一种快速掉电接触式读卡器的制作方法

本发明涉及智能卡技术领域，尤其涉及一种快速掉电接触式读卡器。

背景技术：

快速掉电读卡器主要用于智能卡行业，与接触式智能卡进行数据通信，尤其是在具有flash、eeprom等nvm模块的智能卡异常情况测试中。

智能卡在操作flash、eeprom等nvm模块时突然掉电，cpu模块很快停止工作，flash、eeprom等nvm模块电荷泵不能及时完全放电而继续工作，在这种没有cpu参与的情况下，智能卡flash、eeprom等nvm模块的掉电保护功能是否正常，存储的数据是否受到影响需要一种快速掉电的接触读卡器进行测试。

现有的掉电读卡器设计主要有：一、具有掉电功能的控制芯片与读卡器芯片组成；二、微处理器控制高速电子开关与读卡器芯片组成。参见图1，为现有的掉电读卡器电路结构图之一。该设计方案掉电依靠切断读卡器芯片的供电间接的切断智能卡的供电。具有掉电功能的控制芯片用在读卡器芯片与智能卡进行数据通信的过程中，控制读卡器芯片断电，以切断读卡器芯片与智能卡之间的通信并间接切断智能卡的供电。

现有的掉电读卡器电路之一中，该设计方案能够实现智能卡的掉电，但是在要求掉电速度以纳秒级（ns级）计算的场合不适用。该设计方案的弊端一：智能卡是否掉电取决于读卡器芯片是否掉电，读卡器芯片是否掉电取决于掉电控制芯片，在掉电控制芯片发出掉电动作后读卡器芯片和智能卡都会残留能量，两者残留的能量足以使智能卡继续工作几百纳秒甚至几十微秒后才完全掉电；弊端二：该设计方案在掉电时只切断了掉电控制芯片与读卡器芯片的电源线，而数据线上存在的能量可以使智能卡继续工作几百微秒甚至达到几毫秒。

参见图2，为现有的掉电读卡器电路结构图之二。该设计方案掉电通过高速电子开关切断读卡器与智能卡的供电。高速电子开关连接在读卡器与智能卡之间，并与控制装置连接，控制装置控制高速电子开关实现读卡器与智能卡的连接与掉电。高速电子开关的开关速度非常快，以纳秒级（ns级）计算，在十几纳秒内切断智能卡的供电。

但是，现有的掉电读卡器电路之二，不能实现智能卡快速掉电，弊端一：智能卡残留的能量只能通过自身模块慢慢消耗，高速电子开关切断供电后智能卡需要几百纳秒甚至几十微秒才能将残留的能量完全消耗实现掉电；弊端二：该设计在掉电时只切断了读卡器与智能卡的电源线，而数据线上存在的能量也可以使智能卡继续工作几百微秒甚至达到几毫秒。

参见图3，为现有的掉电读卡器电路结构图之三。现有技术方案不能快速切断读卡器与智能卡之间的供电与通信，达不到智能卡快速掉电的目的，从而影响测试效果甚至不能进行异常情况测试。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种快速掉电接触式读卡器，该读卡器中，开关电路与泄放电路组成掉电泄放电路，能够切断读卡器与接触式智能卡的供电和通信，并以纳秒级的速度快速泄放掉接触式智能卡的能量，实现智能卡快速掉电。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：

一种快速掉电接触式读卡器，所述读卡器包括微处理器、智能卡读卡芯片和掉电泄放电路，其中，掉电泄放电路由开关电路和泄放电路组成，掉电泄放电路与智能卡连接，微处理器通过微处理器gpio接口连接并控制掉电泄放电路，智能卡读卡芯片与掉电泄放电路连接，智能卡读卡芯片与外部智能卡进行数据通信，微处理器连接智能卡读卡芯片，在智能卡读卡芯片与外部智能卡进行数据通信时，微处理器gpio接口由低电平翻转为高电平控制掉电泄放电路，以中断智能卡读卡芯片与外部智能卡的供电和数据通信；微处理器连接外部终端，通过外部终端随时修改掉电步进时间，并根据外部终端下发的掉电步进时间控制掉电泄放电路的断开与闭合，实现外部智能卡的快速掉电与通信；

