深入解析Microchip HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器

在電子工程師的日常工作中，安全可靠的遠程無鑰匙進入（RKE）系統設計是一個重要的課題。Microchip的HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器為這一領域提供了一個強大而安全的解決方案。今天，我們就來深入探討一下HCS370的特點、工作原理以及應用場景。

文件下載：HCS370-I/P.pdf

一、HCS370概述

HCS370是一款專為安全的遠程無鑰匙進入（RKE）和安全遠程控制系統設計的代碼跳變編碼器。它采用了KEELOQ? 代碼跳變技術，結合了高安全性、小封裝尺寸和低成本的優勢，是單向認證系統和訪問控制系統的理想選擇。

二、主要特性

（一）安全性

1. 可編程參數：擁有兩個可編程的32位序列號、兩個可編程的64位編碼器密鑰和兩個可編程的60位種子值，這些參數為系統提供了高度的安全性。
2. 唯一傳輸：每次傳輸的代碼都是唯一的，傳輸代碼長度為67/69位，其中包含32位跳變代碼，有效防止了代碼掃描和代碼抓取等攻擊手段。
3. 加密密鑰保護：加密密鑰具有讀取保護功能，確保了數據的安全性。

（二）操作特性

1. 寬電壓范圍：支持2.05 - 5.5V的工作電壓，適應多種電源環境。
2. 多按鈕輸入：提供六個按鈕輸入，可實現15種功能，滿足不同的應用需求。
3. 可選波特率：具有四個可選的波特率，可根據實際情況進行調整。
4. 電池低電量信號：能夠將電池低電量信號傳輸給接收器，提醒用戶及時更換電池。
5. 非易失性同步數據：采用非易失性同步數據，確保系統在斷電后仍能保持同步。
6. 多種調制方式：支持PWM、VPWM、PPM和Manchester調制方式，增加了系統的靈活性。
7. 按鈕隊列信息傳輸：可傳輸按鈕隊列信息，方便實現復雜的操作邏輯。
8. 雙編碼器功能：支持雙編碼器功能，允許兩個制造商使用同一設備而無需使用相同的制造商代碼。

（三）其他特性

1. 片上EEPROM：集成了片上EEPROM，用于存儲用戶可編程數據和同步計數器。
2. 片上調諧振蕩器：具有片上調諧振蕩器，頻率在電壓和溫度變化時保持在±10%的范圍內。
3. 內部下拉電阻：按鈕輸入具有內部下拉電阻，簡化了外部電路設計。
4. LED輸出：提供LED輸出，可用于指示系統狀態。
5. PLL控制：支持ASK和FSK的PLL控制，提高了射頻性能。
6. 低外部組件數量：所需的外部組件數量較少，降低了系統成本和復雜度。
7. 升壓穩壓器：集成了升壓穩壓器，可滿足不同的電源需求。

三、工作原理

（一）系統概述

HCS370的核心是KEELOQ? 代碼跳變技術。在使用前，需要將一些重要參數加載到片上EEPROM中，包括序列號、加密密鑰和初始同步值。加密密鑰的生成通常將發射器序列號和64位制造商代碼輸入到密鑰生成算法中。

（二）代碼字生成

當按鈕被按下時，編碼器會讀取按鈕輸入并更新同步計數器。同步計數器和加密密鑰被輸入到加密算法中，輸出32位加密信息，即跳變代碼。跳變代碼與按鈕信息和序列號組合形成傳輸給接收器的代碼字。

（三）接收器學習

在使用發射器之前，接收器需要“學習”發射器。學習過程包括計算發射器的加密密鑰、解密接收到的跳變代碼、存儲序列號、同步計數器值和加密密鑰。接收器通常通過運行編碼器序列號或種子通過密鑰生成例程來計算加密密鑰。

（四）正常操作

在正常操作中，接收器接收并評估每個接收到的消息。如果序列號來自已學習的發射器，則消息將被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、EEPROM組織

HCS370的EEPROM分為三個部分，分別存儲編碼器1、編碼器2和設備選項的相關信息。這些信息包括編碼器密鑰、種子值、同步計數器、序列號、判別值、調制格式等。通過對這些參數的編程，可以實現不同的功能和配置。

