掏出付款卡,貼在刷卡機上,嗶!卡還在,錢沒……這樣熟悉的感覺真是一言難盡。那麼問題來,隻是一次貼貼,刷卡機是怎麼把錢扣走的呢?
1、RFID 與非接觸式 IC 卡
為講清楚其中的原理,我們首先要熟悉兩個詞:無線射頻識別 (RFID) 與非接觸式 IC 卡。是不是突然高 (ting) 科 (bu) 技 (dong)?
其實,這兩個概念並不難理解。顧名思義,無線射頻識別 (RFID) 就是通過發射接收無線電來實現對象識別的技術。其主要目的,就是刷卡機要準確識別這是誰的卡,並扣除對應卡裡面的錢。畢竟“沒買東西,錢沒”的事情想想就可怕。如何實現的呢?上圖!
這幅圖就是最簡易的無線射電識別系統的示意。可見,一個 RFID 系統可以分為四個部分:
(1)電子標簽:也就是圖中的 IC 芯片,存儲標志身份的信息;
(2)天線:負責發送或者接收電磁波,實現通訊;
(3)讀寫器:在刷卡模型下就是讀卡器,負責將接收的信號傳給電腦等軟件端;
(4)應用軟件:負責悄咪咪地告訴你錢沒!
講到這裡,一定有小夥伴要問,卡是怎麼聽到來自讀卡器天線的呼喚的呢?又是怎麼回復的呢?這就要我們進入 IC 卡的內部世界!
非接觸式 IC 卡又稱射頻卡,其分層的結構可以看作兩側的卡殼以及中間的電路結構。如果粗略地看,電路結構可以看作一圈天線和 IC 芯片。然而盲生發現華點,那就是這個卡既然要回復消息,但是能量從何而來?不會還要使用者給卡充電吧?答案當然是不用的。下圖所示是對於接收回復電磁波的過程的細節示意:
由於電磁波從讀卡器端的天線發射出來時是攜帶著能量的。當這個電磁波的頻率與 IC 卡內的 LC 振蕩電路的固有頻率匹配時,就會發生共振,LC 振蕩電路就會吸收部分電磁波的能量,並在電容 1 兩端積累電荷。電容的另一側連有單向電子泵,也就是電子隻會從電容 1 流向泵另一側的電容 2,不會回流。這樣一來,隨著電磁波源源不斷帶來能量,電容 2 兩端就會積累起越來越多的電荷。根據下式:
由於電容恒定,當電荷 Q 增多,電壓 U 就會相應升高,直到達到一個可以啟動發射單元的電壓閾值,IC 卡就向著讀卡器回復信號。
2、其他種類的 IC 卡
看非接觸式 IC 卡的原理,大傢可能對接觸式 IC 卡的樣子好奇。以及,我們常見的 IC 卡該怎麼區分是接觸式還是非接觸式呢?別急,解讀這就開始!
上圖是接觸式 IC 卡的封裝示意,看到左上角這個觸點的樣子,可能很多讀者都想說:“原來是它!”沒錯,觸點正是在我們常見的一些銀行卡等暴露在外的金屬片上,放大後大概長這樣。
顧名思義,接觸式 IC 卡是通過物理接觸實現電路連接的,因此這些觸點就是連接讀卡器的重要接口。別小看這幾個觸點,它們分工明確!C1~C3 觸點分別負責連接電源 (VCC)、復位 (RST)、引入時鐘信號 (CLK),而 C5~C7 則分別負責接地 (GND)、接編程電壓 (不使用時作為常閉觸點 N.C.)、輸入輸出 (I / O)。按照 ISO / IEC7816-2 標準,觸點一般不超過 8 個,然而 C4 和 C8 未被特定指派任務,所以有的卡片隻有 6 個觸點。
如果看內部構造,觸點被安排在電極膜片上,下面連接著半導體芯片。
由於接觸式 IC 卡采用物理接觸,觸點暴露在外,所以容易出現接觸不良的問題。但是,由於不需要無線傳遞信號,卡片以及相應的讀卡機的電路更加簡單,成本也更低。簡單講,接觸式 IC 卡更適用於用卡次數不多以及環境不易腐蝕觸點的場所。而非接觸式 IC 卡適用於使用頻繁的情況。
一般來講,看到有這種沒有觸點的、完全封裝起來的卡片就是非接觸式的,常見的學子卡應該都是這一類。
此外,還有一種簡化版本的非接觸式 IC 卡,稱為 ID 卡。其特征是具有隻讀性。因此隻有在制卡時將一個卡號存在卡內,用於身份識別。其工作原理也是上面所說的無線射電識別,然而其工作頻率(多為低頻,125khz)與非接觸式 IC 卡(多為高頻,13.56Mhz)並不一樣,所以往往讀卡器不互通。ID 卡一般用在小區或者停車場的門禁系統,可以做成掛牌式的形狀。
再說說接觸式,一般的判定方法就是看看有沒有觸點,比如下面這張卡。
然而,事情沒那麼簡單,因為接觸式和非接觸式可以融合形成雙界面卡!
看過接觸式和非接觸式的構造,想必大傢一眼就看出:這就是融合怪!沒錯,不僅有暴露在表面的觸點,還有內部的線圈。看外表和接觸式沒什麼兩樣,所以基本沒什麼辦法僅通過外觀來判斷。要想推斷,可以看看怎麼刷卡。
一般隻要是插卡的,都是利用接觸式的電路,而在上面貼貼的,一般是非接觸式的。至於既可以插卡又可以貼貼,那就是雙界面卡~
3、磁條卡與復合卡
談到卡,就不得不提一提磁條卡。細心的讀者應該發現,上面所說的每一種 IC 卡都含有芯片,因此也稱為芯片卡。而磁條卡是用貼在卡片上的磁條來實現信息的讀寫的。
這種卡使用時需要讓磁條在讀卡器的卡槽中劃一下,這樣讀卡器的磁頭就會將磁條內的信息讀出來。
磁條是由可磁化材料組成的。如果需要向磁卡內存儲數據,刷卡時磁條以一定速度運動,讀卡器磁頭內線圈會通電,根據電流的磁效應產生磁場,將磁條對應的位置磁化。根據磁頭通電流的方向以及大小的不同,可以對於對應位置的磁條產生特定磁極方向以及強度的磁化。這樣,信息就被存儲在磁條內。讀卡的時候,卡同樣劃過,當磁條對應位置經過磁頭,其特定大小和方向的磁場就會在線圈內產生相應的感應電動勢,從而激發電信號,完成信息的讀取。
然而,曾經一個階段,銀行卡是磁條芯片復合卡,顧名思義就是既能刷卡也能插卡。然而,由於磁條卡的安全性、抗幹擾性、存儲量等都遠不如芯片卡,因此現在的銀行卡大都取消磁條的功能,甚至不再設置磁條。
看到這裡,是不是對手中的小小卡片刮目相看?無論刷、插還是貼貼,都是讀卡機與付款卡親切的問候~
當然,哪一種都離不開強大的電磁學!