汽車無線接入技術(shù)解決方案

1、汽車無線接入技術(shù)解決方案全球汽車瀕臨極大的市場機(jī)會，但設(shè)計工程師同樣瀕臨在成本、功耗、平安性等多方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。本文以可接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的最新智能應(yīng)答器為例，向中國汽車設(shè)計工程師介紹了在汽車無線接入系統(tǒng)設(shè)計中解決這些挑戰(zhàn)的技術(shù)辦法。在中國，平安與保密性控制模塊所用法的半導(dǎo)體大約占到中國汽車半導(dǎo)體的18(。從已在用法的遙控?zé)o鑰匙門控應(yīng)用，到無源無鑰匙門控(pke)系統(tǒng)、輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)、電子繳費(fèi)(收費(fèi))與免提系統(tǒng)等新興應(yīng)用，無線系統(tǒng)正不斷在車輛應(yīng)用中涌現(xiàn)。這些無線銜接是提高平安與保密性模塊性能的技術(shù)手段，并正在建立駕駛員所希翼的各種特性。而其它面對平安與保密性應(yīng)用的專用短距離無線通信解決計劃的浮現(xiàn)

2、，則只受到高性價比技術(shù)可用性的限制。除縮短上市時光與增強(qiáng)功能的傳統(tǒng)壓力外，設(shè)計工程師還瀕臨經(jīng)濟(jì)高效的性能增加、功耗、小尺寸和加密平安等多種挑戰(zhàn)。表1：pke智能應(yīng)答器的主要技術(shù)難點與解決計劃。例如，我們可以看一下代表當(dāng)今系統(tǒng)架構(gòu)師所瀕臨眾多挑戰(zhàn)的無線系統(tǒng)可接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的最新智能應(yīng)答器。在這種雙向通信系統(tǒng)中，基站與應(yīng)答器可在無需人工干預(yù)下自動通信。這種低成本、雙向通信應(yīng)答器可設(shè)計成采納兩個頻率工作：125 khz用于接收數(shù)據(jù)；uhf(315、433、868或915 mhz)用于發(fā)送數(shù)據(jù)。因為125 khz信號的非傳揚(yáng)特性，雙向通信距離普通不超過3米。而因為該應(yīng)答器還擁有可執(zhí)行可選操作的按鈕，故

3、當(dāng)按下放射按鈕時，還可支持更長的單向傳輸距離(從應(yīng)答器至基站)。在這些應(yīng)用中，基站用125 khz頻率發(fā)送指令，同時等待附近的有效應(yīng)答器以uhf頻率發(fā)回響應(yīng)。智能應(yīng)答器普通處于接收模式并等待任何有效的125khz基站指令。假如接收到任何有效的基站指令，應(yīng)答器以uhf頻率發(fā)送響應(yīng)。這就是我們所說的“無源無鑰匙門控系統(tǒng)”。因為pke系統(tǒng)采納125khz舉行雙向通信，因此低成本、小體積及低功耗pke應(yīng)答器可用法含有數(shù)字與低頻前端的集成系統(tǒng)級芯片() 智能微控制器單元()來生產(chǎn)。pke系統(tǒng)挑戰(zhàn)隨著設(shè)計工程師獲得更多的系統(tǒng)閱歷，他們?nèi)找鏋l臨如下挑戰(zhàn)：如何既牢靠地設(shè)計pke應(yīng)答器功能使其成為傳統(tǒng)pke應(yīng)答

