Brevet FR2849945A1 — publié le 20040716

MOYENS POUR LA COMMUNICATION DES CARTES PUCES USB UTILISANT DES TRANSFERTS VITESSE MAXIMALE OU LEV E La présente invention se rapporte au domaine des 5 interfaces de communication pour des cartes à puces (IC). En particulier, la présente invention concerne des moyens qui permettent aux cartes à puces de communiquer avec un central via une connexion d'un bus série universel (USB) soit en mode de vitesse maximale soit en mode haute 10 vitesse. Les cartes à puces communiquent typiquement avec un terminal central via un lecteur. Dans un type de système, le lecteur est également le central. Dans un tel système, 15 la carte est insérée dans une fente dans le lecteur, ce qui amène un contact électrique dans le lecteur au niveau de l'engagement avec les contacts des broches sur l'extérieur de la carte. Les contacts engagés permettent à un microcontrôleur situé dans le lecteur de communiquer avec 20 les mémoires et/ou le microprocesseur dans la carte à puce. Présentement, la plupart des cartes à puces communiquent avec les lecteurs de cartes d'une manière conforme à l'Organisation Internationale des Normes/Commission Internationale Electrotechnique (" International Standards 25 Organization/Electrotechnical International Commission") (ISO) 7816. La figure 1 est un schéma bloc représentant la construction et les connexions d'un lecteur indépendant 10 et une carte à puce 12 connectée selon un schéma de connexion ISO-7816. Des huit points de contact disponibles 30 sur un système de carte à puce classique, la connexion typique utilise cinq des points de contact un pour l'alimentation en puissance, un pour le signal horaire, un pour les données entrée/sortie, un pour envoyer des signaux de réinitialisation, et un pour la connexion à la terre. Un microprocesseur 14 dans le lecteur 10 reçoit des signaux horaires provenant d'une horloge 22 et des signaux entrée/sortie via la ligne E/S 24 et le signal de réinitialisation via la ligne RST 26. Bien que l'ISO-7816 soit bien établie et constitue une norme largement utilisée, une communication basée sur cette norme est plutôt lente. En outre, comme les ordinateurs personnels deviennent omniprésents et la connexion de Bus Série Universel (USB) une caractéristique 10 standard dans la plupart des PCs, un lecteur de carte à puce peut être réalisé de manière économique en relocalisant la gestion du micro et les fonctions de mémorisation du lecteur (le mécanisme de contact de la carte) vers un PC central séparé, de façon à ce que le 15 lecteur devienne un simple connecteur USB. Le protocole USB est une norme industrielle privée sponsorisée par " USB Inplementers Forum, Inc., une initiative conjointe d'Intel, Hewlett-Packard, Lucent, NEC, Philips, Microsoft et d'autres. Le protocole fonctionne avec le connecteur 20 standard IEEE 1394. La figure 2 est un schéma bloc qui représente une construction typique et des connexions d'un système de lecture de cartes à puce qui utilise un ordinateur et une connexion USB. Sur la figure 2, un ordinateur personnel 40 25 communique avec une carte à puce 46 via une connexion par câble USB 42 avec une tête de connexion 44 (le "lecteur de carte"), qui exige quatre câbles: un pour la puissance Vcc, un pour la terre GND, et une paire de câbles d'émission de données différentielle DONNEES+ 50 et 30 DONNEES- 52. Une première génération de norme USB (version 1.1) permet la transmission suivant deux modes: un mode à vitesse lente et un mode à vitesse rapide. Pour les transmissions à vitesse lente, telles que la Transfert de Commande et le Transfert d'Interruption sous USB 1.1, les données sont horodatées à l'intérieur de l'ordinateur 40 à 1, 5 Mbps avec des données signalant une tolérance de 1,5% (ou 15,000 ppm). Pour un transfert à vitesse maximale tel qu'un transfert isochrone ou un transfert en masse sous USB 5 1.1, les données sont horodatées à 12 Mbps avec des données signalant une tolérance de 0,25% (ou 2,500 ppm). En plus des deux modes décrits ci-dessus, une nouvelle norme USB (version 2. 0) exige un troisième mode de transmission (haute vitesse) o le taux de signal des données est établi 10 à 480 Mbps avec des données signalant une tolérance de + 500 ppm. n'importe quelle vitesse de transmission, en raison du fait que le câble USB 42 ne possède pas de fil de transmission séparé pour transporter un signal horaire, il 15 doit y avoir un générateur horaire aux deux extrémités du câble 42. l'extrémité du côté du central, la plupart des lecteurs et des systèmes d'ordinateurs ont une horloge de système de haute précision 60 qui peut être utilisée à la fois pour recevoir et transmettre. l'extrémité du câble 20 42 du côté de la carte, un résonateur électronique à faible cot 48 pourrait être utilisé pour une transmission à faible vitesse. De tels résonateurs 48 sont typiquement intégrés dans le microprocesseur de carte à puce 58, comme représenté sur la figure 2. Cependant, un tel résonateur à 25 faible cot 48 n'est pas assez précis pour les transmissions horaires soit à la vitesse maximale soit à haute vitesse. Présentement, afin d'avoir un système de transmission à vitesse maximale ou à haute vitesse, un élément d'horloge précis, tels qu'un oscillateur à cristal, 30 doit être introduit dans le lecteur/connecteur. La figure 3 représente un lecteur/connecteur USB à vitesse élevée typique 44 qui connecte un élément d'horloge à haute