广芯微推出两轮车PKE无钥匙进入系统芯片套片及参考设计方案

时间： 2024-11-28 来源：广芯微电子公众号

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无钥匙进入系统（Passive Keyless Entry，PKE）是一种先进的汽车安全技术，它允许驾驶员无需物理操作车钥匙即可解锁和启动车辆。当驾驶员携带智能钥匙接近车辆时，车辆能自动识别钥匙的信号，并在确认后解锁车门。同样地，当驾驶员坐进车内并按下启动按钮时，如果系统检测到智能钥匙在车内，就会启动发动机。

两轮车（如摩托车、电动自行车等）的PKE市场规模在近年来呈现稳步增长的趋势。2022年全球市场规模约130亿元人民币，2023年达到160亿元，年均复合增长率（CAGR）为15%。亚太地区是全球两轮车PKE市场的最大区域，尤其是中国、印度和东南亚国家，约占全球60%左右市场份额。两轮电动车和摩托车采用PKE系统主要有以下几个原因：

1、便利性：

无钥匙启动：PKE系统允许车主在不拿出钥匙的情况下直接启动摩托车，只需按下按钮即可。这大大提高了使用的便利性，特别是在寒冷或忙碌的时候。

无钥匙锁车：车主可以通过简单的按下按钮或触摸感应区域来锁车，无需插入钥匙。

2、安全性：

防盗功能：PKE系统通常配备了先进的加密技术和身份验证机制，使得未经授权的人难以启动摩托车。这增强了摩托车的防盗性能。

自动锁定：部分PKE系统具备自动锁定功能，当车主离开一定距离后，摩托车会自动锁定，防止忘记锁车的情况发生。

3、用户体验：

高级感：PKE系统给用户带来了一种高级和科技感，提升了摩托车的整体用户体验。

简化操作：传统的机械钥匙可能会丢失或损坏，PKE系统的使用避免了这些问题的发生，简化了日常操作。

4、市场需求：

市场趋势：随着科技的进步和消费者对便利性和安全性的需求增加，许多高端摩托车品牌开始在其产品中集成PKE系统，以满足市场需求。

5、技术进步：

成本降低：随着技术的进步，PKE系统的成本逐渐降低，使得更多的摩托车制造商能够提供这一功能，而不只是高端市场独有。

面向日益增长的两轮车PKE应用市场，广芯微基于自主研发的芯片套片，推出高性价比的PKE基站与钥匙端参考设计方案，助力产品公司快速开发PKE的基站与钥匙产品。

一、PKE方案概述

广芯微PKE方案包含基站端和钥匙端两套设计。基站端通过发射低频信号搜索钥匙，并通过接收高频信号验证钥匙是否合法，最后决定是否需要进行开锁动作。钥匙端则通过实时监控低频信号，在收到合法的低频帧信号，则通过高频信号发送加密信号给基站端，用于基站验证钥匙是否合法。

同时，广芯微PKE方案，也兼有RKE（Remote Keyless Entry）功能，只要按压钥匙按键，钥匙就会通过高频发射加密信号到基站端去验证钥匙是否合法。而基站端在收到这些加密信号后，就会进行解密及合法验证，一旦验证通过，就会进行开锁。

PKE实现流程是基站端先发射低频LF信号，然后接收钥匙端响应的高频RF信号。RKE则需要车主手动按钥匙按键才能完成解锁/闭锁/升窗/降窗/开尾门/寻车等操作。

二、广芯微PKE芯片套片及方案-钥匙端介绍

方案设计采用广芯微自主研发的低频检测SoC UM2082F08和高频发射芯片 UM2003L实现车钥匙的PKE功能和RKE功能，在软件上设计了同步码备份算法和低电检测算法。UM2082F08集成单周期8051内核，支持三通道低频无线唤醒ASK接收，UM2003L是一款低成本OOK调制方式的射频芯片，通讯频率为433MHz。

