PKE工作方案比较.docx
《PKE工作方案比较.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PKE工作方案比较.docx（53页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
PKE工作方案比较
PIC方案介绍
智能无线通讯要求自动操作，即不需要使用者按任何按钮，系统能够自己检测或发送信号，100%独立，在不同样的环境
下能够自学习和自适应，在有噪音的环境下能够消除噪音正常的工作。
上述智能无线通讯系统有很多的要求，第一个要求是体积小、本钱低，解决方案用一个智能的单片机来实现，单片
机由数字和模拟前端组合成一个芯片；第二个要
求是经济的双向通讯，基站命令用125KHz低频发送，高频响应，用低频发送本钱逐渐降低；第三个要求是通讯距离在
2米以上，其应答器有高度的输入矫捷
度，在3毫伏左右；工作在有噪声的环境下，由于在一般环境下有很多的噪音搅乱，所以在设计系统的时候要求有高度
的矫捷度特别重要；其他就是除掉天线的方向
性，由于控制信号不可以能素来从一个方向发来，特别是随身携带的单元，发送的方向不可以能控制，所以在应答器板上使
用三个方向的天线XYZ，无论信号从哪个方
面来都能够接收到；再者是对电池寿命的要求，由于有一些电池是用来作汽车里面胎压检测系统的，不可以能每6个月打
开换电池，所以采用唤醒滤波器以减少电流使
用；最后是数据的安全性要求，发送信号加密，收到信号时再解密，使用加密解密的算法有很多，Microchip用Keylock
算法。
图1所示是一个智能被动无匙门禁系统，图示系统和宽泛使用的系统有相似的地方也有完满不同样的地方，左侧基站
由一个单片机和高频的发送器和低频发送器与接
收器组成，基站发出125KHz的低频命令，当右侧的智能接收器收到信号时会办理信号，信号到达必然的要求使用高频
或低频作为响应。
智能的接收器有3个接
收方向XYZ，无论信号从哪个方向送来都能够接收到这个信号，而且使用者不需要任何的按钮。
这样的智能接收器能够
自动的接收信号、发送信号和办理信号。
图2所示是PKE应答器原理图，图中的PIC16F639是由PIC16F636和MCP2030组成，其中MCP2032是模拟前
端，PIC16F636是别的一个单片机，使用PIC16F636和模拟前端组合在一起主若是由于PIC16F636有Keylock加密解密
的功能，如
果使用者不需加密解密功能那么能够使用2030模拟前端和其他的单片机组合。
应用比方
在汽车系统应用中有很多智能应答器的使用，如智能车辆出入系统、引擎防盗锁止系统（如图3所示）和胎压监测系
统〔TPMS〕。
智能PKE应答器不但适用在汽车里面，也能够应用在其他地方，如车库开门关门、公共停车场，很多汽车若是有智能应
答器，汽车凑近停车场时门会自动翻开。
胎压检测系统（如图4所示）的显示组主要由三个单位组成：
一个在轮胎里面，图中左下角由智能单片机、胎压传感
器和高频发送器组成；右角上方是基站，主要
由一个单片机和一个高频的接收器组成；右方下角是低频触发器，一般放在凑近轮胎很近的车身局部，使用时每3或4
秒低频触发器会发出一个启动命令给轮胎单
位，轮胎里面的智能单片机收到的信号到达要求时，会告诉胎压传感器去测量轮胎的温度和胎压，尔后再由高频发送器
把胎压的数据发给基站。
可编程数字唤醒滤波器
使用唤醒滤波器的目的主若是减少工作电流，进而能够延长电池的寿命。
一般情况下，数字局部素来保持在睡眠状
态，以到达最低的电流使用。
而模拟前端不停地搜寻输入信号，只有在到达预定的波形也即输入信号到达要求时，模拟
前端才会去唤醒滤波器。
