汽车无线接入系统技术设计介绍

 　　天线方向性问题的解决方案

　　由天线单元辐射的任何无线电信号都会在一定的方向角内传播,且当使用性能更好的天线时信号传播的方向性更高(或辐射角更窄)。由LC谐振电路所辐射的低频 (125 kHz)信号虽不像高频信号那样具有方向性,但它仍具有一定的方向性。在给定的应答器设计条件下,低频信号的通信距离(或感应电压)取决于基站天线与应答器天线的耦合程度。当两付天线面对面相对时,其耦合最佳。

　　 对于免手持PKE应用,应答器放在您口袋中的方向可以是任意的。因此,应答器天线面向固定基站天线方向的机会最高只有30%左右(x、y、z方向)。但如果应答器具有3付正交天线,则机会可增加至接近100%。天线分别放在x、y和z方向上。通过利用三个正交放置的天线,应答器可以获得在任何给定方向上的基站信号。

图2：具有无线安全接入的各种应用。

　　唤醒滤波器节省电池能量

　　唤醒滤波器可有效地控制微控制器PIC16F639的工作以节省电池能量。此外,微控制器还必须在非活动模式期间以最少的电路工作。应答器中的 PIC16F639芯片含有低频前端与数字电路,低频前端总是在搜索输入信号,而数字部分则处于睡眠模式以节省电池消耗,且只有在收到一条有效基站命令时才被唤醒(或激活)。这可通过在低频前端部分中使用一个特殊唤醒滤波器来实现。此外,低频检测电路还可编程为仅在输入信号带有预定数据包头才有输出。

　　唤醒滤波器用来防止数字部分被噪声或非期望的输入信号唤醒。因此,可有效节省工作电流及电池能量。

　　功率管理

　　除利用特殊滤波器来节省电池能量外,PIC16F639还具有专利的纳瓦(nanoWatt)技术,可为系统设计工程师提供对片上外设的更大的控制,包括可以通过几种软件可选速度选项来将频率降至32 KHz的8 MHz内部振荡器。极低睡眠电流消耗以及快速启动的内部振荡器,可支持低功耗系统设计。周期性唤醒机制包括低功率实时时钟工作、超低功率唤醒特性与扩展低功率看门狗定时器。以这些广泛的功率管理特性,设计工程师可在应用软件中实施功率节省概念,并以更低的系统成本来获得对整体系统功耗的更紧密控制。

　　加密支持

　　专利的KEELOQ加密技术这一全球标准提供了一种用于认证、无钥匙门控及其他远程接入控制系统的高性价比解决方案,如图2所示。KEELOQ加密技术采用经过行业验证的跳码编码 (code hopping encoding) 方法,当编码器件激活时代码会自动改变并安全发送。以基于编/解码器对的实现,编码器位于远端并发送一个滚动码ID#与计数器值;解码器则位于接收器中, 并对远端编码器所发送的消息进行解码。它存储其侦听到的远端设备识别号与计数器值,解码器只有在侦听到远端设备时才允许访问。KEELOQ加密是一种通过复杂公式及32位随机数发生器来实现的高度安全算法。

　　本文结论

　　未来汽车中无线安全接入系统的设计工程师可能会遇到各种不同挑战,像PIC系列这种微控制器可为车辆中的无线系统提供一种成熟、可靠的构建模块。采用集成系统级芯片解决方案的低成本双向通信应答器实现,即是一个可为驾驶员提供增强安全与保密性的无线系统的较好例子。无需任何人工干预,PKE应答器即可接收低频基站命令并通过UHF发射机以加密数据进行响应。可装在驾驶员口袋中的小型PKE应答器,可自动开关车门而无需任何干预。对于停车场入口应用,驾驶员不用停车即可直接开进停车场,因为系统会自动识别3米左右有效使用距离内的PKE应答器。

　　无线安全接入系统可满足一些驾车者对安全与保密性不断提高的要求。除消费者外,政府管理部门与汽车制造商本身也在推出(或计划推出)相应的计划来提高汽车中的安全与保密性创新。安全与保密性计划的下一步将是单个子系统的集成,以通过增强无线安全接入系统来提高汽车制造商的竞争优势。