汽車用遠程無線鑰匙(RKE)做為新型汽車的一種性能和汽車零件市場的一種產品，受到人們的喜愛，這顯示了第一代RKE對用戶的吸引力。在北美RKE系統在新車中的安裝率超過80%、歐洲超過70%。這些系統大部分采用單向(單工)通信，但第2代和第3代系統可能會為鑰匙提供回復信號，提示汽車需要加油或輪胎需要打氣。

RKE系統除方便用戶外，還有另外的好處：全球更多的汽車制造廠家正在把RKE驅動的汽車制動技術用在汽車中，以使汽車被盜率降到最低。在歐洲，汽車制造公司正在與保險公司合作把這種技術引入汽車中，保險公司又把它作為得到汽車保險的一個條件。這種發展趨勢已出現在德國，最近幾年會擴展到全歐洲。

簡單地說，RKE系統是由在鑰匙包(或鑰匙)中集成了RF發射器，發射器發送數據短脈沖到汽車中的接收器，接收器譯碼并通過接收器控制的制動器使車門開/關。無線鏈路載波頻率，在美國和日本用315MHz，歐洲用433.92MHz(ISM頻段)。在日本，是頻移鍵控(FSK)，但是世界上大多數國家采用幅移鍵控(ASK)。載波在兩個電平幅度之間調制。為了節省功率，低電平通常接近零，這構成了完全的開關鍵控(OOK)。

圖1  RKE系統由鑰匙上的電路(圖下部)和汽車中的接收器電路(圖上部)組成

圖2  為了監視鑰匙發射，RKE接收器必須在譯碼輸入信號前分配時間，來喚醒和穩定它

圖3 增加外部LAN(MAX2640)可提高接收器靈敏度，但降低了3階截獲點

RKE詳述

典型的REK系統(圖1)包括鑰匙或鑰匙包中的微控制器。按鍵中的一個按鈕開關汽車，喚醒mC并發送64或128位數據流到鑰匙的RF發射器，發射器調制載波并通過一個簡單的印刷電路環路天線發射(用PC板制造環路天線盡管效率低，但價廉而且廣泛被采用)。

在汽車中，RF接收器捕獲此數據并送到另一個mC，此mC譯碼并發送適當的信息來啟動引擎或開車門，多按鈕鑰匙包可選擇駕駛員車門或所有車門，或者行李箱。

在2.4Kbps和20Kbps之間發射的數字數據流通常包括前置碼、命令碼、檢驗位和“滾動碼”，以保證汽車安全(否則所發射的信號可能會偶然開啟另外的汽車，或落入盜賊之手使其得逞)。

有幾個主要的因素支配著RKE系統的設計。像所有批量生產的部件那樣，RKE系統必須具有低成本和高可靠性。其發射器和接收器功率應保持最小，因為更換鑰匙中的電池是件麻煩的事情，而且重新充電汽車電池也是件麻煩的事情。針對這些要求，RKE系統設計人員必須巧妙處理接收機靈敏度、載波容限和其他技術參量，以便在低成本和最小電源電流條件下達到最大的傳輸距離。

其他的制約因素包括對這些短距離裝置的本地規章(如美國的FCC規范)。使用短距離裝置不需要執照，但產品本身受不同國家的法律和規章的約束。美國的相關文本是CFR(聯邦規范碼)，Titel47,Part15,這包括260~470MHz頻段(Section15.231)和902~928MHz頻段(Section15.249)。

下面考慮FCC規范如何影響RKE設計，Section15.231規定器件傳輸命令或控制信號、ID碼和緊急情況期間的無線電控制信號，但不包括視頻和音頻、玩具控制信號或連續數據。傳輸時間不能超過5秒。只有在傳輸率低于每小時一次時，才會允許1秒種的傳輸周期。距發射天線3米處的最大場強與基頻(260~470MHz)是線性比例關系，其范圍是3750mV/m~12500mV/m。比載波低20dB點的帶寬不應超過中心頻率2.25%，而寄生發射應該比基頻低20dB。

