無源汽車防盜系統設計與安全性的考慮事項

　　引言

　　多年來，消費者已習慣于依賴無源汽車防盜系統提供的便利性和加強的安全性。這種系統由駕駛員隨身攜帶的密鑰卡 (key fob) 與安裝在汽車里的基站組成。兩者協同工作，可判斷駕駛員是否有權啟動汽車;而更重要的是，系統能夠阻止非法用戶使用汽車。雖然表面看來汽車防盜器的功能性很簡單，但其基本實現技術卻十分復雜有趣。本文探討了汽車防盜器的硬件和軟件問題，并就設計和安全性方面的考慮事項給出了頗值得關注的評述。

　　通信

　　目前在無源汽車防盜系統中，密鑰卡與汽車之間的主要通信方法是利用調制磁場，這個磁場由汽車的防盜器基站從低頻 (一般為125 kHz) 交流電產生。該磁場的主要用途有三個：A) 密鑰卡的能量來源，故有“無源” (passive) 之稱;B) 從基站向密鑰卡 (即“下行鏈路”) 傳輸信息的載波;C) 從密鑰卡向基站 (即“上行鏈路”)傳輸信息的載波。

　　由于汽車防盜系統需要完全無源 (如無電池) 地工作，所以密鑰卡的磁場特性特別適合這種應用。“下行鏈路”場檢測和“上行鏈路”場調制都可以利用耗電量極小的電路來實現。此外，利用飽和磁場的場能來為密鑰卡中的這些電路供電比較容易實現。

　　在系統設計階段，必須仔細考慮一些關鍵的參數，比如密鑰卡的能量要求 (會影響到天線線圈的幾何形狀和驅動電平)，以及驗證過程的安全性 (對響應時間有直接的影響)。下面將逐一對此進行詳細闡述。

　　系統接口

　　汽車防盜器的系統架構分為若干提取層，其中每一層代表不同的系統接口。圖1所示為這些分層的直觀表示。

　　圖1 汽車防盜器接口分層

　　物理層

　　汽車防盜系統的最底層是物理層，包含一個安裝在車上的天線線圈，能夠產生足夠的磁場，讓安裝在用戶密鑰卡中的天線線圈檢測與調制得到。

　　磁場產生與調制

　　根據磁場支持數據傳輸的方式不同，汽車防盜系統可分為兩類：半雙工和全雙工。在半雙工系統中，車載天線線圈在能量傳輸和數據傳輸周期之間更替，而數據調制采用頻移鍵控 (FSK) 方式。這種通信方法的圖解如圖2所示。從圖2可明顯看出兩點：其一，由于需要反復執(zhí)行能量傳輸，如為密鑰卡充電，數據傳輸率大打折扣;其二，相比能量傳輸期間的磁場，被調制信號極小，因此其更容易受到周圍環(huán)境噪聲的干擾，導致傳輸距離減小。這些特性使得半雙工系統逐漸式微。

　　目前主要使用的是全雙工系統。在這種系統中，車載天線線圈同步執(zhí)行能量傳輸和數據傳輸，而數據調制采用幅移鍵控 (ASK) 方式。圖3所示為這種通信方法的圖解。顯然，由于能夠同步進行數據傳輸和密鑰卡供能或充電，這種方法的數據傳輸率大大優(yōu)于半雙工系統。而且，恒定的載波場往往還可以屏蔽掉干擾，在數據傳輸期間確保通信的穩(wěn)健可靠。此外，這種方案可以采用簡單的包絡檢波電路來實現。鑒于目前市面上全雙工汽車防盜系統的流行，下面將專門討論這類系統。

　　系統接口：邏輯層

　　物理層上面是邏輯層。這一層涉及磁場上數據傳輸和編碼的特性及要求。它適用于從汽車到密鑰卡 (通常被稱為“下行鏈路”)，以及從密鑰卡到汽車的雙向數據傳輸 (被稱為“上行鏈路”)。

　　下行鏈路

　　下行鏈路的信息采用脈沖長度調制方法：一般是二進制脈沖長度調制 (BPLM) 或 Quad 脈沖長度調制 (QPLM))來進行編碼。這種方法基于插入一個長度固定的載波場時隙“Tgap”，并設置時隙到時隙的時間間隔，以預先確定次數：T0 對應于邏輯“0”，T1 對應于邏輯“1”。這種方案的好處是它把從汽車到密鑰卡的能量傳輸嵌入到數據編碼中，并確保密鑰卡有足夠的供能用于處理被編碼的數據。不過，這種編碼方法也有一個缺點，那就是數據傳輸波特率必須依賴于正在發(fā)送的數據位流的邏輯值，因為每一個二進制狀態(tài)的傳輸時間都是不同的。圖4給出了這種編碼方法的更詳盡的圖解。

　　圖4 BPLM編碼方法