無鑰匙進入系統(tǒng)（Passive Keyless Entry, PKE）是一種先進的汽車安全技術(shù)，它允許駕駛員無需物理操作車鑰匙即可解鎖和啟動車輛。當駕駛員攜帶智能鑰匙接近車輛時，車輛能自動識別鑰匙的信號，并在確認后解鎖車門。同樣地，當駕駛員坐進車內(nèi)并按下啟動按鈕時，如果系統(tǒng)檢測到智能鑰匙在車內(nèi)，就會啟動發(fā)動機。

兩輪車（如摩托車、電動自行車等）的PKE市場規(guī)模在近年來呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的趨勢。2022年全球市場規(guī)模約130億元人民幣，2023年達到160億元，年均復合增長率（CAGR）為15%。亞太地區(qū)是全球兩輪車PKE市場的最大區(qū)域，尤其是中國、印度和東南亞國家，約占全球60%左右市場份額。兩輪電動車和摩托車采用PKE系統(tǒng)主要有以下幾個原因：

1、便利性：

無鑰匙啟動：PKE系統(tǒng)允許車主在不拿出鑰匙的情況下直接啟動摩托車，只需按下按鈕即可。這大大提高了使用的便利性，特別是在寒冷或忙碌的時候。

無鑰匙鎖車：車主可以通過簡單的按下按鈕或觸摸感應(yīng)區(qū)域來鎖車，無需插入鑰匙。

2、安全性：

防盜功能：PKE系統(tǒng)通常配備了先進的加密技術(shù)和身份驗證機制，使得未經(jīng)授權(quán)的人難以啟動摩托車。這增強了摩托車的防盜性能。

自動鎖定：部分PKE系統(tǒng)具備自動鎖定功能，當車主離開一定距離后，摩托車會自動鎖定，防止忘記鎖車的情況發(fā)生。

3、用戶體驗：

高級感：PKE系統(tǒng)給用戶帶來了一種高級和科技感，提升了摩托車的整體用戶體驗。

簡化操作：傳統(tǒng)的機械鑰匙可能會丟失或損壞，PKE系統(tǒng)的使用避免了這些問題的發(fā)生，簡化了日常操作。

4、市場需求：

市場趨勢：隨著科技的進步和消費者對便利性和安全性的需求增加，許多高端摩托車品牌開始在其產(chǎn)品中集成PKE系統(tǒng)，以滿足市場需求。

5、技術(shù)進步：

成本降低：隨著技術(shù)的進步，PKE系統(tǒng)的成本逐漸降低，使得更多的摩托車制造商能夠提供這一功能，而不只是高端市場獨有。

面向日益增長的兩輪車PKE應(yīng)用市場，廣芯微基于自主研發(fā)的芯片套片，推出高性價比的PKE基站與鑰匙端參考設(shè)計方案，助力產(chǎn)品公司快速開發(fā)PKE的基站與鑰匙產(chǎn)品。

一、PKE方案概述

廣芯微PKE方案包含基站端和鑰匙端兩套設(shè)計。基站端通過發(fā)射低頻信號搜索鑰匙，并通過接收高頻信號驗證鑰匙是否合法，最后決定是否需要進行開鎖動作。鑰匙端則通過實時監(jiān)控低頻信號，在收到合法的低頻幀信號，則通過高頻信號發(fā)送加密信號給基站端，用于基站驗證鑰匙是否合法。

同時，廣芯微PKE方案，也兼有RKE（Remote Keyless Entry）功能，只要按壓鑰匙按鍵，鑰匙就會通過高頻發(fā)射加密信號到基站端去驗證鑰匙是否合法。而基站端在收到這些加密信號后，就會進行解密及合法驗證，一旦驗證通過，就會進行開鎖。

PKE實現(xiàn)流程是基站端先發(fā)射低頻LF信號，然后接收鑰匙端響應(yīng)的高頻RF信號。RKE則需要車主手動按鑰匙按鍵才能完成解鎖/閉鎖/升窗/降窗/開尾門/尋車等操作。

二、廣芯微PKE芯片套片及方案-鑰匙端介紹

方案設(shè)計采用廣芯微自主研發(fā)的低頻檢測SoC UM2082F08和高頻發(fā)射芯片UM2003L實現(xiàn)車鑰匙的PKE功能和RKE功能，在軟件上設(shè)計了同步碼備份算法和低電檢測算法。UM2082F08集成單周期8051內(nèi)核，支持三通道低頻無線喚醒ASK接收，UM2003L是一款低成本OOK調(diào)制方式的射頻芯片，通訊頻率為433MHz。

鑰匙方案框圖

鑰匙方案實物圖

UM2082F08特性

三個獨立天線通道：X/Y/Z 軸

每個通道都具有RSSI檢測功能，支持多種數(shù)據(jù)率的配置，支持曼徹斯特編碼方式

載波頻率：30KHz~300KHz

接收靈敏度：<70uVrms

數(shù)據(jù)率：1kbps~8kbps

低功耗設(shè)計

三通道輪詢掃描模式：2.9μA

三通道間歇運行模式：2.1μA

單通道間歇運行模式：1.7μA

8051 處理器，主頻 24MHz

2KB SRAM，32KB eFlash

2路16位PWM輸出

2個增強型UART

6通道12位SAR ADC，1Msps采樣速率

1路I2C，主/從模式，速率400Kbps（max）

1路SPI，主/從模式，Mode0/1/2/3 協(xié)議，最高速率12Mbps

最大11個GPIO，內(nèi)置上 / 下拉可配置

UM2003L特性

頻率范圍：300~480MHz

最大發(fā)射功率：13dBm

發(fā)射碼率范圍：1~10kbps

工作電流：20mA@3.3V 13dBm

待機電流：10nA

鑰匙端在接收到LF數(shù)據(jù)后，根據(jù)幀類型對LF數(shù)據(jù)進行分發(fā)。然后判斷CRC校驗結(jié)果、判斷AES加密結(jié)果，都通過后，回送相應(yīng)的RF數(shù)據(jù)。

