基于ATA5291車身控制器低頻驅動模塊的設計

裴 靜，湯自寧，汪春華，白穩峰

（中國汽車技術研究中心 汽車工程研究院，天津 300300）

隨著汽車無線接入技術的不斷發展，RKE（Remote Key-less Entry，遙控門禁系統）和PKE（Passive Key-less Entry，無鑰匙門禁系統）技術已被廣泛應用，不僅提高了防盜安全性，而且給客戶體驗帶來舒適性、便捷性［1］。PKE是無需用戶干預的智能遙控車鑰匙技術，在RKE技術的基礎上應用了RFID（射頻識別）技術。PKE作為新一代防盜技術正在逐步發展壯大，目前已經從高檔車市場逐步進入中低檔車市場。PKE系統主要包括車身基站、低頻天線和智能鑰匙3個部分。當駕駛者攜帶智能鑰匙踏進指定范圍時，該系統通過識別判斷如果是合法授權的駕駛者則進行自動開門。上車之后，駕駛者只需要按下一鍵啟動按鈕即可啟動點火開關。

本文主要對整個PKE系統的工作原理、硬件電路設計、測試結果進行描述，并著重介紹應用8通道低頻驅動芯片ATA5291設計的低頻驅動電路。傳統的低頻驅動電路一般采用Atmel的ATA5279以及NXP的NJJ29C01，這兩種方案均存在一個問題：通道較少，對于低頻天線個數多、車型較大的汽車來說，天線個數太少會影響鑰匙位置的檢測精度，如需滿足要求需要多個芯片，這樣會增大控制器尺寸以及價格成本。ATA5291具有通路多、占空間小、低成本等優點。

1 硬件設計

整個車身控制器包括電源、網關、智能芯片驅動、高頻接收、低頻驅動幾個模塊。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

1）電源模塊主要是將外部常電在控制器內部經過防反接保護二極管、TVS管后，通過內部LDO將12 V電源轉成5 V直流電壓給MCU、CAN模塊等供電，ESCL電源因關乎安全性，使用一路智能MOS管單獨控制驅動，以提高可靠性。

2）CAN通信模塊采用英飛凌TLE7251VSJ，系統總共設計了4路CAN通道，主要用于車身CAN和動力CAN，另外2路預留。LIN通信模塊采用英飛凌TLE7257SJ，車身控制器中，共有3路LIN通道，分別用在電子轉向柱鎖、雨量傳感器和4窗防夾模塊、天窗控制。

3）智能驅動芯片采用英飛凌BTS50XX系列，芯片自帶保護和診斷功能，主要用于外部燈的控制。

4）高頻接收芯片采用英飛凌TDA5235，FSK調制方式、曼徹斯特編碼方式接收智能鑰匙和胎壓傳感器的射頻信號，采用SPI方式與MCU通信。

5）低頻驅動電路采用Atmel公司ATA5291，ATA5291是在市場領先的技術方案ATA5279的基礎上衍生出來的，在原有6通道天線的基礎上增加了2通道以滿足更多的車型，天線的增多可以提高鑰匙位置檢測的精確度以及防盜安全性。ATA5291具有如下特性：①優異的EMC性能；②對負載有過熱和過壓保護；③快速2Mbit/s SPI接口；④4個集成式低頻驅動器，可編程峰值電流到1A，可最多驅動8通道天線；⑤線圈集成多路復用器 （4個內部，4個外部）支持2個線圈同時驅動；⑥低功耗；⑦穩定的RSSI（接收信號強度指示器）測量的調節電流；⑧高度集成，緊湊的QFN48封裝，外部電路簡單，需要電路板空間最小，物料成本較低；⑨防盜系統靈敏度5 mVpp；⑩與市場上幾乎所有的應答器兼容；11○完整的診斷范圍提供最高的安全級別；12○所有通道支持診斷功能:對VCC、GND和其他電路短路、開路檢測；13○寬電壓范圍：6~28 V；14○其中一線圈可以同IMMO復用。

低頻驅動電路的原理圖如圖2所示。此PEPS系統中使用4根低頻天線以及1根IMMO天線，分別分布在駕駛員側門把手、后備廂門把手、車內儀表臺下方以及車內后排車頂，IMMO天線集成在一鍵啟動開關內部。另外有3根天線預留，以便配套更大車型。圖2是低頻驅動電路，由12 V電源供電，外部連接升壓電路最高可升至40 V以上來驅動低頻天線工作，此芯片內部集成了4個MOS管，再加上外部的4個MOS管，每路電流最高可達1 A，可以選擇讓哪一路天線工作，天線工作頻率為125 kHz。

圖2 低頻驅動電路原理圖

2 測試驗證

鑰匙定位的精確程度直接影響門禁系統和防盜鎖止系統的安全性以及客戶的體驗感［2］。系統需要檢測的區域有3個：主駕駛側門外區域、后備廂門外區域、車內主駕駛區域。當車主攜帶鑰匙進入這幾個區域，并且觸動門把手微動開關，車身基站會主動發送包含ID的低頻喚醒信號，如果ID和鑰匙內所存的ID一致，智能鑰匙被成功喚醒，發送射頻確認信號給車身基站；車身基站收到確認信號后發送一條包含隨機數的加密低頻信號，智能鑰匙再響應相應的射頻加密信號，以完成身份認證。身份認證完成后，低頻天線會發送場強查詢命令，智能鑰匙通過射頻信號把相應的場強 信 息［3］發 送 給 車身基站，車身基站通過分析判斷智能鑰匙位置，在有效區域內才會執行相應動作。開門時有效區域我們設定的是門把手為中心的1.2 m范圍之內，發動機啟動時有效區域是指是否在主駕駛位置，需要較高精度［3］。整個系統的工作流程圖如圖3所示［4］。

LF通信參數如圖4所示。調制方式：ASK；載波頻率：125 kHz；通信波特率：3.9 kb ／s，1 Tbit=256 μs。

通過臺架測試和實車測試，該系統可以在主駕駛門側以及后備廂門外有效實現PE功能，并且當駕駛員進入車內時，通過檢測鑰匙是否在主駕駛位置可以順利執行啟動功能，模塊的實物圖如圖5所示。

圖3 無鑰匙進入與啟動流程圖

圖4 低頻通信協議

圖5 低頻驅動模塊PCB實物圖

3 結束語

本設計在傳統低頻驅動電路設計的基礎上，選用Atmel最新的設計方案ATA5291，高度集成的單芯片方案不僅使得成本方面有較大的降低，而且在芯片封裝、功耗、擴展性、新穎性方面都得到了很好的實現，滿足了PEPS不斷發展過程中新增功能的需求，同時對過去老版本方案也有很好的兼容。

（編輯 楊 景）