掏出付款卡，

貼在刷卡機上，

嗶！卡還在，錢沒了 ……

這樣熟悉的感覺真是一言難盡。

那么問題來了，

只是一次貼貼，

刷卡機是怎么把錢扣走的呢？

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RFID 與非接觸式 IC 卡

為了講清楚其中的原理，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，這兩個概念并不難理解。顧名思義，無線射頻識別 ( RFID ) 就是通過發(fā)射接收無線電來實現(xiàn)對象識別的技術(shù)。其主要目的，就是刷卡機要準(zhǔn)確識別這是誰的卡，并扣除對應(yīng)卡里面的錢。畢竟 " 沒買東西，錢沒了 " 的事情想想就可怕。如何實現(xiàn)的呢？上圖！

圖 1 無線射電識別系統(tǒng)示意

這幅圖就是最簡易的無線射電識別系統(tǒng)的示意。可見，一個 RFID 系統(tǒng)可以分為四個部分：

（1）電子標(biāo)簽：也就是圖中的 IC 芯片，存儲了標(biāo)志身份的信息；

（2）天線：負(fù)責(zé)發(fā)送或者接收電磁波，實現(xiàn)通訊；

（3）讀寫器：在刷卡模型下就是讀卡器，負(fù)責(zé)將接收的信號傳給電腦等軟件端；

（4）應(yīng)用軟件：負(fù)責(zé)悄咪咪地告訴你錢沒了！

講到這里，一定有小伙伴要問了，卡是怎么聽到來自讀卡器天線的呼喚的呢？又是怎么回復(fù)的呢？這就要我們進入 IC 卡的內(nèi)部世界了！

圖 2 非接觸式 IC 卡結(jié)構(gòu)示意

非接觸式 IC 卡又稱射頻卡，其分層的結(jié)構(gòu)可以看作兩側(cè)的卡殼以及中間的電路結(jié)構(gòu)。如果粗略地看，電路結(jié)構(gòu)可以看作一圈天線和 IC 芯片。然而盲生發(fā)現(xiàn)了華點，那就是這個卡既然要回復(fù)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(dāng)然是不用的。下圖所示是對于接收回復(fù)電磁波的過程的細(xì)節(jié)示意：

圖 3 通信原理示意

由于電磁波從讀卡器端的天線發(fā)射出來時是攜帶著能量的。當(dāng)這個電磁波的頻率與 IC 卡內(nèi)的LC 振蕩電路的固有頻率匹配時，就會發(fā)生共振，LC 振蕩電路就會吸收部分電磁波的能量，并在電容 1 兩端積累電荷。電容的另一側(cè)連有單向電子泵，也就是電子只會從電容 1 流向泵另一側(cè)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(jù)下式：

由于電容恒定，當(dāng)電荷 Q 增多，電壓 U 就會相應(yīng)升高，直到達到一個可以啟動發(fā)射單元的電壓閾值，IC 卡就向著讀卡器回復(fù)信號了。

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其他種類的 IC 卡

看了非接觸式 IC 卡的原理，大家可能對接觸式 IC 卡的樣子好奇了。以及，我們常見的 IC 卡該怎么區(qū)分是接觸式還是非接觸式呢？別急，解讀這就開始！

圖 4 接觸式 IC 卡的封裝 | 圖源自 [ 1 ]

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，放大后大概長這樣。

圖 5 接觸式 IC 卡的觸點 | 圖源自 [ 1 ]

顧名思義，接觸式 IC 卡是通過物理接觸實現(xiàn)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(fù)責(zé)連接電源 ( VCC ) 、復(fù)位 ( RST ) 、引入時鐘信號 ( CLK ) ，而 C5~C7 則分別負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)，觸點一般不超過 8 個，然而 C4 和 C8 未被特定指派任務(wù)，所以有的卡片只有6 個觸點。

圖 6 六觸點式 IC 卡

如果看內(nèi)部構(gòu)造，觸點被安排在電極膜片上，下面連接著半導(dǎo)體芯片。

圖 7 接觸式 IC 卡內(nèi)部結(jié)構(gòu) | 圖源自 [ 5 ]

由于接觸式 IC 卡采用了物理接觸，觸點暴露在外，所以容易出現(xiàn)接觸不良的問題。但是，由于不需要無線傳遞信號，卡片以及相應(yīng)的讀卡機的電路更加簡單，成本也更低。簡單講，接觸式 IC 卡更適用于用卡次數(shù)不多以及環(huán)境不易腐蝕觸點的場所。而非接觸式 IC 卡適用于使用頻繁的情況。

圖 8 非接觸式 IC 卡

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(xué)子卡應(yīng)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。其特征是具有只讀性。因此只有在制卡時將一個卡號存在卡內(nèi)，用于身份識別。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）并不一樣，所以往往讀卡器不互通。ID 卡一般用在小區(qū)或者停車場的門禁系統(tǒng)，可以做成掛牌式的形狀。

圖 9 不同形狀的 ID 卡

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。

圖 10 接觸式 IC 卡

然而，事情沒那么簡單，因為接觸式和非接觸式可以融合形成雙界面卡！

圖 11 雙界面卡結(jié)構(gòu)示意

看過接觸式和非接觸式的構(gòu)造，想必大家一眼就看出：這就是融合怪！沒錯，不僅有暴露在表面的觸點，還有內(nèi)部的線圈。看外表和接觸式?jīng)]什么兩樣，所以基本沒什么辦法僅通過外觀來判斷。要想推斷，可以看看怎么刷卡。

圖 12 雙界面讀卡機

一般只要是插卡的，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。至于既可以插卡又可以貼貼，那就是雙界面卡了 ~

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磁條卡與復(fù)合卡

談到卡，就不得不提一提磁條卡。細(xì)心的讀者應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了，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(xiàn)信息的讀寫的。

圖 13 磁條卡實例

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(nèi)的信息讀出來了。

圖 14 磁條卡讀卡

磁條是由可磁化材料組成的。如果需要向磁卡內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，刷卡時磁條以一定速度運動，讀卡器磁頭內(nèi)線圈會通電，根據(jù)電流的磁效應(yīng)產(chǎn)生磁場，將磁條對應(yīng)的位置磁化。根據(jù)磁頭通電流的方向以及大小的不同，可以對于對應(yīng)位置的磁條產(chǎn)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(nèi)了。讀卡的時候，卡同樣劃過，當(dāng)磁條對應(yīng)位置經(jīng)過磁頭，其特定大小和方向的磁場就會在線圈內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢，從而激發(fā)電信號，完成信息的讀取。

圖 15 磁條芯片復(fù)合卡

然而，曾經(jīng)一個階段，銀行卡是磁條芯片復(fù)合卡，顧名思義就是既能刷卡也能插卡。然而，由于磁條卡的安全性、抗干擾性、存儲量等都遠(yuǎn)不如芯片卡，因此現(xiàn)在的銀行卡大都取消了磁條的功能，甚至不再設(shè)置磁條。

看到這里，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(dāng)然，哪一種都離不開

強大的電磁學(xué)

！