汽車電子市場發(fā)展:PKE和NFC為汽車注入新活力

　　汽車的發(fā)展趨勢主要是安全、舒適、環(huán)保三個大方向，汽車電子的技術(shù)發(fā)展趨勢也應(yīng)符合這三個方向。例如，用以提高安全性的TPMS(胎壓監(jiān)測系統(tǒng))、LDWS(車道偏移報警系統(tǒng))、360度環(huán)視系統(tǒng)在近些年越來越受到市場的歡迎;隨著人們在車內(nèi)停留的時間越來越多，對車內(nèi)的舒適度要求也越來越高，車載音響、車載DVD、記憶座椅、自動多溫區(qū)空調(diào)等系統(tǒng)正是為了提高乘客舒適度而設(shè)計(jì);節(jié)能環(huán)保是近年來汽車發(fā)展的一大熱點(diǎn)，中國正大力推進(jìn)的電動汽車正是出于節(jié)能環(huán)保的考慮。

　　不過，中國汽車市場和成熟國家相比還有一定差距。中國的低端市場還立足于滿足國民基本的代步需求，其主要市場訴求是價格和基本安全要求。而中高端市場則傾向于更深層次的用戶體驗(yàn)、舒適性、方便及安全方面等。此外，技術(shù)成熟度方面還有很大提升空間。

　　富士通半導(dǎo)體高級產(chǎn)品工程師李丹表示，與發(fā)達(dá)國家相比，中國汽車電子市場有著更高的增長速度和潛力，但中國的汽車電子市場目前還處于比較初級的階段，中國本土的系統(tǒng)廠商比較擅長的領(lǐng)域主要集中在汽車音響、導(dǎo)航、集中式車身控制器、傳統(tǒng)儀表等應(yīng)用，而對動力總成、安全系統(tǒng)等核心技術(shù)則少有涉獵。富士通非常重視中國汽車電子市場，并針對中國市場推出了一系列高性價比的產(chǎn)品和解決方案，例如：基于MB91590的單芯片帶可視倒車的TFT圖形儀表解決方案(圖1)，基于MB9G711的CD-Less車載音響，三維的360度環(huán)視系統(tǒng)等等。

　　圖1：以小體積，低價格實(shí)現(xiàn)擁有后視攝像頭的功能的儀表板系統(tǒng)。

　　目前，以安全帶、安全氣囊為主導(dǎo)的被動安全系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但這種系統(tǒng)只能在事故發(fā)生后起到補(bǔ)救的作用，而主動安全則能在事故發(fā)生前對駕駛員發(fā)出警報，防患于未然。由此可見，主動安全系統(tǒng)可以更好的避免事故發(fā)生，這對乘客、乃至整個社會的交通安全都有十分重要的作用。被動安全系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品還是安全帶和安全氣囊，但近年來各種汽車主動安全系統(tǒng)方案大量出現(xiàn)，目前比較熱門的是TPMS、ESP(電子穩(wěn)定程序)等系統(tǒng)，未來兩年可能360度環(huán)視系統(tǒng)、LDWS、城市安全系統(tǒng)等應(yīng)用也會被廣泛關(guān)注。

　　在設(shè)計(jì)汽車安全系統(tǒng)的時候，系統(tǒng)廠商面對的挑戰(zhàn)是必須準(zhǔn)確把握市場需求，并創(chuàng)造性的利用技術(shù)手段滿足需求。例如，目前市場上的環(huán)視系統(tǒng)多為二維的鳥瞰系統(tǒng)(俯視系統(tǒng))，這樣的方案在某些時候會導(dǎo)致駕駛員對周圍環(huán)境產(chǎn)生誤判，富士通基于MB86R03的360度環(huán)視系統(tǒng)創(chuàng)造性的采用四個魚眼攝像頭拼接成一個三維視場，駕駛員可以看到接近真實(shí)的周圍環(huán)境，而不是二維的平面圖像，可以更好地輔助駕駛安全，因此更符合市場的要求。

