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遙控門禁(RKE)的設計要求

作者: 時間:2012-07-12 來源:網絡 收藏

遙控門禁()系統已經備受用戶的青睞,北美80%以上、歐洲70%以上的新車均安裝了系統。除了顯而易見的便捷性,用于開啟汽車制動裝置的技術還具有防盜作用。歐洲汽車生產廠商與保險公司合作,要求購置汽車保險時汽車要安裝RKE系統。德國已開始推行這一政策,預計在幾年內會擴展到整個歐洲。

大多數RKE系統采用單向(單工)通信,但第二代、第三代RKE系統將提供返回到鑰匙的逆向通信雙工操作,可以通知車主需要加油或需要增加左前輪胎壓。

RKE系統包括鑰匙扣(或鑰匙)中的一個無線發射器,它向安裝在車內的接收器發出一串短脈沖數子信號,信號經過解碼,通過接收器控制傳動機構,打開或關閉車門或行李箱。在美國和日本該無線載波頻率為315MHz,歐洲則使用433.92MHz (ISM頻段)。日本的RKE系統采用頻移鍵控FSK調制,其他絕大部分國家則采用幅移鍵控ASK調制,它的載波幅度調制在兩個電平。為了減小功耗,通常取低電平接近于0,于是產生了開關鍵控(OOK)調制。

RKE系統說明和設計目標

典型的RKE系統(圖1)是在鑰匙扣或鑰匙上安裝一個微控制器。對于汽車而言,按下控制裝置一個按鈕,將喚醒微控制器。微控制器向鑰匙的射頻發射器送出一串64位或128位的數據流,經過載波調制,用簡單的環狀印制板天線(雖然效率不高,但環狀天線可以設置在PCB上,造價低廉,使用廣泛)輻射出去,實施開鎖操作。

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在車輛中,射頻接收器捕捉到發射數據,并直接將它傳到另一個微控制器,完成解碼后發出正確的控制信息,以啟動引擎或打開車門。具有多個按鈕的鑰匙控制器還可以選擇打開駕駛門、全部車門或行李箱等。

數據流以2.4kbps至20kbps速率發射,通常由以下字段組成:前導碼、操作碼、校驗位和"滾動碼",滾動碼在每次使用后會修改自身數值,以保證車輛的安全性。如果沒有滾動碼,發送的信號可能會意外地開啟另一車輛,或由于發射碼每小偷盜取,然后用它開啟車輛。

有幾個主要目標支配著RKE系統的設計。與所有大批量生產的汽車零部件一樣,它們都必須具備低成本和高可靠性。發射機和接收機都應該消耗最小功率,因為更換鑰匙控制器的電池非常麻煩,為汽車電池充電更為復雜。RKE系統設計人員一方面要關注這些要求,另一方面還必須確保一定的接收、載波容限以及其它技術參數,在滿足低成本、小電流限制的情況下,實現最大的發射范圍。

其它的限制包括:當地對近距離通信設備的管理規定,例如美國的FCC規定。近距離通信設備不需要申請許可證,但產品本身受各國的不同法律和規則制約。對于美國,相關管理文件是聯邦政府管理條例(CFR),標題47的第15部分,它覆蓋了260MHz至470MHz波段(15.231節)和902MHz至928MHz波段(15.249節)

以下提供了一些FCC標準對RKE設計的限制。

按照15.231節規定,允許設備發射命令或控制信號、 ID碼,允許在緊急情況下發射無線控制信號,但不能是聲音或圖像信號、玩具控制信號或連續數據。

傳輸時間不能超過5秒;只有當重復傳輸頻率低于每小時一次時,才允許固定間隔、持續時間可以達到1秒(最長)的發射周期。

發射天線三米以內的最大場強在3750μV/m到12500μV/m以內,線性正比于基頻頻率(260至470MHz)。

頻帶內下降20dB的頻偏不超過中心頻率的0.25%;雜散輻射應該比基頻信號的增益衰減20dB。

以下各部分詳細探討與RKE系統設計相關的問題,先從載波頻率的產生開始。

載波發生器

第一代RKE電路使用了聲表面波(SAW)器件產生發射器的RF載波和接收器的本振(LO)。不幸的是,SAW器件初始頻率的不確定性至少為±100kHz,并且隨溫度變化其頻率穩定性相對較差。在接收端,如果IF通帶過寬,則在接收載波時會收到過多的噪聲,從而限制了汽車響應鑰匙控制信號的距離。

目前可以代替SAW器件的方案是選擇基于晶體的鎖相環(PLL)。PLL的使用主要源自日益嚴格的RF輻射規則,尤其是在歐洲和日本。使用晶振PLL的發射器比使用SAW諧振器的發射器價格略微貴一點,但精度一般提高十倍。因此接收器具有較窄的IF帶寬,由于提高了SNR,可以提高發射距離。

早期的SAW器件設計工作在帶寬為1.74MHz的433MHz頻段(433.05MHz至434.79MHz)的中點,以保證在工藝和溫度變化時保證系統的可靠性。因此,對標稱載波頻率為433MHz的應用,現在頻率是433.92MHz,于是必須根據這一頻率選擇PLL晶體。


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