低功耗蓝牙降低汽车射频器件功耗

现代车辆采用越来越多的射频 （RF） 技术，以满足客户对性能和功能的期望。然而，满足这些要求只会增加整体设计的复杂性，并带来与认证和认证相关的挑战。

考虑到多种无线电技术的同时运行需要在开发过程中采取特殊的干扰预防措施，以及广泛的车辆测试以确保服务可用性和高质量的用户体验，这种设计挑战只会增加。

为了克服这些障碍，设计人员正在转向低功耗蓝牙 （LE）。它作为减少车辆中射频技术数量的解决方案越来越受欢迎，并且可能会扩展到钥匙扣、胎压监测系统 （TPMS） 和数字钥匙系统。由于低功耗蓝牙软件堆栈提供特定的优化配置文件、数据速率、有效负载和角色，因此将多个具有各自通信要求的系统合并到一个系统中可以降低整体复杂性，降低系统成本，并简化认证工作。

汽车蓝牙 LE 设备支持多角色配置（外设、中央），并且可以保持与钥匙扣、TPMS 传感器和多部手机的大量同时连接。低功耗蓝牙器件的电流消耗也非常低——单个纽扣电池可持续使用长达 10 年。如此低的功耗使得从专有的射频解决方案切换到蓝牙 LE 协议变得更加容易。

在本文中，我们将探讨车辆射频架构的演变，以及如何从基于蓝牙 LE 的终端设备（如钥匙扣、TPMS 和数字钥匙）方法中受益。

车辆 RF 架构的演变

图 1 显示了传统的 RF 车辆架构。遥控钥匙使用短距离双向低频通信进行防盗器作以启动车辆。对于无源进入/无源启动功能，长距离低频通信唤醒遥控钥匙，遥控钥匙使用 UHF 频率传输其响应。

一些TPMS传感器使用专有技术，在服务模式下采用短距离低频通信来校准和配置TPMS传感器，UHF传输与车辆中央节点通信轮胎状态。它们提供有关轮胎压力、温度和 TPMS 电池的信息。

图 2 显示了用于实现数字钥匙系统的 RF 架构，该系统利用智能手机应用程序（包括一系列技术）进行汽车访问，以解锁/锁定车门，并在检测到机舱内有手机时启动发动机。例如，智能手机集成允许用户访问应用程序、拨打电话、发送消息、使用导航和流式传输音乐。用户还可以远程访问其中一些选项并实时检查车辆的状态。

高端版本的数字钥匙集成使用蓝牙 LE 进行通信，使用 UWB 进行定位，无需与智能手机交互即可访问汽车，类似于被动进入/被动启动功能，如德州仪器 （TI） 的电话即钥匙 （PaaK） 参考设计所示（slla679.pdf附在下面，以便读者参考）。智能手机只需要在车辆范围内。

如图 2 所示，典型的射频车辆设置包括两个 NFC 读卡器和多个蓝牙 LE 节点。以及多达六个 UWB 节点。这些标准无线电技术对于实现智能设备的数字密钥功能是强制性的。然而，标准射频技术与传统汽车门禁架构中使用的专有射频技术不同。

低功耗蓝牙在各种汽车应用中的实施以及与数字钥匙系统的集成可能会刺激进一步的创新、增强和系统成本节约。最近发布的蓝牙LE 6标准引入了信道探测测距功能，以显著改善定位服务，这将为无钥匙进入和点火启动提供更准确、更可靠的接近感应。车辆将能够更精确地检测支持蓝牙 LE 的设备（例如智能手机或钥匙扣）的存在，确保更顺畅、更安全的访问。

此外，蓝牙 LE 可以提供无线软件更新，确保不同的节点、钥匙扣和 TPMS 传感器具有最新功能和安全补丁，而无需驾驶员访问经销商。通过智能手机的完全集成，蓝牙 LE 有助于增强车辆健康监控，为持续监控车辆健康和性能打开大门。这些数据可以传输到智能手机应用程序或直接传输到服务中心，以进行主动维护和故障排除。

