目前，安全和保密在多個市場領域中都成為差異化應用解決方案的重要部分。汽車行業也不例外。消費者的快速接受進一步促進了汽車行業中許多新興熱點應用的發展。安全和保密解決方案在消費市場和汽車市場之間提供了一個協作的橋梁。許多分析師都預測到2008年全球汽車半導體市場將超過170億美元。隨著安全和保密應用的快速發展，這一熱點應用將有可能占未來四年時間里總有效市場（TAM）的近三分之一。

　　汽車安全應用所使用的典型遙控開門系統包括一個安裝在汽車上的控制器和一個由用戶攜帶的收發器（或發射器，即無線遙控車門鑰匙）。收發器（或發射器）一般包括一個微控制器（MCU）、RF器件以及按鈕和LED等人機接口器件。收發器（或發射器）通常關閉，只在按下按鈕或需要發送數據時才工作。傳統的發射器用來向控制器發送數據，因此是單向通信。然而，這一情況正在改變。新型智能收發器即可發送數據，也可接收數據，因此是雙向通信。在雙向通信系統中，控制器（安裝在汽車上）和收發器（即車鑰匙）可以實現自動通信，不需要人機接口。

　　利用兩個頻率可實現低成本雙向通信收發器，其中 125 kHz用于接收數據，UHF （315、 433、868或915 MHz）用于發射數據。由于125 kHz信號的傳播能力不強，因此雙向通信的范圍通常在三米以下。由于收發器本身仍然可以提供按鈕用于可選的其它操作，因此其單向（從收發器到控制器）發送按鈕信息的范圍可以更長。

　　在此類應用中，控制器利用125kHz頻率發送命令，同時不斷搜索有效范圍內UHF頻率的收發器響應。智能收發器通常處于接收模式，等待有效的125kHz控制器命令。如果接收到有效的控制器命令，那么收發器將通過UHF頻率做出響應。這就是通常所說的被動遙控開門（PKE）系統。傳統搖控開門系統中的發射器和新型被動遙控開門系統中的收發器之間最大的差別是后者擁有用于雙向通信的125kHz電路。利用包括數字和低頻前端電路的集成片上系統（SoC）智能MCU可以實現低成本PKE收發器。

　　由于PKE收發器的工作依賴于與控制器間的自動通信，不需要人機接口，因此系統工作的可靠性直接依賴于控制器和收發器之間的信號狀況。因此面臨的問題是，收發器能否像傳統的人機接口一樣可靠工作，收發器（即車鑰匙）的價格能不能做到與傳統解決方案差不多？

　　歐洲豪華汽車生產商早已經采用了增強安全和保密特色功能，隨著大型亞洲OEM廠商（豐田、尼桑、現代、馬自達以及大伍等）也開始在他們的大眾市場汽車平臺中采用此類PKE系統，形勢正在迅速變化。這一趨勢所帶來的規模經濟效應將會使得PKE系統的性能價格比對于最終客戶更具吸引力，從而保證價格能夠為消費者接受。

　　智能無線系統

　　為了使PKE收發器可靠地工作并且成功地取代傳統RKE發射器，需要滿足一定的條件。表1概述了其中主要的一些要求和相應的解決方案。盡管看起來PKE收發器似乎需要復雜的成本較高的電路才能實現，但實際上隨著半導體技術的發展，智能MCU集成了實現安全雙向通信所需要的所有功能，因此實際上利用相對簡單的低成本電路就可以實現。

　　圖1，傳統遙控開門（RKE）系統，數據從RKE發射器傳輸到控制器，因此是單向通信。

　　圖1給出的是一個傳統RKE系統。一旦按鈕被按下，RKE發射器就發射數據。控制器接收到數據后，如果數據正確就控制執行元件打開車門。

　　圖2，智能被動遙控自動開門（PKE）系統

    智能被動遙控自動開門（PKE）系統，采用雙向通信。收發器（鑰匙）利用三個正交放置的LC共振天線接收控制器命令（125 kHz），并通過UHF發射器發送響應。

　　圖2給出的是一個智能PKE系統。收發器上的按鈕用于可選操作，但開車門的動作并不需要人工干擾即可自動完成。PKE應用的雙向通信順序如下：

　　（a）控制器利用125 KHz頻率發送命令；

　　（b）收發器利用三個正交排列的125 kHz共振天線接收125 kHz控制器命令；

　　（c） 如果命令正確，收發器通過一個UHF發射器發送響應（加密數據）；

　　（d）控制器接收到響應數據，如果數據正確則激活開關打開車門。

　　系統設計工程師所面臨的挑戰是決定如何提高125 kHz控制器命令的發射范圍，從而在保證收發器電池壽命足夠長的情況下保證可靠的操作。

　　雙向通信范圍對輸入靈敏度的要求

　　在電池供電的收發器應用中，UHF信號（315/433/915 MHz）的最大通信距離約為100米，但對于低頻信號（LF， 125 KHz）則僅有數米。因此，雙頻率PKE收發器的通信范圍主要受到125 KHz控制器命令發射范圍的限制。由于低頻信號的傳輸特性，125KHz信號隨著傳輸距離衰減得很快。例如，假設控制器輸出的天線電壓約300 Vpp，那么大約三米處的收發器天線接收到的電壓則僅有約3mVpp，這與環境噪聲的水平差不多。檢測微弱信號是系統設計人員面臨的一個極具挑戰性的問題。

　　有人也許會有疑問，為什么不在兩個方向都使用UHF來實現雙向通信。對這個問題的答案是：首先在收發器中實現UHF接收器的成本遠比125 kHz檢測電路要高，其次，三米的距離對于大多數PKE應用都足夠了。

