【应用】音特电子为PEPS系统电路提供TVS保护方案，车规级产品满足控制器及智能钥匙需求

PEPS系统简介

汽车的进入系统经历的从刀片机械钥匙、传统无线按键钥匙(RKE)两代产品后，已发展到无需按键即可进入的PE（Passive Entry被动进入）模式；同时，汽车发动机的启动打火也经历了机械摇把、电机打火、密码钥匙等方式的更迭，来到了无钥匙启动的PS（Passive Start被动启动）模式。

1、PEPS结构组成及基本功能

PEPS系统一般包括车载基站（PEPS控制器+车身控制器BCM）与无线标签（PEPS智能钥匙）两个部分。

图1 车载PEPS系统基站布局示意图

【车载基站】PEPS控制器

PEPS 控制器是 PEPS 系统的核心组成部分，主要包括下列功能模块：

1）门把手和后备箱开关检测模块：检测是否存在触碰门把手或后备箱开关的状态。 

2）低频LF天线驱动模块：驱动125kHz低频天线;车内一般布置有6~8根低频天线,布置如图1。驱动低频天线，传送有效信号来唤醒钥匙，并将加密的数据发送给钥匙。 

3）射频RF数据接收模块：负责接收智能钥匙传输的高频信号，分析钥匙位置,同时验证钥匙的合法性，根据钥匙是否匹配来提供开门解锁和启动解锁控制指令。 

4)电子转向柱锁的供电模块：对电子转向柱锁进行供电。当需要执行电子转向柱锁的解闭锁操作以及需要对其进行诊断的时候，才有对电子转向柱锁的需求，处于其他时间的时候，都不会对其供电。 

5）电子转向柱锁ESCL控制模块：以LIN总线的通讯方式与电子转向柱锁实现通讯，完成解闭锁控制以及诊断的操作。与IMMO防盗模块配合，未解锁前，锁死转向柱（方向盘），即强行进入车内，也无法启动驾驶。

6）电源PDU分配继电器驱动模块：负责继电器组控制，最终完成切换供电档位工作功能。 

7）启动按钮状态指示模块：根据档位的情况和启动的条件，从而驱动按钮上的 LED 指示灯。根据LED灯光指示，比如车辆自检完成后，灯光变绿色，驾驶员才可以按下按钮，启动发动机。

8）诊断与报警模块：负责以 CAN 总线的形式与仪表通讯，实现警报与提示功能，通过 CAN 总线实现诊断功能。

9）防盗系统IMMO认证模块：其负责完成相关防盗的认证功能。

图2 PEPS（被动进入及启动系统）控制器框图

【定位标签】 PEPS智能钥匙

PEPS智能钥匙的主要模块及功能有：

1）传统遥控钥匙（RKE）系统：智能钥匙兼容传统RKE的功能，保留一部分按键，符合原有通过按键来解锁、开启后备箱、落锁等习惯；如遥控解闭锁及遥控升降窗等；

2）低频LF接收模块：接收车载PEPS基站发出的低频LF信号（125kHz），唤醒钥匙电路系统，退出睡眠节电模式；

3）射频RF发送模块：发送相关信息给车载PEPS系统，匹配密钥，获取进入或按键启动授权；

4）声音灯光指示：部分智能钥匙保留一个LED或蜂鸣器，用声音或灯光做提示报警或找车信息指示。

图3 PEPS智能钥匙组成框图

PEPS系统电路保护方案

在PEPS系统通信或控制过程中，由于电源变化、人体靠近感应或解除、线路感应等使用环境影响，系统PEPS主控MCU、LIN通信线路、CAN通信线路等单元容易受到浪涌、静电等电磁干扰，造成主控MCU、车身控制模块BCM、天线收发芯片等部件工作异常甚至损坏，通信可靠性受影响，车载基站系统的整体稳定性受到考验。

PEPS智能钥匙在使用过程中，由于按钮按下或放开、天线感性负载变化、人体靠近、电磁环境感应等因素影响，智能钥匙系统内主控IC、LF低频接收模块、RF射频发送模块等单元容易受到静电或浪涌的干扰，造成工作异常甚至损坏。

音特电子根据多年在汽车电子电磁兼容的经验，结合自身车规级产品的优势，对PEPS系统车载基站（车载基站）和定位标签（智能钥匙），提出综合保护方案，供用户设计参考。

1、PEPS系统控制器（车载基站）保护方案

车载基站的电路保护，主要包括以下几个方面：

• 电源PDU管理单元浪涌防护

PEPS系统内电源PDU管理主要有电子转向柱锁ESCL等部件的电源供电，采用音特电子TVS来进行浪涌防护。常用防护器件为SM8S24CA,SM8S33CA,SM8S33A,SM8S36CA等，具体需根据车辆电源系统及部件功率进行选型。

