智能卡測試儀器的測試與開發(fā)

文章出處：http://xianjuhong.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年12月11日

    摘要：本文介紹了一種針對ISO7816 智能卡電氣特性和邏輯特性檢測原理所設(shè)計(jì)的新型智能卡測試儀器。該儀器以片上系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用集成了多種功能設(shè)備的C8051 微控制器，并外擴(kuò)電氣參數(shù)測試電路、邏輯特性測試電路、及測試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示電路，實(shí)現(xiàn)了檢測與存儲(chǔ)通信一體的測試系統(tǒng)。本文介紹了該測試儀器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及細(xì)化，邏輯功能測試過程，及模擬調(diào)試過程。該過程對同類設(shè)計(jì)具有啟發(fā)和借鑒作用。

    一、引言       智能卡是IC卡（集成電路卡）的一種，它將微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有保密性強(qiáng)、存儲(chǔ)量大、安全度高、能真正實(shí)現(xiàn)“一卡通”的特點(diǎn)。如今這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到通信、金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度 [1]。然而，智能卡以其自身高效、安全、便捷的特點(diǎn)在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，這使得其應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，環(huán)境影響因素相對增多，使用中出現(xiàn)了諸多失效的問題，這些失效問題的存在嚴(yán)重影響了智能卡的應(yīng)用。因此智能卡投入商用前所進(jìn)行的一系列測試項(xiàng)目顯得尤為重要。針對智能卡的測試，有一系列的國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，針對其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，對卡片規(guī)格和性能做出了嚴(yán)格的規(guī)定[2]。本設(shè)計(jì)就是針對智能卡性能測試系統(tǒng)的研究，為智能卡的設(shè)計(jì)生產(chǎn)及使用提供了方便。       二、智能卡系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)       系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。圖中給出了具備檢測A 卡和B 卡開短路、輸入輸出電流及邏輯特性的儀器設(shè)計(jì)方案，在通信接口的設(shè)計(jì)上，采用了USB、以太網(wǎng)、串口三種互連技術(shù)，用戶可以根據(jù)需要靈活的選擇互連方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。如圖顯示，該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、通信與存儲(chǔ)模塊、電流與開短路檢測模塊、邏輯測試模塊和核心控制模塊組成。     圖1 系統(tǒng)原理框圖      三、各個(gè)模塊介紹及設(shè)計(jì)       1、電流信號(hào)采集模塊       電流信號(hào)采集模塊由電流取樣、信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和處理器接口部分組成。在電路設(shè)計(jì)中，差分放大器采用LTC6102 實(shí)現(xiàn)對電壓信號(hào)的放大[3]，并設(shè)計(jì)了四路信號(hào)調(diào)理模塊，用于實(shí)現(xiàn)對CLK、RST、IO、ICC 四路電流的檢測[4]；經(jīng)過調(diào)理后的電壓信號(hào)進(jìn)入四通道高精度24 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并由微處理器控制進(jìn)行模擬信號(hào)的采樣；微處理器通過數(shù)字接口與模數(shù)轉(zhuǎn)換器互連實(shí)現(xiàn)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制。       2、智能卡管腳開短路檢測模塊       （1）開短路檢測模塊的組成：開短路檢測模塊由對地和對電源檢測選擇部分、恒流源激勵(lì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。在選擇對地、VCC 檢測后，恒流源產(chǎn)生電流激勵(lì)施加于智能卡管腳，微處理器啟動(dòng)微處理器內(nèi)部集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，完成對當(dāng)前檢測管腳電壓的采樣，判定開短路狀態(tài)；完畢后將檢測結(jié)果以指示燈形式體現(xiàn)出來。     （2）開短路檢測電路設(shè)計(jì)：系統(tǒng)采用恒流二級(jí)管提供激勵(lì)電流，通過在智能卡插槽的管腳上施加電流地或電源構(gòu)成電流回路，并有一個(gè)電壓參數(shù)輸出。微控制器控制內(nèi)部集成的12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集該引腳電壓，采集后的電壓可作為開短路檢測依據(jù)[5]。       3、智能卡邏輯測試模塊       （1）邏輯測試模塊的組成：智能卡邏輯測試由智能卡插槽、多協(xié)議智能卡控制器和處理器接口部分組成。智能卡插槽用于提供智能卡與測試系統(tǒng)的物理連接，同時(shí)具有探測卡的插入和拔出功能；多協(xié)議智能卡控制器將來自上位機(jī)的邏輯測試指令轉(zhuǎn)換為ISO7816UART 協(xié)議序列[6]，和將智能卡的信息通過接口部分提供給處理器；處理器通過接口部分完成對智能卡控制器的控制。     （2）邏輯測試模塊的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)中邏輯測試模塊以多協(xié)議智能卡接口為核心，通過與微處理器接口完成對A 類卡和B 類卡的檢測。系統(tǒng)選擇了多協(xié)議智能卡，為測試儀器兼容多種協(xié)議(ISO7816、 EMV 、GSM11-11)和卡類提供了保障。設(shè)計(jì)中，J1 和J2 分別為A類卡和B 類卡的插槽連接處，通過卡槽，模塊可提供兩種智能卡接口所需的全部信號(hào)，同時(shí)兼容1.8V/3V/5V 三種供電電源的智能卡。       4、FLASH 存儲(chǔ)模塊       FLASH 存儲(chǔ)模塊由FLASH 存儲(chǔ)器和處理器接口組成。閃存既有ROM 的特點(diǎn)，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重寫，功耗很小[7]。處理器通過接口部分完成對FLASH存儲(chǔ)器的讀操作和寫操作，用于提供和存儲(chǔ)智能卡的測試信息。       5、通信模塊       通信模塊由 USB 控制器、Ethernet 控制器、RS232 電平轉(zhuǎn)換器和處理器接口部分組成。USB ，是應(yīng)用在PC 領(lǐng)域的接口技術(shù)，USB 接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能[8]。以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議（CSMA／CD），速率為10Mbps，傳輸介質(zhì)為同軸電纜。以太網(wǎng)控制器也稱以太網(wǎng)適配器，就是我們通常稱的“ 網(wǎng)卡”[9] 。RS-232-C 是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)[10]。本設(shè)計(jì)中根據(jù)用戶選擇互連方式的不同，處理器通過不同接口完成USB 或以太網(wǎng)或串口的傳輸功能。       6、核心控制模塊       控制邏輯由 8 位微處理器和接口部分組成，完成對信號(hào)采樣模塊、邏輯測試模塊、FLASH 存儲(chǔ)模塊和通信模塊的控制。主控制器件采用了8 位微處理器C8051F120，C8051F120是由Silicon Laboratories 公司推出的小封裝、高性能、低功耗混合信號(hào)片上系統(tǒng)型處理器[11]，具有功能全及微功耗等特點(diǎn)，很適合于要求控制器體積小、能進(jìn)行快速運(yùn)算的高速實(shí)時(shí)控制場合[12]。       四、測試儀器面板設(shè)計(jì)       測試儀器面板示意圖如圖2 所示。面板由指示燈、插槽、通信接口、電源插座組成。其中指示燈分為：       （1）開短路檢測指示，這部分分布在面板左上角；舉例，如檢測到CLK 對地短路，則CLK 指示燈、對地指示燈、短路指示燈會(huì)點(diǎn)亮。     （2）電源燈和邏輯功能檢測狀態(tài)指示燈電源燈在上電后點(diǎn)亮，邏輯功能測試正常后，正常燈會(huì)點(diǎn)亮，否則故障燈點(diǎn)亮；插槽由兩部分共６個(gè)槽組成，分別用于A 卡和Ｂ卡的檢測；面板通信接口由USB，RJ45 槽和串口插座組成；電源插座為220VAC 市電接入口。     圖2 測試儀器面板示意圖      五、結(jié)論分析       該測試儀器已經(jīng)成功應(yīng)用于智能卡生產(chǎn)線的微電流及邏輯特性參數(shù)測試，性能穩(wěn)定，操作界面友好，整個(gè)系統(tǒng)的分辨率達(dá)到0.01μA，符合設(shè)計(jì)要求，技術(shù)達(dá)標(biāo)。而且具有抗干擾能力強(qiáng)，體積小，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。完全能夠滿足生產(chǎn)廠家對智能卡的各種特性檢測的要求。       【稿件聲明】：如需轉(zhuǎn)載，必須注明來源和作者，保留文中圖片和內(nèi)容的完整性，違者將依法追究。