極具成本效益的磁卡讀卡器設(shè)計(jì)

　　通過磁性圖案存儲(chǔ)信息的技術(shù)最早出現(xiàn)在音頻記錄領(lǐng)域。從那以后，這個(gè)概念已被擴(kuò)展應(yīng)用于許多不同產(chǎn)品，如軟盤、音頻/視頻磁帶、硬盤以及磁條卡。本文將主要討論在全球金融交易和門禁控制中得到廣泛使用的磁條卡。

　　讀取磁條卡除了需要解碼數(shù)據(jù)的數(shù)字邏輯外還要求很重要的模擬電路。在磁卡上記錄數(shù)據(jù)是數(shù)字化的過程，通過沿著磁條長(zhǎng)度磁化粒子完成。而成功讀取磁卡具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中傳感器信號(hào)的幅度會(huì)隨著劃卡速度、磁卡質(zhì)量和讀卡磁頭的靈敏度而變化。此外，頻率也會(huì)隨著劃卡速度變化而變化。這就要求模擬電路能夠適應(yīng)這種變化，無(wú)失真地處理傳感器信號(hào)。本文將介紹如何處理傳感器信號(hào)變化的機(jī)制。

　　磁性與磁卡

　　為了理解劃卡速度、磁卡質(zhì)量和傳感器靈敏度的影響，了解信息是如何存儲(chǔ)在卡上的以及如何被讀卡頭檢測(cè)出來(lái)很重要。在磁性存儲(chǔ)系統(tǒng)中，信息用諸如氧化鐵等磁化材料上的極性圖案表示。圖1顯示了涂覆在磁化材料上的磁條。磁化材料上的顆粒可能處于某種特定的排列方向，或者因以前沒有受到特定方向磁場(chǎng)的照射而處于隨機(jī)方向。然而，如果施加一定的外部磁場(chǎng)，磁條上的顆粒將按照外部磁場(chǎng)排列方向。

　　圖1：在外部磁場(chǎng)的影響下磁化材料按特定方向排列

　　在實(shí)用化系統(tǒng)中需要用到一個(gè)寫入磁頭，它其實(shí)就是繞在磁心上的一個(gè)線圈。通過控制線圈中的電流方向可以很容易編程磁場(chǎng)方向。這有助于在磁卡上形成南北極圖案。磁極之間的空隙越窄，磁卡上能夠編程的數(shù)據(jù)密度就越高。

　　在F2F編碼機(jī)制中，如果在比特周期內(nèi)發(fā)生磁極轉(zhuǎn)換，那就代表邏輯1，否則代表邏輯0.例如圖3所示，如果比特周期是Δ，而磁極轉(zhuǎn)換發(fā)生在Δ/2處，那么這個(gè)比特就是邏輯1，否則就是邏輯0.注意，邏輯1和邏輯0在磁卡上占據(jù)的長(zhǎng)度是相同的。不過比特周期Δ會(huì)隨劃卡速度而變化，這個(gè)問題在讀卡中必須加以解決。

　　圖2：用電磁體磁化磁條表示邏輯1和邏輯0，其中用到了F2F編碼機(jī)制

　　圖3：磁極圖案和數(shù)據(jù)

　　值得注意的是，比特周期長(zhǎng)度對(duì)邏輯1和邏輯0來(lái)說都是相同的。

　　根據(jù)信息量的多少，數(shù)據(jù)將被編碼在不同的行，這個(gè)行被稱為磁道。一個(gè)磁卡上最多可以有3條磁道。

　　圖4：磁卡上的磁道

　　讀過程正好相反，它需要使用一個(gè)結(jié)構(gòu)上與圖2所示的線圈-磁芯相同的讀卡頭。需要注意的是，每個(gè)磁道要有一個(gè)傳感器。在劃卡時(shí)，源自磁條的磁場(chǎng)將在讀卡頭線圈中感應(yīng)出電壓。圖5顯示了從讀卡頭得到的波形。

　　圖5：讀卡頭（傳感器）信號(hào)

　　信號(hào)在每次磁通量轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)峰值。這是因?yàn)樵诖艠O邊緣具有高密度的磁通量。正如你看到的那樣，信息是用信號(hào)峰值的位置表示的。峰值檢測(cè)器電路可以解碼這個(gè)信號(hào)，或者使用閾值非常接近信號(hào)峰值的磁滯比較器。不過在我們將這個(gè)信號(hào)交給檢測(cè)器電路之前，還需要進(jìn)行額外的處理，原因如下：

　　劃卡速度：劃卡速度的單位規(guī)定為英寸/每秒（IPS）。一般來(lái)說，要求磁卡讀卡器能在5 IPS至50 IPS的劃卡速度范圍內(nèi)正常工作。傳感器信號(hào)的幅度隨劃卡速度變化而變化。劃卡速度增加，讀卡頭中的線圈切割的磁通量變化速度也增加，因此信號(hào)幅度會(huì)變大。與之相反，當(dāng)劃卡速度變慢時(shí)，信號(hào)幅度將降低，從而增加數(shù)據(jù)讀取的難度。

　　磁卡質(zhì)量：隨著時(shí)間的推移以及使用量的增加，卡的質(zhì)量將隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的降低以及由于磁卡上的灰塵與刮擦而引起的失真加大而下降。這些因素綜合在一起將降低傳感器信號(hào)的幅度。