读卡器通信时，外部终端通过通讯接口下发命令给微处理器，微处理器将数据传输给智能卡读卡芯片，智能卡读卡芯片经掉电泄放电路通过通讯接口将数据传输给外部智能卡；读卡器响应时，微处理器控制智能卡读卡芯片，经掉电泄放电路获取智能卡数据，再将获取的智能卡数据通过通讯接口上传给外部终端；读卡器异常测试时，外部终端设置掉电步进时间，微处理器控制掉电泄放电路，中断智能卡读卡芯片与外部智能卡的供电与通信。

优选地，所述掉电泄放电路包括总线开关和至少七个nmos晶体管，其中，总线开关与nmos晶体管相连接并一一对应，总线开关的数量与nmos晶体管数量一致，每个总线开关有第一引脚、第二引脚和第三引脚；对应总线开关的第一引脚连接读卡芯片的电源接口，对应总线开关的第二引脚连接对应的nmos晶体管的漏极和智能卡电源接口，对应总线开关的第三引脚通过控制端与微处理器gpio接口连接，对应的nmos晶体管的栅极连接同一根微处理器gpio接口，对应的nmos晶体管的漏极连接对应的总线开关的第二引脚和智能卡电源接口，对应nmos晶体管的源极连接地gnd；同时，对应总线开关的第一引脚分别连接读卡芯片的复位接口、时钟接口、第一预留接口、编程接口、输入输出接口和第二预留接口；对应总线开关的第二引脚分别连接相应的其余对应nmos晶体管的漏极和智能卡复位接口、智能卡时钟接口、智能卡第一预留接口、智能卡编程接口、智能卡输入输出接口和智能卡第二预留接口；对应总线开关的第三引脚通过控制端与微处理器gpio接口连接，其余对应nmos晶体管的栅极连接同一根微处理器gpio接口，源极连接地gnd。

优选地，所述微处理器通过通讯接口连接外部终端，外部终端是pc电脑、平板电脑或者智能手机。

本发明由于采用了上述开关电路与泄放电路组成掉电泄放电路的结构，所获得的有益效果是，能够利用开关电路切断智能卡读卡芯片与智能卡的供电与通信，泄放电路将智能卡接口连接到地短路泄放能量；并且微处理器控制掉电泄放电路，在满足智能卡1.8v、3.0v和5.0v的电压等级下，所有信号无损耗传输，且在10纳秒内使智能卡完全掉电。本发明的快速掉电接触读卡器能够随时任意设置掉电步进时间，智能卡在10纳秒内掉电，能够精准测试智能卡在这种异常情况下掉电保护功能是否生效，智能卡是否损坏或者性能受到影响。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是现有的掉电读卡器电路结构图之一。

图2是现有的掉电读卡器电路结构图之二。

图3是现有的掉电读卡器电路结构图之三。

图4是本发明具体实施的快速掉电接触式读卡器结构图之一。

图5是本发明具体实施的快速掉电接触式读卡器结构图之二。

图6是本发明具体实施的掉电泄放电路结构图。

图7是本发明具体实施的快速掉电接触式读卡器电路结构图。

具体实施方式

如图4所示，本发明具体实施的快速掉电接触式读卡器结构图之一。该快速掉电接触式读卡器中，所述读卡器100包括微处理器101、智能卡读卡芯片102和掉电泄放电路103，其中，掉电泄放电路103由开关电路103a和泄放电路103b组成，掉电泄放电路103与智能卡300连接，微处理器101通过微处理器gpio接口104连接并控制掉电泄放电路103，智能卡读卡芯片102与掉电泄放电路103连接，智能卡读卡芯片102与外部智能卡300进行数据通信，微处理器101连接智能卡读卡芯片102，在智能卡读卡芯片102与外部智能卡300进行数据通信时，微处理器gpio接口104由低电平翻转为高电平控制掉电泄放电路103，以中断智能卡读卡芯片102与外部智能卡300的供电和数据通信；微处理器101连接外部终端200，通过外部终端200随时修改掉电步进时间，并根据外部终端200下发的掉电步进时间控制掉电泄放电路103的断开与闭合，实现外部智能卡300的快速掉电与通信。

