CN103117720A

CN103117720A - 一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法

Info

Publication number: CN103117720A
Application number: CN2013100159579A
Authority: CN
Inventors: 刘新宁; 王镇; 瞿晓; 奚锦程; 刘淦; 成世祺
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明公开了一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法，该方法包括以下步骤：1）可控放大电路接收经过前级阻抗匹配的磁卡模拟信号，磁卡时钟零时，默认使用最大增益档位，将波形进行放大，输出给后级峰值检测电路；2）峰值检测电路检测到放大后的波形，若峰值超过高电压限值，则调低一级增益放大档位，若峰值低于低电压限值，则调高一级增益放大档位；3）后一个波形的放大采用上一波形调整好的增益档位，放大后再进行步骤2）中的峰值检测与档位调整；4）调整增益档位的同时调整后级的密勒电容值以适应电路协调工作。本发明可以实现磁卡读出的模拟信号的准确地转化为数字信号。

Description

一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种磁卡读卡芯片中自适应增益控制方法。

背景技术

磁卡技术

如今，磁卡技术已经应用到人们生活的方方面面。磁卡使用方便，造价便宜，用途极为广泛，可用于制作信用卡、银行卡、地铁卡、公交卡、门票卡、电话卡；电子游戏卡、车票、机票以及各种交通收费卡等。今天在许多场合我们都会用到磁卡，如在食堂就餐，在商场购物，乘公共汽车，打电话等等。

磁卡是一种磁记录介质卡片。它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成,能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。

磁卡记录信息原理是，磁卡随着电流的变化被磁头不同程度地磁化，如果电流信号（或者说磁场强度）按正弦规律变化，那么磁卡上的剩余磁通也同样按正弦规律变化，记录信号就以正弦变化的剩磁形式记录，贮存在磁卡上。磁卡上面剩余磁感应强度Br在磁卡工作过程中起着决定性的作用。磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头，磁卡的的外部磁力线切割线圈，在线圈中产生感应电动势，从而传输了被记录的信号。

磁条读卡器

配合磁卡应用的设备，称为磁卡读写设备。通常名称有：磁条读写器、磁卡读写器、读卡器等。

磁卡读卡器中最重要的部分便是读卡芯片。磁头将磁条中记录的数据信息以模拟信号的形式读出，传输给读卡芯片，芯片内部识别模拟信号，转化为数字信号，之后进行解码，读出磁条信息，进行进一步的加密、传输。在读卡芯片中使用自适应增益控制技术（AGC）将使读卡效率更高。

以往的磁卡读卡电路中，由于没有使用自动增益控制技术，因此在读卡磁头磨损较严重或磁卡磁性淡化时，难以正确读取磁卡数据。

发明内容

本发明提供了一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法，解决了由于磁卡上磁条的磨损，磁性弱化，局部磁特性破坏以及磁头的磨损，刷卡方式的不当等因素，使得磁头输出的模拟电压信号呈现不规则的幅度不均匀现象，避免了在进行模拟数字转化时，容易出现转化错误，影响后级解码电路。

本发明采用的技术方案为：一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法，该方法包括以下步骤：

1）可控放大电路接收经过前级阻抗匹配的磁卡模拟信号，磁卡时钟零时，默认使用最大增益档位，将波形进行放大，输出给后级峰值检测电路。

2）峰值检测电路检测到放大后的波形，若峰值超过高电压限值，则调低一级增益放大档位，若峰值低于低电压限值，则调高一级增益放大档位。

3）后一个波形的放大采用上一波形调整好的增益档位，放大后再进行步骤2）中的峰值检测与档位调整。

4）调整增益档位的同时调整后级的密勒电容值以适应电路协调工作。

作为优选，所述方法采用档位调整方式进行增益控制。所述的档位调整电路分为多档，以使放大后的波形峰值适应性地控制在高电压限值与低电压限值之间。

作为优选，所述磁卡时钟零用来产生适合磁卡信号的阻抗匹配的档位和运放放大倍数的档位，后面有效数据位的运放增益档位是由数字处理电路结合上一个数据波形的档位和波形信息产生的，即数字处理电路根据某位数据波形信息预测下一位数据的电压增益。

