遙控門禁(RKE)的設(shè)計(jì)要求

遙控門禁(RKE)系統(tǒng)已經(jīng)備受用戶的青睞，北美80%以上、歐洲70%以上的新車均安裝了RKE系統(tǒng)。除了顯而易見的便捷性，RKE用于開啟汽車制動(dòng)裝置的技術(shù)還具有防盜作用。歐洲汽車生產(chǎn)廠商與保險(xiǎn)公司合作，要求購置汽車保險(xiǎn)時(shí)汽車要安裝RKE系統(tǒng)。德國已開始推行這一政策，預(yù)計(jì)在幾年內(nèi)會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)歐洲。

大多數(shù)RKE系統(tǒng)采用單向(單工)通信，但第二代、第三代RKE系統(tǒng)將提供返回到鑰匙的逆向通信雙工操作，可以通知車主需要加油或需要增加左前輪胎壓。

RKE系統(tǒng)包括鑰匙扣(或鑰匙)中的一個(gè)無線發(fā)射器，它向安裝在車內(nèi)的接收器發(fā)出一串短脈沖數(shù)子信號，信號經(jīng)過解碼，通過接收器控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，打開或關(guān)閉車門或行李箱。在美國和日本該無線載波頻率為315MHz，歐洲則使用433.92MHz (ISM頻段)。日本的RKE系統(tǒng)采用頻移鍵控FSK調(diào)制，其他絕大部分國家則采用幅移鍵控ASK調(diào)制，它的載波幅度調(diào)制在兩個(gè)電平。為了減小功耗，通常取低電平接近于0，于是產(chǎn)生了開關(guān)鍵控(OOK)調(diào)制。

RKE系統(tǒng)說明和設(shè)計(jì)目標(biāo)

典型的RKE系統(tǒng)(圖1)是在鑰匙扣或鑰匙上安裝一個(gè)微控制器。對于汽車而言，按下控制裝置一個(gè)按鈕，將喚醒微控制器。微控制器向鑰匙的射頻發(fā)射器送出一串64位或128位的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過載波調(diào)制，用簡單的環(huán)狀印制板天線(雖然效率不高，但環(huán)狀天線可以設(shè)置在PCB上，造價(jià)低廉，使用廣泛)輻射出去，實(shí)施開鎖操作。

在車輛中，射頻接收器捕捉到發(fā)射數(shù)據(jù)，并直接將它傳到另一個(gè)微控制器，完成解碼后發(fā)出正確的控制信息，以啟動(dòng)引擎或打開車門。具有多個(gè)按鈕的鑰匙控制器還可以選擇打開駕駛門、全部車門或行李箱等。

數(shù)據(jù)流以2.4kbps至20kbps速率發(fā)射，通常由以下字段組成：前導(dǎo)碼、操作碼、校驗(yàn)位和"滾動(dòng)碼"，滾動(dòng)碼在每次使用后會(huì)修改自身數(shù)值，以保證車輛的安全性。如果沒有滾動(dòng)碼，發(fā)送的信號可能會(huì)意外地開啟另一車輛，或由于發(fā)射碼每小偷盜取，然后用它開啟車輛。

有幾個(gè)主要目標(biāo)支配著RKE系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與所有大批量生產(chǎn)的汽車零部件一樣，它們都必須具備低成本和高可靠性。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都應(yīng)該消耗最小功率，因?yàn)楦鼡Q鑰匙控制器的電池非常麻煩，為汽車電池充電更為復(fù)雜。RKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員一方面要關(guān)注這些要求，另一方面還必須確保一定的接收靈敏度、載波容限以及其它技術(shù)參數(shù)，在滿足低成本、小電流限制的情況下，實(shí)現(xiàn)最大的發(fā)射范圍。

其它的限制包括：當(dāng)?shù)貙嚯x通信設(shè)備的管理規(guī)定，例如美國的FCC規(guī)定。近距離通信設(shè)備不需要申請?jiān)S可證，但產(chǎn)品本身受各國的不同法律和規(guī)則制約。對于美國，相關(guān)管理文件是聯(lián)邦政府管理?xiàng)l例(CFR)，標(biāo)題47的第15部分，它覆蓋了260MHz至470MHz波段(15.231節(jié))和902MHz至928MHz波段(15.249節(jié))

以下提供了一些FCC標(biāo)準(zhǔn)對RKE設(shè)計(jì)的限制。

按照15.231節(jié)規(guī)定，允許設(shè)備發(fā)射命令或控制信號、 ID碼，允許在緊急情況下發(fā)射無線控制信號，但不能是聲音或圖像信號、玩具控制信號或連續(xù)數(shù)據(jù)。

傳輸時(shí)間不能超過5秒;只有當(dāng)重復(fù)傳輸頻率低于每小時(shí)一次時(shí)，才允許固定間隔、持續(xù)時(shí)間可以達(dá)到1秒(最長)的發(fā)射周期。

發(fā)射天線三米以內(nèi)的最大場強(qiáng)在3750μV/m到12500μV/m以內(nèi)，線性正比于基頻頻率(260至470MHz)。

頻帶內(nèi)下降20dB的頻偏不超過中心頻率的0.25%;雜散輻射應(yīng)該比基頻信號的增益衰減20dB。

以下各部分詳細(xì)探討與RKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的問題，先從載波頻率的產(chǎn)生開始。

載波發(fā)生器

第一代RKE電路使用了聲表面波(SAW)器件產(chǎn)生發(fā)射器的RF載波和接收器的本振(LO)。不幸的是，SAW器件初始頻率的不確定性至少為±100kHz，并且隨溫度變化其頻率穩(wěn)定性相對較差。在接收端，如果IF通帶過寬，則在接收載波時(shí)會(huì)收到過多的噪聲，從而限制了汽車響應(yīng)鑰匙控制信號的距離。

目前可以代替SAW器件的方案是選擇基于晶體的鎖相環(huán)(PLL)。PLL的使用主要源自日益嚴(yán)格的RF輻射規(guī)則，尤其是在歐洲和日本。使用晶振PLL的發(fā)射器比使用SAW諧振器的發(fā)射器價(jià)格略微貴一點(diǎn)，但精度一般提高十倍。因此接收器具有較窄的IF帶寬，由于提高了SNR，可以提高發(fā)射距離。

早期的SAW器件設(shè)計(jì)工作在帶寬為1.74MHz的433MHz頻段(433.05MHz至434.79MHz)的中點(diǎn)，以保證在工藝和溫度變化時(shí)保證系統(tǒng)的可靠性。因此，對標(biāo)稱載波頻率為433MHz的應(yīng)用，現(xiàn)在頻率是433.92MHz，于是必須根據(jù)這一頻率選擇PLL晶體。