如图5所示，本发明具体实施的快速掉电接触式读卡器结构图之二。该快速掉电接触式读卡器中，所述读卡器100包括微处理器101、智能卡读卡芯片102和掉电泄放电路103，其中，掉电泄放电路103由开关电路103a和泄放电路103b组成，掉电泄放电路103与外部智能卡300连接，微处理器101通过通讯接口连接外部终端200，微处理器101还通过微处理器gpio接口104连接并控制掉电泄放电路103；读卡器100通信时，外部终端200通过通讯接口下发命令给微处理器101，微处理器101将数据传输给智能卡读卡芯片102，智能卡读卡芯片102经掉电泄放电路103通过通讯接口将数据传输给外部智能卡300；读卡器100响应时，微处理器101控制智能卡读卡芯片102，经掉电泄放电路103获取智能卡数据，再将获取的智能卡数据通过通讯接口上传给外部终端200；读卡器100异常测试时，外部终端200设置掉电步进时间，微处理器101控制掉电泄放电路103，中断智能卡读卡芯片102与外部智能卡300的供电与通信。

如图6所示，为本发明具体实施的掉电泄放电路结构图。该掉电泄放电路包括总线开关u1、第一nmos晶体管q1、第二nmos晶体管q2、第三nmos晶体管q3、第四nmos晶体管q4、第五nmos晶体管q5、第六nmos晶体管q6和第七nmos晶体管q7；总线开关u1的a路开关第一引脚1连接读卡芯片的电源接口7816_vcc，第二引脚2连接第一nmos晶体管q1的漏极和智能卡电源接口7816_vcc，第三引脚3通过控制端en与微处理器gpio接口mcu_io连接；第一nmos晶体管q1的栅极也连接微处理器gpio接口mcu_io，漏极连接总线开关u1的a路开关第二引脚2和智能卡电源接口7816_vcc，源极连接地gnd。

图6所示掉电泄放电路中，总线开关u1的其它路开关第一引脚1分别连接智能卡读卡芯片的智能卡复位接口7816_rst，智能卡时钟接口7816_clk，智能卡预留接口7816_c4，智能卡编程接口7816_c6，智能卡输入输出接口7816_io，智能卡预留接口7816_c8；第二引脚2分别连接第二nmos晶体管q2、第三nmos晶体管q3、第四nmos晶体管q4、第五nmos晶体管q5、第六nmos晶体管q6、第七nmos晶体管q7的漏极和智能卡复位接口7816_rst，智能卡时钟接口7816_clk，智能卡预留接口7816_c4，智能卡编程接口7816_c6，智能卡输入输出接口7816_io，智能卡预留接口7816_c8；第三引脚3通过控制端en与微处理器gpio接口mcu_io连接；其它nmos晶体管的栅极连接微处理器gpio接口mcu_io，源极连接地gnd。

如图7所示，为本发明具体实施的快速掉电接触式读卡器电路结构图。微处理器101通过spi总线与智能卡读卡芯片102连接，通过微处理器gpio接口104控制掉电泄放电路103，掉电泄放电路103包括总线开关103a和nmos晶体管103b，智能卡读卡芯片102通过7816接口与总线开关103a和nmos晶体管103b连接。

图7所示读卡器中，读卡器100上电后，微处理器101的微处理器gpio接口104默认为低电平，总线开关103a控制端为低电平，总线开关闭合，处于导通状态，nmos晶体管103b的栅极也为低电平，nmos晶体管103b不导通，nmos晶体管103b的漏极与源极之间相当于开路，这样智能卡读卡芯片102与外部智能卡处于连接状态，可以进行数据通信。当微处理器101的微处理器gpio接口104翻转为高电平时，总线开关103a控制端为高电平，总线开关103a开关断路都翻转为断开状态，切断智能卡读卡芯片102与外部智能卡的电源和信号，两者通信中断；同时，所有nmos晶体管的栅极为高电平，nmos晶体管103b的源极接地gnd为低电平，nmos晶体管103b导通，nmos晶体管103b的漏极与源极之间相当于短路，与此相连的智能卡7816接口对地短路，智能卡残留的能量迅速泄放，完成快速掉电。实践证明本发明的快速掉电接触读卡器可以在10纳秒内完成智能卡的掉电。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。