SIM卡电气特性详解

1 SIM、eSIM、USIM、R-UIM

SIM（Subscriber Identity Module），SIM card，即用户身份模块，是用于安全存储国际移动用户识别码（IMSI）、密钥的集成电路，其功能是用于在移动通信中表征、鉴定用户身份，用户还通过SIM卡完成与系统的连接和信息交换，移动电话只有装上SIM卡才能使用。只能用于GSM即2G网。
USIM（Universal Subscriber Identity Module），USIM card，全球用户识别卡或通用用户身份识别模块，为第三代SIM卡，用于GSM、WCDMA、TD-SCDMA网络中。USIM卡出GSM的基本功能外，在诸多方面做了升级，如支持多应用，安全性升级（双向认证）、接口速率大幅提升、存储空间更大。
USIM包括两种形式：复合USIM和纯USIM，复合USIM同时支持GSM、WCDMA、TD-SCDMA网络，可以向下兼容SIM，纯USIM只支持WCDMA、TD-SCDMA网络。故2G终端可以使用复合USIM卡，而不能使用纯USIM卡。

图 1 SIM卡与USIM卡的区别
eSIM（Embedded-SIM），嵌入式SIM卡，即将传统SIM卡直接嵌入到设备芯片上，而不是作为独立的可移除零部件加入设备中，用户无需插入物理SIM卡。eSIM将允许用户更加灵活的选择运营商套餐，或者在无需解锁设备、购买新设备的前提下随时更换运营商。可广泛应用于物联网中。
R-UIM（Removable User Identity Module），可插拔用户身份模块，同时具有三种SIM属性，如SIM、USIM、CSIM，支持GSM、UMTS、CDMA等多种网络的UIM卡。

2 UICC

UICC（Universal Integrated Circuit Card），即通用集成电路卡，是最新一代的“SIM”卡，适用于GSM、WCDMA、TD-SCDMA、LTE网络中。准确的说，UICC已经不限于“SIM”卡的功能，SIM、USIM只是UICC内部集成的应用，除此之外，UICC还集成有电子钱包等其他应用。
UICC支持向下兼容，同时兼容2G、3G、4G网络。
UICC相比SIM的优势在于，其内部集成有多款应用，通过不同的应用实现不同的功能，如USIM应用支持UMTS网络，通过CSIM应用支持CDMA网络，通过SIM应用支持GSM网络；另外，UICC支持IP通信，可以与传统互联网进行无障碍沟通，实现移动互联网。

3 SIM卡详解

SIM卡核心部分是一块芯片，内有5个模块：CPU、ROM、RAM、EEPROM和串行通信单元。SIM卡插入手机后，电源端口提供电源给SIM卡内各模块，SIM卡存储容量有8KB、16KB、32KB、64KB、1MB等。

图 2 SIM卡外形及内部组成
SIM卡从第一代开始演进至UICC，其尺寸进行了不断的缩减，目前使用最广泛的是Micro SIM和Nano SIM两种类型。

图 3 SIM卡尺寸变化图

图 4 SIM卡标准演进表
除eSIM外的所有版本的SIM卡均使用相同的基于ISO/IEC 7816标准的pin定义。
其中ISO/IEC 7816标准中的触点位置定义如图5所示，

图 5 ISO7816触点定义

图 6 ISO7816触点管脚定义
其中：
 C7：I/O
用作输入（接收模式）或输出（传送模式）。当线路的两端处于接收模式时，这条线路当处于高电平，当线路的两端处于不匹配传输状态时，该线路的逻辑状态可能是不固定的，故，接口设备和卡不应同时处于传送状态。
Mini-SIM、Micron-SIM、Nano-SIM卡的标准分别对应到ETSI TS 102 221 V11.0.0中的Plug-in UICC、Mini-UICC、4FF三种标准，尺寸分别如图7、8、9所示。

图 7 Plug-in UICC结构图

图 8 Mini-UICC结构图

图 9 4FF结构图
UICC支持3种等级：Class A、Class B、Class C，三种等级对应的温度范围不同，如图10所示。

图 10 UICC温度等级

3.1 Class A

在Class A条件下工作时，UICC的电气特性应该满足以下要求：

图 11 Class A电源电压范围

图 12 Class A RST正常工作条件下电气属性

图 13 Class A关于Vpp的要求

图 14 Class A关于CLK的AC/DC要求

图 15 Class A关于I/O的DC属性

3.2 Class B

在Class B条件下工作时，UICC的电气特性应该满足以下要求：

图 16 Class B电源电压范围

图 17 Class B RST正常工作条件下电气属性

图 18 Class B关于CLK的AC/DC要求

图 19 Class B关于I/O的DC属性

3.3 Class C

在Class C条件下工作时，UICC的电气特性应该满足以下要求：

图 20 Class C电源电压范围

图 21 Class C RST正常工作条件下电气属性

图 22 Class C关于CLK的AC/DC要求

图 23 Class C关于I/O的DC属性

3.4 电路设计注意事项

SIM卡电路设计时应该遵循以下准则：
 SIM卡电路尽量靠近SIM卡模块或主芯片，保证二者之间的走线距离尽量短（在最长允许的距离范围内）；
 SIM卡信号应远离RF和电源信号；
 SIM卡的地线、电源线应该短而粗，地线应直连至地平面，电源上的去耦电容距离SIM卡电源管脚尽量近，容值满足要求；
 SIM卡的CLK和I/O信号应该尽量远离，两信号之间需添加地线或接地铜皮进行隔离；
 SIM卡的各个信号应该添加ESD防护；
 SIM卡的与SIM卡模块或主芯片的信号之间应该添加串阻，如33ohm，以改善信号质量；

参考：
 360图书馆——解读SIM卡、USIM卡、UICC卡、eSIM卡的区别；
 知乎——移动终端中的USIM、UICC及SIM；
 CDSN——UICC，USIM卡与SIM的区别；
 百度百科——eSIM卡；
 GeMalto——What is a UICC and how is it different from a SIM card?
 WIKIPEDIA——Universal integrated circuit card；
 ISO7816-1/2/3/4；
 ETSI TS 102 221 V11.0.0；