同時，鑰匙端方案還支持RKE功能，在檢測到按鍵被按下后，根據(jù)按鍵類型，進行更新同步碼、AES加密、計算CRC等操作后，把數(shù)據(jù)填充RF緩沖區(qū)，通過RF發(fā)射芯片發(fā)送出去。RKE按鍵包含了短按發(fā)碼控制、長按發(fā)碼控制、同步碼更新、RF發(fā)射停止或關(guān)閉等。在RKE應(yīng)用中，需要用到同步碼（也稱滾碼）去同步車輛、鑰匙，可以有效提高通信的安全性，因為即使上次按按鍵發(fā)出的RF幀被他人捕獲了，想發(fā)射該RF幀去操控車輛，車輛也是不會響應(yīng)的。

三、廣芯微PKE芯片套片及方案-基站端介紹

基站端方案同樣是基于廣芯微自主研發(fā)的芯片UM3213A、UM2004 等芯片實現(xiàn)基站的RKE、PKE，主控制器采用32位低功耗MCU UM3213A，高頻接收芯片采用OOK接收芯片UM2004，配套接收UM2003L的OOK高頻RF信號。系統(tǒng)軟件上設(shè)置支持至多學習兩把鑰匙，在實際應(yīng)用中可根據(jù)需要進行擴展。

基站端方案框圖

基站端方案實物圖

UM3213A特性

ARM Cortex-M0+，最高主頻 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 快速睡眠喚醒系統(tǒng)

最大35個GPIO，16/8mA 兩檔驅(qū)動可配

1路低功耗 LPUART，2路通用 UART

支持主/從模式I2C，最高速率 1Mbps

2路SPI，主/從模式，最高速率 16Mbps

QSPI接口，支持片外NorFlash讀寫，支持 1/2/4 數(shù)據(jù)線

CAN總線接口，支持CAN2.0A/B 協(xié)議，速率 125K~1Mbps

8 通道12位SAR ADC，1Msps 采樣速率

UM2004特性

頻率范圍：300MHz~480MHz

接收靈敏度：-109dBm（1Kbps）

數(shù)據(jù)率范圍：1~5Kbps

低功耗：5.3mA@3.3V（315MHz）

關(guān)斷電流: < 0.1μA

在PKE 應(yīng)用中，基站先發(fā)射低頻LF去喚醒鑰匙，然后鑰匙回送相應(yīng)的RF響應(yīng)幀給基站。對于LF發(fā)射的設(shè)計，在填充完LF幀緩存后，啟動LF發(fā)射狀態(tài)機把LF幀內(nèi)容發(fā)送出去。基站端設(shè)計中，PKE RF幀和RKE RF幀兩者都是統(tǒng)一的接收流程。首先是采用定時器捕獲脈寬，從而搜索并存儲符合RF設(shè)計要求的數(shù)據(jù)幀，并且，為了減輕數(shù)據(jù)處理壓力，數(shù)據(jù)幀是存儲到FIFO里面。

四、廣芯微PKE芯片套片及方案-實測結(jié)果

OOK PKE方案測試是在0°~360°不同方向下，采用小型化天線，在10cm~180cm不同距離下，測試鑰匙端方案的低頻感應(yīng)接收率（單包接收率）與基站端方案的天線輻射場強。

鑰匙低頻接收率測試：按壓基站PKE按鍵，進入PKE功能之后，每按壓一次按鍵，會觸發(fā)基站間隔500ms發(fā)射200幀LF數(shù)據(jù)出來，鑰匙每收到一幀LF數(shù)據(jù)，都會回送相應(yīng)的RF幀。基站通過統(tǒng)計發(fā)射的LF幀數(shù)、收到的RF幀數(shù)，完成接收率計算，并通過串口調(diào)試助手打印出來

LF距離(小天線)測試記錄

基站輻射場強測試：基站不間斷地發(fā)射125KHz常載波信號，并實時接收場強測量工具的高頻幀（包含場強信息）。場強測量工具是會周期性測試所處位置的場強，并周期性回送場強信息高頻幀。將場強測量工具，從5cm~240cm、0°~360°間隔移動，并記錄串口調(diào)試助手打印出來的場強信息。

基站輻射場強（小天線）測試結(jié)果

廣芯微電子（廣州）股份有限公司的PKE方案已上架，要獲取更多產(chǎn)品信息及相關(guān)的解決方案信息。

關(guān)于廣芯微

廣芯微電子（廣州）股份有限公司聚焦光伏新能源、工業(yè)控制和汽車電子產(chǎn)業(yè)，為客戶提供差異化的微處理器芯片、快充與數(shù)字電源SOC和性能卓越的無線射頻芯片，并圍繞這些芯片打造特色的電機控制方案平臺、數(shù)字電源方案平臺和低功耗無線射頻方案平臺。