UM2082F08特性

三个独立天线通道：X/Y/Z轴
每个通道都具有RSSI检测功能，支持多种数据率的配置，支持曼彻斯特编码方式
载波频率：30KHz~300KHz
接收灵敏度：<70uVrms
数据率：1kbps~8kbps
低功耗设计：
——三通道轮询扫描模式：2.9μA
——三通道间歇运行模式：2.1μA
——单通道间歇运行模式：1.7μA
8051处理器，主频24MHz
2KB SRAM，32KB eFlash
2路16位PWM输出
2个增强型UART
6通道12位SAR ADC，1Msps采样速率
1路I2C，主/从模式，速率400Kbps（max）
1路SPI，主/从模式，Mode0/1/2/3协议，最高速率12Mbps
最大11个GPIO，内置上/下拉可配置

UM2003L特性

频率范围：300~480MHz
最大发射功率：13dBm
发射码率范围：1~10kbps
工作电流：20mA@3.3V 13dBm
待机电流：10nA

钥匙端在接收到LF数据后，根据帧类型对LF数据进行分发。然后判断CRC校验结果、判断AES加密结果，都通过后，回送相应的RF数据。

同时，钥匙端方案还支持RKE功能，在检测到按键被按下后，根据按键类型，进行更新同步码、AES加密、计算CRC等操作后，把数据填充RF缓冲区，通过RF发射芯片发送出去。RKE按键包含了短按发码控制、长按发码控制、同步码更新、RF发射停止或关闭等。在RKE应用中，需要用到同步码（也称滚码）去同步车辆、钥匙，可以有效提高通信的安全性，因为即使上次按按键发出的RF帧被他人捕获了，想发射该RF帧去操控车辆，车辆也是不会响应的。

三、广芯微PKE芯片套片及方案-基站端介绍

基站端方案同样是基于广芯微自主研发的芯片UM3213A、UM2004 等芯片实现基站的RKE、PKE，主控制器采用32位低功耗MCU UM3213A，高频接收芯片采用OOK接收芯片UM2004，配套接收UM2003L的OOK高频RF信号。系统软件上设置支持至多学习两把钥匙，在实际应用中可根据需要进行扩展。

UM3213A特性

ARM Cortex-M0+，最高主频32MHz
16KB SRAM，64KB eFlash
1.1μA @3.0V DeepSleep模式，0.48μA@3.0V Stop模式
127μA/MHz@3.0V@32MHz Active模式
3.7μs快速睡眠唤醒系统
最大35个GPIO，16/8mA两档驱动可配
1路低功耗LPUART，2路通用UART
支持主/从模式I2C，最高速率1Mbps
2路SPI，主/从模式，最高速率16Mbps
QSPI接口，支持片外NorFlash读写，支持1/2/4数据线
CAN总线接口，支持CAN2.0A/B协议，速率125K~1Mbps
8通道12位SAR ADC，1Msps采样速率

UM2004特性

频率范围：300MHz~480MHz
接收灵敏度：-109dBm（1Kbps）
数据率范围：1~5Kbps
低功耗：5.3mA@3.3V（315MHz）
关断电流: <0.1μA

在PKE应用中，基站先发射低频LF去唤醒钥匙，然后钥匙回送相应的RF响应帧给基站。对于LF发射的设计，在填充完LF帧缓存后，启动LF发射状态机把LF帧内容发送出去。基站端设计中，PKE RF帧和RKE RF帧两者都是统一的接收流程。首先是采用定时器捕获脉宽，从而搜索并存储符合RF设计要求的数据帧，并且，为了减轻数据处理压力，数据帧是存储到FIFO里面。

四、广芯微PKE芯片套片及方案-实测结果

OOK PKE方案测试是在0°~360°不同方向下，采用小型化天线，在10cm~180cm不同距离下，测试钥匙端方案的低频感应接收率（单包接收率）与基站端方案的天线辐射场强。

