被动门禁系统中RF设计的考虑事项

2010-05-17 19:46:32来源: 爱特梅尔公司

引言

  被动门禁 (Passive Entry, PE)系统在汽车舒适度和安全性方面正在引领一个新的发展趋势。尽管这种技术几年前就已经问世了,但直到最近才开始快速流行,主要是因为系统集成度不断提高,使系统成本得以大幅度降低。

  就完全性而言,遥控无匙门禁(Remote Keyless Entry, RKE)系统是交互式的,即用户必须按下钥匙才能打开车门;而被动门禁系统则是被动式的,也就是说,它们无需用户做出任何交互式动作就可以打开车门。当用户准备进入车辆时,通过拉门柄的动作触发PE系统发射低频Low frequency, LF)信号。几毫秒内密钥卡接收到LF信号,并对接收到的数据包进行加密,然后经由射频(RF)信道把加密信号发送给车辆作确认。

  被动门禁系统还可以包含一个被动式引擎发动功能,即被动门禁启动(Passive Entry Go, PEG)。只要系统确认密钥卡在车辆里面,则驾驶员一坐上驾驶席就会触发LF电路。在验证确认并且完成位置测量之后,只需按下启动键就可以发动引擎。

  这两种情况都是通过密钥卡来接收纯文本数据,并利用功能强大的硬件加密模块(如AES-28模块)对之进行加密,然后再把加密数据返回给车辆以做验证。

  PE密钥卡采用小型锂电池,为数据接收、加密及传输提供电源。被动门禁系统中的密钥卡经专门设计来确保尽可能长的电池寿命。如果电池快将用完,密钥卡就会进入一个紧急模式,通过LF线圈获得足够的磁场能量来实现无电池工作。这时需要把密钥卡放置在车门线圈附近的位置。在这种情况下,系统只会通过LF信道进行通信。

典型的PE系统

  一个典型的PE系统是由汽车车内部分和一个密钥卡子系统组成,这两者作为通信对等点,建立有两条通信链路:(1) LF上行链路:车辆到密钥卡,(2) 超高频(UHF)下行链路:密钥卡到车辆 (见图1)。


图1 被动门禁系统的模块示意图

车内部分

  当用户拉动汽车门柄时,车辆中的天线驱动器便会产生LF场。这种变化激活中央仪表板的控制器,请求密钥卡启动LF通信。通常每扇车门内都安装有LF天线线圈,由天线驱动器单元驱动 (一个天线驱动器单元可以驱动多个天线线圈,比如,ATA5279就能够驱动多达6个不同的天线线圈)。系统采用一个UHF接收器模块来接收从密钥卡发出的RF数据,以支持RF链路。接收到的数据经加密后再被发送回仪表板控制器,然后通过软件进行解密(AES-128)。

密钥卡

  在任何PE系统中,密钥卡都必须能够测量LF信号在三个正交轴(X、Y和Z方向)上的强度,并能利用UHF发射器,通过RF信道把这一信息发回给车辆,以确定密钥卡的位置。这种信号强度信息 (也被称为远程信号强度指示器,即RSSI) 由与3D LF接收器相连接的三个正交天线线圈收集。任何数字数据,比如唤醒数据模式(前导码,ID)、系统命令或作为协议载荷的纯文本数据口令,将会被接收并传送给密钥卡中的微控制器(MCU)处理(返回信息包,加密)。为了节能,LF接收器带有一个专用的控制逻辑,能够以极低功耗来分析和检测唤醒信号,故无需全面唤醒整个系统,这样可以大大延长密钥卡的电池寿命。密钥卡数据流量的进出可通过一个小型8位超低功耗MCU(如ATtiny44)来控制。接收到的数据可以通过软件进行加密,也可以通过带有功能强大的加密功能的硬件加密模块(如AES-128)进行加密。为提高安全性,一个加密机制会同时用在硬件内部和嵌入在MCU上。加密后的数据被传送到UHF发射器,并以很高的波特率向车辆发射。

  在电池完全耗尽的情况下,发射应答器可以作为一个无电池的无源设备进行工作,这时被称为紧急模式工作。在此模式下,正交线圈中只有一个与LF磁场耦合,从中获得足够的能量,并以电荷的形式存储在外部电容器里。发射应答器通过LF链路与基站通信来打开车门,并被用作一个防盗锁止装置,可阻止发动引擎(参见图1,其中X轴线圈相当于一个3D LF接收器线圈和一个紧急/防盗锁止收发器天线)。模拟前端(AFE)模块被用于LF通信,而功率管理(PM)模块用来管理场电源,即存储在外部电容器Cbuf上的电荷。在紧急模式下,RSSI测量、3D LF数据接收和RF发射都被禁用。

  表1:PE系统密钥卡的基本参数




图2 3D LF接收器的唤醒


图3 RSSI定位测量

接收LF信号

  

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关键字:被动门禁  PE  RF  设计

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0517/article_2569.html
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