智能卡的制作方法

智能卡
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月23日提交的第2012008号法国专利申请的优先权，其内容在法律允许的最大范围内通过引用以其整体并入本文。
技术领域
3.本公开一般涉及电子设备，并且更具体地涉及智能卡。


背景技术：

4.许多应用使用智能卡，例如支付卡、交通卡、个人标识卡等。在当前的智能卡之中，配备有生物测定传感器的卡是特别公知的。例如，对于卡的每次使用，生物测定传感器通常使得能够执行身份验证。
5.需要一种克服已知智能卡的全部或部分缺点的智能卡。
6.例如，需要一种包括发光二极管(led)的智能卡，其中led的电功率消耗被控制。


技术实现要素：

7.实施例克服了已知智能卡的全部或部分缺点。
8.例如，实施例提供了一种包括发光二极管(led)的智能卡，其中led的功耗被控制。
9.一个实施例提供了一种智能卡，包括：发光二极管，具有通过第一晶体管而耦合到施加电源电压的节点的阳极端子，并且具有通过第二晶体管而耦合到施加基准电压的节点的阴极端子；以及微控制器，包括数模转换器以及比较器，比较器具有耦合到二极管的阳极端子和阴极端子中的一个端子的第一输入，并且具有被配置成接收转换器的输出电压的第二输入，其中比较器的输出信号控制第一晶体管和第二晶体管中的一个晶体管。
10.根据一个实施例，如果用电阻器代替二极管，则转换器的输出电压由所述阳极端子和阴极端子中的一个端子将具有的电压确定。
11.根据一个实施例，所述电阻器的电阻由电源电压的最大值和所述二极管中的最大目标电流确定。
12.根据一个实施例，当电源电压等于最大值并且最大目标电流流过所述二极管时，所述电阻器等于二极管的等效电阻器。
13.根据一个实施例，比较器的第一输入耦合到二极管的阳极端子，比较器被配置成：当二极管的阳极电压小于转换器的输出电压时，关断第一晶体管和第二晶体管中的所述一个晶体管。
14.根据一个实施例，比较器的第一输入耦合到二极管的阴极端子，比较器被配置成：当二极管的阴极电压大于转换器的输出电压时，关断第一晶体管和第二晶体管中的所述一个晶体管。
15.根据一个实施例，微控制器被配置成控制所述第一晶体管和第二晶体管中的另一个晶体管。
16.根据一个实施例，微控制器被配置成：在二极管发射光脉冲的阶段期间，将所述第一晶体管和第二晶体管中的另一个晶体管设置为导通状态。
17.根据一个实施例，第一晶体管和第二晶体管中的所述一个晶体管属于微控制器的例如三态输出类型的输出。
18.根据一个实施例：比较器的输出信号控制第一晶体管，第一晶体管的导通状态被配置成将所述输出拉至第一节点的电压，或者，比较器的输出信号控制第二晶体管，第二晶体管的导通状态被配置成将所述输出拉至第二节点的电压。
19.根据一个实施例，第一晶体管和第二晶体管中的另一个晶体管属于微控制器的例如三态输出类型的另一个输出。
20.根据一个实施例：比较器的输出信号控制第一晶体管，第一晶体管的导通状态被配置成将所述输出拉至第一节点的电压，并且第二晶体管的导通状态被配置成将所述其他输出拉至第二节点的电压，或者，比较器的输出信号控制第二晶体管，第二晶体管的导通状态被配置成将所述输出拉至第二节点的电压，并且第一晶体管的导通状态被配置成将所述其他输出拉至第一节点的电压。
21.根据一个实施例，智能卡还包括耦合到微控制器的生物测定传感器。
22.根据一个实施例，生物测定传感器是指纹传感器。
附图说明
23.上述特征和优点以及其他特征和优点将参考附图，在通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的以下描述中被详细描述，其中：
24.图1以框的形式非常示意性地示出了所描述的实施例适用的类型的智能卡的示例；
25.图2示出了包括发光二极管(led)的电子电路的示例；
26.图3用曲线图示了图2电路的操作；
27.图4示意性地示出了包括led的智能卡的实施例；
28.图5用曲线图示了图4的智能卡的操作；
29.图6示意性地示出了图4的智能卡的备选实施例；以及
30.图7示意性地示出了图4的智能卡的另一个备选实施例。
具体实施方式
31.在各个附图中，相似的特征已经由相似的附图标记指定。特别地，在各个实施例中间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以布置相同的结构、尺寸和材料性质。
32.为了清楚起见，仅详细说明和描述了对理解本文描述的实施例有用的步骤和元件。特别地，智能卡的通常功能(例如，诸如与卡读取器的通信以及由卡读取器向卡递送功率)未被描述，所描述的实施例与智能卡的通常功能兼容。
