汽车安全与防盗——无钥匙系统的设计

图3：无钥匙系统的结构框图。

　　低频发射模块和射频接收模块是无钥匙系统的基本通讯链路，低频发射采用125KHz，为上行链路，由车子端发送至钥匙端；射频接收采用315MHz或434MHz，为下行链路，由钥匙端发送至车子端。之所以采用125KHz，一方面是为了兼容引擎防盗的相关技术，更为重要的是125KHz的信号对距离敏感，可以实现精确的距离检测，起到关键的定位作用。射频则采用传统RKE的频段，一方面兼容遥控钥匙的基本功能，更利用了其通讯速度快的优势，这里需要着重声明的是，所谓的通讯速度是指钥匙跟车子间用于认证加密的数据传输，为保证在较短时间内完成无钥匙开门或点火的过程，需要采用较高的波特率(一般为8～20kbps)，通常不建议采用低端的SAW发射模块(1kbps左右)，而采用基于锁相环技术的发射芯片来实现，例如NXP的PCF7900，其在FSK的模式下最高波特率可达到20kbps。同样是为了这个目的，射频频段也有采用更高频的868MHz或915MHz的趋势。如图所示，低频发射模块包括多个低频天线，安装于车门把手内用来实现无钥匙进入(Keyless Entry)，安装于车身内部的用来实现无钥匙启动(一键启动Keyless Start)。

钥匙端的具体框图如图四所示，主芯片是NXP的PCF7952或PCF7953，射频发射芯片采用NXP的PCF7900，相应的在车子端的射频接收芯片是NXP的PQJ7910。PCF7952/53具有低频模拟前端(LF Front End)，用来连接外围3D天线。在无钥匙系统中，钥匙端需要外置3D低频天线，可以接收检测外部空间的3D能量场强，分别为X，Y，Z轴，通过叠加3个方向上的能量，可以保证钥匙在任何角度都能检测到同样的场强。其中的一轴天线还被复用为IMMO的功能，实现无电模式下的引擎启动。通过上行和下行链路，钥匙跟汽车可以建立起双向通讯，进行复杂的身份认证。最新的一代认证技术称为交互认证技术(Mutual-Authentication)，不仅仅需要汽车来认证钥匙，同时也需要钥匙来判断车子是否合法，任何错误都会导致整个通讯结束，以此来保证系统的安全性。通讯距离是由低频上行链路125KHz决定，通常的PKE系统工作有效距离为2.5m左右，而实际有效开关门距离为1.5m～2m。除了车内外检测精度以外，钥匙端的功耗也是衡量一个无钥匙系统好坏的重要指标，PCF7952自带的电源管理模块可以最大程度的降低整个系统功耗，一套成熟的无钥匙系统方案，钥匙端在一颗2032的3V锂电池供电的情况下，电池寿命可以长达三年。