　　PKE和NFC為汽車注入新活力

　　以前的汽車門禁系統(tǒng)采用嚴(yán)格設(shè)計(jì)的純機(jī)械結(jié)構(gòu)，以達(dá)到防盜的目的。微電子技術(shù)和RF技術(shù)大幅提升了安全功能，并實(shí)現(xiàn)了激活安全警報、設(shè)置個性化駕駛偏好甚至自動關(guān)窗等新功能。

　　大多數(shù)汽車現(xiàn)在都有遙控車門開關(guān)(RKE)，越來越多的汽車開始采用無源遙控門禁(PKE)系統(tǒng)。當(dāng)用戶按下遙控鑰匙上的按鈕時，RKE通過發(fā)送無線信號來控制車門和行李箱蓋。PKE可以視為高級RKE，這種開關(guān)使用戶拿著遙控鑰匙拉車門把手就能打開車門，而不需要按任何按鈕。作為一種更加安全和強(qiáng)大的提供車內(nèi)PKE功能的技術(shù)，近場通信(NFC)正在迅速獲得汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)注，從而給用戶帶來一種更加方便和量身定制的用戶體驗(yàn)。

　　無源遙控門禁系統(tǒng)使用戶無需按下任何按鈕即可打開車門或行李箱蓋。這些系統(tǒng)基于遙控鑰匙與汽車之間的低頻/射頻(LF/RF)通信鏈路(圖3)。安裝在車外后視鏡或車門把手內(nèi)部的低頻天線會發(fā)起通信，并且可以在1.5至2米的范圍內(nèi)感應(yīng)多個遙控鑰匙。

　　圖3：PKE解決方案可以使用125kHz RFID收發(fā)器來驗(yàn)證遙控鑰匙并通過UHF鏈路建立通信。

　　當(dāng)駕駛員拉門把手時，無源門禁控制器會發(fā)送一個低頻口令來驗(yàn)證駕駛員的遙控鑰匙。接著遙控鑰匙將RF響應(yīng)發(fā)送給該控制器。如果遙控鑰匙識別成功，汽車會在幾毫秒之后自動打開。如果駕駛員在車內(nèi)拿著鑰匙，帶PKE系統(tǒng)的汽車會松開防盜控制系統(tǒng)，并激活點(diǎn)火裝置，而不需要在點(diǎn)火裝置中插入鑰匙。

　　然后，駕駛員可以通過按下發(fā)動機(jī)按鈕或者扭動點(diǎn)火開關(guān)來啟動大多數(shù)帶PKE系統(tǒng)的汽車。此外，他們還可以通過按下其中一個車門把手上的按鈕、觸摸車門把手上的電容區(qū)或者只是走開就能鎖住汽車。鎖車方式取決于具體的車型。

　　在任何一種PKE系統(tǒng)中，遙控鑰匙都必須能夠在三個正交軸(x、y和z軸)上測量低頻信號強(qiáng)度，并通過射頻通道傳輸此信息。該信號強(qiáng)度信息也稱為接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)，是通過連接至低頻接收器的天線線圈收集的。用作協(xié)議中的有效負(fù)載的任何數(shù)據(jù)，如喚醒數(shù)據(jù)模式(前同步碼，ID)被接收后傳送到遙控鑰匙MCU進(jìn)行處理。低頻接收器包含專用控制邏輯，該邏輯能以極低的功耗檢查喚醒信號。備用模式支持在遙控鑰匙電池電量極低時使用PKE系統(tǒng)(通過低頻信號對設(shè)備供電)。然后通過調(diào)制汽車自身的低頻信號來傳輸器件的響應(yīng)。在這種備用模式下使用時，遙控鑰匙設(shè)備必須放置在靠近車門天線的位置以方便進(jìn)出，或者放置在儀表板上的特殊區(qū)域以啟動汽車。