33.除非另有指示，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接；并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其他元件耦合。
34.在以下公开中，除非另有指示，否则当提及绝对位置修饰词(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置修饰词(诸如，术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)时，或者当提及定向的修饰词(诸如，“水平”、“竖直”等)时，指的是图中所示的定向。
35.除非另有指定，否则表述“约”、“近似”、“基本”和“大约”表示在10％以内，优选在5％以内。
36.图1以框的形式非常示意性地示出了所描述的实施例所应用于的类型的智能卡1的示例。
37.卡1包括电路100，电路100包括微控制器102(框“μc”)。微控制器102例如被配置成控制电路100的一个或多个通信和/或电源模块(未示出)。电路100的模块例如使能以下操作：逆向调制由卡读取器发射并且由卡1接收的电磁场，以向读取器传送数据；和/或解调由读取器发射并且由卡1接收的电磁场，以从读取器接收数据；和/或经由在读取器与卡1之间传送的电信号(经由读取器与卡1之间的至少一个电接触)与卡读取器交换数据；和/或通过与读取器的电接触或经由读取器发射的电磁场，从卡读取器接收的电源生成用于卡1的电路的电源电压。例如，电路100包括电源模块，电源模块被配置成从接收到的电源生成用于对微控制器102供电的电压vcc(图1中未示出)。
38.优选地，电路100，例如其微控制器102，包括安全元件((未示出)，安全元件在其中存储有卡1的持有者的标识数据。
39.电路100，例如其微控制器102，包括输入和/或输出端子，使得能够从卡1的其他元件接收电信号或将电信号递送到卡1的其他元件。
40.在图1的示例中，卡1是生物测定卡。卡1继而包括生物测定传感器104(框“传感器”)。优选地，传感器104是指纹传感器。然而，将被描述的实施例也适用于不包括生物测定传感器的智能卡的情况。
41.电路100，例如其微控制器102，被配置成与传感器104交换数据。在图1的示例中，电导体106将电路100(例如，微控制器102的输入和/或输出端子)连接到传感器104的输入和/或输出端子。
42.期望卡1包括led，led由电路100控制，并且更具体地，由该电路100的微控制器102控制。这种led将例如使得能够以注册操作的步骤的顺序指示当前步骤，和/或使得能够显示利用卡1实现的操作的结果，例如诸如支付、用户标识，可能借助于该用户的生物测定参数，或注册阶段来显示。
43.图2示出了包括led的电子电路2的示例。
44.该电路2包括至少一个电阻器r1，电阻器r1与led 200串联连接在节点202与节点204之间。led 200的阳极耦合到节点202，并且led 200的阴极耦合到节点204。更具体地，在图2的示例中，电阻器r1将led 200的阳极耦合到节点202，并且led 200的阴极连接到节点204。
45.在操作中，例如电源电压vcc的电源电压被施加到节点202。电压vcc例如为正，并且以被施加到节点204的基准电压为基准。当电压vcc对于跨led 200的以led 200的阴极为基准的电压vled足够大以大于led 200的开启阈值时，正电流i从节点202流向节点204，并且led 200发光。
46.图3用曲线图示了图2的电路的操作。
400例如与图2的led 200相同。
58.led 400具有耦合到施加电压vcc的节点402的阳极端子，并且具有耦合到施加基准电压(通常，地gnd)的节点404的阴极端子。电压vcc以节点404为基准。
59.更确切地，金属氧化物半导体(mos)晶体管t1将led 400的阳极耦合到节点402，并且mos晶体管t2将led 400的阴极耦合到节点404。晶体管t1优选地具有p沟道，并且例如其所具有的源极耦合(优选地连接)到节点402，并且其所具有的漏极耦合(优选地连接)到led 400的阳极。晶体管t2优选地具有n沟道，并且例如其所具有源极耦合(优选地连接)到节点404，并且其所具有的漏极耦合(优选地连接)到led 400的阴极。
60.微控制器102包括数模转换器406(框“dac”)。转换器406被配置成接收数字代码c，并且递送对应于该代码c的模拟电压vref。电压vref对应于电压vcc的一部分。换句话说，对于给定代码c，电压vref等于a乘以电压vcc，a是小于1的因子并且由代码c确定。
