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(多图) 一种极具成本效益的磁卡读卡器设计

Rajiv Badiger?? 2014年08月13日 ?? 收藏0
通过磁性图案存储信息的技术最早出现在音频记录领域。从那以后,这个概念已被扩展应用于许多不同产品,如软盘、音频/视频磁带、硬盘以及磁条卡。本文将主要讨论在全球金融交易和门禁控制中得到广泛使用的磁条卡。

读取磁条卡除了需要解码数据的数字逻辑外还要求很重要的模拟电路。在磁卡上记录数据是数字化的过程,通过沿着磁条长度磁化粒子完成。而成功读取磁卡具有相当大的挑战性,因为在实际应用中传感器信号的幅度会随着划卡速度、磁卡质量和读卡磁头的灵敏度而变化。此外,频率也会随着划卡速度变化而变化。这就要求模拟电路能够适应这种变化,无失真地处理传感器信号。本文将介绍如何处理传感器信号变化的机制。

磁性与磁卡

为了理解划卡速度、磁卡质量和传感器灵敏度的影响,了解信息是如何存储在卡上的以及如何被读卡头检测出来很重要。在磁性存储系统中,信息用诸如氧化铁等磁化材料上的极性图案表示。图1显示了涂覆在磁化材料上的磁条。磁化材料上的颗粒可能处于某种特定的排列方向,或者因以前没有受到特定方向磁场的照射而处于随机方向。然而,如果施加一定的外部磁场,磁条上的颗粒将按照外部磁场排列方向。

图1:在外部磁场的影响下磁化材料按特定方向排列。
图1:在外部磁场的影响下磁化材料按特定方向排列。

在实用化系统中需要用到一个写入磁头,它其实就是绕在磁心上的一个线圈。通过控制线圈中的电流方向可以很容易编程磁场方向。这有助于在磁卡上形成南北极图案。磁极之间的空隙越窄,磁卡上能够编程的数据密度就越高。

在F2F编码机制中,如果在比特周期内发生磁极转换,那就代表逻辑1,否则代表逻辑0。例如图3所示,如果比特周期是Δ,而磁极转换发生在Δ/2处,那么这个比特就是逻辑1,否则就是逻辑0。注意,逻辑1和逻辑0在磁卡上占据的长度是相同的。不过比特周期Δ会随划卡速度而变化,这个问题在读卡中必须加以解决。

图2:用电磁体磁化磁条表示逻辑1和逻辑0,其中用到了F2F编码机制
图2:用电磁体磁化磁条表示逻辑1和逻辑0,其中用到了F2F编码机制

图3:磁极图案和数据。
图3:磁极图案和数据。

值得注意的是,比特周期长度对逻辑1和逻辑0来说都是相同的。

根据信息量的多少,数据将被编码在不同的行,这个行被称为磁道。一个磁卡上最多可以有3条磁道。

图4:磁卡上的磁道。
图4:磁卡上的磁道。

读过程正好相反,它需要使用一个结构上与图2所示的线圈-磁芯相同的读卡头。需要注意的是,每个磁道要有一个传感器。在划卡时,源自磁条的磁场将在读卡头线圈中感应出电压。图5显示了从读卡头得到的波形。

图5:读卡头(传感器)信号。
图5:读卡头(传感器)信号。

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磁卡读卡器? 传感器? 磁滞比较器? ADC?

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