ЧИП-КАРТЫ. УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ

rffpHOEPHHHbE УСТРОИСТВАДЛЯ ЧИП-КАРТ

на многослойной печатной плате, выполненного по технологии с по верхностным монтажом.

Такие мод5ли можно рассматривать (а также монтировать) как достаточно большие гибридные микросхемы, поэтому их производство, к сожалению, слишком дорого.

Благодаря развитию микроэлектроники connector слещющего поколения будет представлять собой настоящую интегральную микросхему, совмещающую на одном кристалле схемы интерфейса подобного TDA 8000, и микроконтроллер с записанным в ПЗУ программным обеспечением.

Компания Philips уже предлагает свои микросхемы TDA 8005 и TDA 8006, в то время как фирма Gemplus пока остановилась на наборе из двух отдельных корпусов (микроконтроллер GemCore с масочным ПЗУ и птггерфепсная схема GIC 100). И в том, и в др> гоы случае частному покупателю практически невозможно приобрести эти комплектующие, которые часто предназначены для крупносергпшого производства таких устройств, как банкоматы, дешифраторы в сетях платного ТВ или мобильные телефоны.

В главе 5 будет показано, как с нуля собрать простой connector, используя только широко распространенные комплектующие.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЧИП-КАРТ

Неверное понимание этого термина или, может быть, ассоциация с дисководами привели к тому, что применрггельно к чип-картам считывающим устройством часто наэывакя прибор, который не только считывает информацию, но может и записывать ее. Наиболее подходящим термином будет блок чтения-записи.

Согласно устоявшейся терминологии, устройством сопряжения для чип-карты является прибор, объединяющий в одном корпусе или на одной печатной плате картоприемшпс, переходное устройство, блок питания (при необходимости автоиомнъш) п схему, обеспечивающую связь с управляющей системой (микроконтроллер нли микро-ЭВМ).

Некоторые устройства сопряжения могут быть автономными; они оснащаются индикатором, а в случае необходимости - полноценной клавиатурой либо несколькими кнопками. Так сконструированы, например, очень дешевые устройства чтения - брелоки, которые начинают использоваться для проверки кредита телекарт и для управления электронным портмоне - Модели брелоков.

оснащенные приемо-передатчиком, позволяют превратить обыкновенную чипкарту в бесконтактную , выполненную, например, в виде нагрудного знака (бэджа).

В следующих главах будет показано, как легко и без больших затрат собрать разнообразные устройства чтения-записи для самых разных областей применения. Впрочем, для серьезных целей нелишне купить профессиональные устройства сопряжения, такие как, например, модель LEXUS производства компании ELEA Card-ware, показанная на рис. 3.22.

Можно попробовать приобрести так называегшш набор разработчика, главная ценность которого в том, что в нем почти всегда есть некоторый запас новых, 4HCTbLx карт. Хотя цены на такие наборы за последние годы значительно унали. все же затраты предстоят существенные.

Рис. 3.22- Г^/ллшеннсе устройство чтения/записи LEXUS

ДВА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ 21 В ДЛЯ ЧИП-КАРТ

Хотя чип-карты с ЭСППЗУ обычно работают от одного напряжения питания 5 В, для большого количества интегральных микросхем весьма распросгранеиных карт требуется напряжение программирования 21 В. Получшъ такое напряжение от специального сетевого

ЧИП-КАРТЫ. УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ

блока питаюш не составляет проблемы; таче дело обстоит, когда работа ведется от батарей или с системой, в которой есть только два питающих напряжения: 5 или 12 В. Как правило, в этом случае выручает применение маленького преобразователя постоянного напряжения, два варианта которого будут детально описаны ниже На рис. 3.23 показаны два модуля питания, выполненные на одной печатной плате

Есть два основных типа преобразователей, позволяющих повысить до 21 В входное постоянное напряжение 5-12 В без Изменения полярности - это импульсные преобразователи и преобразователи напряжения с переключаемьвш конденсаторами (с накачкой заряда). Первый тип позволяет нолучгггь относительно большие токн, но имеет два недостатка: с одной стороны, необходимо использовать ивдук-тнвности (дроссель пли трансформатор), с другой - существует риск высокочастотных помех, хота правильная конструкция может существенно уменьшить этот фактор. Второй тип более прост - помех от него гораздо меньше (они почти жзаметны), - однако имеет небольшой выходной ток. Таким образом, выбор далеко не всегда очеввден.