61.微控制器102还包括比较器408。比较器408的第一输入耦合到led 400的阳极端子和阴极端子中的一个端子，并且比较器408的第二输入被配置成接收电压vref。比较器408被配置成递送输出信号out。信号out是二进制信号。信号out的第一二进制状态指示何时比较器408的第一输入上的电压大于第二输入上的电压vref，信号out的第二二进制状态指示何时第一输入上的电压小于第二输入上的电压vref。
62.两个晶体管t1和t2中的一个晶体管由信号out控制。
63.两个晶体管t1和t2中的另一个晶体管由微控制器102递送的二进制信号ctrl控制。微控制器102被配置成：在led的光脉冲发射阶段期间，经由信号ctrl控制将该晶体管设置为导通状态。
64.更具体地，在图4所示的实施例中，比较器408的第一输入耦合到led 400的阳极，并且比较器408的第二输入接收电压vref。在该实施例中，信号out控制晶体管t2并且信号ctrl控制晶体管t1。比较器408的第一输入继而是非反相输入(+)，并且比较器408的第二输入是反相输入(-)，以便当led 400的阳极上的电压变得小于电压vref时，比较器408经由其输出信号out控制晶体管t2的关断(设置为非导通状态)。
65.根据一个实施例，由信号out控制的晶体管t1或t2(即图4的实施例中的晶体管t2)属于微控制器102的三态输出410，例如，微控制器102的三态输出。换句话说，晶体管t2属于微控制器102。晶体管t2被配置成：当它被设置为导通状态时，强制在输出410上的电平，即，在该实施例中，将输出410拉至节点404的电压gnd。晶体管t2然后连接在节点404与输出410之间，并且led 400的阴极耦合(优选地连接)到输出410。
66.根据一个实施例，由信号ctrl控制的晶体管t1或t2(即图4实施例中的晶体管t1)属于微控制器102的输出412，例如微控制器102的三态输出。换句话说，晶体管t1属于微控制器102。晶体管t1被配置成：当它被设置为导通状态时，强制在输出412上的电平，即，在该实施例中，将输出412拉至节点402的电压vcc。晶体管t1然后连接在节点402与输出412之间，并且led 400的阳极耦合(优选地连接)到输出412。
67.上述两个实施例的组合使得led 400能够单独被布置在微控制器102的外部，这相对于晶体管t1和t2中的一个晶体管和/或另一个晶体管将被布置在微控制器102的外部的情况而简化了卡4。实际上，这里的优势来自晶体管t1和t2已经存在于微控制器102的输出410和412中的事实。
68.然而，在未示出的备选实施例中，晶体管t1和t2中的一个晶体管和/或另一个晶体管可以被布置在微控制器的外部。在该情况下，分别用于控制晶体管t1和t2的信号ctrl和out由微控制器102的对应输出来递送。
69.在操作中，当两个晶体管t1和t2导通时，电流il流过led 400。如果led 400的阳极上的电压变得小于电压vref，则信号out切换并且使得将晶体管t2设置为关断状态。电流il变为零，由此led 400的阳极电压变得等于vcc，并且因此再次变得大于电压vref。这引起信号out的新切换，并且因此使得将晶体管t2设置为导通状态。led 400中的电流il增加，直到led 400的阳极电压再次变得小于电压vref。只要微控制器保持晶体管t1导通，该操作就被重复，由此只要晶体管t1导通，led 400就发射光脉冲。
70.因此，对于给定的电压值vcc，电压vref的选择调节了能够在信号out切换之前流过led 400的最大电流il，并且使得其控制的晶体管关断，并且led 400停止发光。
71.由led 400发射的光脉冲的频率部分地由比较器408的响应时间确定。作为示例，该频率实际上大于或等于50hz，由此led 400的光发射为被用户感知为是连续的。
72.现在将结合图5描述选择电压vref，并且因此选择被供应给转换器406的代码c的示例。
73.图5用两个曲线501和502图示了图4的卡4的led 400的阳极电压va根据电压vcc的值的变化。
74.更具体地，曲线501图示了当led 400表现为常规led时(即，当其两端的电压vled和流过其的电流il遵循图3的曲线300时)的电压va的变化，曲线502图示了当led 400被电阻器代替时的电压va的变化。两个曲线501和502在晶体管t1和t2维持导通时被获得，例如通过向晶体管t2的栅极施加电压vcc，并且向晶体管t1的栅极施加电压gnd。
