深入解析Microchip HCS361 KEELOQ? 代碼跳變編碼器

在當今的電子安全領域，代碼跳變技術為我們提供了強大的安全保障。Microchip的HCS361 KEELOQ? 代碼跳變編碼器就是這樣一款卓越的產品，下面我們就來詳細了解一下它。

文件下載：HCS361-I/P.pdf

一、產品概述

HCS361是一款專為安全遠程無鑰匙進入（RKE）系統設計的代碼跳變編碼器。它采用KEELOQ? 代碼跳變技術，具備高安全性、小封裝尺寸和低成本的特點，非常適合單向遠程無鑰匙進入系統和訪問控制系統。其典型應用包括汽車RKE系統、汽車報警系統、汽車防盜器、大門和車庫門開啟器、身份令牌以及防盜報警系統等。

二、產品特性

（一）安全特性

1. 可編程參數：支持28/32位序列號和64位加密密鑰的編程，每個加密密鑰都受到讀保護，增強了數據的安全性。
2. 獨特傳輸：每次傳輸的代碼都是唯一的，傳輸代碼長度為67位，其中包括32位跳變代碼和35位固定代碼（包含28/32位序列號、4/0位功能代碼、1位狀態和2位CRC），有效防止代碼被竊取和重傳。

（二）操作特性

1. 寬電壓范圍：可在2.0 - 6.6V的電壓下穩定工作。
2. 多按鈕輸入：提供四個按鈕輸入，支持15種功能，還可選擇波特率。
3. 自動完成功能：具有自動代碼字完成功能，確保代碼完整傳輸。
4. 電池低電量提示：能夠將電池低電量信號傳輸給接收器。
5. 非易失性同步數據：保證系統在斷電后仍能保持同步。
6. 調制方式：支持PWM和VPWM調制。

（三）其他特性

1. 編程接口：擁有易于使用的編程接口，方便用戶進行參數設置。
2. 片上資源：集成了EEPROM、振蕩器和定時組件，減少了外部組件的使用。
3. 內部電阻：按鈕輸入具有內部下拉電阻，簡化了電路設計。
4. 電流限制：LED輸出具有電流限制功能，保護設備安全。
5. 組件數量少：整體設計所需的組件數量最少，降低了成本和設計復雜度。

（四）增強特性

相較于HCS300，HCS361具有一些增強特性，如48位種子（而不是32位種子）、2位CRC用于錯誤檢測、28/32位序列號可選、兩種種子傳輸方法、PWM和VPWM調制、VPWM模式下的喚醒信號以及IR調制模式等。

三、系統概述

（一）關鍵術語

在了解HCS361之前，我們需要掌握一些關鍵術語，如RKE（遠程無鑰匙進入）、代碼跳變、代碼字、傳輸、加密密鑰、編碼器、加密算法、解碼器、解密算法、學習以及制造商代碼等。這些術語是理解HCS361工作原理的基礎。

（二）工作原理

HCS361通過非線性加密算法生成32位跳變代碼，并將其與28/32位序列號和7/3狀態位組合成67位傳輸流。加密密鑰、序列號和配置數據存儲在EEPROM陣列中，該陣列不可通過外部連接訪問，且數據可編程但受讀保護，只有在自動擦除和編程操作后才能驗證數據，有效防止密鑰被訪問或同步值被篡改。

（三）學習過程

在系統中使用發射器之前，接收器必須先“學習”發射器。學習過程包括計算發射器的適當加密密鑰、解密接收到的跳變代碼，并將序列號、同步計數器值和加密密鑰存儲在EEPROM中。常見的學習策略有簡單學習、正常學習和安全學習。

（四）接收器操作

接收器接收到消息后，會首先檢查序列號是否來自已學習的發射器。如果是，則使用存儲的加密密鑰對消息進行解密，并驗證同步計數器。最后，檢查按鈕狀態以確定請求的操作。

四、設備操作

HCS361的使用非常簡單，只需添加按鈕和RF電路即可作為安全應用中的發射器。當檢測到按鈕按下時，它會喚醒并進行約10ms的按鈕去抖。同步計數器、判別值和按鈕信息將被加密形成跳變代碼，每次傳輸的跳變代碼都會改變，且一個代碼字在超過64K次傳輸后才會重復，基于每天10次操作，可提供超過18年的使用時間。如果在傳輸過程中檢測到新按鈕被按下，會立即重置并生成新的代碼字。

五、EEPROM內存組織

HCS361包含192位（12 x 16位字）的EEPROM內存，用于存儲加密密鑰信息、同步值等。具體包括64位加密密鑰（KEY_0 - KEY_3）、16位同步計數器（SYNC_A, SYNC_B）、48位種子代碼（SEED_0, SEED_1, SEED_2）、32位編碼器序列號（SER_0, SER_1）以及配置字（CONFIG）。配置字包含多個選項位，用于選擇調制格式、波特率、位格式、同步脈沖調制、溢出位等，這些選項位的不同組合可以滿足不同的應用需求。

