今天的半导体技术使通过减少结构在相同大小的硅片上封装越来越多的功能成为可能。这就在不增加芯片面积的同时扩大了芯片卡的存储容量和处理能力。
一般IC卡所使用的主要芯片分为通用芯片和专用芯片两大类。所谓通用芯片，就是普通的集成电路芯片，如美国ATMEL公司的AT24C01两线串行链接协议存储芯片。其出厂时就有两种供货形式，一是封装成集成电路直接提供给最终用户使用，二是以裸芯片的形式提供给IC卡生产厂商封装成IC卡。裸芯片几乎没有安全性设计，也不完全符合目前IC卡的国际标准，但因其开发使用简单、价格便宜，比较适合于初期的对安全性要求不高的IC卡应用。所谓专用芯片，就是专为IC卡而设计、制造的芯片，如荷兰Philips公司的PCB2032/2042芯片。这种芯片符合目前IC卡的ISO国际标准、具有较高的安全性。本节主要介绍以上芯片所采用的技术种类，各种常用智能卡芯片的有关技术将在其它章节中详细介绍。
一般IC卡所使用的主要芯片分为两大类:存储器芯片和微控制器芯片。存储器卡使用存储器芯片作为卡芯,智能卡使用微控制器芯片作为卡芯。
IC卡经常使用的存储器芯片种类及特性见表1。
IC卡经常使用的微控制器芯片种类及特性见表2。
IC卡使用的IC芯片以带有安全逻辑的存储器芯片和带有加密运算的微控制器芯片最为普遍，两种芯片的典型逻辑结构见下图。
带有安全逻辑的IC卡用存储器芯片
考虑到IC卡和计算机紧密相关性及低电压技术用于IC卡上的可靠性等问题,目前市场上推出的IC卡用芯片还没有低电压芯片。但由于低电压、低功耗芯片非常适合于IC卡应用,随着半导体技术的发展和IC卡应用领域的逐步扩大,低电压芯片必将成为用于IC卡的主要芯片。例如,美国Motorola公司就将开发工作电压可小于2V的IC用芯片。
由于IC卡应用要求具有较高的安全性,用于IC卡的芯片比普通芯片在安全方面的考虑较多。例如,防止用扫描高频电子显微镜对存储器进行读取,防止测试功能的再激活等。此外用于IC卡的芯片还具有较高的抗干扰能力。
目前已有少数国际上较有影响的IC芯片制造商致力于IC卡用芯片的制造,主要公司有: TI(美国)、Atmel(美国)、Catalyst(美国)、Motorola(美国)、NEC(日本)、Oki(日本)、Toshiba(日本)、Hitachi(日本)、Philips(荷兰)、Siemens(德国)、SGS(法国)等。
一、 Siemens公司提供的IC卡芯片
Siemens公司是世界范围内的IC卡用芯片主要供应商之一。Siemens公司的方针政策就是为卡制造商提供大范围的IC卡用芯片以覆盖所有IC卡的应用领域。IC卡带有特殊的控制和安全逻辑,主要用作电子货币,如预付卡、用户卡。此外,进出控制系统和健康保险卡也使用此类IC卡用芯片。Siemens公司提供的主要芯片有SLE4404、SLE4406、SLE4418、SLE4428、SLE4432/4442、SLE4436等。
PSC可编程安全码(Programmable Security Code)智能卡则转向于多功能的应用。智能卡用芯片上一般含有～8位微控制器,并带有相应的安全逻辑和EEPROM等,有的芯片上还有数学运算协处理器,用以处理一些较为复杂的加密/解密运算(例如RSA)。在这方面,Siemens公司提供的主要芯片有SLE44C10、SLE44C40、SLE44C80、SLE44C200等。另外,Simens公司还以SMD封装形式提供独立式的加密协处理器SLE44CP2。
DES数据加密标准(Data Encryption Standard)
DSA数字签名算法(Digital Signature Algorithm)
PIN个人标识码(Personal Identification Number)
POS销售点设备(Point Of Sale)
RSA以此三人名字命名的算法(Rivest,Shamir,Adleman)
二、 Atmel公司提供的IC卡芯片
美国Atmel公司是IC卡用芯片的主要生产厂家之一,其所提供的IC卡用芯片种类较多,功能较丰富,下面对其提供的简单存储芯片和加密存储芯片作一简单介绍。
1. 简单存储芯片
· AT24C01A/02/04/08/16:两线联接1K/2K/4K/8K/16K位串行EEPROM;
· AT93C46/56/57/66:三线联接1K/2K/4K位串行EEPROM。
2. 加密存储芯片
· AT88SC101:带加密逻辑的1K位串行EEPROM(1个应用区域);
· AT88SC102:带加密逻辑的1K位串行EEPROM(2个应用区域);
· AT88SC200:带加密逻辑的2K位串行EEPROM(专用)。
三、 Motorola公司提供的IC卡芯片
Motorola是世界上提供无线电通信、半导体器件、高档电子设备及服务的主要厂商之一。Motorola公司的销售、服务和生产机构遍布世界各地。它所提供的带CPU的IC卡用芯片在许多领域有着广泛的应用。M68HC05SC系列单片微控制器(MCU)是专门设计用于IC卡和嵌入式控制应用的。它的基于工业标准的M68HC05低功耗HCMOS内核,提供了强有力的指令集。在IC卡这一概念刚刚问世之时,Motorola公司就成了IC卡用芯片供应商的先驱。Motorola公司于1977年第一次提供支持IC卡的芯片(两处解决方案),并于1979年首次提出单晶片解决方案。该系列产品具有较高的安全特性,目前已有较广泛应用,例如GSM、付费电视、银行。M68HC05线路设计符合ISO7816标准,同时也符合GSM SIM11.10和1.11规范。该系列中的三个成员(SC21、7、1)可以满足GSM的需要。基于对以上产品开发的支持,Motorola提供相关的软硬件开发手段。
该系列主要技术指标为:
· HCMOS技术,全静态操作。
· 8位结构,基于M68HC05内核。
· 5M Hz外部时钟频率时,内部时钟频率为2.5M。
· 4M外部时钟频率时,内部时钟频率为4M。(在SC21、24、26、27、28上可选)
· 5根双向I/O线。
· 外部可中断屏蔽中断。
· 8位×8位无符号乘法指令。
· 存储器映像式I/O。
· 安全特性。
· 上电检测。
· 节电STOP和WAIT工作方式。
· 键接点平面符合ISO7816-2标准。
· 真位管理功能。
四、 Philips公司提供的IC卡芯片
Philips公司是世界上著名的芯片制造商,所提供的非接触型IC卡用芯片、带加密功能的IC卡用微控制器芯片在世界上有广泛的应用。下面对其作一简单介绍:
· Philips PCB 2032/2042:带有保护功能和可编程安全码的256字节EEPROM。
· 接口电路PCF 7930 CP/25:可编程标识脉冲转发器(Programmable Identification Transponder)。
· PCF 7960:储蓄卡IC芯片。
· 基站IC:用于和Philips转发器之间进行交互通讯。
· 83C852:8位安全微控制器(带加密运算协处理器)。
