KeeLOQ三軸代碼轉(zhuǎn)換器HCS473及其應(yīng)用

1概述

hcs473是美國(guó)microchip技術(shù)公司新推出的keeloq代碼轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集keeloq跳碼技術(shù)和安全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器（transponder）于一體，從而解決了邏輯與物理入口的控制問(wèn)題。當(dāng)與譯碼器一起使用時(shí)，hcs473的高安全學(xué)習(xí)機(jī)制可提供一個(gè)交鑰匙（turn key）解決方案。所謂學(xué)習(xí)（leaning），是指一個(gè)編碼器在譯碼器接收編碼器的有效編碼時(shí)，可以與該譯碼器相匹配。另外，hcs473中的三輸入脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器接口同時(shí)允許三個(gè)正交脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器與天線結(jié)合，從而消除了與傳統(tǒng)脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)相聯(lián)系的方向性。

當(dāng)hcs473作為跳碼編碼器件使用時(shí)，特別適用于無(wú)鍵入口系統(tǒng)，例如車輛和車庫(kù)門開門控制器等。hcs473在標(biāo)識(shí)驗(yàn)明方面也可用作安全雙向脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器，是存取控制和識(shí)別應(yīng)用中的理想器件。在遙控?zé)o鍵入口（rke）系統(tǒng)和固定與被動(dòng)無(wú)線入口（pke）中，hcs473可用作編碼器與脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器，這無(wú)疑將明顯減少發(fā)射器／脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器的成本。另外hcs473的具體應(yīng)用還包括汽車報(bào)警系統(tǒng)、家庭／辦公室／旅館的電子門鎖、其它防盜報(bào)警系統(tǒng)和貼近進(jìn)入控制等方面。

2內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

hcs473采用14腳pdip／soic封裝，引腳排列如圖1所示。

圖2為hcs473的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖。圖中，s0、s1、s2和s3／rfen都是帶75kω下拉電阻的施密特觸發(fā)器開關(guān)輸入或rfen輸出；lcx、lcy和lcz是靈敏脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器輸入端（其中l(wèi)cx也用于低電池備用（backup）模式）；data、led分別為發(fā)送數(shù)據(jù)輸出和開路漏極led驅(qū)動(dòng)輸出；kccom是脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器偏置輸出。vdd是正電源電壓輸入端，vss和vsst分別為電源和脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器接地端。

hcs473的主要參數(shù)典型值（或范圍）如下：

●電源電壓vdd＝2．05～5．5v；
●電源電流idd≤2ma（fosc＝4mhz，vdd＝3．5v時(shí)）；
●輸入腳輸入低電平電壓：vil1＝vss～0．8v（帶ttl緩沖器），vil2＝vss～0．2vdd（帶施密特緩沖器）；輸入高電平：vil1＝0．2v～vdd（帶ttl緩沖器），vih2＝0．8vdd～vdd（帶施密特緩沖器）；
●led腳輸入低電平電壓vled（il）＝vss～0．2vdd，輸入高電平電壓vled（ih）＝0．8vdd～vdd；
●輸出低電平電壓vol≤0．6v（iol＝8．5ma，vdd＝4．5v），輸出高電平電壓voh≥vdd－0．7v（ioh＝－3ma，vdd＝4．5v）；
●數(shù)據(jù)eeprom擦除／寫入周期時(shí)間tdew＝4ms（典型值）；
●脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器載波頻率fc為125khz，lc輸入箝位電壓vlcc為10v（ilc＜1ma），lc感生輸出電壓vddtv為3．5v（典型值），lccom輸出電壓vlcc為600mv（ilccom＝0ma）；
●工作環(huán)境溫度范圍為－40～＋125℃。

3 hcs473的主要特點(diǎn)

3．1 keeloq代碼跳躍編碼器

眾所周知，大多數(shù)無(wú)鍵入口系統(tǒng)在每次按下按鈕（開關(guān)）時(shí)，發(fā)射器總是發(fā)射相同的代碼。由于hcs473采用的是keeloq代碼跳躍技術(shù)的加密（encyption）算法，因此具有很高的安全性。因?yàn)榇a跳躍方法在每次發(fā)送開始后，從發(fā)射器發(fā)送到接收器的代碼是不同的。該方法與69位發(fā)送長(zhǎng)度耦合，可免除代碼抓取或代碼掃描操作。同步計(jì)數(shù)器值是發(fā)射代碼變化和每當(dāng)一個(gè)代碼跳躍開始后代碼增量的基礎(chǔ)。由于使用的是encryption算法，同步計(jì)數(shù)器值有1位發(fā)生變化，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際發(fā)射代碼出現(xiàn)較大的變化。因此，為了防止計(jì)數(shù)器值被破壞或丟失，應(yīng)設(shè)計(jì)冗余存儲(chǔ)且每次僅能修改一個(gè)字節(jié)。encryp－tion算法一般在數(shù)據(jù)公開之前已利用encryption密鑰進(jìn)行了亂碼或加密，因此數(shù)據(jù)只能利用解密（decryption）算法及相同的encryption密鑰才能解密或譯碼。hcs473編碼器的操作與安全特點(diǎn)如下：