智能被动无钥门禁〔PKE〕系统设计
图5所示为一个拥有无电池和后备电池的应答器电路，有些情况下，若是电池接触不好系统会没有电，能够用磁场
来短暂的给供电，这样应答器在没有电池的情况下依旧能够工作。
系统工作要求是，在应答器方面需要有低频的电线，高频发送器，以及一些系统可选后备电子的电路，其他还要有
一个智能的单片机和单片机的部件；基站系统要求有低频发送器、高频接收器、天线、单片机和单片机的固件局部。
双向通讯距离有一些参数，应答器需要天线调谐及Q，天线定位使用三维天线，接收矫捷度，输出信号的调制深度；
基站需要输出功率和接收的矫捷度。
天线设计低频宽泛是采用125KHz，现在使用LC谐振电路；天线种类使用空心线圈也许铁氧体的磁心，LC的谐振
频率和基站的载波频率同样，范围被动标
签在1米左右，主动标签在5米左右。
高频率从315MHz到960MHz，最常有的是315MHz和433MHz，使用偶极电线
刻在PCB上，范围相对高
得多，被动标签大概在5米左右，主动标签在100米左右。
图6所示为一个磁通量和天线感觉电压关系的公式，这里主若是说明在判断感觉电压的时候看到很多的因素：
比方线圈
的匝数、接触器线圈表面积、频率、接收电线和发送天线的角度都会影响到天线感觉的电压。
图7所示为一个天线感觉电压和距离的关系，大图上显示了基站和接收器靠的很近的时候，信号的电压是200V，小
图那么显示了距离到3米的时候，电压的信号只有到达5毫伏峰值，能够看出信号输入的矫捷度在这里是特别要点的。
我们能够作一下总结，一个智能无线通讯系统需要可靠的自动操作，详细包括智能的双向通讯、低系统本钱、低频
输入高矫捷度〔这一点比较要点〕，低功耗以及安全的数据加密和解密，结论是用一个智能的单片机成立系统能够到达
全部要求，所以能够作为一个可靠的解决方案。
NXP方案介绍
汽车安全与防盗最初的电子化开始于1994年的引擎防盗（IMMO），恩智浦半导体（当时的飞利浦半导体）作为第一家半导
体公司把RFID的电子标签技术
成功的应用于汽车电子引擎锁：
经过汽车与钥匙间的125kHz的无线通讯实现电子身份鉴别，来判断启动汽车引擎。
这
一技术极大的提升了汽车的安全性，很快
就在欧洲以及北美地区宽泛应用，并在短短几年时间内使欧洲的汽车失窃率大幅降低了90%，所以成为整个欧洲的汽车
标准配置。
遥控钥匙
（RKE）
的出现为人们带来了很好的用户体验，满足了人们对便利性及酣畅性的要求，但由于其射频单向通讯的技术限制，在安
全性上有其自己的缺乏。
恩智浦半导体（以下
简称NXP）合时推出的集成方案（Combi）把引擎防盗和遥控钥匙合二为一，用一颗芯片来实现，既提升了系统的安全性，
又降低了整个钥匙的本钱，逐渐替
代独立的遥控钥匙成为欧美日市场上的主流方案。
自然，在射频通讯上其依旧保存单向通讯，安全性并没有实质的提升。
图一
2003，NXP推出了无钥匙系统（PKE
或称PEPS），完整改变了汽车安防应用领域的睁开远景，给用户带来了崭新酣畅与便利的体验：
车主在整个驾车过程中
都完满不需要使用钥匙，只要要随身携
带。
当车主进入车子周边的有效范围时，车子会自动检测钥匙并进行身份鉴别，如成功会相应的翻开车门或后备箱；当
车主进入车内，只要要按引擎启动按钮，车子
会自动检测钥匙的地址，判断钥匙可否在车内，可否在主驾地址，如成功那么发动引擎。
千万不要小瞧这个看似不起眼的
改变，它在简化你的生活方面发挥重视要作
用。
无钥匙系统绝不不过是带来了酣畅与方便，其在安全性方面也有了实质的提升，经过低频和射频的双向通讯，汽车
与钥匙之间能够完成复杂的双向身份认证，在
安全性方面与引擎防盗近似，要远好于传统的遥控钥匙。
