極具成本效益的磁卡讀卡器設(shè)計(jì)

　　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(pán)、音頻/視頻磁帶、硬盤(pán)以及磁條卡。本文將主要討論在全球金融交易和門(mén)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(guò)程，通過(guò)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?？赡芴幱谀撤N特定的排列方向，或者因以前沒(méi)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(xiě)入磁頭，它其實(shí)就是繞在磁心上的一個(gè)線圈。通過(guò)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(guò)比特周期Δ會(huì)隨劃卡速度而變化，這個(gè)問(wèn)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(shuō)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(chēng)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(guò)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(guò)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(shuō)，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。