無線收發(fā)器技術在汽車產(chǎn)業(yè)的應用已經(jīng)非常普及，遙控無匙開門(RKE)現(xiàn)已成為基本規(guī)格車輛的一項標配功能。緊隨其后進入汽車應用的還有被動無匙開門(PKE)、結合了遙控啟鎖和遙控啟動的雙收發(fā)器裝置，以及提供諸如胎壓監(jiān)測和汽車至住宅(car-to-home)通信等功能的系統(tǒng)。

　　為這些快速發(fā)展的應用領域提供技術的元器件制造商面臨的主要挑戰(zhàn)是提供可靠及高性價比的器件，并要求這些器件能耗極低、覆蓋范圍廣，當然還要符合主流規(guī)范標準。當考慮在諸如遙控鑰匙(key fob)或輪胎內部等領域中的應用時，空間受限通常也會帶來不少挑戰(zhàn)。

　　本文將探討專用標準產(chǎn)品(ASSP)如何利用混合信號技術和創(chuàng)新的電源管理方案來應對這些挑戰(zhàn)。

　　從突破性應用開始發(fā)展

　　汽車產(chǎn)業(yè)近些年發(fā)展進程中的一條主線，就是在乘用車和商用車中增加電子部分來支持便利、安全和信息娛樂等功能。這一演變(甚至可稱為變革)的一個重要組成部分就是單向或單工(simplex)RKE的普及——如今超過80%的新車都利用基本的單工技術來實現(xiàn)車門遙控啟鎖。

　　單工RKE已被證實成為日趨成熟且激動人心的車載無線通信及汽車至住宅通信(如Johnson Control公司的Homelink系統(tǒng))的基礎和出發(fā)點。使用雙向(半雙工)通信的第二代和第三代系統(tǒng)支持PKE的實現(xiàn)。在這類應用中，汽車中的固定收發(fā)器持續(xù)輪詢與其匹配的對應器件，而當持鑰匙者處于固定收發(fā)器的作用范圍(數(shù)米)內時，車門就鎖上。當持鑰匙出現(xiàn)在作用范圍內并拉動車門把手時，門鎖就打開。將雙向通信的概念擴展就可以支持諸如遙控啟動和胎壓監(jiān)測(TPMS)等功能。

　　安森美半導體針對汽車應用的低功耗RF收發(fā)器芯片。

　　規(guī)范標準

　　免授權使得RKE和PKE產(chǎn)品得以在汽車應用中發(fā)展和采用。但是，諸如美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)和歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)等管理短距離、免授權設計的監(jiān)管機構卻提出了一些重要的限制。當汽車廠商研發(fā)面向雙向通信的更復雜、數(shù)據(jù)密集型的先進應用時，這些限制措施的影響可能更大。例如，監(jiān)管機構規(guī)定不能傳輸語音、視頻或連續(xù)的數(shù)據(jù)，且傳輸時間不得超過5秒。其它限制涉及到影響作用范圍的最大允許場強度。

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　　行之有效的技術

　　除了要符合規(guī)范要求，令人激動及渴望的第二代和第三代應用僅在克服各種技術挑戰(zhàn)及當成本水平在商業(yè)上可行的情況下，才能成為現(xiàn)實。

　　以極近的間距集成發(fā)射、接收和其它混合信號電路從來都不是一項簡單任務。像安森美半導體這樣的公司擁有開發(fā)支持RKE、PKE及其它演變功能實現(xiàn)的器件的經(jīng)驗，同樣也要對抗盡可能降低完全電池供電環(huán)境中的能耗的需求?？紤]遙控鑰匙中的電池和汽車電池本身都很重要。事實上，汽車射頻模塊的電源管理可能更為關鍵，因為這個模塊不斷檢測待激活的信號，因此一直在消耗一定量的電流。當引擎關閉時會出現(xiàn)這種情況，因此電池電量未被補充。系統(tǒng)必須利用各種可行的途徑來將工作電流降至最低，并限制“導通時間”，同時不影響總體性能。

　　當涉及RKE鑰匙、尺寸通常僅有信用卡大小的PKE收發(fā)器(transponder)或適合輪胎氣門嘴尺寸的TPMS時，為了讓傳感器/收發(fā)器模塊盡可能小和輕，通常會對電池尺寸施以嚴格的限制。物理屬性決定了隨著電池尺寸減小，電池容量也減小，導致電池中總體可用能量減少。

　　隨著汽車制造商通常指定工作壽命最少10年、總電量低至220毫安時(mAh)的電池，長電池壽命已經(jīng)成為一項重要特征。這相當于一個典型的TPMS傳感器/發(fā)射器具有8.5萬到9萬小時的使用壽命，支持僅為2.5 μA的平均連續(xù)電流消耗。