从2003年少量高端车型成功量产无钥匙系统开始，全球市场
用了两到三年的时间实行普及这一技术，目
前，几乎全球每一个主流车厂都有应用NXP的无钥匙产品，覆盖中高端的车型，甚至是低端车型。
我们一起看一下这一技术终究是如何实现的。
如
图二所示，无钥匙系统共需要检测判断三种地区：
灰色的车外处区，淡粉色的车内陆区以及灰白色的主驾地址。
其中灰
色的阴影区包括三局部，分别表示主驾，副
驾，后备箱的车门控制的有效地区，当车主带着钥匙进入这一地址时，车子跟钥匙间就可以成立起有效通讯，经过低频
信号的场强检测，车子能够判断出钥匙的相应
地址，由此决定翻开对应的车门。
淡粉色的车内陆区是整个PKE系统设计的难点，要精确的判断钥匙可否在车内，来决
定车门状态以及发动机可否能够启动。
在一
些高端车型的设计中还会检测灰白色的主驾地区，钥匙可否有效，主驾地址可否有人，防范诸如少儿误操作以致的引擎
启动；别的还可能包括后备箱内陆区的检测，
为防范钥匙被误锁入后备箱。
综上所述，我们能够发现在无钥匙系统中，地区检测是一个特别重要且差异于过去各种汽
车安防产品的技术，所以地区检测的精度就成
为衡量一个无钥匙系统利害的重要参数。
目前市场上主要有两种相应技术，其一是经过调治低频信号矫捷度强弱进而根
据通讯可否牢固进行模糊判断，其精度有限但
实现方便；其二是基于接收低频信号的强度检测来判断，即RSSI（ReceivedSignal
StrengthIndication），依照低频信号的大小来计算钥匙与车内低频天线的相对距离，经过多根低频天线交织覆盖范围，精
确定位钥匙的详细位
置。
NXP的产品全部采用第二种技术。
为到达理想的性能参数，NXP供应了最小2.5mV的三维低频接受前端的信号灵
敏度，而典型的矫捷度值能够到达
1mV。
不同样于其他解决方案的逐次逼近式（SuccessiveApproximation）ADC，NXP采用12位的Sigma-Delta
（Σ-Δ）ADC，经过多点采样平均来除掉噪声搅乱，目前已经实现的最好的车内车外检测精度高达2cm。
目前，车厂平时要
求的车内车外检测精度为
5～10cm。
图二
无
钥匙系统的结构框图如图三所示，左侧为汽车端，包括主控制器（Body
ControlUnit），车门把手和后备箱把手触发模块，引擎一键启动模块，引擎防盗基站模块（IMMOBasestation），低频发射模
块和射频
接收模块。
其中三个绿色的模块主若是用来触发整个系统，当车主拉动车门或按下一键启动按钮，相应的模块会发送中
断信号来唤醒主控MCU，开始整个通讯过
程。
常有的无钥匙系统工作模式分两大类：
触发模式和扫描模式（polling），其中触发模式分为机械触发和电子感觉触发，
这里需要综合考虑系统本钱和系
统性能，比方整个系统的响应时间。
引擎防盗基站模块是低频通讯模块（125KHz），用来实现跟钥匙的近距离通讯，发动
引擎，这一功能是备用方案，又称
“无电模式〞，只有在钥匙电池耗尽也许有意外搅乱无钥匙系统以致无法正常工作时才会采用。
这种情况下，用户只要要
手持钥匙放在固定地址（比方凹槽），钥匙
就可以跟基站成立通讯，进行身份认证来启动引擎。
NXP的无钥匙系统PCF7952和PCF7953的一大特色就是芯片自己
集成了引擎防盗功能，完满兼容
NXP的全部Transponder产品，包括PCF7936。
这极大的提升了系统的可靠性而且不需要额外增添本钱，详细细节后续
还会提到。
图3：
无钥匙系统的结构框图。
低
频发射模块和射频接收模块是无钥匙系统的根本通讯链路，低频发射采用125KHz，为上行链路，由车子端发送至钥匙
端；射频接收采用315MHz或