图3  PDU供电电源保护电路

*音特电子（自主专利产品）SM8SxxCA器件参数：

• CAN bus通信保护

PEPS系统与车身控制系统BCM及汽车其他主要部件之间，通过CAN总线进行通信。音特电子提供车规级CAN总线保护专用器件ESD24VAPB，布局设计靠近模块的CAN总线接口。

图4 ESCL（电子转向柱锁）控制原理图

*音特电子ESD24VAPB部分参数：

• LIN bus通信保护

PEPS系统与电子转向柱锁ESCL之间，主要采用LIN总线通信。LIN接口保护可采用LIN专用器件ESDLIN1524D3B，ESD24VAPB等进行保护。

图6 IMMO（防盗控制器）与PEPS主控通信电路保护

• LF低频通信保护

PEPS系统LF低频通信，采用125kHz频率进行通讯，由基站6根（或8根）天线发出125kHz信号，寻找标签（智能钥匙）的位置并匹配及唤醒。当定位到标签（智能钥匙）在车内并密钥匹配时，可以给出防盗控制器IMMO和电子转向柱锁ESCL解锁指令，驾驶员可以通过点火按键启动发动机。

天线信号的变化，对发射模块来说等效负载变化，需进行浪涌或静电防护，建议采用音特电子5V，SOD323封装静电保护器件ESD5V0D3B，PCB布局设计建议靠近模块的天线接入端口。

图7 低频LF（125kHz）收发模块保护电路

*音特电子ESD5V0D3B器件参数

• RF射频通信保护

PEPS系统控制车载基站等待标签回传指令，主要采用315MHz~433MHz射频进行通讯。PEPS系统定位标签（智能钥匙）结合门把手按钮开关指令，发送RF射频加密信号给车载基站，车载基站匹配后给出门禁解锁，乘员可进入车内。

对RF射频接收模块，采用音特电子低电容静电保护器件ESDLC5V0D3B，SOD323，<1pF电容不会对信号的正常通讯有影响，同时可以在ps级的时间上，对瞬态电压进行钳位，保护射频接收模块。

图8 RF射频（433MHz）收发模块保护电路

*音特电子ESDLC5V0D3B器件参数

• 一键启动按键静电防护
  

PEPS系统发动机启动按钮一般会有LED灯光颜色变换指示，标明状态信息。按键启动单元为了防止静电给主控芯片错误信息，需要增加小封装静电防护器件。音特电子车规级静电保护器件ESD5V0D9B，采用SOD923封装（尺寸：长宽高1.0mmÍ0.5mmÍ0.4mm），最高可耐受30kV静电骚扰。

图9 按钮开关保护电路

*音特电子ESD5V0D9B部分参数：

2、PEPS智能钥匙保护方案

PEPS智能钥匙的电路保护，主要包括以下几个方面：

• 电源管理单元保护

PEPS智能钥匙主要用电池（如CR2302）供电，但在负载、环境变化时，对主控IC的电源端，可能带来浪涌冲击。建议采用音特电子瞬态抑制二极管TVS SMF5.0CA进行浪涌防护。

图10 PEPS智能钥匙IC电源保护电路原理图

*音特电子SMF5.0CA部分参数

• 按键单元保护

PEPS智能钥匙保留传统RKE按键单元,这样符合很多人员的习惯。图11为保留解锁、落锁、后备箱三个按键的电路保护方案。按键单元电路在按键按下、松开及人体感应的时刻，可能产生静电等电磁骚扰，传导到主控IC的I/O口，影响主控IC的正常工作。在按键与IC的I/O口之间TVS2/TVS3/TVS4位置，音特电子推荐采用静电防护器件YINT ESD5V0D5B，SOD523小型封装来进行按键单元电路保护。

图11 PEPS智能钥匙按键单元保护电路原理图

*音特电子ESD5V0D5B参数：

• LF低频接收模块保护
  

PEPS智能钥匙配置低频LF接收模块和低频天线，推荐采用音特电子超小封装SOD923或SOD882封装静电防护器件ESD5V0D9B、ESD5V0D8B，对低频接收模块进行静电防护。

图12 PEPS智能钥匙LF低频接收模块保护电路原理图

*音特电子ESD5V0D8B参数

• RF射频发送模块保护

与PEPS基站的高频信息接收模块类似，PEPS智能钥匙也需要进行静电保护。考虑钥匙的空间，推荐采用音特电子超低容<1pF、超小封装SOD923或SOD882的静电保护器件（如ESDULC5V0D8B,SOD882,0.5pF）进行电路设计。

图13 PEPS智能钥匙RF射频发送模块保护电路原理图

*音特电子ESDULC5V0D8B部分参数

3、小结

各位汽车电子EMC工程师对电路设计及PCB布局设计、器件选型参数、车规测试标准及测试过程等等有任何疑问，欢迎与音特电子技术工程师交流讨论。