多路低頻驅動ATA5279在PKE系統中的應用設計

前言

汽車市場主要的防盜方式包括發動機防盜鎖止系統(IMMO)、遙控門鎖(RKE)、無鑰匙門禁(PKE)、電子轉向柱鎖、雙向智能鑰匙和GPS衛星定位等，其中以IMMO和RKE的應用最為廣泛。無鑰匙進入系統（PKE）技術是在相當成熟的RKE基礎上發展起來，集成了IMMO和RKE功能。PKE作為新一代防盜技術正在逐步發展壯大，目前已經從奔馳、寶馬等高端車市場逐步進入如像福特蒙迪歐、日產的天籟的部分車型等中檔車市場。車內區域檢測精度和系統安全是衡量PKE系統性能的重要指標，本文采用Atmel公司的六路低頻驅動芯片ATA5279發射低頻信號，采用三維全向天線接收的方法實現車內區域精確定位。

PKE系統工作原理

PKE系統主要包括三個部分：車身基站、低頻天線和電子鑰匙。通過雙向交互認證來驗證電子鑰匙的身份。車身基站采用主動式的工作方式，其行為不依賴于電子鑰匙的指令，結合車身微動開關的觸發激活系統認證和區域檢測，決定是否打開車鎖或其他動作。

低頻信號喚醒：用戶攜帶電子鑰匙處在低頻天線信號覆蓋范圍內并給予一個觸發信號如拉動門把手時，車身主機通過低頻天線發送一條編碼的低頻報文。電子鑰匙通過三維天線接收低頻報文，并對該數據信息進行驗證。如果與鑰匙內存儲的數據匹配，鑰匙則會被喚醒。

射頻信號驗證：鑰匙被識別喚醒后，將會分析車身主機發送的認證口令，使用HITAG2算法對數據進行加密并通過射頻信號發送回主機。主機把收到的數據與內部計算的數據進行比較，如果驗證匹配通過，就會打開車門鎖。認證過程幾十毫秒即可完成，車主并不會感到有遲滯。

用戶進入車內后，只需要按一下啟動鍵，汽車發動機便會啟動。啟動時驗證過程和開門過程大致相同，但啟動發動機時系統需要驗證攜帶鑰匙的人是否在主駕駛區域，以防止兒童誤觸發。

系統結構

系統總體設計

PKE系統結構如圖1所示。車身基站控制單元采用LQFP64封裝的8位HCS08-MC9S08DZ60，該MCU內嵌CAN控制器，具有2路SCI、1路SPI外設接口、外接TJA1040接口作為CAN Node；低頻通訊模塊采用Ateml ATA5279驅動6路單獨的低頻線圈，發送125KHz低頻信號，用來實現跟鑰匙的近距離通訊；射頻接收模塊采用MC33596，快速接收鑰匙跟車身之間用加密認證的數據傳輸，點火鎖附近基站芯片采用PCF7991；車身基站單元采用12V電源和線性穩壓器TLE4275取得5V電源對系統供電。電子鑰匙端采用PCF7952通過三維天線接收來自車身的低頻信號，經接收器控制邏輯分析是否喚醒系統，通過射頻發射單元PCF7900把加密后的數據發送給車身基站。

車身基站電路設計

車身硬件電路主要由電源電路、主控MCU電路、CAN節點、射頻電路、低頻電路與發動機防盜鎖止電路等部分組成。

1. CAN總線電路

在CAN節點設計中采用的是Philips公司的高速CAN轉換芯片TJA1040，MC9S08DZ60內置CAN總線控制單元，CAN模塊的TXCAN和RXCAN分別與TJA1040的TXD和RXD連接，STB接I/O端口作為收發器控制信號。

2. 射頻接收電路

射頻電路接收部分采用的是Freescale公司的低功率射頻接收芯片MC33596。系統中MC33596采用FSK、曼徹斯特編碼方式接收電子鑰匙射頻信號。MC33596采用SPI方式與MC9S08DZ60通信，MC9S08DZ60內置串行外圍設備接口模塊，連接方便。用于接收電子鑰匙發送的射頻信號。

3. 低頻發送電路

低頻發送電路采用Atmel公司的ATA5279驅動車身低頻天線，它具有優異的EMC性能，對負載具有熱和電保護，具有非常低的關斷模式電流。ATA5279能同時驅動六路天線線圈，通過SPI接口與控制器連接，主控芯片MC9S08DZ60通過模擬SPI接口與其通訊。在實現區域判斷時，ATA5279可以提供20段電源管理以供信號強度檢測。電路如圖2所示，六個低頻天線放置于車身的不同位置。