434MHz，为下行链路，由钥匙端发送至车子端。
之所以采用125KHz，一方面是为了兼容引擎防盗的相关技术，更加重
要的是125KHz的信号对距离
敏感，能够实现精确的距离检测，起到要点的定位作用。
射频那么采用传统RKE的频段，一方面兼容遥控钥匙的根本功
能，更利用了其通讯速度快的优势，这里需要
重视声明的是，所谓的通讯速度是指钥匙跟车子间用于认证加密的数据传输，为保证在较短时间内完成无钥匙开门或点
火的过程，需要采用较高的波特率（一般为
8～20kbps），平时不建议采用低端的SAW发射模块（1kbps左右），而采用基于锁相环技术的发射芯片来实现，比方NXP
的PCF7900，其在
FSK的模式下最高波特率可到达20kbps。
同样是为了这个目的，射频频段也有采用更高频的868MHz或915MHz的趋势。
以以下图，低频发射模块
包括多个低频天线，安装于车门把手内用来实现无钥匙进入（Keyless
Entry），安装于车身内部的用来实现无钥匙启动（一键启动KeylessStart）。
钥匙端的详细框图如图四所示，主芯片是NXP的
PCF7952或PCF7953，射频发射芯片采用NXP的PCF7900，相应的在车子端的射频接收芯片是NXP的PQJ7910。
PCF7952/53拥有低频模拟前端（LF
FrontEnd），用来连接外面3D天线。
在无钥匙系统中，钥匙端需要外置3D低频天线，能够接收检测外面空间的3D能量
场强，分别为X，Y，Z轴，通
过叠加3个方向上的能量，能够保证钥匙在任何角度都能检测到同样的场强。
其中的一轴天线还被复用为IMMO的功能，
实现无电模式下的引擎启动。
经过上行和
下行链路，钥匙跟汽车能够成立起双向通讯，进行复杂的身份认证。
最新的一代认证技术称为交互认证技术（Mutual-Aut
hentication），不
不过需要汽车来认证钥匙，同时也需要钥匙来判断车子可否合法，任何错误都会以致整个通讯结束，以此来保证系统的
安全性。
通讯距离是由低频上行链路
125KHz决定，平时的PKE系统工作有效距离为2.5m左右，而实质有效开关门距离为～2m。
除了车内外检测精度
以外，钥匙端的功耗也是衡量
一个无钥匙系统利害的重要指标，PCF7952自带的电源管理模块能够最大程度的降低整个系统功耗，一套成熟的无钥匙
系统方案，钥匙端在一颗2032的
3V锂电池供电的情况下，电池寿命能够长达三年。
图4：
钥匙端的模块框图。
在
无钥匙系统此后，汽车安全与防盗产品将会走向何方？
NXP已经给出了确实的答案：
Keylink，即下一代的汽车钥匙。
它
最大的打破在于，把车钥匙跟外面
的智能终端联系起来，使钥匙能够跟诸如，PDA等设备实现近距离的无线连接，借助于等智能终端的显示功能
和富强的办理能力，一个特别广阔的应用空
间摆在了我们眼前：
-随时盘问车辆状态，门窗状态，油箱油量，车内温度⋯屏幕上的显示千姿百态
-搜寻汽车，经过钥匙跟的配合，的GPS导航帮你轻松找到停车地址
-轻松拟定出行路线，在电脑前将选定的出行路线存入钥匙。
进入汽车时，车载导航仪将自动导入出行信息
-车辆保护，车辆的出厂记录，维修记录，全部都存在钥匙中，便于保护。
近似以上的应用还有很多很多，下面这那么新闻那么是Keylink的又一新应用，能够让我们更近距离地认识这一技术，也以
此作为本文的结束：
2021
年10月22日——宝马（BMW）技术研发部与恩智浦半导体（NXPSemiconductors，由飞利浦创立的独立半导体公司）推出全
球第一款多功能
车钥匙原型。
这款产品原型具备非接触支付功能，个人进入控制以及先进的公共交通电子车票功能，以实现更强的搬动
性体验。
装备了恩智浦的SmartMX安全