本发明的有益效果：通过该自适应增益控制电路，前级信号将被允许有较大的动态范围，且较大的噪声信号也可以被及时的识别出，并不会被当做有用信号。应用本发明的读卡芯片，相对于现有读卡芯片，有如下优势：（1）具有超宽的读卡范围，能解读ISO7811标准幅度为30%-200%的卡片，能实现磁卡幅度的自适应调整；（2）即使磁头已有相当程度的磨损，但还能正确读取数据。（3）抗干扰能力更强，前级阻抗匹配网络与可控放大器输入阻抗相匹配，且峰值检测中引入噪声检测机制，会使读卡芯片的抗干扰能么更强。（4）本发明可以适应采用硬件解码电路而非软解码电路，所以可以一边自适应，一边解码，实现快速读卡。（5）自适应增益控制电路精巧简单，易于电路实现。因此在读卡芯片中，本发明的自适应增益控制电路的使用将会使读卡芯片具有更高的读取性能。

附图说明

图1是磁卡读卡器刷卡磁头图；

图2是磁卡读卡芯片自适应增益控制电路框架图；

图3是本发明方案自适应增益调整流程图；

图4是本发明方案电压自适应调整原理示意图；

图5是本发明方案中自适应增益控制电路功能图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明适合于磁卡读卡芯片的电路设计，配合其他电路的使用，可以实现对磁卡数据的准确读取。

如图1所示，磁卡读卡器是用来阅读文件上的磁条信息的比如信用卡。当信用卡按照ISO7810/7811标准编码时，刷卡过后，读卡器磁头可以读取1,2或者3轨道的数据。1,2,3轨道的数据通常包括账号数字，账号持有人姓名，和卡的信用期限。除了解码储存的数据，读卡器也可以提取出磁条的磁指纹。

磁卡读卡器磁头从磁条中读出的数据，通常是模拟差分信号形式，这些模拟信号装换为数字信号后，可以包含有账户数据，用户名，截止期限，磁指纹等。解出的数字信号在读卡器中可以被存储、加密、传输等操作。

如图2所示，在读卡器系统中，读卡磁头将磁条中信息读出，形成模拟差分信号，经过适当的阻抗匹配网络后，传输给增益可调放大器，峰值检测电路检测经放大后的信号峰值，由增益控制单元判别幅度过高或过低，进一步控制增益可调放大器的增益档位，使放大器输出稳定的波形给后级解码电路。

在具体实施例中，图1所示的磁头产生模拟信号后，需要经过阻抗匹配网络进行阻抗的匹配，由于后级增益可调放大器的输入阻抗是随增益档位的调整而不断变化的，因此更要有阻抗匹配网络的适配，此外，磁卡输出信号为小信号，很容易被噪声淹没，因此合适的阻抗匹配网络使信号跟能以最大的功率传输到后级。阻抗匹配网络可以由抽头电阻形式实现。

增益可调放大器受数字增益控制单元控制，在本实施例中，增益实行分档位控制，具体是通过调整运算放大器输入电阻和反馈电阻阻值比值的调整实现。反馈增益放大倍数从6倍到180倍，共分19档，每档的增益梯度均匀，约为1.2，实现了30dB的动态范围调整。可以读取ISO7811标志中幅度为20%到200%的磁卡。磁卡读取的信号为小信号，在经增益可调放大器放大后，送入后续模数转换和解码电路。并且信号进过关键环节——闭环反馈式增益控制电路，首先进行峰值检测，并将检测结果送入增益控制单元，在进过控制单元判别后，选择适合的档位值，以数字形式控制运算放大器输入电阻和反馈电阻阻值比值。同时需要调整增益可调放大器输出端密勒电容值，以适配不同增益档位下的放大器截止带宽等特性。

