汽车无线接入系统

　　我们可以看一下代表当今系统架构师所面临众多挑战的无线系统—可接收和发送数据的最新智能应答器。在这种双向通信系统中，基站子系统(BSS)是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分。在整个移动网络中基站主要起中继作用。基站与基站之间采用无线信道连接，负责无线发送、接收和无线资源管理。而主基站与移动交换中心(MSC)之间常采用有线信道连接，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。

与应答器可在无需人工干预下自动通信。这种低成本、双向通信应答器可设计成采用两个频率工作：125 kHz用于接收数据；UHF（315、433、868或915 MHz）用于发送数据。由于125 kHz信号的非传播特性，双向通信距离一般不超过3米。而由于该应答器还拥有可执行可选操作的按钮，故当按下发射按钮时，还可支持更长的单向传输距离（从应答器至基站）。

 

　　在这些应用中，基站用125 kHz频率发送命令，同时等待附近的有效应答器以UHF频率发回响应。智能应答器一般处于接收模式并等待任何有效的125kHz基站命令。如果接收到任何有效的基站命令，应答器以UHF频率发送响应。这就是我们所说的“无源无钥匙门控系统”。由于PKE系统采用125kHz电路进行双向通信，因此低成本、小体积及低功耗PKE应答器可使用含有数字与低频前端的集成系统级芯片（SoC） ，一个微控制器，（也称作微处理器或MCU）就是一个小型的计算机，它由一系列简单的电路和一些支持CPU作用的简单模块组成，如晶体振荡器，定时器，看门狗，串行和模拟I / O口等等。芯片里包括非闪烁存储器和OTP ROM 用来存储程序，以及一个很小的读写程序。

　　MCU Microcontroller(微控制器)又可简称MCU 或μ C,也有人称为单芯片微控制器(Single Chip Microcontroller),将ROM、RAM、 CPU、I/O 集合在同一个芯片中,为不同的应用场合做不同组合控制.微控制器在经过这几年不断地研究,发展,历经4 位,8 位, 到现在的16 位及32 位,甚至64 位.经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。

　　1 PKE系统挑战

　　随着设计工程师获得更多的系统经验，他们日益面临如下挑战：如何既可靠地设计PKE应答器功能使其成为传统PKE应答器的一种高性价比替代选项，同时又确保它能达到特定的系统目标。表1列出了系统设计工程师所面临的一些主要关注点及解决方案。尽管PKE应答器看起来似乎需要用复杂及昂贵的电路才能实现，但设计工程师所面临的挑战已通过使用一些相对简单、围绕一个智能PIC型微控制器　

       图1显示一种智能PKE系统。它还拥有用于可选操作的按钮，但主要操作无需任何人工干预即可完成。PKE应用的双向通信顺序如下：基站用125 KHz频率发送命令；应答器用3付正交LC谐振天线，天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。天线的一般原理是：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区、中间区、远区。设R为空间一点到导体的距离，是高频电流信号的波长，在R＜λ／2π时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流、电压有紧密的联系；在R＞A／2π的区域称为远区，在该区域内电磁场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流、电压就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。

接收125 KHz基站命令；如果命令有效，则应答器通过一个UHF发射机发出响应（加密数据）；如果数据正确，则基站接收响应并启动开关，开关是最常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通过，反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。

　　图1：采用双向通信的智能无源无钥匙门控（PKE）系统

　　设计工程师所面临的一个挑战是系统性能增强的高性价比实现，这些增强包括：通信距离、天线方向性、小封装尺寸、加密安全及门锁“开/关”条件下的低功耗等。实现一种能可靠接收125 kHz信号作用距离内的基站命令，并保持长电池　

　　2 双向通信距离的输入灵敏度要求

　　电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反映将化学能或者物理能转化为电能。电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负两极浸泡再能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。

供电应答器应用中，用UHF （315/433/915 MHz） 的最大通信距离大约为100米左右，但用低频（LF, 125 kHz）则只能达到几米的通信距离。因此，双频PKE应答器的通信距离主要受125 kHz基站命令作用距离的限制。由于低频信号的非传播特性，125 kHz信号会随距离增加而快速衰减。例如，假设基站输出300 Vpp左右的天线输出电压，则由大约3米距离上的应答器的线圈天线所感应的电压大约仅为3 mVpp,与应用环境的噪声电平相当。因此，如何有效地检测弱信号是系统设计工程师所面临的一个主要问题。

 

　　为增加125 kHz基站命令的作用距离，可考虑以下两种可能的解决方案：（a） 增加基站发射机的发射功率；（b） 提高应答器的输入灵敏度。基站发射机的最大发射功率一般受政府规定的限制，因此，假设基站发射的最大功率处于允许范围内，则上述第二种提高输入信号检测灵敏度的方法，即是唯一有效的解决方案。为达到3米的双向通信距离，应答器输入灵敏度须达到3 mVpp左右。