75.用于获得曲线502的电阻实际上对应于当电压vcc处于其最大值(例如2.1v)时的led 400的等效电阻，以便最大目标电流imax流过led 400，即，在图4的节点402与404之间。例如，电压vcc的最大值对应于由于电压vcc在其标称值附近的不希望变化而导致的电压vcc可以采用的最大值。
76.例如，对于电压vcc的最大值等于2.1v，晶体管t1和t2的导通状况电阻均等于40欧姆(忽略晶体管t1和t2的导通状况电阻随电压vcc的变化)，并且led中的电流imax以大约1ma为目标，即电流imax仍被包括在曲线300(图3)的区域中，其中led 400中的电流随着跨led 400的电压基本线性增加，而不是指数增加，用于曲线502的电阻大约为2千欧姆，例如，等于2.02千欧姆，例如，根据led供应商的规格，其对应于led在其阈值电压下在1ma电流下的等效电阻。
77.如图5的曲线502中可以看出，当电压vcc的值增加并且led 400被如上所指示的而确定的电阻器代替时，电压va基本与电压vcc成比例地增加。曲线502不完全是直线的事实是由于晶体管t1和t2的导通状态电阻随电压vcc的微小变化。
78.如图5中的圆圈504内可以看出，当电压vcc增加时，存在电压vcc的值，曲线501自该值而从曲线502偏离，然后，对于电压vcc的给定值，曲线501的电压va变得小于曲线502的电压va。
79.曲线501从曲线502偏离的事实指示，led 400继而等效于电阻小于用于绘制曲线502的电阻的电阻器，并且因此指示流过led 400的电流高于流过用于曲线502的电阻器的
电流。换句话说，这指示led 400已经进入其电流-电压特性的一个区域，在该区域中，它传导的电流随跨led 400的电压指数增加。再换句话说，这指示led 400已经离开其电流-电压特性的一个区域，在该区域中，它传导的电流随其两端的电压基本线性增加。led 400的该指数操作区域正是期望避免的区域，来保持led 400中相对较低的电流，即控制led 400的功耗。
80.因此，通过利用比较器408(图4)检测led 400的阳极的电压va变得小于如果利用用于绘制曲线502的电阻器代替led 400将具有的值，并且通过在它发生时关断晶体管t2，防止led 400达到其指数操作区域。
81.在图5的示例中，曲线501自从等于2.15v的电压vcc而从曲线502偏离，然后曲线504的电压va等于2.06v，即2.06/2.15*vcc或0.95vcc。因此，被供应给转换器406(图4)的代码c使得转换器406递送等于0.95vcc的电压vref。因此，当电压vcc变化时，电压vref也变化并且基本遵循曲线502。
82.总而言之，为了确定代码c，当电压处于其最大值时，对于电流imax流过led 400，led 400应当具有的电阻的值被确定。led 400的阳极电压根据值vcc的变化通过使用led 400绘制第一曲线，并且使用先前确定的电阻绘制第二曲线。当第一曲线从第二曲线偏离时，电压vcc与第二曲线的电压va的比率被确定。代码c被确定，以使转换器406递送等于电压vcc乘以所确定的比率的电压vref，或者递送比电压vcc乘以所确定的比率略小(例如小1％)的电压vref，以考虑在比较器408中的传播时间。
83.换句话说，当电压vcc处于其最大值时，对于电流imax流过led 400，led 400应当具有的电阻的值被确定，节点412上的电压的第一值被确定，并且代码c被确定，以使电压vref在电压vcc处于其最大值时等于该第一值，甚至等于比该第一值略小(例如小1％)的值，以考虑在比较器408中的传播时间。
84.再换句话说，vref并且因此代码c被确定，以使led 400中的电流保持小于电流imax，即使当电压vcc不在其标称值而是在其最大值时，可能将比较器408的切换时间考虑在内。
85.通过利用等效电阻器代替led 400来确定曲线502以检测曲线501从曲线502偏离的时间的情况已经在上文中被描述。还可以通过绘制曲线501来获得曲线502或至少其近似值，并且因此使用曲线501的随电压vcc线性变化的部分中的曲线501的切线作为曲线502。
86.更一般地，确定电压vref并且因此确定编码c将在本领域技术人员的能力范围内，以使即使是在电压vcc偏离其标称值并且达到最大值的情况下，led 400中的电流保持小于电流imax。
87.图6示意性地示出了图4的卡4的备选实施例，这里仅突出了图4的卡4与图6的卡4之间的差异。
88.图6的卡4与图4的卡4的不同之处在于，比较器408的输入中的一个输入在这里耦合到led 400的阴极，而不是如图4中那样耦合到其阳极。
89.更具体地，在比较器408的输出信号out控制晶体管t2的该示例中，比较器408的反相输入耦合(优选地连接)到led 400的阴极，并且比较器408的非反相输入接收电压vref。
