無(wú)線收發(fā)器技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，遙控?zé)o匙開(kāi)門(mén)(RKE)現(xiàn)已成為基本規(guī)格車輛的一項(xiàng)標(biāo)配功能。緊隨其后進(jìn)入汽車應(yīng)用的還有被動(dòng)無(wú)匙開(kāi)門(mén)(PKE)、結(jié)合了遙控啟鎖和遙控啟動(dòng)的雙收發(fā)器裝置，以及提供諸如胎壓監(jiān)測(cè)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(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)的元器件制造商面臨的主要挑戰(zhàn)是提供可靠及高性價(jià)比的器件，并要求這些器件能耗極低、覆蓋范圍廣，當(dāng)然還要符合主流規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)考慮在諸如遙控鑰匙(key fob)或輪胎內(nèi)部等領(lǐng)域中的應(yīng)用時(shí)，空間受限通常也會(huì)帶來(lái)不少挑戰(zhàn)。

　　本文將探討專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)如何利用混合信號(hào)技術(shù)和創(chuàng)新的電源管理方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

　　從突破性應(yīng)用開(kāi)始發(fā)展

　　汽車產(chǎn)業(yè)近些年發(fā)展進(jìn)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(lái)支持便利、安全和信息娛樂(lè)等功能。這一演變(甚至可稱為變革)的一個(gè)重要組成部分就是單向或單工(simplex)RKE的普及——如今超過(guò)80%的新車都利用基本的單工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)車門(mén)遙控啟鎖。

　　單工RKE已被證實(shí)成為日趨成熟且激動(dòng)人心的車載無(wú)線通信及汽車至住宅通信(如Johnson Control公司的Homelink系統(tǒng))的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)。在這類應(yīng)用中，汽車中的固定收發(fā)器持續(xù)輪詢與其匹配的對(duì)應(yīng)器件，而當(dāng)持鑰匙者處于固定收發(fā)器的作用范圍(數(shù)米)內(nèi)時(shí)，車門(mén)就鎖上。當(dāng)持鑰匙出現(xiàn)在作用范圍內(nèi)并拉動(dòng)車門(mén)把手時(shí)，門(mén)鎖就打開(kāi)。將雙向通信的概念擴(kuò)展就可以支持諸如遙控啟動(dòng)和胎壓監(jiān)測(cè)(TPMS)等功能。

　　安森美半導(dǎo)體針對(duì)汽車應(yīng)用的低功耗RF收發(fā)器芯片。

　　規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

　　免授權(quán)使得RKE和PKE產(chǎn)品得以在汽車應(yīng)用中發(fā)展和采用。但是，諸如美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)等管理短距離、免授權(quán)設(shè)計(jì)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)卻提出了一些重要的限制。當(dāng)汽車廠商研發(fā)面向雙向通信的更復(fù)雜、數(shù)據(jù)密集型的先進(jìn)應(yīng)用時(shí)，這些限制措施的影響可能更大。例如，監(jiān)管機(jī)構(gòu)規(guī)定不能傳輸語(yǔ)音、視頻或連續(xù)的數(shù)據(jù)，且傳輸時(shí)間不得超過(guò)5秒。其它限制涉及到影響作用范圍的最大允許場(chǎng)強(qiáng)度。

　　.

　　行之有效的技術(shù)

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

　　以極近的間距集成發(fā)射、接收和其它混合信號(hào)電路從來(lái)都不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單任務(wù)。像安森美半導(dǎo)體這樣的公司擁有開(kāi)發(fā)支持RKE、PKE及其它演變功能實(shí)現(xiàn)的器件的經(jīng)驗(yàn)，同樣也要對(duì)抗盡可能降低完全電池供電環(huán)境中的能耗的需求。考慮遙控鑰匙中的電池和汽車電池本身都很重要。事實(shí)上，汽車射頻模塊的電源管理可能更為關(guān)鍵，因?yàn)檫@個(gè)模塊不斷檢測(cè)待激活的信號(hào)，因此一直在消耗一定量的電流。當(dāng)引擎關(guān)閉時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，因此電池電量未被補(bǔ)充。系統(tǒng)必須利用各種可行的途徑來(lái)將工作電流降至最低，并限制“導(dǎo)通時(shí)間”，同時(shí)不影響總體性能。

