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智能无线通信在汽车安全中的应用 (1)

[2010-12-29 11:49:50] 关键词: 汽车安全,保密,智能无线通信

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摘  要: 目前,安全和保密在多个市场领域中都成为差异化应用解决方案的重要部分。汽车行业也不例外。消费者的快速接受进一步促进了汽车行业中许多新兴热点应用的发展。安全和保密解决方案在消费市场和汽车市场之间提供了一个协作的桥梁。

  目前,安全和保密在多个市场领域中都成为差异化应用解决方案的重要部分。汽车行业也不例外。消费者的快速接受进一步促进了汽车行业中许多新兴热点应用的发展。安全和保密解决方案在消费市场和汽车市场之间提供了一个协作的桥梁。许多分析师都预测到2008年全球汽车半导体市场将超过170亿美元。随着安全和保密应用的快速发展,这一热点应用将有可能占未来四年时间里总有效市场(TAM)的近三分之一。

  汽车安全应用所使用的典型遥控开门系统包括一个安装在汽车上的控制器和一个由用户携带的收发器(或发射器,即无线遥控车门钥匙)。收发器(或发射器)一般包括一个微控制器(MCU)、RF器件以及按钮和LED等人机接口器件。收发器(或发射器)通常关闭,只在按下按钮或需要发送数据时才工作。传统的发射器用来向控制器发送数据,因此是单向通信。然而,这一情况正在改变。新型智能收发器即可发送数据,也可接收数据,因此是双向通信。在双向通信系统中,控制器(安装在汽车上)和收发器(即车钥匙)可以实现自动通信,不需要人机接口。

  利用两个频率可实现低成本双向通信收发器,其中 125 kHz用于接收数据,UHF (315、 433、868或915 MHz)用于发射数据。由于125 kHz信号的传播能力不强,因此双向通信的范围通常在三米以下。由于收发器本身仍然可以提供按钮用于可选的其它操作,因此其单向(从收发器到控制器)发送按钮信息的范围可以更长。

  在此类应用中,控制器利用125kHz频率发送命令,同时不断搜索有效范围内UHF频率的收发器响应。智能收发器通常处于接收模式,等待有效的125kHz控制器命令。如果接收到有效的控制器命令,那么收发器将通过UHF频率做出响应。这就是通常所说的被动遥控开门(PKE)系统。传统摇控开门系统中的发射器和新 型被动遥控开门系统中的收发器之间最大的差别是后者拥有用于双向通信的125kHz电路。利用包括数字和低频前端电路的集成片上系统(SoC)智能MCU可以实现低成本PKE收发器。

  由于PKE收发器的工作依赖于与控制器间的自动通信,不需要人机接口,因此系统工作的可靠性直接依赖于控制器和收发器之间的信号状况。因此面临的问题是,收发器能否像传统的人机接口一样可靠工作,收发器(即车钥匙)的价格能不能做到与传统解决方案差不多?

  欧洲豪华汽车生产商早已经采用了增强安全和保密特色功能,随着大型亚洲OEM厂商(丰田、尼桑、现代、马自达以及大伍等)也开始在他们的大众市场汽车平台中采用此类PKE系统,形势正在迅速变化。这一趋势所带来的规模经济效应将会使得PKE系统的性能价格比对于最终客户更具吸引力,从而保证价格能够为消费者接受。

  智能无线系统

  PKE

  表1,PKE智能收发器要求和解决方案

  为了使PKE收发器可靠地工作并且成功地取代传统RKE发射器,需要满足一定的条件。表1概述了其中主要的一些要求和相应的解决方案。尽管看起来PKE收发器似乎需要复杂的成本较高的电路才能实现,但实际上随着半导体技术的发展,智能MCU集成了实现安全双向通信所需要的所有功能,因此实际上利用相对简单的低成本电路就可以实现。

  传统遥控开门(RKE)系统,数据从RKE发射器传输到控制器,因此是单向通信

  图1,传统遥控开门(RKE)系统,数据从RKE发射器传输到控制器,因此是单向通信。

  图1给出的是一个传统RKE系统。一旦按钮被按下,RKE发射器就发射数据。控制器接收到数据后,如果数据正确就控制执行元件打开车门。

  智能被动遥控自动开门(PKE)系统,采用双向通信。收发器(钥匙)利用三个正交放置的LC共振天线接收控制器命令(125 kHz),并通过UHF发射器发送响应。

  图2,智能被动遥控自动开门(PKE)系统

        智能被动遥控自动开门(PKE)系统,采用双向通信。收发器(钥匙)利用三个正交放置的LC共振天线接收控制器命令(125 kHz),并通过UHF发射器发送响应。

  图2给出的是一个智能PKE系统。收发器上的按钮用于可选操作,但开车门的动作并不需要人工干扰即可自动完成。PKE应用的双向通信顺序如下:

  (a)控制器利用125 KHz频率发送命令;

  (b)收发器利用三个正交排列的125 kHz共振天线接收125 kHz控制器命令;

  (c) 如果命令正确,收发器通过一个UHF发射器发送响应(加密数据);

  (d)控制器接收到响应数据,如果数据正确则激活开关打开车门。

  系统设计工程师所面临的挑战是决定如何提高125 kHz控制器命令的发射范围,从而在保证收发器电池寿命足够长的情况下保证可靠的操作。

  双向通信范围对输入灵敏度的要求

  在电池供电的收发器应用中,UHF信号(315/433/915 MHz)的最大通信距离约为100米,但对于低频信号(LF, 125 KHz)则仅有数米。因此,双频率PKE收发器的通信范围主要受到125 KHz控制器命令发射范围的限制。由于低频信号的传输特性,125KHz信号随着传输距离衰减得很快。例如,假设控制器输出的天线电压约300 Vpp,那么大约三米处的收发器天线接收到的电压则仅有约3mVpp,这与环境噪声的水平差不多。检测微弱信号是系统设计人员面临的一个极具挑战性的问题。

 

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