無(wú)源汽車(chē)防盜系統設計與安全性的考慮事項

　　引言

　　多年來(lái)，消費者已習慣于依賴(lài)無(wú)源汽車(chē)防盜系統提供的便利性和加強的安全性。這種系統由駕駛員隨身攜帶的密鑰卡 (key fob) 與安裝在汽車(chē)里的基站組成。兩者協(xié)同工作，可判斷駕駛員是否有權啟動(dòng)汽車(chē);而更重要的是，系統能夠阻止非法用戶(hù)使用汽車(chē)。雖然表面看來(lái)汽車(chē)防盜器的功能性很簡(jiǎn)單，但其基本實(shí)現技術(shù)卻十分復雜有趣。本文探討了汽車(chē)防盜器的硬件和軟件問(wèn)題，并就設計和安全性方面的考慮事項給出了頗值得關(guān)注的評述。

　　通信

　　目前在無(wú)源汽車(chē)防盜系統中，密鑰卡與汽車(chē)之間的主要通信方法是利用調制磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)由汽車(chē)的防盜器基站從低頻 (一般為125 kHz) 交流電產(chǎn)生。該磁場(chǎng)的主要用途有三個(gè)：A) 密鑰卡的能量來(lái)源，故有“無(wú)源” (passive) 之稱(chēng);B) 從基站向密鑰卡 (即“下行鏈路”) 傳輸信息的載波;C) 從密鑰卡向基站 (即“上行鏈路”)傳輸信息的載波。

　　由于汽車(chē)防盜系統需要完全無(wú)源 (如無(wú)電池) 地工作，所以密鑰卡的磁場(chǎng)特性特別適合這種應用。“下行鏈路”場(chǎng)檢測和“上行鏈路”場(chǎng)調制都可以利用耗電量極小的電路來(lái)實(shí)現。此外，利用飽和磁場(chǎng)的場(chǎng)能來(lái)為密鑰卡中的這些電路供電比較容易實(shí)現。

　　在系統設計階段，必須仔細考慮一些關(guān)鍵的參數，比如密鑰卡的能量要求 (會(huì )影響到天線(xiàn)線(xiàn)圈的幾何形狀和驅動(dòng)電平)，以及驗證過(guò)程的安全性 (對響應時(shí)間有直接的影響)。下面將逐一對此進(jìn)行詳細闡述。

　　系統接口

　　汽車(chē)防盜器的系統架構分為若干提取層，其中每一層代表不同的系統接口。圖1所示為這些分層的直觀(guān)表示。

　　圖1 汽車(chē)防盜器接口分層

　　物理層

　　汽車(chē)防盜系統的最底層是物理層，包含一個(gè)安裝在車(chē)上的天線(xiàn)線(xiàn)圈，能夠產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)，讓安裝在用戶(hù)密鑰卡中的天線(xiàn)線(xiàn)圈檢測與調制得到。

　　磁場(chǎng)產(chǎn)生與調制

　　根據磁場(chǎng)支持數據傳輸的方式不同，汽車(chē)防盜系統可分為兩類(lèi)：半雙工和全雙工。在半雙工系統中，車(chē)載天線(xiàn)線(xiàn)圈在能量傳輸和數據傳輸周期之間更替，而數據調制采用頻移鍵控 (FSK) 方式。這種通信方法的圖解如圖2所示。從圖2可明顯看出兩點(diǎn)：其一，由于需要反復執行能量傳輸，如為密鑰卡充電，數據傳輸率大打折扣;其二，相比能量傳輸期間的磁場(chǎng)，被調制信號極小，因此其更容易受到周?chē)h(huán)境噪聲的干擾，導致傳輸距離減小。這些特性使得半雙工系統逐漸式微。

　　目前主要使用的是全雙工系統。在這種系統中，車(chē)載天線(xiàn)線(xiàn)圈同步執行能量傳輸和數據傳輸，而數據調制采用幅移鍵控 (ASK) 方式。圖3所示為這種通信方法的圖解。顯然，由于能夠同步進(jìn)行數據傳輸和密鑰卡供能或充電，這種方法的數據傳輸率大大優(yōu)于半雙工系統。而且，恒定的載波場(chǎng)往往還可以屏蔽掉干擾，在數據傳輸期間確保通信的穩健可靠。此外，這種方案可以采用簡(jiǎn)單的包絡(luò )檢波電路來(lái)實(shí)現。鑒于目前市面上全雙工汽車(chē)防盜系統的流行，下面將專(zhuān)門(mén)討論這類(lèi)系統。

　　系統接口：邏輯層

　　物理層上面是邏輯層。這一層涉及磁場(chǎng)上數據傳輸和編碼的特性及要求。它適用于從汽車(chē)到密鑰卡 (通常被稱(chēng)為“下行鏈路”)，以及從密鑰卡到汽車(chē)的雙向數據傳輸 (被稱(chēng)為“上行鏈路”)。

　　下行鏈路

　　下行鏈路的信息采用脈沖長(cháng)度調制方法：一般是二進(jìn)制脈沖長(cháng)度調制 (BPLM) 或 Quad 脈沖長(cháng)度調制 (QPLM))來(lái)進(jìn)行編碼。這種方法基于插入一個(gè)長(cháng)度固定的載波場(chǎng)時(shí)隙“Tgap”，并設置時(shí)隙到時(shí)隙的時(shí)間間隔，以預先確定次數：T0 對應于邏輯“0”，T1 對應于邏輯“1”。這種方案的好處是它把從汽車(chē)到密鑰卡的能量傳輸嵌入到數據編碼中，并確保密鑰卡有足夠的供能用于處理被編碼的數據。不過(guò)，這種編碼方法也有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是數據傳輸波特率必須依賴(lài)于正在發(fā)送的數據位流的邏輯值，因為每一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)的傳輸時(shí)間都是不同的。圖4給出了這種編碼方法的更詳盡的圖解。

　　圖4 BPLM編碼方法