遙控門(mén)禁(RKE)的設計要求

遙控門(mén)禁(RKE)系統已經(jīng)備受用戶(hù)的青睞，北美80%以上、歐洲70%以上的新車(chē)均安裝了RKE系統。除了顯而易見(jiàn)的便捷性，RKE用于開(kāi)啟汽車(chē)制動(dòng)裝置的技術(shù)還具有防盜作用。歐洲汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商與保險公司合作，要求購置汽車(chē)保險時(shí)汽車(chē)要安裝RKE系統。德國已開(kāi)始推行這一政策，預計在幾年內會(huì )擴展到整個(gè)歐洲。

大多數RKE系統采用單向(單工)通信，但第二代、第三代RKE系統將提供返回到鑰匙的逆向通信雙工操作，可以通知車(chē)主需要加油或需要增加左前輪胎壓。

RKE系統包括鑰匙扣(或鑰匙)中的一個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器，它向安裝在車(chē)內的接收器發(fā)出一串短脈沖數子信號，信號經(jīng)過(guò)解碼，通過(guò)接收器控制傳動(dòng)機構，打開(kāi)或關(guān)閉車(chē)門(mén)或行李箱。在美國和日本該無(wú)線(xiàn)載波頻率為315MHz，歐洲則使用433.92MHz (ISM頻段)。日本的RKE系統采用頻移鍵控FSK調制，其他絕大部分國家則采用幅移鍵控ASK調制，它的載波幅度調制在兩個(gè)電平。為了減小功耗，通常取低電平接近于0，于是產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)調制。

RKE系統說(shuō)明和設計目標

典型的RKE系統(圖1)是在鑰匙扣或鑰匙上安裝一個(gè)微控制器。對于汽車(chē)而言，按下控制裝置一個(gè)按鈕，將喚醒微控制器。微控制器向鑰匙的射頻發(fā)射器送出一串64位或128位的數據流，經(jīng)過(guò)載波調制，用簡(jiǎn)單的環(huán)狀印制板天線(xiàn)(雖然效率不高，但環(huán)狀天線(xiàn)可以設置在PCB上，造價(jià)低廉，使用廣泛)輻射出去，實(shí)施開(kāi)鎖操作。

在車(chē)輛中，射頻接收器捕捉到發(fā)射數據，并直接將它傳到另一個(gè)微控制器，完成解碼后發(fā)出正確的控制信息，以啟動(dòng)引擎或打開(kāi)車(chē)門(mén)。具有多個(gè)按鈕的鑰匙控制器還可以選擇打開(kāi)駕駛門(mén)、全部車(chē)門(mén)或行李箱等。

數據流以2.4kbps至20kbps速率發(fā)射，通常由以下字段組成：前導碼、操作碼、校驗位和"滾動(dòng)碼"，滾動(dòng)碼在每次使用后會(huì )修改自身數值，以保證車(chē)輛的安全性。如果沒(méi)有滾動(dòng)碼，發(fā)送的信號可能會(huì )意外地開(kāi)啟另一車(chē)輛，或由于發(fā)射碼每小偷盜取，然后用它開(kāi)啟車(chē)輛。

有幾個(gè)主要目標支配著(zhù)RKE系統的設計。與所有大批量生產(chǎn)的汽車(chē)零部件一樣，它們都必須具備低成本和高可靠性。發(fā)射機和接收機都應該消耗最小功率，因為更換鑰匙控制器的電池非常麻煩，為汽車(chē)電池充電更為復雜。RKE系統設計人員一方面要關(guān)注這些要求，另一方面還必須確保一定的接收靈敏度、載波容限以及其它技術(shù)參數，在滿(mǎn)足低成本、小電流限制的情況下，實(shí)現最大的發(fā)射范圍。

其它的限制包括：當地對近距離通信設備的管理規定，例如美國的FCC規定。近距離通信設備不需要申請許可證，但產(chǎn)品本身受各國的不同法律和規則制約。對于美國，相關(guān)管理文件是聯(lián)邦政府管理條例(CFR)，標題47的第15部分，它覆蓋了260MHz至470MHz波段(15.231節)和902MHz至928MHz波段(15.249節)

以下提供了一些FCC標準對RKE設計的限制。

按照15.231節規定，允許設備發(fā)射命令或控制信號、 ID碼，允許在緊急情況下發(fā)射無(wú)線(xiàn)控制信號，但不能是聲音或圖像信號、玩具控制信號或連續數據。

傳輸時(shí)間不能超過(guò)5秒;只有當重復傳輸頻率低于每小時(shí)一次時(shí)，才允許固定間隔、持續時(shí)間可以達到1秒(最長(cháng))的發(fā)射周期。

發(fā)射天線(xiàn)三米以?xún)鹊淖畲髨?chǎng)強在3750μV/m到12500μV/m以?xún)?，線(xiàn)性正比于基頻頻率(260至470MHz)。

頻帶內下降20dB的頻偏不超過(guò)中心頻率的0.25%;雜散輻射應該比基頻信號的增益衰減20dB。

以下各部分詳細探討與RKE系統設計相關(guān)的問(wèn)題，先從載波頻率的產(chǎn)生開(kāi)始。

載波發(fā)生器

第一代RKE電路使用了聲表面波(SAW)器件產(chǎn)生發(fā)射器的RF載波和接收器的本振(LO)。不幸的是，SAW器件初始頻率的不確定性至少為±100kHz，并且隨溫度變化其頻率穩定性相對較差。在接收端，如果IF通帶過(guò)寬，則在接收載波時(shí)會(huì )收到過(guò)多的噪聲，從而限制了汽車(chē)響應鑰匙控制信號的距離。

目前可以代替SAW器件的方案是選擇基于晶體的鎖相環(huán)(PLL)。PLL的使用主要源自日益嚴格的RF輻射規則，尤其是在歐洲和日本。使用晶振PLL的發(fā)射器比使用SAW諧振器的發(fā)射器價(jià)格略微貴一點(diǎn)，但精度一般提高十倍。因此接收器具有較窄的IF帶寬，由于提高了SNR，可以提高發(fā)射距離。

早期的SAW器件設計工作在帶寬為1.74MHz的433MHz頻段(433.05MHz至434.79MHz)的中點(diǎn)，以保證在工藝和溫度變化時(shí)保證系統的可靠性。因此，對標稱(chēng)載波頻率為433MHz的應用，現在頻率是433.92MHz，于是必須根據這一頻率選擇PLL晶體。