無源汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計與安全性的考慮事項

　　引言

　　多年來，消費者已習(xí)慣于依賴無源汽車防盜系統(tǒng)提供的便利性和加強的安全性。這種系統(tǒng)由駕駛員隨身攜帶的密鑰卡 (key fob) 與安裝在汽車里的基站組成。兩者協(xié)同工作，可判斷駕駛員是否有權(quán)啟動汽車;而更重要的是，系統(tǒng)能夠阻止非法用戶使用汽車。雖然表面看來汽車防盜器的功能性很簡單，但其基本實現(xiàn)技術(shù)卻十分復(fù)雜有趣。本文探討了汽車防盜器的硬件和軟件問題，并就設(shè)計和安全性方面的考慮事項給出了頗值得關(guān)注的評述。

　　通信

　　目前在無源汽車防盜系統(tǒng)中，密鑰卡與汽車之間的主要通信方法是利用調(diào)制磁場，這個磁場由汽車的防盜器基站從低頻 (一般為125 kHz) 交流電產(chǎn)生。該磁場的主要用途有三個：A) 密鑰卡的能量來源，故有“無源” (passive) 之稱;B) 從基站向密鑰卡 (即“下行鏈路”) 傳輸信息的載波;C) 從密鑰卡向基站 (即“上行鏈路”)傳輸信息的載波。

　　由于汽車防盜系統(tǒng)需要完全無源 (如無電池) 地工作，所以密鑰卡的磁場特性特別適合這種應(yīng)用。“下行鏈路”場檢測和“上行鏈路”場調(diào)制都可以利用耗電量極小的電路來實現(xiàn)。此外，利用飽和磁場的場能來為密鑰卡中的這些電路供電比較容易實現(xiàn)。

　　在系統(tǒng)設(shè)計階段，必須仔細考慮一些關(guān)鍵的參數(shù)，比如密鑰卡的能量要求 (會影響到天線線圈的幾何形狀和驅(qū)動電平)，以及驗證過程的安全性 (對響應(yīng)時間有直接的影響)。下面將逐一對此進行詳細闡述。

　　系統(tǒng)接口

　　汽車防盜器的系統(tǒng)架構(gòu)分為若干提取層，其中每一層代表不同的系統(tǒng)接口。圖1所示為這些分層的直觀表示。

　　圖1 汽車防盜器接口分層

　　物理層

　　汽車防盜系統(tǒng)的最底層是物理層，包含一個安裝在車上的天線線圈，能夠產(chǎn)生足夠的磁場，讓安裝在用戶密鑰卡中的天線線圈檢測與調(diào)制得到。

　　磁場產(chǎn)生與調(diào)制

　　根據(jù)磁場支持數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲煌?，汽車防盜系統(tǒng)可分為兩類：半雙工和全雙工。在半雙工系統(tǒng)中，車載天線線圈在能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸周期之間更替，而數(shù)據(jù)調(diào)制采用頻移鍵控 (FSK) 方式。這種通信方法的圖解如圖2所示。從圖2可明顯看出兩點：其一，由于需要反復(fù)執(zhí)行能量傳輸，如為密鑰卡充電，數(shù)據(jù)傳輸率大打折扣;其二，相比能量傳輸期間的磁場，被調(diào)制信號極小，因此其更容易受到周圍環(huán)境噪聲的干擾，導(dǎo)致傳輸距離減小。這些特性使得半雙工系統(tǒng)逐漸式微。

　　目前主要使用的是全雙工系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，車載天線線圈同步執(zhí)行能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸，而數(shù)據(jù)調(diào)制采用幅移鍵控 (ASK) 方式。圖3所示為這種通信方法的圖解。顯然，由于能夠同步進行數(shù)據(jù)傳輸和密鑰卡供能或充電，這種方法的數(shù)據(jù)傳輸率大大優(yōu)于半雙工系統(tǒng)。而且，恒定的載波場往往還可以屏蔽掉干擾，在數(shù)據(jù)傳輸期間確保通信的穩(wěn)健可靠。此外，這種方案可以采用簡單的包絡(luò)檢波電路來實現(xiàn)。鑒于目前市面上全雙工汽車防盜系統(tǒng)的流行，下面將專門討論這類系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)接口：邏輯層

　　物理層上面是邏輯層。這一層涉及磁場上數(shù)據(jù)傳輸和編碼的特性及要求。它適用于從汽車到密鑰卡 (通常被稱為“下行鏈路”)，以及從密鑰卡到汽車的雙向數(shù)據(jù)傳輸 (被稱為“上行鏈路”)。

　　下行鏈路

　　下行鏈路的信息采用脈沖長度調(diào)制方法：一般是二進制脈沖長度調(diào)制 (BPLM) 或 Quad 脈沖長度調(diào)制 (QPLM))來進行編碼。這種方法基于插入一個長度固定的載波場時隙“Tgap”，并設(shè)置時隙到時隙的時間間隔，以預(yù)先確定次數(shù)：T0 對應(yīng)于邏輯“0”，T1 對應(yīng)于邏輯“1”。這種方案的好處是它把從汽車到密鑰卡的能量傳輸嵌入到數(shù)據(jù)編碼中，并確保密鑰卡有足夠的供能用于處理被編碼的數(shù)據(jù)。不過，這種編碼方法也有一個缺點，那就是數(shù)據(jù)傳輸波特率必須依賴于正在發(fā)送的數(shù)據(jù)位流的邏輯值，因為每一個二進制狀態(tài)的傳輸時間都是不同的。圖4給出了這種編碼方法的更詳盡的圖解。

　　圖4 BPLM編碼方法