Надо учитывать и то, что ток потребления чип-карт в зависимости от типа или режима работы может меняться в очень широких

/1И€ХРИ1РИЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЧИП-КАРТ

Рис. 3.23. Два истачника литания, собранные на одной печатной плате

пределах: менее 500 мкА для защищенной памяти ЭСППЗУ типа GPM 416 (на микросхеме ST 1301) и более 20 мА для карты с микропроцессором и ЭППЗУ (на микросхеме ST 1834)-

Импульсный преобразователь, рассчитанный на выходной ток в пределах 25-100 мА. в принципе отвечает всем стандартным требованиям, но его с успехом можно заменить на преобразователь с переключаемыми конденсаторами, если работать только с картами на бивольтовых ЭСППЗУ, потребляющих ток порядка 1 мА.

Импульсный преобразователь 5-12 В / 21В

Не стоит начинать разработку импульсного преобразователя напряжения, не познакомившись с интегралшыми микросхемами компании Maxim, специально предназначенными для этой цели. Правда, КМОП-технология П-оохо приспособлена для работы с напряжениями выше 15 В. Две уловки позволяют более-менее удачно обойти это препятствие: во-первых, использование повышающего трансформатора вместо обычного дросселя, во-вторых- применение внешнего ключевого транзистора (при этом схему управления мож-ю питать пониженным напряжением).

Схема, представленная на рис. 3.24, выполнена на базе микросхемы МАХ 643, не имеющей встроенного силового МОП-транзистора и предназначенной для использования в преобразователях с от-носрггельно большими токами.

В классической схеме, приведенной на рис. 3.25, можно также использовать микросхемы МАХ 641.642 и 643. При этом меняется только выходное напряжение (в основной схеме включения).

В данном случае микросхема включена иначе, так как в схеме задействован вывод 7 (VFB). При наличии внешнего делителя с помощью этого входа можно регулировать выходное напряжение в очень широких пределах, кроме того, в таком включении можно использовать любой из трех пшов, указанных на рис. 3.24.

Другая особенность схемы состоит в том, что контакт 5 (VOUT) подключен ко входу преобразователя, а не к выхода; напряжение на котором для этого слишком велико.

В качестве силового ключа использован мощный МОП-транзис тор типа BUZ 11, способньш коммутировать токи до 30 А. Подобный запас может показаться излишним, но транзистор достаточно шев и к тому же позволяет получить очень низкое проходное

чип КАРТЫ УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛИ ЧИП-КАРТ

10 мкФ, 16 В

ТГТ^ Vrr. VT

5 В - 21 В 25 ЫА 9 В -I- 21 В 76 ЫА 12В- 21 В 100 ЫА

Рис. 3.24. Схема импульсного преобразователя

1ВмкГн

330 мкФ

Рис 3.25. Схема применения микросхемы МАХ 63

сопротивление (0,04 Ом). Можно, впрочем, довольствоваться и менее мощными (хотя идентичными по размеру) транзисторами, например 1RFZ 14, без заметного ухудшения параметров схемы.

Всем известно, что в такой схеме важнейшую роль играет дроссель. Вопреки первоначальным предположениям, индуктивность дросселя должна быть тем меньше, чем больше требуемьнЧ ток нагрузки.

Ш1 Е Ш СОМР

LBOd ?] VFB

МАХ 642

GND R Щ ЕХТ

LXE gvOUT

Рис 3.26. Цокопевка микросхемы МАХ 643

эт*з объясняется тем, что индуктивность ограничивает изменение тока тем сильнее, чем больше ее величина, а сам принцип импульсного преобразовашш энерпш основан на изменении тока в дросселе. Поэтому в описанной выше схеме рекомендованная для стандартной схемы индуктивность дросселя 18 мкПт увеличена до 100 мкГн, и схема имеет следующие параметры:

21 В/26 МА при+5 В;

21 В / 75 мА при+9 В;

21В/100мАпрн-И2В.

При этом использован стандартный дроссель, который удобнее намотанного на ферритовом кольце, особенно с учетом частоты Преобразования и, главное, тока нагрузки. Наиболее подходящая модель - это KGAD компании COREL Electronique (похожа на резистор размером 11x4 мм). Модель 100 мкГн может работать без насыщения при токах до 400 мА.

Что касается днода, то основное требование, которое к нему предъявляется, - скорость восстановления обратного сопротивления. Хорошо подходит, например, IN 4935, но можно обойтись и ВАТ 86 (диод Шоттки), ограничив пиковый ток диода на уровне 500 мА.

Преобразователь 10 В / 21 В с переключаемыми кондеиса--торами (с накачкой зарцда)

Шикросхема МАХ 622. показанная на рис. 3.27, - одна из несколь-тснх интегральных микросхем преобразователей напряжения компа-HIUI Maxim, способных работать с напряжениями до 27 В.

В МАХ 622 преобразователь построен на восьми ключах и трех Конденсаторах. Теоретически он способен повысить входное напряжение в четыре раза, но из-за встроенного регу.чяюра его можно Увеличить не более чем на 11 В. которые прибавляются ко входному напряжению.