芯片，这款产品原型首次实现了经过车钥匙让驾驶者进行快速、安全和便利的电子支付，为未来的花销者首创了激动人
心的崭新应用环境。
#4PIC16F639详细方案
钥匙设计包括一片集成了三轴向模拟前端〔AnalogFront-End，AFE〕的PIC16F639单片机。
采用一片PIC18F2680单片机来实现低频发射器。
设计经过优化，只要稍作更正即可集成到现有典型平台中。
从可由客户、经销商或工厂在生产线后端进行编程的许
多可扩展功能的整体看法来讲，操作灵便性是至关重要的。
图1.PKE原理框图
一.工作原理归纳
当低频〔LF〕发射器检测到触发输入时，将发送一条编码的125kHz
报文。
该信号范围内的任何应答器均会接收这条报文，并对编码的数据字段进行考据。
若是发射器被鉴别，将发送一条
RF〔433.92MHz〕
KEELOQ®编码报文。
一个标准的RKE接收器对该数据包进行解码，若是被鉴别，将进行相应的操作。
为降低电流耗资，LF发射器不会连续轮询应答器。
触发事件将把发射器从休眠模式或掉电模式〔拜会图1-1〕唤
醒。
触发输入的可能种类或本源以下：
经过网络传输的命令门把手上红外信号简单微动开关，由门把手装置激活容性周边探测器，该探测器可检测手凑近门把
手时的现场变化为简化起见，本文档所述的应用采用微动开关输入。
报文发送后，LF发射器将连续轮询应答器。
这有
助于对方向和范围进行估计。
应答器钥匙以老例按键RKE钥匙方式工作。
当检测到有效LF现场报文时，单片机将仿佛按下第六个虚假按键一
样作出响应，并发送一个独到的功能码。
RF接收器/解码器组合包括一个KEELOQ安全IC。
典型的解码器为HCS500、HCS512或HCS515。
本设计采用用户
可编程的PIC®中档单片机。
图2：
低频发射器原理图
图3.使用PIC16F639单片机的应答器钥匙原理图
图4.RF接收器/解码器原理图
#5NEC单片机方案
汽车市场主要的防盗方式包括发动机防盗锁止系统（IMMO）、遥控门锁（RKE）、无钥匙门禁（PKE）、双向智能钥匙、红外
线侦测、气流侦测和GPS卫星定位等，其中以IMMO和RKE的应用最为宽泛。
无钥匙门禁系统（PKE）在RKE基础之上
睁开起来，作为新一代防盗技术正在逐渐睁开壮大，目前已经从高档车市场逐渐进入中档车市场。
资源介绍
μPD78F0503和μPD78F0881是NEC电子ALLFLASH的78K0系列的汽车级产品，采用NEC电子第三代Flash技
术，降低功耗的同时，也降低了Flash的工作电压，仅为2V。
这两款单片机不但包括UART接口、8/16位准时器、CSI接口、多路10位A/D等通用模块，同时集成了8MHz内部高
速时钟和240kHz内部低速
时钟。
当时钟到达20MHz时，指令最短执行时间仅为μ。
s供应POC〔上电清零电路〕和LVI〔低电压检测电路〕，
这使得整个系统不需外加复位电
路就能保证正常复位，LVI供应16个压差为0.15V的电压供选择。
内部Flash拥有自编程功能，可作为模拟EEPROM。
内置看门狗准时器、按键中
断、乘法器/除法器、时钟输出/蜂鸣器输出电路等。
μPD78F0881是78K0/Fx2系列的产品，它是专用的车身控制器，内部集成10路准时器，包括4路16位准时器和6路8
位准时器，其他还集成了CAN和LIN的模块，支持1通道CAN和1通道的LIN接口，用做车身接点的控制。
PKE工作原理
PKE工作原理为：
当低频〔LF〕发射器检测到触发输入时，将发送一条编码的低频报文。
该信号范围内的任何应答器均
会接收这条报文，并对编码的数据字段进
行考据。
若是发射器被鉴别，将发送一条RF加密编码报文。