　　為盡可能延長電池的壽命(特別是在引擎關閉時由于RF模塊輪詢導致電量持續(xù)消耗的汽車主電池)，必須區(qū)分器件在不同工作模式時的能耗。作為該電源管理方案的一部分，器件可能包括“非工作”模式以及“工作”模式。在TPMS系統(tǒng)中，“工作”模式將由汽車移動觸發(fā)，并會將胎壓讀取的重復率提高至“非工作”模式的100倍。TPMS應用的最大電流消耗模式出現(xiàn)在RF發(fā)射期間，此時的電流消耗比胎壓測量處理模式高出5倍。如果不頻繁發(fā)射胎壓測量數(shù)據(jù)或僅在測量到胎壓大幅下降時發(fā)射數(shù)據(jù)，就能夠節(jié)省額外的電能。

　　在雙向RKE系統(tǒng)實例中，工作模式可能在駕駛員按下某個特定按鍵時由遙控鑰匙發(fā)送的數(shù)據(jù)觸發(fā)。這類例子包括遙控引擎啟動和遙控駕駛艙溫度控制。這些信息在汽車引擎關閉時發(fā)送，因此必需采用高效的電源管理系統(tǒng)，以便電池不會因為車內收發(fā)器的周期性輪詢長時間消耗電能。

　　電路中要求持續(xù)工作的部分是用于喚醒定時器的電阻電容(RC)振蕩器。另一持續(xù)消耗的電流是器件的漏電流。非工作模式在全部10年的壽命周期中預計約占90%，該模式下的平均電流消耗可能低至僅為500nA，這使得工作模式下的平均電流可以高至約2.8μA。

　　能夠快速到達期望的工作點就可以在典型RF收發(fā)器封裝中的數(shù)個電路上實現(xiàn)進一步省電。其中通常要求較長啟動時間的電路是晶體振蕩器。對于這樣的情形，安森美半導體的“快速啟動晶體振蕩器”知識產(chǎn)權(IP)被證實非常有益。這種自校準電路將振蕩器的啟動時間縮短到5至10μs之間，相比之下，典型晶體振蕩器需要的啟動時間為5至10ms。

　　所謂的“監(jiān)聽模式(sniff mode)”IP也很有用。在這種模式中，低端專用嵌入式微處理器邏輯被用于控制物理IP，從而降低芯片及其驅動的外部元件的能耗。由于在“關閉時間”期間所有非關鍵功能都會關閉，因此節(jié)省了電能并優(yōu)化了總體系統(tǒng)性能?！氨O(jiān)聽模式”使得器件從低能耗狀態(tài)周期性喚醒，并通過Wake-On-Energy或Wake-On-Pattern程序來輪詢有效的信息包。還可以利用片上智能來減少RF傳輸電路的數(shù)量，進一步降低能耗。

　　尺寸問題

　　RKE、PKE及相關應用迫切需要在單個器件中集成盡可能多的功能。這種方法無需太多的外部元件，從而節(jié)省了空間。節(jié)省空間既可以用于減小總體設計尺寸，因此可輕松適應汽車應用，也可以在遙控鑰匙模塊的實例中支持使用尺寸更大、使用壽命更長的電池。

　　為給客戶提供最大的靈活性，并使他們能從規(guī)模經(jīng)濟中獲益，基于ASSP的收發(fā)器方案變得非常有意義。這類方案讓客戶能夠在不同區(qū)域的眾多平臺應用中使用相同的基礎器件。收發(fā)器可以編程設為以特定國家許可的頻率工作，具有專用喚醒模式，使用客戶選擇的協(xié)定，以及面向其它參數(shù)定制配置。

　　安森美半導體提供緊湊、小尺寸封裝的器件，器件集成了開關鍵控(OOK)/頻移鍵控(FSK)/幅移鍵控(ASK) ISM頻帶收發(fā)器和I2C接口、EEPROM、晶體振蕩器、鎖相環(huán)(PLL)環(huán)路濾波元件，以及板載溫度感測電路。

　　成本

　　對于高產(chǎn)量的汽車制造商而言，要在競爭激烈及當前經(jīng)濟氣候下規(guī)?？s小的市場環(huán)境中運營，低成本仍然是必不可少的條件。對于TPMS等應用而言，將中央控制器與當前大多數(shù)汽車平臺中已配備的RKE系統(tǒng)結合在一起，可以獲得巨大的經(jīng)濟效益。與采用最新的小尺寸技術相比，使用成熟及高產(chǎn)量的工藝和IP也能夠幫助降低成本。例如，安森美半導體使用了經(jīng)驗證的0.35μm CMOS混合信號技術。采用經(jīng)濟的EEPROM模塊可以存儲專用數(shù)據(jù)。對TPMS來說，這些數(shù)據(jù)可能是校準、輪胎序列號或位置編碼信息，而對汽車至住宅系統(tǒng)而言，則可以存儲諸如遠程車庫門代碼等信息。集成更多功能和外部元件使得元器件數(shù)量減少，也有助于控制成本。