被動(dòng)門禁系統(tǒng)中RF設(shè)計(jì)的考慮事項(xiàng)

密鑰卡

在任何PE系統(tǒng)中，密鑰卡都必須能夠測量LF信號在三個(gè)正交軸(X、Y和Z方向)上的強(qiáng)度，并能利用UHF發(fā)射器，通過RF信道把這一信息發(fā)回給車輛，以確定密鑰卡的位置。這種信號強(qiáng)度信息 (也被稱為遠(yuǎn)程信號強(qiáng)度指示器，即RSSI) 由與3D LF接收器相連接的三個(gè)正交天線線圈收集。任何數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，比如喚醒數(shù)據(jù)模式(前導(dǎo)碼，ID)、系統(tǒng)命令或作為協(xié)議載荷的純文本數(shù)據(jù)口令，將會(huì)被接收并傳送給密鑰卡中的微控制器(MCU)處理(返回信息包，加密)。為了節(jié)能，LF接收器帶有一個(gè)專用的控制邏輯，能夠以極低功耗來分析和檢測喚醒信號，故無需全面喚醒整個(gè)系統(tǒng)，這樣可以大大延長密鑰卡的電池壽命。密鑰卡數(shù)據(jù)流量的進(jìn)出可通過一個(gè)小型8位超低功耗MCU(如ATtiny44)來控制。接收到的數(shù)據(jù)可以通過軟件進(jìn)行加密，也可以通過帶有功能強(qiáng)大的加密功能的硬件加密模塊(如AES-128)進(jìn)行加密。為提高安全性，一個(gè)加密機(jī)制會(huì)同時(shí)用在硬件內(nèi)部和嵌入在MCU上。加密后的數(shù)據(jù)被傳送到UHF發(fā)射器，并以很高的波特率向車輛發(fā)射。

在電池完全耗盡的情況下，發(fā)射應(yīng)答器可以作為一個(gè)無電池的無源設(shè)備進(jìn)行工作，這時(shí)被稱為緊急模式工作。在此模式下，正交線圈中只有一個(gè)與LF磁場耦合，從中獲得足夠的能量，并以電荷的形式存儲在外部電容器里。發(fā)射應(yīng)答器通過LF鏈路與基站通信來打開車門，并被用作一個(gè)防盜鎖止裝置，可阻止發(fā)動(dòng)引擎(參見圖1，其中X軸線圈相當(dāng)于一個(gè)3D LF接收器線圈和一個(gè)緊急/防盜鎖止收發(fā)器天線)。模擬前端(AFE)模塊被用于LF通信，而功率管理(PM)模塊用來管理場電源，即存儲在外部電容器Cbuf上的電荷。在緊急模式下，RSSI測量、3D LF數(shù)據(jù)接收和RF發(fā)射都被禁用。

表1：PE系統(tǒng)密鑰卡的基本參數(shù)

圖2 3D LF接收器的喚醒

圖3 RSSI定位測量

接收LF信號

載波頻率為125kHz左右的低頻場可以有以下作用：(1) 低波特率發(fā)射數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信鏈路；(2) 計(jì)算3個(gè)軸向上RSSI值定位信息的媒介；(3) 短距發(fā)射電能的無接觸式電磁媒介。不過，每一類應(yīng)用及其發(fā)射質(zhì)量都與發(fā)射器和接收器天線的耦合程度密切相關(guān)。這種耦合程度又取決于眾多物理參數(shù)和電氣參數(shù)，比如天線電感、電阻、線圈之間的距離、諧振調(diào)諧程度等等因素。耦合因子越大，通信鏈路越強(qiáng)大(亦即從線圈傳輸?shù)骄€圈的能量增加)。

發(fā)射器線圈天線發(fā)射的LF電磁波信號沿著磁場強(qiáng)度最大的方向角傳播，并隨著遠(yuǎn)離中心而逐漸衰減。要獲得最佳天線耦合性能，發(fā)射器必須直接面向接收器天線。通過采用三個(gè)按X、Y和Z軸向正交放置的接收器天線，單個(gè)發(fā)射器天線的方向性問題就得以解決。反之，多個(gè)正交放置的接收器天線可以接收到來自不同天線線圈的任何方向的信號。

圖4 RSSI分辨率