　　當(dāng)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(mén)嘴尺寸的TPMS時(shí)，為了讓傳感器/收發(fā)器模塊盡可能小和輕，通常會(huì)對(duì)電池尺寸施以嚴(yán)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(dǎo)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(shí)(mAh)的電池，長(zhǎng)電池壽命已經(jīng)成為一項(xiàng)重要特征。這相當(dāng)于一個(gè)典型的TPMS傳感器/發(fā)射器具有8.5萬(wàn)到9萬(wàn)小時(shí)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(zhǎng)電池的壽命(特別是在引擎關(guān)閉時(shí)由于RF模塊輪詢導(dǎo)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(shí)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(dòng)觸發(fā)，并會(huì)將胎壓讀取的重復(fù)率提高至“非工作”模式的100倍。TPMS應(yīng)用的最大電流消耗模式出現(xiàn)在RF發(fā)射期間，此時(shí)的電流消耗比胎壓測(cè)量處理模式高出5倍。如果不頻繁發(fā)射胎壓測(cè)量數(shù)據(jù)或僅在測(cè)量到胎壓大幅下降時(shí)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(shí)例中，工作模式可能在駕駛員按下某個(gè)特定按鍵時(shí)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(dòng)和遙控駕駛艙溫度控制。這些信息在汽車引擎關(guān)閉時(shí)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(huì)因?yàn)檐噧?nèi)收發(fā)器的周期性輪詢長(zhǎng)時(shí)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(shí)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(yù)計(jì)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(dá)期望的工作點(diǎn)就可以在典型RF收發(fā)器封裝中的數(shù)個(gè)電路上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步省電。其中通常要求較長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間的電路是晶體振蕩器。對(duì)于這樣的情形，安森美半導(dǎo)體的“快速啟動(dòng)晶體振蕩器”知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)被證實(shí)非常有益。這種自校準(zhǔn)電路將振蕩器的啟動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間為5至10ms。

　　所謂的“監(jiān)聽(tīng)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(qū)動(dòng)的外部元件的能耗。由于在“關(guān)閉時(shí)間”期間所有非關(guān)鍵功能都會(huì)關(guān)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(tīng)模式”使得器件從低能耗狀態(tài)周期性喚醒，并通過(guò)Wake-On-Energy或Wake-On-Pattern程序來(lái)輪詢有效的信息包。還可以利用片上智能來(lái)減少RF傳輸電路的數(shù)量，進(jìn)一步降低能耗。

　　尺寸問(wèn)題

　　RKE、PKE及相關(guān)應(yīng)用迫切需要在單個(gè)器件中集成盡可能多的功能。這種方法無(wú)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(shè)計(jì)尺寸，因此可輕松適應(yīng)汽車應(yīng)用，也可以在遙控鑰匙模塊的實(shí)例中支持使用尺寸更大、使用壽命更長(zhǎng)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(jì)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(tái)應(yīng)用中使用相同的基礎(chǔ)器件。收發(fā)器可以編程設(shè)為以特定國(guó)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(dǎo)體提供緊湊、小尺寸封裝的器件，器件集成了開(kāi)關(guān)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(cè)電路。

　　成本

　　對(duì)于高產(chǎn)量的汽車制造商而言，要在競(jìng)爭(zhēng)激烈及當(dāng)前經(jīng)濟(jì)氣候下規(guī)模縮小的市場(chǎng)環(huán)境中運(yùn)營(yíng)，低成本仍然是必不可少的條件。對(duì)于TPMS等應(yīng)用而言，將中央控制器與當(dāng)前大多數(shù)汽車平臺(tái)中已配備的RKE系統(tǒng)結(jié)合在一起，可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。與采用最新的小尺寸技術(shù)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(dǎo)體使用了經(jīng)驗(yàn)證的0.35μm CMOS混合信號(hào)技術(shù)。采用經(jīng)濟(jì)的EEPROM模塊可以存儲(chǔ)專用數(shù)據(jù)。對(duì)TPMS來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)可能是校準(zhǔn)、輪胎序列號(hào)或位置編碼信息，而對(duì)汽車至住宅系統(tǒng)而言，則可以存儲(chǔ)諸如遠(yuǎn)程車庫(kù)門(mén)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。