●可用四個(gè)開關(guān)輸入15個(gè)功能碼；
●采用pwm或曼徹斯特（manchester）調(diào)制；
●波特率從416bps到5000bps可選擇；
●按鈕排隊(duì)發(fā)射；
●帶有鎖相環(huán)路（pll）接口；
●具有69位發(fā)送長(zhǎng)度；
●讀被64位編碼器密鑰保護(hù)；
●可編程32位序列號(hào)；
●帶有非易性16／20位同步計(jì)數(shù)器。

3．2 keeloq安全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器

hcs473提供有三個(gè)脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器輸入，因而允許三個(gè)正交脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器天線組合。其靈敏的輸入結(jié)構(gòu)能增加脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器的通信距離，容易履行被動(dòng)無(wú)鍵入口（pke）系統(tǒng)。hcs473利用keeloqencryption算法執(zhí)行32位iff。同時(shí)，還可為用戶e2prom、集成抗沖突尋址方案、輸入／rf輸出操作和兩車輛操作等提供讀／寫存取功能。另外，利用命令結(jié)構(gòu)和協(xié)議設(shè)計(jì)可對(duì)感應(yīng)通信通路和快速反應(yīng)時(shí)間提供支持。

4應(yīng)用簡(jiǎn)介

hcs473的應(yīng)用電路如圖3所示。該電路是遙控?zé)o鍵入口（rke／pke）應(yīng)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了感應(yīng)iff，ic的腳lcx、lcy和lce外部分別連接有l(wèi)c（lxcx、lycy和lzcz）諧振電路。hcs473的led輸出可直接驅(qū)動(dòng)外部led，其串聯(lián)電阻r1用于設(shè)定led的導(dǎo)通電流和亮度。腳data上的數(shù)據(jù)輸出直接連接到射頻（rf）發(fā)射電路。由于hcs473內(nèi)置喚醒控制電路，因而很適合于電池供電系統(tǒng)。

當(dāng)電路的開關(guān)輸入代碼跳躍（ch）模式被啟動(dòng)后，電路將工作在單向存取（access）控制。ch模式優(yōu)先于脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器模式。這意味著在按下按鈕開關(guān)使開關(guān)輸入拉至高電平時(shí)，ic將進(jìn)入ch模式，即使在一個(gè)感應(yīng)場(chǎng)出現(xiàn)時(shí)也是如此。當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器模式通過(guò)一個(gè)感應(yīng)場(chǎng)被激活后，它將被用于雙向驗(yàn)證并訪問(wèn)用戶的eeprom。hcs473內(nèi)部的eeprom用來(lái)存儲(chǔ)用戶的可編程選擇、用戶區(qū)64位和同步計(jì)數(shù)。器件的配置選擇在制造時(shí)已被編程，并含有編碼器密鑰、序列號(hào)、車輛id和鑒別值等與安全有關(guān)的信息。

hcs473在系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，需要一個(gè)相容的譯碼器，可選用一個(gè)帶低頻線圈天線和無(wú)線電頻率接收器的微控制器。為使譯碼器與編碼器匹配，譯碼器必須首先進(jìn)入學(xué)習(xí)（發(fā)射器）時(shí)序，即：進(jìn)入學(xué)習(xí)模式→有效碼與種籽（seed）接收等待→產(chǎn)生密鑰→比較鑒別值與固定值→若相等則等待接收第二個(gè)有效碼（若不等表示學(xué)習(xí)不成功）→計(jì)數(shù)器連續(xù)（不連續(xù)意味著學(xué)習(xí)失?。鷮W(xué)習(xí)成功存儲(chǔ)（序列號(hào)、編碼密鑰和同步計(jì)數(shù)器）→出口。在譯碼器學(xué)習(xí)成功之后，則進(jìn)入操作模式。

譯碼器側(cè)密鑰的產(chǎn)生通過(guò)取走序列號(hào)并結(jié)合制造者代碼產(chǎn)生與發(fā)射器使用相同的保密密鑰來(lái)完 成。一旦獲得密鑰，發(fā)送的剩余部分則可被解密。如果是一個(gè)所學(xué)習(xí)的發(fā)射器，譯碼器則等待發(fā)射并立刻檢驗(yàn)序列號(hào)，并利用存儲(chǔ)密鑰解密發(fā)送的加密部分。解密是否有效可通過(guò)鑒別位去確認(rèn)。

hcs473脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器與基站之間的通信可通過(guò)二者線圈之間的磁耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)（其中基站線圈是rlc串聯(lián)電路的一個(gè)組成部分）。hcs473外部的三個(gè)線圈與三個(gè)電容組成的諧振電路可用于為hcs473提供125khz的三路代碼輸入，借助于lc并聯(lián)電路可使keeloq脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器與基站取得聯(lián)系。基站am調(diào)制器在提取脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)據(jù)后，可利用基站軟件進(jìn)一步進(jìn)行處理。