鉴于系统成本压力、简化车辆架构的需求、较短的上市时间要求和较低的认证工作，许多设计人员正在考虑从专有射频技术过渡到在低功耗蓝牙通信方案上标准化所有系统。

用于物理钥匙扣的蓝牙 LE

从低频和 UHF 技术过渡到钥匙扣中的蓝牙 LE 将通过消除车辆上的低频收发器、天线、电缆、连接器和 UHF 接收器模块来简化车辆架构，从而释放空间并降低线束复杂性。由于低频天线通常放置在门把手内，因此移除它们可以实现新的门把手设计，从而通过优化车辆的形状来改善油耗。

在钥匙扣本身上，蓝牙 LE 可以取代低频唤醒接收器，包括大型、重型 3D 天线和 UHF 发射器，从而显着降低钥匙扣的复杂性。通道探测可为无钥匙进入和点火启动场景提供准确可靠的接近感应。通过双向通信，可以实现更高的安全性协议，防止使用单向通信协议时发生的重放攻击。

钥匙扣中的蓝牙 LE 技术可以简化车队管理和汽车共享服务中的访问控制，从而允许将车辆安全灵活地分配给不同的用户。它还将通过跟踪车辆使用情况和驾驶员行为，为优化车队运营和维护计划提供有价值的数据。

总体而言，配备蓝牙 LE 的遥控钥匙将在汽车应用的发展中发挥重要作用，增强安全性、便利性、个性化和连接性。

用于 TPMS 应用的蓝牙 LE

在TPMS中，低功耗蓝牙在能效、连接性和数据传输方面具有优势。新一代低功耗蓝牙器件非常适合 TPMS 传感器，因为它们需要长时间运行，仅由小型纽扣电池供电。增强的蓝牙 LE 技术将延长电池寿命。

低功耗蓝牙通信的数据速率比传统解决方案快 100 倍。因此，现在可以实施实时监控，并且可以更频繁、更准确地从TPMS传感器到车辆的中央系统进行实时数据传输。

驾驶员可以收到最新的轮胎压力信息（例如轮胎温度、传感器健康状况和潜在漏气）、轮胎胎面信息，甚至有关路况的信息。这通过创建分析随时间变化的数据趋势的能力，可以实现更高级的诊断（因为传输了额外的诊断数据）以及更全面的监控和主动维护。

蓝牙 LE 电子控制单元 （ECU） 已经可用于数字钥匙系统，还可以处理钥匙扣和 TPMS 连接，从而简化车辆架构和复杂性。信息娱乐系统、驾驶员辅助系统和移动应用程序可以通过包含所有车辆健康信息的集中集线器轻松访问 TPMS 状态信息。

移动设备和 TPMS 传感器之间的直接蓝牙 LE 连接是可行的。即使驾驶员不在车内，它也可以轻松直接配置、诊断功能和警报。

向基于蓝牙 LE 的 TPMS 解决方案的过渡将带来更强大的加密、身份验证以及防伪和欺诈保护方法，确保从 TPMS 传感器传输到车辆中央系统的数据是安全的，并防止篡改或黑客攻击。这对于自动驾驶汽车尤其重要。

简化 TPMS 传感器和车辆中央系统之间的配对过程，减少了设置时间和用户干预。它最终消除了在服务点提供定制工具的需要，因为可以与任何现代智能手机进行通信。

随着蓝牙 LE 的不断发展，更先进、更可靠、更具成本效益的 TPMS 解决方案将有助于提供更安全、更高效的驾驶体验。

采用低功耗蓝牙的下一代车辆架构

现代车辆架构将融合数字钥匙系统、钥匙扣和TPMS（图3），使用标准射频技术来显着降低系统成本和复杂性。低功耗蓝牙通过提供最高的协议灵活性和易于采用性，在这一趋势中发挥着核心作用。低功耗、长电池寿命和低系统成本的优化是可行的，降低制造成本和缩短上市时间也是可行的。