具体实现流程如图3，流程图显示了刷卡过程，从起始的前导零训练序列调整适合的增益档位，后续进行自适应调整，使输出波形幅度稳定。可控放大电路接收经过前级阻抗匹配的磁卡模拟信号，磁卡时钟零时，默认使用最大增益档位，将模拟信号前几轮训练波形进行放大，输出给后级峰值检测电路。峰值检测电路检测到放大后的波形，若峰值V超过高电压限值Vhigh，则调低一级增益放大档位，若峰值V低于低电压限值Vlow，则调高一级增益放大档位，若刚好在高电压限值和低电压限值之间，则保持增益档位不变。如图4所示，Vcom是基准电压值，在本实施例中，Vcom典型值为1.2v，V1为判定是否为噪声的阈值电压，若经放大后的信号低于V1值，则说明该信号为噪声，不予理会。Vlow为动态调整范围最低电压值，Vup为动态调整范围最低电压值，Vlow到Vup之间为峰值电压动态调整范围，波形1为自适应后的稳定波形，波形2为幅度过小波形，波形3为幅度过大波形。经过几个训练波形周期，使可调增益放大器达到最佳适合档位，后一个波形的放大采用上一波形调整好的增益档位，并不断地进行峰值检测、反馈、调整，进行有用数据的信号的放大，输出幅值稳定的放大波形。调整增益档位的同时调整后级的密勒电容值以适应电路协调工作。自适应增益控制将不断进行，直到一次读卡结束。电压参数调整可以根据实际应用而不同。

图5所示为本发明方案中自适应增益控制电路功能实现效果图，读卡磁头输出幅度不规整的模拟磁信号，经自适应增益控制电路后输出放大的稳定幅度波形。

通过该自适应增益控制电路，前级信号将被允许有较大的动态范围，且较大的噪声信号也可以被及时的识别出，并不会被当做有用信号。因此本实施例中磁卡读卡器将有一下有点：具有超宽的读卡范围，能解读ISO7811标准幅度为30%-200%的卡片，能实现磁卡幅度的自适应调整；即使磁头已有相当程度的磨损，但还能正确读取数据。抗干扰能力更强，前级阻抗匹配网络与可控放大器输入阻抗相匹配，且峰值检测中引入噪声检测机制，会使读卡芯片的抗干扰能么更强。本发明可以适应采用硬件解码电路而非软解码电路，所以可以一边自适应，一边解码，实现快速读卡。因此在读卡芯片中，本发明的自适应增益控制电路的使用将会使读卡芯片具有更高的读取性能，同时自适应增益控制电路精巧简单，易于电路实现。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）可控放大电路接收经过前级阻抗匹配的磁卡模拟信号，磁卡时钟零时，默认使用最大增益档位，将波形进行放大，输出给后级峰值检测电路；

2）峰值检测电路检测到放大后的波形，若峰值超过高电压限值，则调低一级增益放大档位，若峰值低于低电压限值，则调高一级增益放大档位；

3）后一个波形的放大采用上一波形调整好的增益档位，放大后再进行步骤2）中的峰值检测与档位调整；

2.根据权利要求1所述的一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法，其特征在于：所述方法采用档位调整方式进行增益控制，所述的档位调整电路分为多档，以使放大后的波形峰值适应性地控制在高电压限值与低电压限值之间。

3.根据权利要求1所述的一种磁卡解码芯片中自适应控制增益的方法，其特征在于：所述磁卡时钟零用来产生适合磁卡信号的阻抗匹配的档位和运放放大倍数的档位，后面有效数据位的运放增益档位是由数字处理电路结合上一个数据波形的档位和波形信息产生的，即数字处理电路根据某位数据波形信息预测下一位数据的电压增益。