全球轿车半导体面临极大的商场时机,但规划工程师相同面临在本钱、功耗、安全性等多方面的技能应战。本文以可接纳和发送数据的最新智能应对器为例,向我国轿车规划工程师介绍了在轿车无线接入体系规划中处理这些应战的技能办法。
在我国,安全与保密性电子操控模块所运用的半导体大约占到我国轿车半导体的18(。从已在运用的遥控无钥匙门控运用,到无源无钥匙门控(PKE)体系、轮胎气压监督体系、电子缴费(收费)与蓝牙免提体系等新式运用,无线体系正不断在车辆运用中呈现。这些无线连接是进步安全与保密性模块功用的技能手段,并正在树立驾驶员所希望的各种特性。而其它面向安全与保密性运用的专用短间隔无线通讯处理方案的呈现,则只遭到高性价比技能可用性的约束。除缩短上市时刻与添加功用的传统压力外,规划工程师还面临经济高效的功用增强、功耗、小尺度和加密安全等多种应战。
表1：PKE智能应对器的首要技能难点与处理方案。
例如,咱们能够看一下代表当今体系架构师所面临很多应战的无线体系—可接纳和发送数据的最新智能应对器。在这种双向通讯体系中,基站与应对器可在无需人工干涉下主动通讯。这种低本钱、双向通讯应对器可规划成选用两个频率作业：125 kHz用于接纳数据;UHF(315、433、868或915 MHz)用于发送数据。由于125 kHz信号的非传达特性,双向通讯间隔一般不超越3米。而由于该应对器还具有可执行可选操作的按钮,故当按下发射按钮时,还可支撑更长的单向传输间隔(从应对器至基站)。
在这些运用中,基站用125 kHz频率发送指令,一起等候邻近的有用应对器以UHF频率发回呼应。智能应对器一般处于接纳形式并等候任何有用的125kHz基站指令。假如接纳到任何有用的基站指令,应对器以UHF频率发送呼应。这便是咱们所说的“无源无钥匙门控体系”。由于PKE体系选用125kHz电路进行双向通讯,因而低本钱、小体积及低功耗PKE应对器可运用含有数字与低频前端的集成体系级芯片(SoC) 智能微操控器单元(MCU)来出产。
PKE体系应战
跟着规划工程师取得更多的体系经历,他们日益面临如下应战：怎么既牢靠地规划PKE应对器功用使其成为传统PKE应对器的一种高性价比代替选项,一起又保证它能到达特定的体系方针。表1列出了体系规划工程师所面临的一些首要关注点及处理方案。虽然PKE应对器看起来好像需要用杂乱及贵重的电路才干完结,但规划工程师所面临的应战已经过运用一些相对简略、环绕一个智能PIC型微操控器(PIC16F639),并包含一切必要功用以满意安全双向通讯要求的低本钱电路而得到处理。
图1显现一种智能PKE体系。它还具有用于可选操作的按钮,但首要操作无需任何人工干涉即可完结。PKE运用的双向通讯次序如下：基站用125 KHz频率发送指令;应对器用3付正交LC谐振天线接纳125 KHz基站指令;假如指令有用,则应对器经过一个UHF发射机宣布呼应(加密数据);假如数据正确,则基站接纳呼应并发动开关。
图1：选用双向通讯的智能无源无钥匙门控(PKE)体系
规划工程师所面临的一个应战是体系功用增强的高性价比完结,这些增强包含：通讯间隔、天线方向性、小封装尺度、加密安全及门锁“开/关”条件下的低功耗等。完结一种能牢靠接纳125 kHz信号效果间隔内的基站指令,并坚持长电池作业时刻的应对器规划,可满意要害的体系增强要求。
双向通讯间隔的输入灵敏度要求
在电池供电应对器运用中,用UHF (315/433/915 MHz) 的最大通讯间隔大约为100米左右,但用低频(LF, 125 kHz)则只能到达几米的通讯间隔。因而,双频PKE应对器的通讯间隔首要受125 kHz基站指令效果间隔的约束。由于低频信号的非传达特性,125 kHz信号会随间隔添加而快速衰减。例如,假定基站输出300 Vpp左右的天线输出电压,则由大约3米间隔上的应对器的线圈天线所感应的电压大约仅为3 mVpp,与运用环境的噪声电平适当。因而,怎么有用地检测弱信号是体系规划工程师所面临的一个首要问题。
