被動(dòng)門(mén)禁系統中RF設計

被動(dòng)門(mén)禁 (Passive Entry, PE)系統在汽車(chē)舒適度和安全性方面正在引領(lǐng)一個(gè)新的發(fā)展趨勢。盡管這種技術(shù)幾年前就已經(jīng)問(wèn)世了，但直到最近才開(kāi)始快速流行，主要是因為系統集成度不斷提高，使系統成本得以大幅度降低。

就完全性而言，遙控無(wú)匙門(mén)禁(Remote Keyless Entry, RKE)系統是交互式的，即用戶(hù)必須按下鑰匙才能打開(kāi)車(chē)門(mén)；而被動(dòng)門(mén)禁系統則是被動(dòng)式的，也就是說(shuō)，它們無(wú)需用戶(hù)做出任何交互式動(dòng)作就可以打開(kāi)車(chē)門(mén)。當用 戶(hù)準備進(jìn)入車(chē)輛時(shí)，通過(guò)拉門(mén)柄的動(dòng)作觸發(fā)PE系統發(fā)射低頻Low frequency, LF)信號。幾毫秒內密鑰卡接收到LF信號，并對接收到的數據包進(jìn)行加密，然后經(jīng)由射頻(RF)信道把加密信號發(fā)送給車(chē)輛作確認。

被動(dòng)門(mén)禁系統還可以包含一個(gè)被動(dòng)式引擎發(fā)動(dòng)功能，即被動(dòng)門(mén)禁啟動(dòng)(Passive Entry Go, PEG)。只要系統確認密鑰卡在車(chē)輛里面，則駕駛員一坐上駕駛席就會(huì )觸發(fā)LF電路。在驗證確認并且完成位置測量之后，只需按下啟動(dòng)鍵就可以發(fā)動(dòng)引擎。

這兩種情況都是通過(guò)密鑰卡來(lái)接收純文本數據，并利用功能強大的硬件加密模塊(如AES-28模塊)對之進(jìn)行加密，然后再把加密數據返回給車(chē)輛以做驗證。

PE密鑰卡采用小型鋰電池，為數據接收、加密及傳輸提供電源。被動(dòng)門(mén)禁系統中的密鑰卡經(jīng)專(zhuān)門(mén)設計來(lái)確保盡可能長(cháng)的電池壽命。如果電池快將用完，密鑰卡就會(huì )進(jìn)入一個(gè)緊急模式，通過(guò)LF線(xiàn)圈獲得足夠的磁場(chǎng)能量來(lái)實(shí)現無(wú)電池工作。這時(shí)需要把密鑰卡放置在車(chē)門(mén)線(xiàn)圈附近的位置。在這種情況下，系統只會(huì )通過(guò)LF信道進(jìn)行

通信。

典型的PE系統

一個(gè)典型的PE系統是由汽車(chē)車(chē)內部分和一個(gè)密鑰卡子系統組成，這兩者作為通信對等點(diǎn)，建立有兩條通信鏈路：(1) LF上行鏈路：車(chē)輛到密鑰卡，(2) 超高頻(UHF)下行鏈路：密鑰卡到車(chē)輛 (見(jiàn)圖1)。

圖1 被動(dòng)門(mén)禁系統的模塊示意圖

車(chē)內部分

當用戶(hù)拉動(dòng)汽車(chē)門(mén)柄時(shí)，車(chē)輛中的天線(xiàn)驅動(dòng)器便會(huì )產(chǎn)生LF場(chǎng)。這種變化激活中央儀 表板的控制器，請求密鑰卡啟動(dòng)LF通信。通常每扇車(chē)門(mén)內都安裝有LF天線(xiàn)線(xiàn)圈，由天線(xiàn)驅動(dòng)器單元驅動(dòng) (一個(gè)天線(xiàn)驅動(dòng)器單元可以驅動(dòng)多個(gè)天線(xiàn)線(xiàn)圈，比如，ATA5279就能夠驅動(dòng)多達6個(gè)不同的天線(xiàn)線(xiàn)圈)。系統采用一個(gè)UHF接收器模塊來(lái)接收從密鑰卡發(fā)出 的RF數據，以支持RF鏈路。接收到的數據經(jīng)加密后再被發(fā)送回儀表板控制器，然后通過(guò)軟件進(jìn)行解密(AES-128)。

密鑰卡

在任何PE系統中，密鑰卡都必須能夠測量LF信號在三個(gè)正交軸(X、Y和Z方向)上的強度，并能利用UHF發(fā)射器， 通過(guò)RF信道把這一信息發(fā)回給車(chē)輛，以確定密鑰卡的位置。這種信號強度信息 (也被稱(chēng)為遠程信號強度指示器，即RSSI) 由與3D LF接收器相連接的三個(gè)正交天線(xiàn)線(xiàn)圈收集。任何數字數據，比如喚醒數據模式(前導碼，ID)、系統命令或作為協(xié)議載荷的純文本數據口令，將會(huì )被接收并傳送 給密鑰卡中的微控制器(MCU)處理(返回信息包，加密)。為了節能，LF接收器帶有一個(gè)專(zhuān)用的控制邏輯，能夠以極低功耗來(lái)分析和檢測喚醒信號，故無(wú)需全 面喚醒整個(gè)系統，這樣可以大大延長(cháng)密鑰卡的電池壽命。密鑰卡數據流量的進(jìn)出可通過(guò)一個(gè)小型8位超低功耗MCU(如ATtiny44)來(lái)控制。接收到的數據 可以通過(guò)軟件進(jìn)行加密，也可以通過(guò)帶有功能強大的加密功能的硬件加密模塊(如AES-128)進(jìn)行加密。為提高安全性，一個(gè)加密機制會(huì )同時(shí)用在硬件內部和 嵌入在MCU上。加密后的數據被傳送到UHF發(fā)射器，并以很高的波特率向車(chē)輛發(fā)射。

在電池完全耗盡的情況下，發(fā)射應答器可以作為一個(gè)無(wú)電池的無(wú)源設備進(jìn)行工作，這時(shí)被稱(chēng)為緊急模式工作。在此模式下，正交線(xiàn)圈中只有一個(gè)與LF磁場(chǎng)耦合，從中獲得足夠的能量，并以電荷的形式存儲在外部電容器 里。發(fā)射應答器通過(guò)LF鏈路與基站通信來(lái)打開(kāi)車(chē)門(mén)，并被用作一個(gè)防盜鎖止裝置，可阻止發(fā)動(dòng)引擎(參見(jiàn)圖1，其中X軸線(xiàn)圈相當于一個(gè)3D LF接收器線(xiàn)圈和一個(gè)緊急/防盜鎖止收發(fā)器天線(xiàn))。模擬前端(AFE)模塊被用于LF通信，而功率管理(PM)模塊用來(lái)管理場(chǎng)電源，即存儲在外部電容器Cbuf上的電荷。在緊急模式下，RSSI測量、3D LF數據接收和RF發(fā)射都被禁用。

　　表1：PE系統密鑰卡的基本參數

圖2 3D LF接收器的喚醒

圖3 RSSI定位測量