90.实际上，比较器408的输入中的一个输入耦合到led 400的阳极的实施例已经在上文中关于图4和图5被描述。与已经描述的类似，可以通过将led 400的阴极电压与led 400
如果已被前述电阻器代替而将具有的阴极电压进行比较，来限制led 400中的电流il，即使是在电压vcc变化的情况下。
91.因此，对于电压vcc的最大值，通过确定当电压vcc处于其最大值时，对于电流imax流过led 400，led 400应当具有的等效电阻的值，然后通过绘制led 400的阴极电压和由该电阻器代替的led 400的阴极电压根据电压vcc的变化，可以观察到，基于电压vcc的值，led 400的阴极电压的曲线从利用电阻器代替的led 400的阴极电压的曲线偏离，变得大于后者。然后，电压vcc的该值与利用电阻器代替的led 400的阴极电压的值的比率可以被确定，并且由此可以从中推导出要被提供给转换器406的代码c。当然，该代码c将与针对图4的实施例获得的代码c不同。
92.与关于图5指示的内容类似，确定电压vref并且因此确定代码c将在本领域技术人员的能力范围内，以使led 400中的电流保持小于电流imax，即使是在电压vcc偏离其标称值并且达到其最大值的情况下。如前所述，确定该电压vref并且因此确定代码c将在本领域技术人员的能力范围内，优选地将比较器408的切换时间考虑在内。
93.在操作中，当led 400的阴极电压变得大于电压vref时，信号out切换，并且使得将晶体管t2设置为关断状态。换句话说，与图4相反，在图4中，比较器408被配置成：当led的阳极电压变得小于电压vref时，将晶体管t2关断，在这里，图6的比较器408被配置成：当led 400的阴极电压大于电压vref时，将晶体管t2关断。
94.图7图示了图4的卡4的另一个备选实施例，这里仅突出了图4的卡4与图7的卡4之间的差异。
95.图7的卡4与图4的卡4的不同之处在于，比较器408控制晶体管t1而不是图4的情况中那样控制晶体管t2。此外，在该备选实施例中，晶体管t2由微控制器102递送的信号ctrl控制。
96.更确切地，类似于已经关于图4指示的内容，比较器408被配置成：当led 400的阳极电压变得小于电压vref时，经由其输出信号out来关断其控制的晶体管t1或t2，即图7中的晶体管t1。作为示例，当晶体管t1是p沟道晶体管时，比较器408的反相输入(-)接收led 400的阳极电压，并且比较器408的非反相输入(+)接收电压vref。此外，微控制器102被配置成：在通过led 400的光脉冲发射阶段期间，保持晶体管t2导通。
97.被递送到转换器406的代码c，以及因此电压vref，或者换句话说，电压vcc与电压vref的比率，如关于图4和图5描述的那样被确定。特别地，被供应到图7的转换器406的代码c与被供应到图4的转换器406的代码c相同。
98.图7的卡4的晶体管t1或t2的操作分别与图4的卡4的晶体管t2或t1的操作相同。
99.在又一个备选实施例(未被示出并且对应于图6和图7的备选实施例的组合)中，晶体管t2由微控制器102的信号ctrl控制，晶体管t1由比较器406的输出信号out控制，并且比较器406具有耦合(例如，连接)到led 400的阴极的输入(优选地反相输入)，并且具有接收电压vref的另一个输入(优选地非反相输入)。在该其他变型中，代码c或者换句话说，电压vref或电压vref与电压vcc的比率如关于图6描述的那样被确定。例如，被供应到该备选实施例的转换器406的代码c将与被供应到图6的实施例的转换器406的代码c相同。此外，比较器408然后被配置成：当led 400的阴极电压变得大于电压vref时，将开关t2关断。
100.虽然在图4、图6和图7中，卡4仅被部分地示出，但是卡4的微控制器102可以像图1
的卡1的微控制器那样而形成电路100的一部分，并且卡4可以像图1的卡1那样包括传感器104。当卡4包括传感器104时，传感器104耦合到电路100，更具体地耦合到它的微控制器102，例如，直接利用电导体或经由耦合到微控制器102和传感器104两者的附加微控制器进行耦合。
101.已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。
102.最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。特别地，基于上文给出的功能指示，代码c的确定，或者换句话说，电压vref的确定或者电压vcc与电压vref的比率的确定在本领域技术人员的能力范围内。