一个标准的RKE接收器对该数据包进行解码，若是被鉴别，
将进行相应的操作。
PKE应用要求基站和应答器〔钥匙〕单元之间进行双向通讯。
当驾驶员凑近PKE系统的感觉地区时，只要波及车门把
手也许按下把手上的某一按键，驾驶员携带
的PKE系统的身份鉴别“钥匙〞就会接收到基站发送的低频信号，若是这个信号与“钥匙〞中保存的身份鉴别信息一致，“钥
匙〞将被唤醒。
这个过程能够防范随
机噪声或其他搅乱信号唤醒“钥匙〞，延长电池寿命。
“钥匙〞上的三维全向天线输入电路能够保证“钥匙〞在任何方向都能
检测到汽车发出的唤醒信号。
如图1所
示。
“钥匙〞被唤醒后将解析汽车发出的认证口令，并发送相应高频信号，为了提升安全性，这些信号都经过加密办理。
汽车
将接收到的信号和内部保存的信息对照较，
若是考据经过，那么翻开车门锁。
驾驶员进入车内，只要按一下启动键，汽车发动机就会启动。
自然，驾驶员在按键的时
候，PKE系统第一需要检测“钥匙〞设备是
否在车内，尔后完成同样的认证过程后才会启动发动机。
当驾驶员走开汽车，只要按一下车把手也许车把手上的某一按
键，车门就会上锁，汽车在真切锁定从前，同
样要检测驾驶员的地址，并需经过同样的考据过程。
系统设计
对应基站和钥匙的双向通讯，PKE在RKE基础上增添了短距离的LF通讯。
在目前的设计中，RF发射频率采用，LF的发射频率采用19kHz。
本设计的钥匙端和基站端的框图如图
2和图3所示。
钥匙端使用NEC电子78k0系列8位单片机μPD78F0503微控制器，来完成用户按键的数据编码、加密组帧，再经过S
AW声表谐振器电路发射至
UHF频段；当它接收到19kHz的LF信号时，利用三个正交放置的线圈作为低频接收天线，由低功耗低频唤醒芯片AS3
931解调后，再将数据传达给单片
机进行数据判断，若是数据正确，那么发送一条RF加密报文。
在低频天线的设计中，由于应答器（钥匙）体积较小，且放置在用户的口袋或手提包中时，所以天线指向拥有随机性，
即应答器天线正对基站天线方向的机会最高只有33%，所以，应答器中的低频天线必定采用小尺寸的全向天线。
在实质应用中，应答器〔钥匙〕连续等待并检测输入信号，这会减少电池使用寿命。
所以，为减小工作电流，在AS393
1搜寻有效输入信号的同时，数字MCU
局部能够处于待机模式。
只有当AS3931检测到有效输入信号并输出有效唤醒信号〔WAKE低有效〕时，数字MCU部
分才被唤醒。
MCU能够设置唤醒信号
的格式，只有在输入信号到达要求时，器件才将检测到的输出有效沿传达到MCU。
基站端RF使用UHF射频接收芯片RX3400完成信号解调，再将数据传达到车身主控芯片μPD78F0881进行数据解密和
指令执行；当低频〔LF〕发
射器检测到触发输入〔触摸按键〕时，将由串通的LC形成低频发射端，发送一条编码的低频报文。
由于19kHz信号的
流传能力不强，所以双向通讯的距离平时
在2m以内。
加密算法采用DES算法，也能够使用用户供应的算法。
局部模块介绍
LF发射电路
LF发射电路原理图如图4所示，主要由驱动电路、LC振荡电路和反应电路组成。
驱动电路供应发射所需的功率，
LC振荡电路由L和C串通组成，LC谐振电路的谐振频率由以下公式决定：
f=1/2πLC
其中L为环路电感，C为环路电容，当工作于9V到12V直流电源时，天线能到达的最大峰峰值电压大于300V，
所以本设计中采用电容的耐压值为630V。
反应电路为了同步电压和电流的相位，增添发射功率。
触摸按键
触摸按键电路图如图5，当有手指触摸时其电路图如图6。
若是手指没有触摸到焊盘，当有固定频率和占空比PWM输入
时，A/D端口的电压为Vo1。
由于人体
等效成一个小电
升级会员 