下面仔細研究RKE系統設計的有關問題，首先研究載波產生。

載波產生

第一代RKE電路包括聲表面波(SAW)器件，用SAW器件產生發射器中的RF載波和接收器中的本振(L0)頻率。然而，典型SAW器件的起始頻率不確定度至少為±100KHz，而隨溫度變化的頻率穩定是相當差的。接收器的IF帶寬足以允許載波和過量噪聲進入，過量噪聲本身又限制汽車鑰匙發射信號的響應范圍。

現在用晶振基鎖相環(PLL)替代SAW器件。晶振基PLL發射器成本雖比SAW諧振器高，但其精度比SAW諧振器高10倍。因此，接收器可以有較窄的IF帶寬，從而提高信噪比，使傳輸距離提高。

較早的SAW器件的額定頻率規定為433.05~434.79MHz頻段的中心頻率，以保證在預期的操作和溫度變化范圍內可靠的工作。因此，對于433MHz應用的額定載波頻率現在為433.92MHz，因此必須相應地選擇PLL晶振。

先進的接收器和發射器芯片集成有PLL電路，所以只需要在芯片兩個引腳間連接一個合適的晶振即可。例如，MAX1470PLL包含64分頻單元和低端注入的10.7MHz IF(此芯片可工作在433.92MHz，但其鏡像載波抑制對于315MHz是最佳的)。315MHz工作所需的晶振頻率為：fXTAL=(fRF-10.7)/64=4.7547MHz。所選的晶振在芯片引腳XTAL1和XTAL2之間呈現5pF電容負載時應該振蕩在315MHz。對于如何調節晶振頻率請參考應用指南1017(www.maxim-ic.com)。

節省功耗

在RKE系統中電池壽命是非常重要的，系統采用一切方法使工作電流和“導通時間”最佳。在接收器PLL中的壓控振蕩器(VCO)備受關注。接收器必須不斷地檢查，以避免漏掉對汽車的輸入請求，并且，為了節省功率而盡可能地停機，甚至在檢查之間的短暫期間也要求這樣。

通常，鑰匙發射器連續發射4個10ms數據流，以保證接收器至少能捕獲到其中一個數據流。接收器每20ms要查詢一次，跳躍到譯碼至少2個數據流，以保證定時誤差和噪聲容限。需要0.75ms譯碼時間(對于7或8位接收數據此時間足以滿足要求)來確定數據是否是重要的。

除譯碼時間外，查詢操作必須首先“喚醒”和穩定接收器電路，這需要時間。大多數放大器電路可以很快喚醒，但VCO晶振是一個機電元件，它需要時間來啟振并且，需要更多時間穩定到所希望的頻率。一般超外差接收器需要2ms~5ms時間用在這種操作上，但MAX1470執行這種操作僅需0.25ms(僅靠加足夠的電源來保持晶振的振蕩)。因此，MAX1470每20ms檢查鑰匙發射，在喚醒操作僅花1ms(0.75ms譯碼時間加0.25ms穩定時間)，見圖2。快速喚醒MAX1470工作可用3.3V代替5V，其凈能量節省3或4倍(與一般超外差接收器相比)，從而延長電池壽命。

嚴格的講，RKE是短距離技術(對于無源RKE系統距離長達20米或1~2米)，但保證在短傳輸距離中具有低功率和低成本設計是RF電路要解決的一個問題。為簡單化，發射和接收天線由小的印刷電路板上的銅線環或矩形環構成，用簡單的LC網絡來匹配天線與發射或接收芯片的阻抗(參見MAXIM公司的應用指南#1830)。

是否增加低噪聲放大器

低發射功率受FCC規范、電池容量和發射天線定位(要求在RKE接收器芯片中有最大的靈敏度)的不確定性所限制。增強接收器靈敏度的一種方法是增加一個外部低噪聲放大器(圖3)，但是，動態范圍的限制，使這種方法在應用中是不能接受的。下面是基于MAX1470超外差接收器的分析。

接收器靈敏度依賴于噪聲系數、載波調制檢測所需的最大信噪比和系統中的熱噪聲：

S=NF+n0+S/N                                (1)

