的第13引脚与SIM卡标准铜制连接触点36中的C3触点相连接以连通时钟信号线；所述主控MCU安全芯片31的第14引脚与SIM卡标准铜制连接触点36中的C2触点相连接以连通卡片复位信号线；所述主控MCU安全芯片31的VCC引脚与SIM卡标准铜制连接触点36中的C1触点相连接以连通电源信号线；所述主控MCU安全芯片31的GND引脚与SIM卡标准铜制连接触点36中的C5触点相连接以连通地线；所述主控MCU安全芯片31的第12引脚与SIM卡标准铜制连接触点36中的C7触点相连接以连通数据通信信号线。

在主控MCU安全芯片31中还存储有用来实现近距离非接触支付的电子钱包，主控MCU安全芯片31通过蓝牙射频芯片32和蓝牙射频天线33与外部的读卡设备相配合，以实现电子钱包的支付功能。

进一步的，所述卡内电路还包括用来连接在主控MCU安全芯片31与手机终端之间的数据链路，该数据链路被用来传输数字认证过程的数据。所述主控MCU安全芯片31的数字证书认证处理模块通过数据链路连接手机终端，并通过手机终端的网络资源以在线的方式连接第三方认证机构，进行数字证书的认证。

具体的，所述的数据链路采用在手机用户识别卡上增设与手机终端的已有数据传输设备相匹配的部件，以实现和手机现有资源的匹配对接，从而实现手机终端与数字证书认证与处理装置的数据传输，所述部件设置在蓝牙射频芯片32中。

当然，所述的数据链路也可以采用主控MCU安全芯片31与手机终端的ISO7816接口为连接通道，并通过扩展APDU指令集，实现手机终端与手机用户识别卡在ISO7816接口下对数字证书运算与处理的数据流通信。或者是所述的数据链路还可以采用在MCU安全芯片与手机终端之间新增设的以硬件方式体现的数据传输通道，实现手机终端与MCU安全芯片的数字证书认证处理模块之间的数据传输。所述以硬件方式体现的数据传输通道为有线传输通道或无线传输通道。

进一步的，在蓝牙射频芯片32和蓝牙射频天线33之间还有阻抗匹配电路。

手机用户识别卡SIM是Subscriber Identity Module客户识别模块的缩写，也称为手机智能卡。用户身份识别卡，各种数字移动电话机必须装上此卡方能使用。本实用新型所述的SIM卡，采用多通道数字认证，在SIM卡中，不仅存储电信IMSI(国际移动用户识别码)，而且以特定的、安全的方式存储一个或多个数字认证证书，它和SIM卡一样，具有安全性、不可复制和唯一性。因此可以称之为CA-SIM卡。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，以Iphone5及后续Iphone序列手机的智能卡插卡装置的结构和配件为依托，不改变手机本身智能卡插卡装置的机构和使用方式，仅改变手机智能卡的结构和物理形状，实现一种虽然外观上与原Nano SIM卡标准形状有一定的差异，但在功能上完全兼容，并能完好的实现感应偶合，完成无线近距离通信功能。本实用新型的SIM卡的尺寸略长于标准的Nano SIM卡，本实用新型的托架用金属粉末压铸而成。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，一方面,是对SIM卡和托架的结构进行改进，令NFC感应线圈天线更贴近托架边缘，从而使得NFC感应线圈天线大大提高了磁感应信号强度，接收和发射灵敏度大大增强；另一方面，是对手机智能卡的卡体内电路结构进行改进，通过设置NFC有源负载编解码器，使得本实用新型的SIM卡在与外界的读卡装置交换信息时，从读卡装置感应线圈通过电磁感应获得的磁场能量，仅仅只用来转换其中有效的数据信息，而并不靠这个磁场信号，来维持电路所需要的能量供给，系统能量由通过SIM卡的其他电路，通过卡本体的SIM卡标准铜制连接触点，由手机插座和手机的电源获得电源。本实用新型通过将NFC感应线圈天线的设置与NFC有源负载编解码器的设置相结合，尽管卡体尺寸非常之小，但是，仍然能够使得该手机智能卡能够在符合ISO14443体系下实现感应耦合式无线近距离通信功能或移动电子支付。

在移动电子支付的刷卡交易时，微型化感应线圈天线感应到的卡片识别器或读卡器的电磁信号经有源负载调制解调器解调，数据传送主控MCU安全芯片进行解码，解码后的交易数据或打包成一个交易记录存储在主控MCU安全芯片的RAM空间内。主控MCU安全芯片通过ISO7810接口，向移动终端手机屏幕发送主动式数据交易显示，或由移动终端手机通过ISO7810接口，向主控MCU安全芯片发送读卡指令，主控MCU安全芯片读取存储在RAM空间内的交易记录，并把数据反馈到移动终端手机端，在移动终端手机的屏幕上显示。

此外，本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，其中主控MCU安全芯片存储装置中存储有一个或多个数字认证证书，所述数字认证证书，是用户的个人身份信息与电子签名唯一绑定的电子文件，是由用户自行向第三方认证机构申请，由第三方认证机构发行的且由具有一定权限的指定机构写入主控MCU安全芯片中的；在主控MCU 安全芯片中还设有用来对数字认证证书的认证过程进行处理的数字证书认证处理模块。这个所谓数字证书，建立基于公钥(PKI)技术的个人证书认证体系，通过个人证书认证和数字签名技术，对客户的网上交易实施身份认证，并且可以签署各种业务服务协议，确保了交易和协议的唯一、完整和不可否认。这个以手机用户识别卡(SIM)为载体的数字证书可以将其称为“CA-SIM”，它虽然存储于SIM卡之中，但并不与电信运营商有任何的关系，它由第三方认证机构发行和确认，用户在实施移动支付的具体操作中，自己掌握数字证书，根据不同的商家服务流程，自行完成PKI认证流程。

本实用新型的一种异型感应偶合多通道数字认证射频SIM卡，是以具备非接触、支持近距离无线通信功能、支持移动支付的手机用户识别卡为平台，可以采用蓝牙底层协议进行无线射频通信，设计除电信以外的第二个或更多的，多通道用户安全数字证书认证与处理装置，以智能卡安全芯片为处理和运算装置，完成对数字证书运算与处理。手机用户识别卡通过内置数字证书的数据处理装置与传输链路，与智能手机端终进行数据通信，智能手机终端在操作系统OS的管理下，运行应用程序APPS，与数字认证CA中心，完成用户PKI(Public Key Infrastructure的缩写，是指用公钥概念和技术来实施和提供安全服务的具有普适性的安全基础设施)的认证流程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。