4、器的一種高性價比替代選項，同時又確保它能達(dá)到特定的系統(tǒng)目標(biāo)。表1列出了系統(tǒng)設(shè)計工程師所瀕臨的一些主要關(guān)注點及解決計劃。盡管pke應(yīng)答器看起來似乎需要用復(fù)雜及昂貴的電路才干實現(xiàn)，但設(shè)計工程師所瀕臨的挑戰(zhàn)已通過用法一些相對容易、圍繞一個智能型微控制器(pic16f639)，并包含全部須要功能以滿足平安雙向通信要求的低成本電路而得到解決。圖1顯示一種智能pke系統(tǒng)。它還擁實用于可選操作的按鈕，但主要操作無需任何人工干預(yù)即可完成。pke應(yīng)用的雙向通信挨次如下：基站用125 khz頻率發(fā)送指令；應(yīng)答器用3付正交lc諧振天線接收125 khz基站指令；假如指令有效，則應(yīng)答器通過一個uhf放射機(jī)發(fā)出響應(yīng)(加

5、密數(shù)據(jù))；假如數(shù)據(jù)正確，則基站接收響應(yīng)并啟動開關(guān)。圖1：采納雙向通信的智能無源無鑰匙門控(pke)系統(tǒng)設(shè)計工程師所瀕臨的一個挑戰(zhàn)是系統(tǒng)性能增加的高性價比實現(xiàn)，這些增加包括：通信距離、天線方向性、小封裝尺寸、加密平安及門鎖“開/關(guān)”條件下的低功耗等。實現(xiàn)一種能牢靠接收125 khz信號作用距離內(nèi)的基站指令，并保持長電池工作時光的應(yīng)答器設(shè)計，可滿足關(guān)鍵的系統(tǒng)增加要求。雙向通信距離的輸入敏捷度要求在電池供電應(yīng)答器應(yīng)用中，用uhf (315/433/915 mhz) 的最大通信距離大約為100米左右，但用低頻(lf, 125 khz)則只能達(dá)到幾米的通信距離。因此，雙頻pke應(yīng)答器的通信距離主要受12

6、5 khz基站指令作用距離的限制。因為低頻信號的非傳揚(yáng)特性，125 khz信號會隨距離增強(qiáng)而迅速衰減。例如，假設(shè)基站輸出300 vpp左右的天線輸出，則由大約3米距離上的應(yīng)答器的線圈天線所感應(yīng)的電壓大約僅為3 mvpp，與應(yīng)用環(huán)境的噪聲電平相當(dāng)。因此，如何有效地檢測弱信號是系統(tǒng)設(shè)計工程師所瀕臨的一個主要問題。為增強(qiáng)125 khz基站指令的作用距離，可考慮以下兩種可能的解決計劃：(a) 增強(qiáng)基站放射機(jī)的放射功率；(b) 提高應(yīng)答器的輸入敏捷度?；痉派錂C(jī)的最大放射功率普通受政府規(guī)定的限制，因此，假設(shè)基站放射的最大功率處于允許范圍內(nèi)，則上述其次種提高輸入信號檢測敏捷度的辦法，即是唯一有效的解決計劃

7、。為達(dá)到3米的雙向通信距離，應(yīng)答器輸入敏捷度須達(dá)到3 mvpp左右。天線方向性問題的解決計劃由天線單元輻射的任何信號都會在一定的方向角內(nèi)傳揚(yáng)，且當(dāng)用法性能更好的天線時信號傳揚(yáng)的方向性更高(或輻射角更窄)。由lc諧振電路所輻射的低頻(125 khz)信號雖不像高頻信號那樣具有方向性，但它仍具有一定的方向性。在給定的應(yīng)答器設(shè)計條件下，低頻信號的通信距離(或感應(yīng)電壓)取決于基站天線與應(yīng)答器天線的耦合程度。當(dāng)兩付天線面向面相對時，其耦合最佳。對于免手持pke應(yīng)用，應(yīng)答器放在您口袋中的方向可以是隨意的。因此，應(yīng)答器天線面對固定基站天線方向的機(jī)會最高惟獨(dú)30%左右(x、y、z方向)。但假如應(yīng)答器具有3付正