六、傳輸字

（一）傳輸格式

HCS361的傳輸由前導碼、頭部、加密數據和固定數據組成，實際數據為67位，包括32位加密數據和35位固定數據。每次傳輸后會有一個保護期，以確保數據的完整性。加密部分提供多達40億種變化的代碼組合，非加密部分包括CRC位、VLOW位、功能位和28/32位序列號，兩者結合使組合數達到(1.47 ×10^{20})。

（二）代碼字組織

代碼字由固定代碼部分和加密代碼部分組成。加密數據由4個功能位、2個用戶位、溢出位、獨立模式位、8個序列號位和16位同步值生成。非加密代碼數據由VLOW位、2個CRC位、4個功能位和28位序列號組成。如果選擇擴展序列號（32位），則4個功能代碼位將不被傳輸。

七、特殊功能

（一）代碼字完成

代碼字完成是一項自動功能，確保即使在按鈕釋放之前傳輸未完成，整個代碼字也能被完整傳輸，并且至少完成兩個代碼字的傳輸。如果在傳輸過程中激活了另一個按鈕，當前傳輸將被中止，并使用新的按鈕信息生成新的代碼。

（二）空白交替代碼字

通過選擇空白交替代碼字（BACW）功能，可以減少傳輸的平均功率，從而滿足FCC規則對傳輸功率的限制。該功能允許用戶在傳輸長度較短時傳輸更高幅度的信號，有效防止連續傳輸，有助于發射器設備獲得FCC批準。

（三）CRC（循環冗余校驗）位

CRC位用于檢查數據的完整性，可檢測所有單比特錯誤和66%的雙比特錯誤。在計算CRC時，需要注意電池電壓在VLOW跳變點附近可能會導致CRC計算錯誤，此時可以重新計算相反VLOW值的CRC。

（四）自動關閉

自動關閉功能可防止因按鈕意外長時間按下而導致設備耗盡電池電量。該功能可以通過設置或清除超時位來啟用或禁用，超時時間約為25秒。

（五）VLOW：電壓低指示

VLOW位在每次傳輸時都會發送，如果工作電壓低于低電壓跳變點（通常為25°C時的3.8V），VLOW位將為1，接收器可據此向用戶提示發射器電池電量低。

（六）LED輸出操作

在正常傳輸期間，LED輸出在數據傳輸時為低電平，在保護時間為高電平。當電源電壓低于低電壓跳變點時，LED輸出將以約1Hz的頻率閃爍。

八、編程HCS361

在使用HCS361之前，用戶需要將一些參數（如序列號和加密密鑰）編程到設備中。編程周期允許用戶以串行數據流的形式輸入所有192位數據，并將其存儲在EEPROM中。編程通過強制PWM線為高電平啟動，S0在整個編程周期內保持低電平，S1根據內存映射的LS位進行設置或清除。編程完成后，可以通過讀取EEPROM來驗證數據。

九、集成到系統中

（一）學習發射器到接收器

發射器必須先被接收器“學習”才能在系統中使用。學習過程中，接收器需要存儲發射器的序列號、當前同步計數器值和加密密鑰。常見的學習策略有多種，但需要注意避免侵犯相關專利。

（二）解碼器操作

解碼器等待接收傳輸，接收到的序列號將與EEPROM表中的已學習發射器進行比較。如果來自已學習的發射器，則使用存儲的加密密鑰對傳輸進行解密，并通過判別位驗證加密密鑰的使用是否正確。如果解密有效，則評估同步值。

（三）與解碼器同步

KEELOQ技術采用了一種復雜的同步技術，通過一個三分區、旋轉的同步窗口來確保系統的安全性。該窗口包括一個16碼的“單操作”前向窗口、一個32K碼的“雙操作”（重新同步）窗口和一個“阻塞窗口”。這種同步方法可以有效阻止無效傳輸，同時在發射器意外激活時實現透明的重新同步。

十、開發支持

Microchip為HCS361提供了全面的開發支持，包括集成開發環境（MPLAB? IDE Software）、編譯器/匯編器/鏈接器、模擬器、仿真器、在線調試器、設備編程器以及低成本的演示/開發板、評估套件和入門套件等。這些工具和資源可以幫助工程師更高效地進行開發和調試。

十一、電氣特性

HCS361的電氣特性包括絕對最大額定值、直流特性、電源啟動和傳輸定時要求以及各種調制模式下的定時參數等。這些特性為工程師在設計電路時提供了重要的參考依據。

十二、封裝信息

HCS361提供PDIP和SOIC兩種封裝類型，每種封裝都有詳細的標記信息和尺寸規格。了解這些封裝信息有助于工程師選擇合適的封裝形式，并進行正確的布局和焊接。

Microchip的HCS361 KEELOQ? 代碼跳變編碼器以其高安全性、豐富的功能和易于使用的特點，為遠程無鑰匙進入系統和訪問控制系統提供了一個理想的解決方案。在實際應用中，工程師可以根據具體需求靈活配置和使用該編碼器，以實現安全、可靠的系統設計。你在使用HCS361的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。