汽车电子市场发展:PKE和NFC为汽车注入新活力

　　汽车的发展趋势主要是安全、舒适、环保三个大方向，汽车电子的技术发展趋势也应符合这三个方向。例如，用以提高安全性的TPMS(胎压监测系统)、LDWS(车道偏移报警系统)、360度环视系统在近些年越来越受到市场的欢迎;随着人们在车内停留的时间越来越多，对车内的舒适度要求也越来越高，车载音响、车载DVD、记忆座椅、自动多温区空调等系统正是为了提高乘客舒适度而设计;节能环保是近年来汽车发展的一大热点，中国正大力推进的电动汽车正是出于节能环保的考虑。

　　不过，中国汽车市场和成熟国家相比还有一定差距。中国的低端市场还立足于满足国民基本的代步需求，其主要市场诉求是价格和基本安全要求。而中高端市场则倾向于更深层次的用户体验、舒适性、方便及安全方面等。此外，技术成熟度方面还有很大提升空间。

　　富士通半导体高级产品工程师李丹表示，与发达国家相比，中国汽车电子市场有着更高的增长速度和潜力，但中国的汽车电子市场目前还处于比较初级的阶段，中国本土的系统厂商比较擅长的领域主要集中在汽车音响、导航、集中式车身控制器、传统仪表等应用，而对动力总成、安全系统等核心技术则少有涉猎。富士通非常重视中国汽车电子市场，并针对中国市场推出了一系列高性价比的产品和解决方案，例如：基于MB91590的单芯片带可视倒车的TFT图形仪表解决方案(图1)，基于MB9G711的CD-Less车载音响，三维的360度环视系统等等。

　　图1：以小体积，低价格实现拥有后视摄像头的功能的仪表板系统。

　　目前，以安全带、安全气囊为主导的被动安全系统已经发展的比较成熟，但这种系统只能在事故发生后起到补救的作用，而主动安全则能在事故发生前对驾驶员发出警报，防患于未然。由此可见，主动安全系统可以更好的避免事故发生，这对乘客、乃至整个社会的交通安全都有十分重要的作用。被动安全系统的主导产品还是安全带和安全气囊，但近年来各种汽车主动安全系统方案大量出现，目前比较热门的是TPMS、ESP(电子稳定程序)等系统，未来两年可能360度环视系统、LDWS、城市安全系统等应用也会被广泛关注。

　　在设计汽车安全系统的时候，系统厂商面对的挑战是必须准确把握市场需求，并创造性的利用技术手段满足需求。例如，目前市场上的环视系统多为二维的鸟瞰系统(俯视系统)，这样的方案在某些时候会导致驾驶员对周围环境产生误判，富士通基于MB86R03的360度环视系统创造性的采用四个鱼眼摄像头拼接成一个三维视场，驾驶员可以看到接近真实的周围环境，而不是二维的平面图像，可以更好地辅助驾驶安全，因此更符合市场的要求。

　　PKE和NFC为汽车注入新活力

　　以前的汽车门禁系统采用严格设计的纯机械结构，以达到防盗的目的。微电子技术和RF技术大幅提升了安全功能，并实现了激活安全警报、设置个性化驾驶偏好甚至自动关窗等新功能。

　　大多数汽车现在都有遥控车门开关(RKE)，越来越多的汽车开始采用无源遥控门禁(PKE)系统。当用户按下遥控钥匙上的按钮时，RKE通过发送无线信号来控制车门和行李箱盖。PKE可以视为高级RKE，这种开关使用户拿着遥控钥匙拉车门把手就能打开车门，而不需要按任何按钮。作为一种更加安全和强大的提供车内PKE功能的技术，近场通信(NFC)正在迅速获得汽车产业的关注，从而给用户带来一种更加方便和量身定制的用户体验。

　　无源遥控门禁系统使用户无需按下任何按钮即可打开车门或行李箱盖。这些系统基于遥控钥匙与汽车之间的低频/射频(LF/RF)通信链路(图3)。安装在车外后视镜或车门把手内部的低频天线会发起通信，并且可以在1.5至2米的范围内感应多个遥控钥匙。