précision 62 à l'un des contacts de broches 60. Les générations précédentes de connecteurs de cartes à puces manquant d'un élément d'horodatage précis (figure 2) deviennent obsolètes. Cependant, du fait qu'il y a toujours une base importante installée de connecteurs de carte à puce à faible vitesse, il serait souhaitable d'avoir une 5 carte à puce qui peut utiliser n'importe quels connecteurs en mode à vitesse maximale ou en mode à vitesse élevée, sans tenir compte de savoir si le connecteur 44 possède ou non une horloge à l'intérieur. Du fait que la présence d'un élément d'horodatage 10 dans le lecteur/connecteur ajoute de la complexité et ainsi un cot pour la fabrication du lecteur/connecteur, il serait également souhaitable d'avoir un système de carte à puce qui élimine la nécessité d'un élément d'horodatage dans le module du lecteur/connecteur. La présente invention consiste en une carte à puce qui présente un élément d'horodatage hautement précis connecté à son microprocesseur. L'incorporation d'un élément d'horodatage précis permet que la carte à puce soit utilisée avec n'importe quels lecteurs/connecteurs de carte 20 à puce USB capables d'une transmission de données à vitesse maximale ou à vitesse élevée. L'élément d'horodatage précis peut être un oscillateur céramique d'horodatage, un résonateur, ou n'importe quel dispositif vibrant, pourvu qu'il présente une précision suffisante pour réaliser un 25 transfert de données à au moins une vitesse maximale, et de préférence également à une vitesse élevée (par exemple, une précision d'au moins 0, 25%) et une épaisseur satisfaisant les normes pour le placement sur des cartes à puces (par exemple, de préférence pas plus de 0,6 mm). Ainsi, l'invention consiste en une carte à puce apte à communiquer avec un central dans un protocole standard de bus série universel (USB), via un câble compatible USB se terminant par une tête de lecture/connexion de carte, la carte comprenant: - un premier point de contact sur la carte qui reçoit un signal de puissance provenant du central, - un second point de contact sur la carte qui connecte à la terre, - un troisième et un quatrième points de contact sur la carte qui coopèrent pour envoyer et recevoir des signaux de données différentielles, - un module de circuit intégré sur la carte qui reçoit la puissance et la terre depuis ledit premier et 10 second points de contact et envoie et reçoit des signaux de données compatibles grâce audits troisième et quatrième points de contact, et - un module d'horodatage monté sur la carte, le module d'horodatage présentant une précision suffisante 15 pour horodater au moins un transfert de données à vitesse maximale de signaux USB avec n'importe quel central compatible sans tenir compte du type de lecteur/connecteur auquel la carte est connectée. Avantageusement, le module de circuit intégré 20 comprendra: - un circuit récepteur/émetteur asynchrone universel USB (UART) connecté audits troisième et quatrième points, grâce à quoi des données différentielles sont reçues et envoyées, et - un microprocesseur connecté audit USB UART grâce à une connexion bi-directionnelle dans laquelle les données à destination et provenant du central sont envoyées et reçues. Selon un mode d'exécution de l'invention, le susdit 30 module d'horodatage sera un résonateur céramique. Selon un aspect de l'invention, le module d'horodatage pourvoira un taux de transfert de données de 12 Mbps dans les limites d'une tolérance de 0,25% ( 2500 ppm). Selon un autre aspect de l'invention, le module d'horodatage pourvoira un taux de transfert de données de 480 Mbps dans les limites d'une tolérance de 500 ppm. Avantageusement, le module d'horodatage et la carte auront une épaisseur combinée de 0,84 mm. De la même manière, le module d'horodatage présentera une épaisseur d'au plus 0,6 mm. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, 10 d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: - la figure 1 est un schéma bloc représentant la construction et les connexions d'un lecteur indépendant et d'une carte à puce connectée selon un schéma de connexion 15 typique ISO-7816; - la figure 2 est un schéma bloc qui représente une construction typique de l'art antérieur et des connexions d'un système de lecteur de carte à puce USB à vitesse lente qui utilise un ordinateur; la figure 3 est un schéma bloc qui représente une autre construction de l'art antérieur et des connexions d'un système de lecteur de carte à puce USB à vitesse élevée qui utilise un ordinateur, avec la tête de connexion USB incorporant un élément générant un horodatage précis; 25 - la figure 4 est un schéma bloc représentant la construction et la connexion d'un système de carte à puce de la présente invention; - la figure 5 est une vue en perspective d'une carte à puce avec un élément d'horodatage mis en oeuvre 30 selon la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe d'une carte à puce avec un élément d'horodatage mis en oeuvre selon la présente invention. Sur la figure 4 est représenté un mode d'exécution préféré de la présente invention. Sur la figure, un ordinateur central 70 est représenté avec un élément d'horodatage 76 connecté à la CPU 78. L'ordinateur est 5 connecté au lecteur/connecteur USB 72 via un câble de connexion USB 96 qui consiste en quatre fils de connexion: un fil pour la puissance 92, un fil à la terre 94, un fil de données positives 86 