五、傳輸格式

（一）調制格式

HCS370支持四種不同的調制格式，包括脈沖寬度調制（PWM）、曼徹斯特（MAN）、可變脈沖寬度調制（VPWM）和脈沖位置調制（PPM）。可以通過調制選擇（MSEL）配置選項進行選擇。

（二）傳輸參數

傳輸由多個代碼字組成，每個代碼字包含前導碼、頭部和數據。代碼字之間由保護時間分隔。保護時間、波特率、頭部時間等參數可以通過相應的配置選項進行設置。

（三）其他選項

還可以通過配置選項設置起始/停止脈沖、喚醒序列等，以滿足不同的應用需求。

六、特殊功能

（一）內部RC振蕩器

HCS370內置了RC振蕩器，控制所有邏輯輸出的時序特性。振蕩器頻率在溫度和電壓變化時保持在±10%的范圍內。

（二）RF使能和PLL接口

RFEN引腳在數據傳輸時會被驅動為高電平，與RF PLL接口。可以通過PLL接口選擇（PLLSEL）配置選項選擇ASK或FSK接口。

（三）LED輸出

LED引腳在數據傳輸時會被驅動為低電平，LED開啟時間可以通過LED開啟時間選擇（LEDOS）配置選項進行選擇。

（四）升壓穩壓器

可以通過設置VIN電阻分壓器和電感來創建自己的升壓穩壓器電路。WAIT選項可以延遲RF傳輸，直到COUT充電完成。SLEEP輸出使能（SOEN）選項可以重新配置S5引腳，以節省升壓穩壓器的功耗。

（五）循環冗余校驗（CRC）

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。

（六）按鈕隊列信息（QUEUE）

可以通過隊列計數器使能（QUEN）配置選項控制按鈕隊列的處理方式。當QUEN選項禁用時，設備最多可以記錄兩個連續的按鈕按下；當QUEN選項啟用時，隊列位會被添加到標準代碼字中。

七、編程規范

關于HCS370的編程規范，請參考Microchip文獻中的“ HCS370 Programming Specifications”文檔（DS41157）。

八、系統集成

（一）學習發射器

發射器必須先被接收器“學習”才能在系統中使用。學習過程包括接收和驗證傳輸、生成加密密鑰、解密消息、驗證判別值和計數器值等步驟。

（二）解碼器操作

解碼器等待接收傳輸，比較接收到的序列號與已學習發射器的EEPROM表，以確定是否允許該發射器在系統中使用。如果是已學習的發射器，則解密傳輸并驗證同步值。

（三）同步與解碼器

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。該技術可以阻止無效傳輸，同時實現與發射器的透明重新同步。

（四）安全考慮

HCS370的安全性基于保持發射器內部的秘密，即制造商密鑰。為了保護系統安全，建議使用隨機種子進行安全學習，以防止制造商密鑰被破解。此外，還可以采取一些措施來提高系統的安全性，如增加計數器、使用單獨的按鈕功能等。

九、開發支持

Microchip為PIC? 微控制器和dsPIC? 數字信號控制器提供了一系列的軟件和硬件開發工具，包括集成開發環境、編譯器、匯編器、鏈接器、模擬器、仿真器、在線調試器、設備編程器等。這些工具可以幫助工程師更高效地開發和調試HCS370相關的應用。

十、電氣特性

HCS370的電氣特性包括最大額定值、直流特性和交流特性。在使用時，需要確保設備在規定的電氣參數范圍內工作，以保證系統的穩定性和可靠性。

十一、封裝信息

HCS370提供了多種封裝類型，包括PDIP、SOIC和TSSOP。每種封裝都有其特定的尺寸和引腳配置，工程師可以根據實際需求選擇合適的封裝。

總結

Microchip的HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器是一款功能強大、安全可靠的編碼器，適用于各種遠程無鑰匙進入和安全遠程控制應用。通過深入了解其特性、工作原理和應用場景，工程師可以更好地設計和實現安全高效的系統。在實際應用中，還需要根據具體需求進行合理的配置和優化，以確保系統的性能和安全性。你在使用HCS370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。