PIC16F639在被動(dòng)無(wú)鑰門(mén)禁系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用
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時(shí)間：2013-03-06
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免持式PKE應(yīng)用要求基站和應(yīng)答器單元之間進(jìn)行雙向通訊。車(chē)輛內(nèi)的基站單元發(fā)出一個(gè)低頻(LF)命令，搜尋周?chē)膽?yīng)答器。一旦車(chē)主的應(yīng)答器被搜索到，該應(yīng)答器隨即自動(dòng)回應(yīng)基站單元。基站單元在收到有效的驗(yàn)證響應(yīng)信號(hào)后打開(kāi)車(chē)門(mén)。
在典型的PKE應(yīng)用中，將基站單元的輸出功率設(shè)計(jì)為政府機(jī)構(gòu)規(guī)定的電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大功率。當(dāng)工作于9V到12V直流電源下時(shí)，可達(dá)到的最大天線電壓約為300V峰峰值。由于低頻信號(hào)(125kHz)的非傳播特性，距離發(fā)送基站單元約兩米外的典型鑰匙扣應(yīng)答器所接收到的信號(hào)電平只有約幾個(gè)mV峰峰值。另外，由于天線的方向特性，如果天線沒(méi)有朝向基站天線，應(yīng)答器的輸入信號(hào)電平會(huì)非常弱。
若PKE無(wú)法正常運(yùn)行，最可能的原因是應(yīng)答器輸入信號(hào)電平太弱。因此，為讓免持式PKE應(yīng)用可靠工作，輸入信號(hào)在任何期望的通訊范圍內(nèi)都應(yīng)足夠強(qiáng)(高于輸入靈敏度電平)。為使PKE系統(tǒng)可靠，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須考慮基站命令信號(hào)的輸出功率、應(yīng)答器的輸入靈敏度、天線的方向性以及應(yīng)答器的電池使用壽命這四個(gè)重要參數(shù)。
PIC16F639是一款帶三通道模擬前端(AFE)的MCU，其模擬前端特性由MCU固件控制。由于使用方便，該器件可用于多種智能低頻檢測(cè)和雙向通訊應(yīng)用中。本文討論了利用PIC16F639 MCU實(shí)現(xiàn)智能PKE應(yīng)答器的設(shè)計(jì)電路示例，并給出了電路中的MCU固件示例。設(shè)計(jì)工程師可以很方便地根據(jù)用戶(hù)的特定應(yīng)用對(duì)這些電路和MCU固件進(jìn)行修改。
圖1：采用雙向通信的智能被動(dòng)無(wú)鑰匙門(mén)控(PKE)系統(tǒng)
PIC16F639包括數(shù)字MCU部分(PIC16F639內(nèi)核)和模擬前端(AFE)部分，可用于多種低頻檢測(cè)和智能雙向通訊應(yīng)用。圖1為一個(gè)典型的PKE系統(tǒng)示例，基站單元發(fā)出一個(gè)125kHz的命令信號(hào)，搜尋周?chē)行У膽?yīng)答器。如果接收到的命令有效，PKE應(yīng)答器將返回一個(gè)響應(yīng)信號(hào)。
PIC16F639器件的模擬輸入靈敏度很高(高達(dá)1mV峰峰值)，具有三個(gè)天線連接引腳。通過(guò)連接指向X、Y和Z方向的三個(gè)天線，應(yīng)答器可隨時(shí)接收來(lái)自任意方向的信號(hào)，從而降低由天線的方向性而造成信號(hào)丟失的可能性。各天線引腳的輸入信號(hào)的檢測(cè)是相互獨(dú)立的，并隨后相加。通過(guò)對(duì)配置寄存器進(jìn)行編程，每個(gè)輸入通道可以被單獨(dú)使能或禁止。被使能的通道越少，器件的功耗就越小。
為實(shí)現(xiàn)免持操作，應(yīng)答器連續(xù)等待并檢測(cè)輸入信號(hào)，這會(huì)減少電池使用壽命。因此，為減小工作電流，在模擬前端(AFE)搜尋有效輸入信號(hào)的同時(shí)，數(shù)字MCU部分可以處于低電流模式(休眠模式)。只有當(dāng)AFE檢測(cè)到有效輸入信號(hào)時(shí)，數(shù)字MCU部分才被喚醒。通過(guò)使用一個(gè)輸出使能濾波器(喚醒濾波器)可實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。PIC16F639具有9個(gè)輸出使能濾波器選項(xiàng)。用戶(hù)可利用配置寄存器對(duì)濾波器進(jìn)行編程。濾波器一旦被編程，則只有在輸入信號(hào)達(dá)到濾波器要求時(shí)，器件才將檢測(cè)到的輸出傳送到數(shù)字部分。
圖2：被動(dòng)無(wú)鑰門(mén)禁(PKE)應(yīng)答器的配置電路圖
數(shù)字部分有PORTA和PORTC兩個(gè)I/O口。每個(gè)PORTA引腳都可被單獨(dú)配置為電平變化中斷引腳，而PORTC各引腳沒(méi)有電平變化中斷的功能。AFE部分共用數(shù)字部分PORTC的RC1、RC2和RC3三個(gè)I/O引腳，這些引腳在內(nèi)部分別連接到AFE的CS、SCLK/ALERT和LFDATA/CCLK/RSSI/SDIO焊盤(pán)上。LFDATA/CCLK/RRSI和ALERT為AFE輸出。SDIO、SCLK和CS被用來(lái)編程或讀取AFE配置寄存器。
為節(jié)省電池能量，AFE部分在檢測(cè)LF輸入信號(hào)的同時(shí)，數(shù)字部分通常處于休眠模式。盡管AFE的輸出焊點(diǎn)在內(nèi)部連接到PORTC引腳，但由于PORTC引腳不是電平變化中斷引腳，所以AFE輸出無(wú)法通過(guò)電平變化中斷事件喚醒數(shù)字部分。因此，建議將AFE的LFDATA和ALERT引腳在外部連接到PORTA引腳，如圖2所示。
數(shù)字部分在出現(xiàn)以下三種情況之一時(shí)被喚醒：LFDATA引腳有AFE輸出；ALERT引腳有AFE輸出；按下PORTA上的開(kāi)關(guān)按鈕事件。
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