　　為提高125 kHz控制器命令的傳輸范圍，有兩種可能的解決方案可以考慮：提高控制器的發射功率，或者提高收發器的輸入靈敏度。然而由于政府管制要求，發射器的最大功率是有限的。因此，假設控制器在允許的范圍內達到最大的發射功率，那么此時提高輸入信號檢測靈敏度是唯一有效的解決方案。為達到三米的雙向通信距離，收發器的輸入靈敏度必須達到3mVpp左右。

　　收發器的低頻率天線（例如125 KHz）采用的是LC諧振電路。當控制器天線發射的電磁波的磁場通過收發器的線圈天線時，LC諧振電路感生出電壓。接收線圈的電壓由下式確定：

　　其中，fo 是諧振頻率、N是線圈的匝數、S是線圈的截面積、Q是線圈的品質因數、Bo是磁場強度、a是發射器和接收天線線圈之間的方向角。天線的調諧頻率fo 由下式給出：

　　在LC諧振電路物理限制給定的情況下，收發器的輸入接收電壓在以下情況時達到最大，LC電路調諧到控制器命令的載波頻率（125 kHz），或天線線圈（電感L）正對著控制器天線。

　　天線方向問題的解決方案

　　從天線輻射出來的任何射頻信號傳播時都有一定的方向角，如果采用良好的天線，那么會有很好的方向性（即較窄的輻射角）。從LC諧振電路輻射出來的低頻（125kHz）信號其方向性沒有高頻信號好，但仍然包含方向性場分量。對于特定的收發器設計，低頻信號的通信范圍（感生電壓）取決于控制器和收發器電線的耦合情況。耦合最佳的情況是兩個天線面對面放置。

　　對于不需人為干預的PKE應用，收發器（鑰匙）在車主口袋中可能處于任意角度。因此，收發器天線與固定在車上的控制器天線處于最佳耦合位置的可能性為30%（x、y、z方向）。如果收發器有三個正交排列的天線，那么這一可能性提高到約100%。三個天線分別置于x、y和z方向。通過采用三個正交天線，收發器能夠接收到控制器從任何方向發射來的信號。

　　當收發器天線與磁場強度B垂直時，收發器接收到的感生電壓最大，此時收發器電路與控制器天線正好處于面對面的位置。

　　采用特殊的喚醒濾波器延長電池使用時間

　　由于MCU集成了大多數功能，因此其功耗也最大。所以，為了節省功耗，延長電池使用時間，需要仔細地管理MCU的工作。在非激活模式下，MCU中處于工作狀態的電路必須盡量少。收發器中的智能MCU同時包括了低頻（LF）前端和數字部分。LF前端部分不斷尋找輸入信號。與此同時，數字電路部分則處于睡眠模式以減少電池消耗。只有在接收到正確的控制器命令時，數字電路部分才會被喚醒。通過在LF前端部分采用特殊的喚醒濾波器可以做到這一點。通過對LF檢測電路進行編程，使得只有輸入信號帶有預先設定的頭標志時才會產生輸出。

　  檢測器輸出會喚醒數字電路部分。

　　其中當控制器命令與預先編程的濾波器時序相匹配時LF檢測器才能產生輸出。解調后的檢測器輸出會喚醒數字電路部分。圖5則給出了當輸入（控制器命令）與預先設定的喚醒濾波器要求不相符合時的情況。因此，此時檢測器輸出無效，數字電路部分也不會被喚醒。喚醒濾波器用來防止數字電路部分由于噪聲或其它輸入信號而被錯誤喚醒。這樣就可以減小工作電流并延長電池壽命。

　  當輸入與喚醒濾波器預設時序不匹配時的輸入信號和檢測器輸出。輸入檢測器的輸出無效，因此，數字電路部分不會被喚醒。

　　智能PKE收發器的應用

　　由于其通用的智能功能，以及其低成本優勢，智能收發器能夠用于多種應用，特別是汽車和安全行業中的應用。

　　采用智能MCU的被動遙控開門（PKE）收發器配置實例。收發器采用三個正交放置的天線來探測來自x、y和z方向的輸入信號。

　　（a）汽車行業

　　智能被動遙控開門（PKE）系統

　　遙控車庫門鎖和開門系統

　　引擎啟動控制

　　輪胎壓力監控系統LF啟動傳感器

　　（b）安全行業：

　　長距離訪問控制

　　停車位控制

　　自動房門開關

　　利用雙向通信方法可以實現智能無線汽車通信。采用集成式片上系統（SoC）智能微控制器（MCU）可以實現低成本雙向通信收發器。通過在收發器中增加一個簡單的電壓充電電路，利用輸入的低頻率控制器命令來生成一個直流電壓，那么還可以實現無電池工作。

　　被動遙控開門（PKE）收發器多種應用示例，一個收發器可用于多種不同的使用控制應用。

　　不僅僅在汽車市場上，事實上日常生活中的每一天里，安全和保密功能已經成為消費者日益關注的問題。政府法規、消費者以及汽車生產商的互動正在共同推動可提高汽車安全性，同時又不會犧牲舒適性的創新努力。汽車中不斷增加的通信應用使得安全和保密功能被集成到更廣泛的汽車平臺中。不斷發展的無線通信技術可以將汽車中的獨立子系統整合起來。這也預示著汽車乘員安全性和汽車系統保密性方面的下一次革命。

　　輪胎壓力監控傳感器應用示例：（a） LF控制器發送LF命令給輪胎內的壓力監控模塊；（b）高輸入靈敏度的智能MCU接收到LF命令并通過UHF發射器將輪胎壓力數據發送給控制器。