为添加125 kHz基站指令的效果间隔,可考虑以下两种或许的处理方案：(a) 添加基站发射机的发射功率;(b) 进步应对器的输入灵敏度。基站发射机的最大发射功率一般受政府规则的约束,因而,假定基站发射的最大功率处于答应范围内,则上述第二种进步输入信号检测灵敏度的办法,便是仅有有用的处理方案。为到达3米的双向通讯间隔,应对器输入灵敏度须到达3 mVpp左右。
天线方向性问题的处理方案
由天线单元辐射的任何无线电信号都会在必定的方向角内传达,且当运用功用更好的天线时信号传达的方向性更高(或辐射角更窄)。由LC谐振电路所辐射的低频(125 kHz)信号虽不像高频信号那样具有方向性,但它仍具有必定的方向性。在给定的应对器规划条件下,低频信号的通讯间隔(或感应电压)取决于基站天线与应对器天线的耦合程度。当两付天线面临面相对时,其耦合最佳。
关于免手持PKE运用,应对器放在您口袋中的方向能够是恣意的。因而,应对器天线面向固定基站天线方向的时机最高只要30%左右(x、y、z方向)。但假如应对器具有3付正交天线,则时机可添加至挨近100%。天线别离放在x、y和z方向上。经过运用三个正交放置的天线,应对器能够取得在任何给定方向上的基站信号。
图2：具有无线安全接入的各种运用。
唤醒滤波器节约电池能量
唤醒滤波器可有用地操控微操控器PIC16F639的作业以节约电池能量。此外,微操控器还必须在非活动形式期间以最少的电路作业。应对器中的PIC16F639芯片含有低频前端与数字电路,低频前端总是在查找输入信号,而数字部分则处于睡觉形式以节约电池耗费,且只要在收到一条有用基站指令时才被唤醒(或激活)。这可经过在低频前端部分中运用一个特别唤醒滤波器来完结。此外,低频检测电路还可编程为仅在输入信号带有预订数据包头才有输出。
唤醒滤波器用来避免数字部分被噪声或非希望的输入信号唤醒。因而,可有用节约作业电流及电池能量。
功率办理
除运用特别滤波器来节约电池能量外,PIC16F639还具有专利的纳瓦(nanoWatt)技能,可为体系规划工程师供给对片上外设的更大的操控,包含能够经过几种软件可选速度选项来将频率降至32 KHz的8 MHz内部振荡器。极低睡觉电流耗费以及快速发动的内部振荡器,可支撑低功耗体系规划。周期性唤醒机制包含低功率实时时钟作业、超低功率唤醒特性与扩展低功率看门狗定时器。以这些广泛的功率办理特性,规划工程师可在运用软件中施行功率节约概念,并以更低的体系本钱来取得对全体体系功耗的更严密操控。
加密支撑
专利的KEELOQ加密技能这一全球规范供给了一种用于认证、无钥匙门控及其他长途接入操控体系的高性价比处理方案,如图2所示。KEELOQ加密技能选用经过职业验证的跳码编码 (code hopping encoding) 办法,当编码器材激活时代码会主动改动并安全发送。以根据编/解码器对的完结,编码器坐落远端并发送一个翻滚码ID#与计数器值;解码器则坐落接纳器中,并对远端编码器所发送的音讯进行解码。它存储其侦听到的远端设备识别号与计数器值,解码器只要在侦听到远端设备时才答应拜访。KEELOQ加密是一种经过杂乱公式及32位随机数发生器来完结的高度安全算法。
本文定论
未来轿车中无线安全接入体系的规划工程师或许会遇到各种不同应战,像PIC系列这种微操控器可为车辆中的无线体系供给一种老练、牢靠的构建模块。选用集成体系级芯片处理方案的低本钱双向通讯应对器完结,便是一个可为驾驶员供给增强安全与保密性的无线体系的较好比如。无需任何人工干涉,PKE应对器即可接纳低频基站指令并经过UHF发射机以加密数据进行呼应。可装在驾驶员口袋中的小型PKE应对器,可主动开关车门而无需任何干涉。关于泊车场进口运用,驾驶员不必泊车即可直接开进泊车场,由于体系会主动识别3米左右有用运用间隔内的PKE应对器。
无线安全接入体系可满意一些驾车者对安全与保密性不断进步的要求。除顾客外,政府办理部门与轿车制造商自身也在推出(或方案推出)相应的方案来进步轿车中的安全与保密性立异。安全与保密性方案的下一步将是单个子体系的集成,以经过增强无线安全接入体系来进步轿车制造商的竞赛优势。
