被动门禁系统中RF设计的考虑事项(组图)

    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)。 

    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。