et un fil de données négatives 88. Le fil de données positives 86 et le fil de données 10 négatives forment ensemble une paire de transmission de données différentielles. La tête de lecture/connexion 72 fournit un emplacement d'attache et un point de contact pour une carte à puce 74. Il reçoit le câble USB 96 et permet que chacun des quatre signaux du câble soit 15 disponible à un des huit points de contact 78. La carte à puce 74 présente également huit points de contact 90 qui correspondent à ceux du lecteur/connecteur 72. Quatre des emplacements de contact restent non utilisés dans les présentes versions USB. Le signal provenant de la paire de 20 transmission de données différentielles est connecté à un module de réception/émission asynchrone universel USB (UART) 84 dans la carte à puce 74. Le module UART 84 convertit les signaux sur le fil de transmission de données différentielles en des données séries qu'un microprocesseur 25 82 monté sur la carte à puce 74 peut comprendre et relaie les données au microprocesseur 82 via une ligne d'entrée/sortie 96. Un élément d'horodatage précis 80, tel qu'un résonateur céramique avec une précision d'au moins 0,25%, mis en òuvre dans la carte à puce 74 est connecté au 30 microprocesseur 82. D'autres types d'éléments de vibration électromécaniques présentant la précision requise pour atteindre au moins un transfert de données à vitesse maximale (préférentiellement, supportant également un transfert à vitesse élevée), et qui assez mince pour une utilisation sur une carte à puce, peut être utilisé. De plus, pour incorporer correctement l'élément d'horodatage dans une carte à puce, l'élément d'horodatage ne présente généralement pas une épaisseur de plus de 0,6 mm parce que 5 les normes de carte à puce actuelles spécifient une épaisseur totale de la carte de 0,84 mm. L'élément d'horodatage fournit le moyen d'horodatage pour que la carte à puce reçoive et transmette des signaux USB soit à une vitesse maximale soit à une vitesse élevée. L'élément 10 d'horodatage sur la carte à puce fonctionne de la même manière que les autres emplacements d'horloge par le protocole USB. La figure 5 représente une vue en perspective d'une carte à puce 108 de la présente invention dans laquelle un 15 résonateur céramique 114 est connecté, via la carte, à un module de circuit intégré 112 grâce à une connexion filaire 116. Le module de circuit intégré 112 peut être connecté à un lecteur/connecteur grâce à une plaque de contact 110 avec huit points de contact. Une vue en coupe de la carte à 20 puce est représentée sur la figure 6. Sur la figure 6, le module de circuit intégré 112 et le résonateur céramique 114 est représenté résidant à l'intérieur d'une zone en reclus 118 dans la carte à puce 108. Le résonateur céramique 114 est représenté connectant le module de 25 circuit intégré 112 par un fil 116. Dans la mise en oeuvre actuelle, la connexion peut être obtenue par d'autres moyens, tels que grâce à une bande de colle conductrice. La plaque de contact 110 fournit un moyen pour la connexion extérieure pour le module de circuit intégré. 30 L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS 1. Carte à puce apte à communiquer avec un central dans un protocole standard de bus série universel 5 (USB), via un câble compatible USB se terminant par une tête de lecture/connexion de carte, la carte comprenant: - un premier point de contact sur la carte qui reçoit un signal de puissance provenant du central, - un second point de contact sur la carte qui 10 connecte à la terre, - un troisième et un quatrième points de contact sur la carte qui coopèrent pour envoyer et recevoir des signaux de données différentielles, - un module de circuit intégré sur la carte qui 15 reçoit la puissance et la terre depuis ledit premier et second points de contact et envoie et reçoit des signaux de données compatibles grâce audits troisième et quatrième points de contact, et - un module d'horodatage monté sur la carte, le 20 module d'horodatage présentant une précision suffisante pour horodater au moins un transfert de données à vitesse maximale de signaux USB avec n'importe quel central compatible sans tenir compte du type de lecteur/connecteur auquel la carte est connectée. 25 2. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit module de circuit intégré comprend: - un circuit récepteur/émetteur asynchrone 30 universel USB (UART) connecté audits troisième et quatrième points, grâce à quoi des données différentielles sont reçues et envoyées, et - un microprocesseur connecté audit USB UART grâce à une connexion bi-directionnelle dans laquelle les données à destination et provenant du central sont envoyées et reçues. 3. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit module d'horodatage est un résonateur céramique. 4. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module d'horodatage pourvoit un 10 taux de transfert de données de 12 Mbps dans les limites d'une tolérance de 0,25% ( 2500 ppm). 5. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module d'horodatage pourvoit un 15 taux de transfert de données de 480 Mbps dans les limites d'une tolérance de 500 ppm. 6. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module d'horodatage et la carte 20 ont une épaisseur combinée de 0,84 mm. 7. Carte à puce selon la revendication 6, caractérisée en ce que le module d'horodatage présente une épaisseur d'au plus 0,6 mm.