極具成本效益的磁卡讀卡器設計

　　通過磁性圖案存儲信息的技術最早出現在音頻記錄領域。從那以后，這個概念已被擴展應用于許多不同產品，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據的數字邏輯外還要求很重要的模擬電路。在磁卡上記錄數據是數字化的過程，通過沿著磁條長度磁化粒子完成。而成功讀取磁卡具有相當大的挑戰性，因為在實際應用中傳感器信號的幅度會隨著劃卡速度、磁卡質量和讀卡磁頭的靈敏度而變化。此外，頻率也會隨著劃卡速度變化而變化。這就要求模擬電路能夠適應這種變化，無失真地處理傳感器信號。本文將介紹如何處理傳感器信號變化的機制。

　　磁性與磁卡

　　為了理解劃卡速度、磁卡質量和傳感器靈敏度的影響，了解信息是如何存儲在卡上的以及如何被讀卡頭檢測出來很重要。在磁性存儲系統中，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，或者因以前沒有受到特定方向磁場的照射而處于隨機方向。然而，如果施加一定的外部磁場，磁條上的顆粒將按照外部磁場排列方向。

　　圖1：在外部磁場的影響下磁化材料按特定方向排列

　　在實用化系統中需要用到一個寫入磁頭，它其實就是繞在磁心上的一個線圈。通過控制線圈中的電流方向可以很容易編程磁場方向。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據密度就越高。

　　在F2F編碼機制中，如果在比特周期內發生磁極轉換，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，而磁極轉換發生在Δ/2處，那么這個比特就是邏輯1，否則就是邏輯0.注意，邏輯1和邏輯0在磁卡上占據的長度是相同的。不過比特周期Δ會隨劃卡速度而變化，這個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編碼機制

　　圖3：磁極圖案和數據

　　值得注意的是，比特周期長度對邏輯1和邏輯0來說都是相同的。

　　根據信息量的多少，數據將被編碼在不同的行，這個行被稱為磁道。一個磁卡上最多可以有3條磁道。

　　圖4：磁卡上的磁道

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

　　圖5：讀卡頭（傳感器）信號

　　信號在每次磁通量轉換時出現峰值。這是因為在磁極邊緣具有高密度的磁通量。正如你看到的那樣，信息是用信號峰值的位置表示的。峰值檢測器電路可以解碼這個信號，或者使用閾值非常接近信號峰值的磁滯比較器。不過在我們將這個信號交給檢測器電路之前，還需要進行額外的處理，原因如下：

　　劃卡速度：劃卡速度的單位規定為英寸/每秒（IPS）。一般來說，要求磁卡讀卡器能在5 IPS至50 IPS的劃卡速度范圍內正常工作。傳感器信號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，因此信號幅度會變大。與之相反，當劃卡速度變慢時，信號幅度將降低，從而增加數據讀取的難度。

　　磁卡質量：隨著時間的推移以及使用量的增加，卡的質量將隨著磁場強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的幅度。