关于汽车遥控门禁(RKE)系统的解决方案

　　遥控门禁(RKE)系统已经备受用户的青睐，北美80%以上、欧洲70%以上的新车均安装了RKE系统。除了显而易见的便捷性，RKE用于开启汽车制动装置的技术还具有防盗作用。欧洲汽车生产厂商与保险公司合作，要求购置汽车保险时汽车要安装RKE系统。德国已开始推行这一政策，预计在几年内会扩展到整个欧洲。

　　大多数RKE系统采用单向(单工)通信，但第二代、第三代RKE系统将提供返回到钥匙的逆向通信双工操作，可以通知车主需要加油或需要增加左前轮胎压。

　　RKE系统包括钥匙扣(或钥匙)中的一个无线发射器，它向安装在车内的接收器发出一串短脉冲数子信号，信号经过解码，通过接收器控制传动机构，打开或关闭车门或行李箱。在美国和日本该无线载波频率为315MHz，欧洲则使用433.92MHz (ISM频段)。日本的RKE系统采用频移键控FSK调制，其他绝大部分国家则采用幅移键控ASK调制，它的载波幅度调制在两个电平。为了减小功耗，通常取低电平接近于0，于是产生了开关键控(OOK)调制。

　　RKE系统说明和设计目标

　　典型的RKE系统(图1)是在钥匙扣或钥匙上安装一个微控制器。对于汽车而言，按下控制装置一个按钮，将唤醒微控制器。微控制器向钥匙的射频发射器送出一串64位或128位的数据流，经过载波调制，用简单的环状印制板天线(虽然效率不高，但环状天线可以设置在PCB上，造价低廉，使用广泛)辐射出去，实施*操作。 

　　图1. RKE系统包括一个钥匙扣发射电路(图中下部)和车辆内部的接收机(图中上部)

　　在车辆中，射频接收器捕捉到发射数据，并直接将它传到另一个微控制器，完成解码后发出正确的控制信息，以启动引擎或打开车门。具有多个按钮的钥匙控制器还可以选择打开驾驶门、全部车门或行李箱等。

　　数据流以2.4kbps至20kbps速率发射，通常由以下字段组成：前导码、操作码、校验位和"滚动码"，滚动码在每次使用后会修改自身数值，以保证车辆的安全性。如果没有滚动码，发送的信号可能会意外地开启另一车辆，或由于发射码每小偷盗取，然后用它开启车辆。

　　有几个主要目标支配着RKE系统的设计。与所有大批量生产的汽车零部件一样，它们都必须具备低成本和高可靠性。发射机和接收机都应该消耗最小功率，因为更换钥匙控制器的电池非常麻烦，为汽车电池充电更为复杂。RKE系统设计人员一方面要关注这些要求，另一方面还必须确保一定的接收灵敏度、载波容限以及其它技术参数，在满足低成本、小电流限制的情况下，实现最大的发射范围。

　　其它的限制包括：当地对近距离通信设备的管理规定，例如美国的FCC规定。近距离通信设备不需要申请许可证，但产品本身受各国的不同法律和规则制约。对于美国，相关管理文件是联邦政府管理条例(CFR)，标题47的第15部分，它覆盖了260MHz至470MHz波段(15.231节)和902MHz至928MHz波段(15.249节) 

　　以下提供了一些FCC标准对RKE设计的限制。

　　按照15.231节规定，允许设备发射命令或控制信号、 ID码，允许在紧急情况下发射无线控制信号，但不能是声音或图像信号、玩具控制信号或连续数据。

　　传输时间不能超过5秒；只有当重复传输频率低于每小时一次时，才允许固定间隔、持续时间可以达到1秒(最长)的发射周期。

　　发射天线三米以内的最大场强在3750?V/m到12500?V/m以内，线性正比于基频频率(260至470MHz)。

　　频带内下降20dB的频偏不超过中心频率的0.25%；杂散辐射应该比基频信号的增益衰减20dB。

　　以下各部分详细探讨与RKE系统设计相关的问题，先从载波频率的产生开始。

　　载波发生器

　　第一代RKE电路使用了声表面波(SAW)器件产生发射器的RF载波和接收器的本振(LO)。不幸的是，SAW器件初始频率的不确定性至少为±100kHz，并且随温度变化其频率稳定性相对较差。在接收端，如果IF通带过宽，则在接收载波时会收到过多的噪声，从而限制了汽车响应钥匙控制信号的距离。

　　目前可以代替SAW器件的方案是选择基于晶体的锁相环(PLL)。PLL的使用主要源自日益严格的RF辐射规则，尤其是在欧洲和日本。使用晶振PLL的发射器比使用SAW谐振器的发射器价格略微贵一点，但精度一般提高十倍。因此接收器具有较窄的IF带宽，由于提高了SNR，可以提高发射距离。

　　早期的SAW器件设计工作在带宽为1.74MHz的433MHz频段(433.05MHz至434.79MHz)的中点，以保证在工艺和温度变化时保证系统的可靠性。因此，对标称载波频率为433MHz的应用，现在频率是433.92MHz，于是必须根据这一频率选择PLL晶体。

　　目前，发送和接收芯片均内置锁相环，只需要一个外接晶振，以产生有效的RKE信号(参考本文补充说明：用于RKE的IC)。例如，Maxim的MAX1470 PLL包含64分频电路和低端注入的10.7MHz中频电路(该芯片可以工作在433.92MHz，但在315MHz，其镜频抑制能力最佳)。按照315MHz工作频率，所要求的晶体频率为fXTAL = (fRF - 10.7)/64 = 4.7547 (单位为MHz)。该IC要求在XTAL1和XTAL2引脚加上振荡频率为315MHz的晶体和一个5pF的电容。关于晶体频率的调节，请参考应用笔记1017：如何为MAX1470超外差接收机选择石英晶体振荡器。

　　节省功耗

　　由于电池的使用寿命非常重要，RKE系统采用了各种技术降低工作电流和"开机时间"。接收器PLL的压控振荡器(VCO)是这一设计细节的范例，接收器需要保持几乎不间断的检测状态，以免漏过打开车辆的命令；而为了省电需要尽可能地将其置于关机状态，甚至在检查之间的短暂间隔内。

　　控制器的发射装置通常连续发送4组10ms的数据流(共计40ms左右)，以确保接收器至少捕捉到它们中的一组。接收器可以每隔20ms执行一次查询操作，力图至少捕获两组数据，以便有足够的余量消除时序误差和噪声。译码时间大约需要0.75ms (足够接收7或8位数据)，用来判断是否为有效数据。

　　除了译码时间外，轮询操作必须首先具备接收器"唤醒"和稳定时间。大多数放大电路可以快速唤醒，但VCO晶体是机电元件，它需要一定的起振时间，当然，它还需要更长的时间才能稳定在所要求的频率。对于传统的超外差接收机，该时间通常需要2ms至5ms。而MAX1470的VCO从上电到晶体稳定振荡只需0.25ms。于是，在每20ms内，通过唤醒检测发射信号只需要1ms (0.75ms解码、0.25ms稳定) (图2)。可快速唤醒的MAX1470工作电压为3.3V，而不是5V，这是节省能量并延长电池寿命的四个或五个因素中的一个(相对于传统的超外差接收机)。 

　　图2. 为监测钥匙控制器的发送数据，在解码收到信号之前，RKE接收器必须分配时间，用来唤醒和建立稳定