KeeLOQ三轴代码转换器HCS473及其应用

1概述

hcs473是美国microchip技术公司新推出的keeloq代码转换器芯片。该芯片集keeloq跳码技术和安全脉冲转发器（transponder）于一体，从而解决了逻辑与物理入口的控制问题。当与译码器一起使用时，hcs473的高安全学习机制可提供一个交钥匙（turn key）解决方案。所谓学习（leaning），是指一个编码器在译码器接收编码器的有效编码时，可以与该译码器相匹配。另外，hcs473中的三输入脉冲转发器接口同时允许三个正交脉冲转发器与天线结合，从而消除了与传统脉冲转发器系统相联系的方向性。

当hcs473作为跳码编码器件使用时，特别适用于无键入口系统，例如车辆和车库门开门控制器等。hcs473在标识验明方面也可用作安全双向脉冲转发器，是存取控制和识别应用中的理想器件。在遥控无键入口（rke）系统和固定与被动无线入口（pke）中，hcs473可用作编码器与脉冲转发器，这无疑将明显减少发射器／脉冲转发器的成本。另外hcs473的具体应用还包括汽车报警系统、家庭／办公室／旅馆的电子门锁、其它防盗报警系统和贴近进入控制等方面。

2内部结构及主要参数

hcs473采用14脚pdip／soic封装，引脚排列如图1所示。

图2为hcs473的内部结构方块图。图中，s0、s1、s2和s3／rfen都是带75kω下拉电阻的施密特触发器开关输入或rfen输出；lcx、lcy和lcz是灵敏脉冲转发器输入端（其中lcx也用于低电池备用（backup）模式）；data、led分别为发送数据输出和开路漏极led驱动输出；kccom是脉冲转发器偏置输出。vdd是正电源电压输入端，vss和vsst分别为电源和脉冲转发器接地端。

hcs473的主要参数典型值（或范围）如下：

●电源电压vdd＝2．05～5．5v；
●电源电流idd≤2ma（fosc＝4mhz，vdd＝3．5v时）；
●输入脚输入低电平电压：vil1＝vss～0．8v（带ttl缓冲器），vil2＝vss～0．2vdd（带施密特缓冲器）；输入高电平：vil1＝0．2v～vdd（带ttl缓冲器），vih2＝0．8vdd～vdd（带施密特缓冲器）；
●led脚输入低电平电压vled（il）＝vss～0．2vdd，输入高电平电压vled（ih）＝0．8vdd～vdd；
●输出低电平电压vol≤0．6v（iol＝8．5ma，vdd＝4．5v），输出高电平电压voh≥vdd－0．7v（ioh＝－3ma，vdd＝4．5v）；
●数据eeprom擦除／写入周期时间tdew＝4ms（典型值）；
●脉冲转发器载波频率fc为125khz，lc输入箝位电压vlcc为10v（ilc＜1ma），lc感生输出电压vddtv为3．5v（典型值），lccom输出电压vlcc为600mv（ilccom＝0ma）；
●工作环境温度范围为－40～＋125℃。

3 hcs473的主要特点

3．1 keeloq代码跳跃编码器

众所周知，大多数无键入口系统在每次按下按钮（开关）时，发射器总是发射相同的代码。由于hcs473采用的是keeloq代码跳跃技术的加密（encyption）算法，因此具有很高的安全性。因为代码跳跃方法在每次发送开始后，从发射器发送到接收器的代码是不同的。该方法与69位发送长度耦合，可免除代码抓取或代码扫描操作。同步计数器值是发射代码变化和每当一个代码跳跃开始后代码增量的基础。由于使用的是encryption算法，同步计数器值有1位发生变化，就会导致实际发射代码出现较大的变化。因此，为了防止计数器值被破坏或丢失，应设计冗余存储且每次仅能修改一个字节。encryp－tion算法一般在数据公开之前已利用encryption密钥进行了乱码或加密，因此数据只能利用解密（decryption）算法及相同的encryption密钥才能解密或译码。hcs473编码器的操作与安全特点如下：

●可用四个开关输入15个功能码；
●采用pwm或曼彻斯特（manchester）调制；
●波特率从416bps到5000bps可选择；
●按钮排队发射；
●带有锁相环路（pll）接口；
●具有69位发送长度；
●读被64位编码器密钥保护；
●可编程32位序列号；
●带有非易性16／20位同步计数器。

3．2 keeloq安全脉冲转发器

hcs473提供有三个脉冲转发器输入，因而允许三个正交脉冲转发器天线组合。其灵敏的输入结构能增加脉冲转发器的通信距离，容易履行被动无键入口（pke）系统。hcs473利用keeloqencryption算法执行32位iff。同时，还可为用户e2prom、集成抗冲突寻址方案、输入／rf输出操作和两车辆操作等提供读／写存取功能。另外，利用命令结构和协议设计可对感应通信通路和快速反应时间提供支持。

4应用简介

hcs473的应用电路如图3所示。该电路是遥控无键入口（rke／pke）应用的拓扑结构。为了感应iff，ic的脚lcx、lcy和lce外部分别连接有lc（lxcx、lycy和lzcz）谐振电路。hcs473的led输出可直接驱动外部led，其串联电阻r1用于设定led的导通电流和亮度。脚data上的数据输出直接连接到射频（rf）发射电路。由于hcs473内置唤醒控制电路，因而很适合于电池供电系统。

当电路的开关输入代码跳跃（ch）模式被启动后，电路将工作在单向存取（access）控制。ch模式优先于脉冲转发器模式。这意味着在按下按钮开关使开关输入拉至高电平时，ic将进入ch模式，即使在一个感应场出现时也是如此。当脉冲转发器模式通过一个感应场被激活后，它将被用于双向验证并访问用户的eeprom。hcs473内部的eeprom用来存储用户的可编程选择、用户区64位和同步计数。器件的配置选择在制造时已被编程，并含有编码器密钥、序列号、车辆id和鉴别值等与安全有关的信息。

hcs473在系统中应用时，需要一个相容的译码器，可选用一个带低频线圈天线和无线电频率接收器的微控制器。为使译码器与编码器匹配，译码器必须首先进入学习（发射器）时序，即：进入学习模式→有效码与种籽（seed）接收等待→产生密钥→比较鉴别值与固定值→若相等则等待接收第二个有效码（若不等表示学习不成功）→计数器连续（不连续意味着学习失败）→学习成功存储（序列号、编码密钥和同步计数器）→出口。在译码器学习成功之后，则进入操作模式。

译码器侧密钥的产生通过取走序列号并结合制造者代码产生与发射器使用相同的保密密钥来完 成。一旦获得密钥，发送的剩余部分则可被解密。如果是一个所学习的发射器，译码器则等待发射并立刻检验序列号，并利用存储密钥解密发送的加密部分。解密是否有效可通过鉴别位去确认。

hcs473脉冲转发器与基站之间的通信可通过二者线圈之间的磁耦合来实现（其中基站线圈是rlc串联电路的一个组成部分）。hcs473外部的三个线圈与三个电容组成的谐振电路可用于为hcs473提供125khz的三路代码输入，借助于lc并联电路可使keeloq脉冲转发器与基站取得联系。基站am调制器在提取脉冲转发器的数据后，可利用基站软件进一步进行处理。