钥匙低频接收率测试：按压基站PKE按键，进入PKE功能之后，每按压一次按键，会触发基站间隔500ms发射200帧LF数据出来，钥匙每收到一帧LF数据，都会回送相应的RF帧。基站通过统计发射的LF帧数、收到的RF帧数，完成接收率计算，并通过串口调试助手打印出来。

基站辐射场强测试：基站不间断地发射125KHz常载波信号，并实时接收场强测量工具的高频帧（包含场强信息）。场强测量工具是会周期性测试所处位置的场强，并周期性回送场强信息高频帧。将场强测量工具，从5cm~240cm、0°~360°间隔移动，并记录串口调试助手打印出来的场强信息。

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信路达（XINLUDA）电源管理/运算放大器/数据转换/模拟开关/逻辑器件选型指南

描述- XINLUDA was founded in 2018, and is a high-tech enterprise integrating integrated circuit design, product application solution development and sales into a whole industrial chain, which can provide customers with one-stop services.

型号- XD71055,XH2596-12,XL285-2.5,XD293-8,XL33035,XL2981,XD74C923,XL386,XL1413,XD3485,XD13600,XL9555SS,XL258,XL17358,XD14016,XL494,XL1881,XL485CS,XL1403,XT285-2.5,XD74C922,XL3140,XD74LS93,XL124,XD3140,XD74LS95,XL9910,XL2843,XL2845,XD74LS90,XL33290,XL3232-TS,XL2515-TSS,XD13700,XL232-TS,XL2113SPBF,XL239,XL8574ATM,XL62004,XD74LS83,XL4067-SS,XL3485,XD74LS86,XL62003,XD74LS85,XD2981,XB402U-L27,XL2003-TS,XA2163,XB3480M3-3.3,XL324TSS,XL75176AD,XL7650-8,XL7135CD,XLV358D,XL2903-TS,XL224,XL2110PBF,XL7705B,XL75176AP,XL8574ATS,XD386-1,XH2576-ADJ,XL74LS04,XL7555,XL74LS06,XL74LS07,XL8574T,XL9555D,XL74LS00,XL2543,XL74LS02,XA2179-S13,XD4136,XH2596-5.0,XL9170,XD2515,XD3846,XD297,XL2594-5.0,XL393-KR,XT336-5.0,XL2803AG,XL293-20,XL339,XL336-5.0,XL217,XL1682,XL74LS11,XL331,XL2594-ADJ,XL74LS14,XZ298N,XL74LS10,XD2525,XD62004,XD62002,XD62003,XH2576-5.0,XL567,XL324,XL74LS08,XL8870,XL7660,XP8255,XH2596-ADJ,XL74LS27,XD8870,XD7660,XL13085,XT78L05,XL74LS20,XD33035,XL8574TM,XD8255-2,XL2112SPBF,XD393,XL8574TS,XL293D-8,XL555,XL485-SS,XD833,XLV358-MS,XD14553,XL317,XD9170,XD7705B,XL298P,XL74HC597-TS,XL3842,XL551,XL3844,XD7555,XL3843,XL74LS30,XL3846,XL2515,XL3845,XL74LS32,XL1307,XL549,XL548,XL224-TS,XD4052,XD74LS181,XD754410,XD4051,XD3085,XL9535,XD4053,XD74LS30,XL2904D,XL5615,XL2902,XL74HC165,XL2901,XD4059,XH2596-3.3,XL2903,XD3403,XD3525,XD3526,XLB574AT,XD14538,XD494,XA2214-S14,XD8574AP,XD2907-14,XL9555QF24,XB385M3-2.5,XD258,XH2576-12,XL236-2.5,XD74LS194,XL1000,XD4060,XD74LS20,XD74LS192,XD74LS21,XD74LS193,XD74LS190,XD2543N,XL62783,XL82C251,XD4066,XL4514,XD4069,XD82C55-5,XA214-G4C,XD7219,XL232Z,XL2904-KR,XD124,XD485,XD74HC165,XD33063,XH2576-3.3,XL7221,XL2112PBF,XL232K,XL13700,XD17358,XL2594-12,XD74LS27,XL4067,XD74LS163,XL2903-KR,XD74LS161,XD74LS283,XL07Z,XD7221,XL7219,XD74LS10,XD74LS160,XL2525Z,XD4514,XD14514,XD232,XD231,XD4518,XD14518,XD0832CC,XD7650-14,XD74LS14,XL293-TS,XD74LS279,XD74LS11,XD239,XD358,XD74LS157,XD74LS154,XL2113PBF,XB431-LM,XL2551,XD1307,XL3526,XL193,XD2902N,XD5615,XD74LS08,XD2901,XD2903,XD54563,XD2904,XD54562,XP71055,XD74LS02,XD74LS00,XL620,XD14069,XD74LS06,XD74LS07,XD74LS04,XL2525K,XL13600,XL3085,XD224,XD74LS166,XL386-MS,XL5532,XL3232,XD40192,XD74LS75,XD74LS76,XD74LS73,XD74LS74,XT385-1.2,XL2803A,XD1413,XL74HC245,XD74HC597,XD331,XL358D,XD4538,XD34063,XL2902-TS,XD74LS138,XD74LS139,XB431-TL,XD17324,XD339,XL74LS157,XL1050,XL62083,XD74LS132,XL1051,XL1042,XL74HC165-TS,XD74LS153,XL33063,XL1044,XL4310,XD74LS151,XD14051,XD14052,XL297,XD14053,XD13085,XL385-1.2,XL4558,XD7650-8,XD7135,XD2002,XD1403,XD2003,XL74HC595,XD293-16,XD2004,XL74HC597,XL393-TS,XA213-G4J,XD74HC245,XL293-KR,XD1881,XB61040,XD2803,XL78L05A,XA17-G4K,XD2804,XL74LS148,XD74LS147,XD74LS148,XD74LS145,XB61041,XD567,XD324,XL1040,XL358-KR,XL34063,XL9555,XD74LS54,XL285-1.2,XL2003,XL2004,XD74LS51,XD4553,XL258-KR,XL2515QF20,XL2804,XD8574P,XD551,XL2026-2,XL2026-1,XB385M3-1.2,XL74LS139,XL74LS138,XD07,XT336-2.5,XL158,XD74LS112,XL336-2.5,XL3525Z,XL2982SL,XD555,XL833,XL393,XL2110,XD74LS42,XL385-2.5,XL2112,XL2113,XD74HC4514Z,XD3232,XL3525K,XL74C922,XD62783,XD3914,XB3480M3-5.0,XT385-2.5,XL2110SPBF,XD74LS248,XD74LS47,XD549,XD548,XD74LS247,XL9535QF24,XD74LS48,XL0832DR,XL74C923

