智能卡測試儀器的測試與開發

文章出處：http://5052h112.com 作者： 人氣： 發表時間：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計的新型智能卡測試儀器。該儀器以片上系統為基礎，采用集成了多種功能設備的C8051 微控制器，并外擴電氣參數測試電路、邏輯特性測試電路、及測試數據存儲及顯示電路，實現了檢測與存儲通信一體的測試系統。本文介紹了該測試儀器的整體結構設計及細化，邏輯功能測試過程，及模擬調試過程。該過程對同類設計具有啟發和借鑒作用。

    一、引言       智能卡是IC卡（集成電路卡）的一種，它將微電子與計算機技術結合在一起，具有保密性強、存儲量大、安全度高、能真正實現“一卡通”的特點。如今這項技術已經廣泛應用到通信、金融、交通、醫療、身份證明等多個行業，提高了人們生活和工作的現代化程度 [1]。然而，智能卡以其自身高效、安全、便捷的特點在眾多領域應用，這使得其應用環境復雜多變，環境影響因素相對增多，使用中出現了諸多失效的問題，這些失效問題的存在嚴重影響了智能卡的應用。因此智能卡投入商用前所進行的一系列測試項目顯得尤為重要。針對智能卡的測試，有一系列的國際行業標準，針對其特點和應用范圍，對卡片規格和性能做出了嚴格的規定[2]。本設計就是針對智能卡性能測試系統的研究，為智能卡的設計生產及使用提供了方便。       二、智能卡系統整體設計       系統原理框圖如圖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計方案，在通信接口的設計上，采用了USB、以太網、串口三種互連技術，用戶可以根據需要靈活的選擇互連方式與計算機進行通信。如圖顯示，該系統主要由數據采集、通信與存儲模塊、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 系統原理框圖      三、各個模塊介紹及設計       1、電流信號采集模塊       電流信號采集模塊由電流取樣、信號調理、模數轉換和處理器接口部分組成。在電路設計中，差分放大器采用LTC6102 實現對電壓信號的放大[3]，并設計了四路信號調理模塊，用于實現對CLK、RST、IO、ICC 四路電流的檢測[4]；經過調理后的電壓信號進入四通道高精度24 位模數轉換器，并由微處理器控制進行模擬信號的采樣；微處理器通過數字接口與模數轉換器互連實現對模數轉換器的控制。       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，模數轉換器組成。在選擇對地、VCC 檢測后，恒流源產生電流激勵施加于智能卡管腳，微處理器啟動微處理器內部集成的模數轉換器，完成對當前檢測管腳電壓的采樣，判定開短路狀態；完畢后將檢測結果以指示燈形式體現出來。     （2）開短路檢測電路設計：系統采用恒流二級管提供激勵電流，通過在智能卡插槽的管腳上施加電流地或電源構成電流回路，并有一個電壓參數輸出。微控制器控制內部集成的12 位模數轉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[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的物理連接，同時具有探測卡的插入和拔出功能；多協議智能卡控制器將來自上位機的邏輯測試指令轉換為ISO7816UART 協議序列[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）邏輯測試模塊的設計：設計中邏輯測試模塊以多協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。系統選擇了多協議智能卡，為測試儀器兼容多種協議(ISO7816、 EMV 、GSM11-11)和卡類提供了保障。設計中，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，同時兼容1.8V/3V/5V 三種供電電源的智能卡。       4、FLASH 存儲模塊       FLASH 存儲模塊由FLASH 存儲器和處理器接口組成。閃存既有ROM 的特點，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存儲器的讀操作和寫操作，用于提供和存儲智能卡的測試信息。       5、通信模塊       通信模塊由 USB 控制器、Ethernet 控制器、RS232 電平轉換器和處理器接口部分組成。USB ，是應用在PC 領域的接口技術，USB 接口支持設備的即插即用和熱插拔功能[8]。以太網采用帶沖突檢測的載波監聽多路訪問協議（CSMA／CD），速率為10Mbps，傳輸介質為同軸電纜。以太網控制器也稱以太網適配器，就是我們通常稱的“ 網卡”[9] 。RS-232-C 是美國電子工業協會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準[10]。本設計中根據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，完成對信號采樣模塊、邏輯測試模塊、FLASH 存儲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、低功耗混合信號片上系統型處理器[11]，具有功能全及微功耗等特點，很適合于要求控制器體積小、能進行快速運算的高速實時控制場合[12]。       四、測試儀器面板設計       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、短路指示燈會點亮。     （2）電源燈和邏輯功能檢測狀態指示燈電源燈在上電后點亮，邏輯功能測試正常后，正常燈會點亮，否則故障燈點亮；插槽由兩部分共６個槽組成，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、結論分析       該測試儀器已經成功應用于智能卡生產線的微電流及邏輯特性參數測試，性能穩定，操作界面友好，整個系統的分辨率達到0.01μA，符合設計要求，技術達標。而且具有抗干擾能力強，體積小，成本低廉等優點。完全能夠滿足生產廠家對智能卡的各種特性檢測的要求。       【稿件聲明】：如需轉載，必須注明來源和作者，保留文中圖片和內容的完整性，違者將依法追究。