8、交天線，則機(jī)會可增強(qiáng)至臨近100%。天線分離放在x、y和z方向上。通過利用三個正交放置的天線，應(yīng)答器可以獲得在任何給定方向上的基站信號。喚醒節(jié)約電池能量圖2：具有無線平安接入的各種應(yīng)用。喚醒濾波器可有效地控制微控制器pic16f639的工作以節(jié)約電池能量。此外，微控制器還必需在非活動模式期間以最少的電路工作。應(yīng)答器中的pic16f639芯片含有低頻前端與數(shù)字電路，低頻前端總是在搜尋輸入信號，而數(shù)字部分則處于睡眠模式以節(jié)約電池消耗，且惟獨(dú)在收到一條有效基站指令時才被喚醒(或激活)。這可通過在低頻前端部分中用法一個特別喚醒濾波器來實現(xiàn)。此外，低頻檢測電路還可編程為僅在輸入信號帶有預(yù)定數(shù)據(jù)包頭才有輸

9、出。喚醒濾波器用來防止數(shù)字部分被噪聲或非期望的輸入信號喚醒。因此，可有效節(jié)約工作及電池能量。功率管理除利用特別濾波器來節(jié)約電池能量外，pic16f639還具有專利的納瓦(nanowatt)技術(shù)，可為系統(tǒng)設(shè)計工程師提供對片上外設(shè)的更大的控制，包括可以通過幾種軟件可選速度選項來將頻率降至32 khz的8 mhz內(nèi)部。極低睡眠電流消耗以及迅速啟動的內(nèi)部振蕩器，可支持低功耗系統(tǒng)設(shè)計。周期性喚醒機(jī)制包括低功率實時時鐘工作、超低功率喚醒特性與擴(kuò)展低功率定時器。以這些廣泛的功率管理特性，設(shè)計工程師可在應(yīng)用軟件中實施功率節(jié)約概念，并以更低的系統(tǒng)成原來獲得對整體系統(tǒng)功耗的更緊密控制。加密支持專利的keeloq加

10、密技術(shù)這一全球標(biāo)準(zhǔn)提供了一種用于認(rèn)證、無鑰匙門控及其他遠(yuǎn)程接入控制系統(tǒng)的高性價比解決計劃，2所示。keeloq加密技術(shù)采納經(jīng)過行業(yè)驗證的跳碼編碼 (code hopping encoding) 辦法，當(dāng)件激活時代碼會自動轉(zhuǎn)變并平安發(fā)送。以基于編/對的實現(xiàn)，編碼器位于遠(yuǎn)端并發(fā)送一個滾動碼id與計數(shù)器值；解碼器則位于接收器中，并對遠(yuǎn)端編碼器所發(fā)送的消息舉行解碼。它存儲其偵聽到的遠(yuǎn)端設(shè)備識別名與計數(shù)器值，解碼器惟獨(dú)在偵聽到遠(yuǎn)端設(shè)備時才允許拜訪。keeloq加密是一種通過復(fù)雜公式及32位隨機(jī)數(shù)發(fā)生器來實現(xiàn)的高度平安算法。本文結(jié)論將來汽車中無線平安接入系統(tǒng)的設(shè)計工程師可能會碰到各種不同挑戰(zhàn)，像pic系列這種微控制器可為車輛中的無線系統(tǒng)提供一種成熟、牢靠的構(gòu)建模塊。采納集成系統(tǒng)級芯片解決計劃的低成本雙向通信應(yīng)答器實現(xiàn)，即是一個可為駕駛員提供增加平安與保密性的無線系統(tǒng)的較好例子。無需任何人工干預(yù)，pke應(yīng)答器即可接收低頻基站指令并通過uhf放射機(jī)以加密數(shù)據(jù)舉行響應(yīng)?？裳b在駕駛員口袋中的小型pke應(yīng)答器，可自動開關(guān)車門而無需任何干預(yù)。對于停車場入口應(yīng)用，駕駛員不用停車即可挺直開進(jìn)停車場，由于系統(tǒng)