2024/6/7 - 信路达 - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货

UM2082F08 开发注意事项

型号- UM2082F08

2024.08.02 - 广芯微电子 - 应用笔记或设计指南 - V1.0 代理服务技术支持现货查询批量订货

UM2010单片集成低功耗 Sub-1GHz 射频收发器

型号- UM2010-NCQE,UM2010

2023.06.20 - 广芯微电子 - 数据手册 - V1.4 代理服务技术支持现货查询批量订货查看更多版本

UM2002B 单片集成低功耗 Sub-1GHz 射频接收器

型号- UM2002B,UM2002B-NCQE

2024.07.20 - 广芯微电子 - 数据手册 - V1.6 代理服务技术支持现货查询批量订货查看更多版本

广芯微电子32位MCU芯片选型表

高性能低功耗32位IoTP:ARM®Cortex®M4 (FPU+DSP) 、512KBeFlash 、160KB+4KB SRAM、USB20FS 、千兆以太网、加解密引擎、19个定时器、RTC、2个ADC、1个 DAC 、多个通信接口和摄像头接口。

产品型号	品类	Operating voltage(V)	Max frequency(MHz)	Core	Operating Temperature(℃)
UM3243F-VGT6	32位MCU芯片	1.8V~3.6V	240MHz	Cortex M4F	-40℃~105℃