基于ATA5291车身控制器低频驱动模块的设计

裴 静，汤自宁，汪春华，白稳峰

（中国汽车技术研究中心 汽车工程研究院，天津 300300）

随着汽车无线接入技术的不断发展，RKE（Remote Key-less Entry，遥控门禁系统）和PKE（Passive Key-less Entry，无钥匙门禁系统）技术已被广泛应用，不仅提高了防盗安全性，而且给客户体验带来舒适性、便捷性［1］。PKE是无需用户干预的智能遥控车钥匙技术，在RKE技术的基础上应用了RFID（射频识别）技术。PKE作为新一代防盗技术正在逐步发展壮大，目前已经从高档车市场逐步进入中低档车市场。PKE系统主要包括车身基站、低频天线和智能钥匙3个部分。当驾驶者携带智能钥匙踏进指定范围时，该系统通过识别判断如果是合法授权的驾驶者则进行自动开门。上车之后，驾驶者只需要按下一键启动按钮即可启动点火开关。

本文主要对整个PKE系统的工作原理、硬件电路设计、测试结果进行描述，并着重介绍应用8通道低频驱动芯片ATA5291设计的低频驱动电路。传统的低频驱动电路一般采用Atmel的ATA5279以及NXP的NJJ29C01，这两种方案均存在一个问题：通道较少，对于低频天线个数多、车型较大的汽车来说，天线个数太少会影响钥匙位置的检测精度，如需满足要求需要多个芯片，这样会增大控制器尺寸以及价格成本。ATA5291具有通路多、占空间小、低成本等优点。

1 硬件设计

整个车身控制器包括电源、网关、智能芯片驱动、高频接收、低频驱动几个模块。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

1）电源模块主要是将外部常电在控制器内部经过防反接保护二极管、TVS管后，通过内部LDO将12 V电源转成5 V直流电压给MCU、CAN模块等供电，ESCL电源因关乎安全性，使用一路智能MOS管单独控制驱动，以提高可靠性。

2）CAN通信模块采用英飞凌TLE7251VSJ，系统总共设计了4路CAN通道，主要用于车身CAN和动力CAN，另外2路预留。LIN通信模块采用英飞凌TLE7257SJ，车身控制器中，共有3路LIN通道，分别用在电子转向柱锁、雨量传感器和4窗防夹模块、天窗控制。

3）智能驱动芯片采用英飞凌BTS50XX系列，芯片自带保护和诊断功能，主要用于外部灯的控制。

4）高频接收芯片采用英飞凌TDA5235，FSK调制方式、曼彻斯特编码方式接收智能钥匙和胎压传感器的射频信号，采用SPI方式与MCU通信。

5）低频驱动电路采用Atmel公司ATA5291，ATA5291是在市场领先的技术方案ATA5279的基础上衍生出来的，在原有6通道天线的基础上增加了2通道以满足更多的车型，天线的增多可以提高钥匙位置检测的精确度以及防盗安全性。ATA5291具有如下特性：①优异的EMC性能；②对负载有过热和过压保护；③快速2Mbit/s SPI接口；④4个集成式低频驱动器，可编程峰值电流到1A，可最多驱动8通道天线；⑤线圈集成多路复用器 （4个内部，4个外部）支持2个线圈同时驱动；⑥低功耗；⑦稳定的RSSI（接收信号强度指示器）测量的调节电流；⑧高度集成，紧凑的QFN48封装，外部电路简单，需要电路板空间最小，物料成本较低；⑨防盗系统灵敏度5 mVpp；⑩与市场上几乎所有的应答器兼容；11○完整的诊断范围提供最高的安全级别；12○所有通道支持诊断功能:对VCC、GND和其他电路短路、开路检测；13○宽电压范围：6~28 V；14○其中一线圈可以同IMMO复用。

低频驱动电路的原理图如图2所示。此PEPS系统中使用4根低频天线以及1根IMMO天线，分别分布在驾驶员侧门把手、后备厢门把手、车内仪表台下方以及车内后排车顶，IMMO天线集成在一键启动开关内部。另外有3根天线预留，以便配套更大车型。图2是低频驱动电路，由12 V电源供电，外部连接升压电路最高可升至40 V以上来驱动低频天线工作，此芯片内部集成了4个MOS管，再加上外部的4个MOS管，每路电流最高可达1 A，可以选择让哪一路天线工作，天线工作频率为125 kHz。

图2 低频驱动电路原理图

2 测试验证

钥匙定位的精确程度直接影响门禁系统和防盗锁止系统的安全性以及客户的体验感［2］。系统需要检测的区域有3个：主驾驶侧门外区域、后备厢门外区域、车内主驾驶区域。当车主携带钥匙进入这几个区域，并且触动门把手微动开关，车身基站会主动发送包含ID的低频唤醒信号，如果ID和钥匙内所存的ID一致，智能钥匙被成功唤醒，发送射频确认信号给车身基站；车身基站收到确认信号后发送一条包含随机数的加密低频信号，智能钥匙再响应相应的射频加密信号，以完成身份认证。身份认证完成后，低频天线会发送场强查询命令，智能钥匙通过射频信号把相应的场强 信 息［3］发 送 给 车身基站，车身基站通过分析判断智能钥匙位置，在有效区域内才会执行相应动作。开门时有效区域我们设定的是门把手为中心的1.2 m范围之内，发动机启动时有效区域是指是否在主驾驶位置，需要较高精度［3］。整个系统的工作流程图如图3所示［4］。

LF通信参数如图4所示。调制方式：ASK；载波频率：125 kHz；通信波特率：3.9 kb ／s，1 Tbit=256 μs。

通过台架测试和实车测试，该系统可以在主驾驶门侧以及后备厢门外有效实现PE功能，并且当驾驶员进入车内时，通过检测钥匙是否在主驾驶位置可以顺利执行启动功能，模块的实物图如图5所示。

图3 无钥匙进入与启动流程图

图4 低频通信协议

图5 低频驱动模块PCB实物图

3 结束语

本设计在传统低频驱动电路设计的基础上，选用Atmel最新的设计方案ATA5291，高度集成的单芯片方案不仅使得成本方面有较大的降低，而且在芯片封装、功耗、扩展性、新颖性方面都得到了很好的实现，满足了PEPS不断发展过程中新增功能的需求，同时对过去老版本方案也有很好的兼容。

（编辑 杨 景）