汽車(chē)無(wú)源防盜系統的方案設計及考慮事項解析

　　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?！跋滦墟溌贰眻?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。