　　NFC是一種短距離無線技術(shù)，這種技術(shù)大大方便了數(shù)據(jù)的安全交換。NFC正越來越多地用在安全交易領(lǐng)域，包括手機(jī)廠商用來創(chuàng)建“電子錢包”。NFC與嵌入式安全元件整合在一起可以為消費(fèi)者提供與其移動裝置的更高級別的便利、可互操作性和安全。其工作頻率為13.56MHz，傳輸速率為106至424kbps，因此支持NFC的智能手機(jī)可以用于RKE功能(圖4)。

　　圖4：支持NFC功能的RKE系統(tǒng)有可能使帶NFC功能的智能手機(jī)能用于汽車門禁功能中。

　　NFC通信包含發(fā)起者和接受者。要在兩個NFC接口之間傳輸數(shù)據(jù)，由一個NFC接口激活其發(fā)射器，并充當(dāng)NFC發(fā)起者。在天線中流動的高頻電流會形成一個磁場，該磁場在天線線圈周圍擴(kuò)展，并穿過附近另一個NFC接口的天線線圈。然后另一個NFC接口的天線線圈中會產(chǎn)生一個電壓，該NFC接口通過其接收器來檢測該電壓。

　　如果NFC接口接收到NFC啟動器的信號和相應(yīng)的命令，該NFC接口就會自動接受NFC接受者這一角色。為實(shí)現(xiàn)兩個NFC接口之間的數(shù)據(jù)傳輸，會對形成的交變磁場的幅度進(jìn)行調(diào)制(采用幅移鍵控調(diào)制技術(shù)，即ASK)。傳輸方向經(jīng)過逆轉(zhuǎn)后，將來自NFC目標(biāo)的數(shù)據(jù)發(fā)送給NFC發(fā)起者。如果NFC接口靠近兼容的RFID閱讀器，NFC接口就會承擔(dān)NFC接受者的角色，通過負(fù)載調(diào)制將數(shù)據(jù)傳輸給閱讀器。此模式被稱為“仿卡模式”。

　　NFC接口還可以與兼容的無源轉(zhuǎn)發(fā)器通信。該接口可以向這些轉(zhuǎn)發(fā)器供電，這些轉(zhuǎn)發(fā)器可以通過負(fù)載調(diào)制將數(shù)據(jù)傳回至NFC接口。在這種情況下，NFC接口會接受射頻標(biāo)識(RFID)閱讀器這一角色。

　　如果安裝的閱讀器可以從車外訪問(比如安裝在外后視鏡中)，NFC就可以用在汽車門禁系統(tǒng)中。在共同使用汽車的群體或者不同的人使用多輛汽車的情況下，這種技術(shù)特別有用。

　　針對RKE、PKE和NFC應(yīng)用的IC現(xiàn)已開始供貨。比如，Melexis已經(jīng)設(shè)計(jì)出MLX90132，并且經(jīng)過了用于汽車系統(tǒng)的認(rèn)證，這使其在零售、消費(fèi)類和工業(yè)NFC應(yīng)用中相當(dāng)可靠和耐用(圖5)。這款13.56MHz完全集成式多協(xié)議RFID/NFC收發(fā)器IC支持18092、14443A和B、15693以及18000-3等ISO/IEC協(xié)議。

　　圖5：Melexis MLX90132 NFC收發(fā)器包含125kHz RFID收發(fā)器和13.56MHz NFC收發(fā)器。

　　MLX90132可以處理106至848kHz的副載波頻率和高達(dá)848 kbps的傳輸速率。其數(shù)字部分可以使用高級位和幀解碼功能來處理從應(yīng)用編程接口(API)至物理層(PHY)的低協(xié)議層。該IC嵌入了標(biāo)記仿真功能，以實(shí)現(xiàn)NFC支持。增強(qiáng)型標(biāo)記和磁場檢測功能大大降低了RFID閱讀器配置和NFC模式下的功耗。