　　图3：PKE解决方案可以使用125kHz RFID收发器来验证遥控钥匙并通过UHF链路建立通信。

　　当驾驶员拉门把手时，无源门禁控制器会发送一个低频口令来验证驾驶员的遥控钥匙。接着遥控钥匙将RF响应发送给该控制器。如果遥控钥匙识别成功，汽车会在几毫秒之后自动打开。如果驾驶员在车内拿着钥匙，带PKE系统的汽车会松开防盗控制系统，并激活点火装置，而不需要在点火装置中插入钥匙。

　　然后，驾驶员可以通过按下发动机按钮或者扭动点火开关来启动大多数带PKE系统的汽车。此外，他们还可以通过按下其中一个车门把手上的按钮、触摸车门把手上的电容区或者只是走开就能锁住汽车。锁车方式取决于具体的车型。

　　在任何一种PKE系统中，遥控钥匙都必须能够在三个正交轴(x、y和z轴)上测量低频信号强度，并通过射频通道传输此信息。该信号强度信息也称为接收信号强度指示(RSSI)，是通过连接至低频接收器的天线线圈收集的。用作协议中的有效负载的任何数据，如唤醒数据模式(前同步码，ID)被接收后传送到遥控钥匙MCU进行处理。低频接收器包含专用控制逻辑，该逻辑能以极低的功耗检查唤醒信号。备用模式支持在遥控钥匙电池电量极低时使用PKE系统(通过低频信号对设备供电)。然后通过调制汽车自身的低频信号来传输器件的响应。在这种备用模式下使用时，遥控钥匙设备必须放置在靠近车门天线的位置以方便进出，或者放置在仪表板上的特殊区域以启动汽车。

　　NFC是一种短距离无线技术，这种技术大大方便了数据的安全交换。NFC正越来越多地用在安全交易领域，包括手机厂商用来创建“电子钱包”。NFC与嵌入式安全元件整合在一起可以为消费者提供与其移动装置的更高级别的便利、可互操作性和安全。其工作频率为13.56MHz，传输速率为106至424kbps，因此支持NFC的智能手机可以用于RKE功能(图4)。

　　图4：支持NFC功能的RKE系统有可能使带NFC功能的智能手机能用于汽车门禁功能中。

　　NFC通信包含发起者和接受者。要在两个NFC接口之间传输数据，由一个NFC接口激活其发射器，并充当NFC发起者。在天线中流动的高频电流会形成一个磁场，该磁场在天线线圈周围扩展，并穿过附近另一个NFC接口的天线线圈。然后另一个NFC接口的天线线圈中会产生一个电压，该NFC接口通过其接收器来检测该电压。

　　如果NFC接口接收到NFC启动器的信号和相应的命令，该NFC接口就会自动接受NFC接受者这一角色。为实现两个NFC接口之间的数据传输，会对形成的交变磁场的幅度进行调制(采用幅移键控调制技术，即ASK)。传输方向经过逆转后，将来自NFC目标的数据发送给NFC发起者。如果NFC接口靠近兼容的RFID阅读器，NFC接口就会承担NFC接受者的角色，通过负载调制将数据传输给阅读器。此模式被称为“仿卡模式”。

　　NFC接口还可以与兼容的无源转发器通信。该接口可以向这些转发器供电，这些转发器可以通过负载调制将数据传回至NFC接口。在这种情况下，NFC接口会接受射频标识(RFID)阅读器这一角色。

　　如果安装的阅读器可以从车外访问(比如安装在外后视镜中)，NFC就可以用在汽车门禁系统中。在共同使用汽车的群体或者不同的人使用多辆汽车的情况下，这种技术特别有用。

　　针对RKE、PKE和NFC应用的IC现已开始供货。比如，Melexis已经设计出MLX90132，并且经过了用于汽车系统的认证，这使其在零售、消费类和工业NFC应用中相当可靠和耐用(图5)。这款13.56MHz完全集成式多协议RFID/NFC收发器IC支持18092、14443A和B、15693以及18000-3等ISO/IEC协议。

　　图5：Melexis MLX90132 NFC收发器包含125kHz RFID收发器和13.56MHz NFC收发器。

　　MLX90132可以处理106至848kHz的副载波频率和高达848 kbps的传输速率。其数字部分可以使用高级位和帧解码功能来处理从应用编程接口(API)至物理层(PHY)的低协议层。该IC嵌入了标记仿真功能，以实现NFC支持。增强型标记和磁场检测功能大大降低了RFID阅读器配置和NFC模式下的功耗。