其中S是所需信號電平的最大值(dBm),NF是接收器的噪聲系數(dBm)，n0是接收器熱噪聲功率(dBm),S/N是滿足檢測(通常基于可接受誤碼率)所需的輸出信噪比(dBm)。

為了簡單化，根據Manchester編碼數據，估算S/N(5dBm)。根據定義：

n0 =10log10(KTB/1E-3)

其中K是波耳茲曼常數(1.38E-23),T是開氏絕對溫度，B是系統噪聲帶寬。在室溫(T=290°K)，1Hz帶寬，n0 =-174dBm/Hz。在300KHz帶寬，n0 =-119dBm。

假定系統靈敏度(S)是-109dBm，用方程1計算，NF=5dB。噪聲系數(NF)和噪聲因數(F)之間的關系是(NF)dB=10logF,其中F=10(NFdB/10)。所以，F=3.162。對于幾個雙端口器件級聯，其噪聲因數是：

FTotal=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1×G2+......       (2)

用方程(2)可以計算系統增加一個外部低噪聲放大器(LAN)后，新的噪聲因數，對于MAX2640LAN，NF=1dB,增益=15dB(即F1=1.26，G1=31.62)。原系統噪聲因數是3.162，所以，FTotal=1.327，其中F1是1.23dB，代入方程1，得到：

S=1.23-119+5=-112.77dB

假定原系統靈敏度是-119dB,所以，在此部分中只獲得3.77dB。另外，還虛注意動態范圍，用3階截獲點(IIP3)表示。對于-34dBm總IIP3，MAX1470具有內部16dBm增益和內部混頻器-18 dBmIIP3。增加15dB增益的外部LAN使其降到-49 dBm。因此增加一個外部LAN改善靈敏度4 dB,但降低系統動態范圍15 dB。對于給定的應用，必須在這種折衷考慮中決定是否接受一個外部LAN。

預測

RKE系統的下一步發展是雙向(半雙工)通信，其中首個“無源RKE”已出現在某些高檔汽車中。用你的口袋中的鑰匙就可簡單地喚醒汽車，通過發射器連續地查詢來檢測你的到來。當你處在有效范圍(1米或2米)之內時，鑰匙和汽車建立雙向通信，并為你打開車門。現在的雙向系統包括有用的應答功能(是的，車門已鎖)，以及另外的遠程啟動功能(允許車主在離開房子前加熱汽車引擎)。

進一步的發展也包括TPS(Tire-Pressure Sensing-突然加大油門的壓力感測)技術。像無源RKE一樣，TPS僅適用于載重和豪華汽車。TPS系統與RKE有很多共同之處，如短距離、簡單調制、需要節省功率等。將來的系統也允許共享合并電路功能以節省成本。

無論如何，RKE發展成一個半雙工系統，能在打開車門前告知車的狀態、油量需要等，只要這種系統足夠堅固可靠，最后將會廢棄鑰匙和相關的門硬件。

用于RKE的IC

RKE框圖示于圖1。其中300MHz~450MHz發射器MAX1472是業內尺寸最小的發射器(占位面積只有3mm2 )，工作電壓2.1V~3.6V(單節鋰電池供電)，待機電流僅5nA。在Manchester編碼數據發射期間，MAX1472支持高達100Kbps的數據率，給出一個-10 dBm~+10 dBm功率到50歐姆負載。其晶振基PLL產生精確的載波頻率。為使功耗最小，內部振蕩器啟動很快，在使能信號之后只需要220mS啟動時間。

MAX1473 300MHz~450MHz超外差ASK接收器適用于汽車接收器。它提供-114dB靈敏度，50dB RF鏡像載波抑制(在其全差分內部混頻器)。MAX1473最佳工作是在315MHz或433MHz。它包含一個LAN、晶振基PLL(用于本機振蕩器)、10.7MHz IF限幅放大器(帶接收信號強度指示器RSSI)。內部數據濾波器和數據限制器提供數字數據輸出。也可以選用MAX1470接收器，它類似于MAX1473，但它只對315MHz工作最佳，工作電壓3.0V~3.6V。