NXP PEPS 方案深入浅出（一）- 系统结构与选型

    以汽车无钥匙进入为例，如下图（1）是它的发展历史，我们可以看到车钥匙从简单的机械钥匙到加入芯片防盗一直发展到目前的新型智能钥匙，一直在朝着小型化、多功能、个性化发展。

图 (1) 汽车无钥匙发展历史 资料来源于盖世汽车研究院

 

     将上面的发展历史抽象化成功能的变化的趋势，如下图(2)所示:

图 (2) 汽车无钥匙发展趋势

    接下来本文将重点从目前主流的三种实现方式来介绍 PEPS 系统，包括：射频方案，蓝牙方案+ NFC 方案，UWB。并以全球市场占有率最大的芯片供应商 NXP 方案作为范例作为选型参考。

 

1. 射频方案

    传统射频的方案由控制器、智能钥匙中的射频（ RF）发射器和汽车端的接收器等组成。当钥匙在有效范围内，车主拉动车门或按下一键启动开关， 相应的模块会发送中断信号来唤醒主控制器，开始整个通信过程。整个过程无需使用钥匙，即可打开车门或者启动发动机。

图(3) 传统射频方案简单结构图 资料来源于盖世汽车研究院

 

    从目前市场上的主流车型来看，主要的防盗方式是通过射频方式来实现的，包括发动机防盗锁止系统(IMMO即immobilization)、遥控门锁(RKE即RemoteKeyless Entry)、无钥匙门禁(PKE即Passive Keyless Entry/GO)。目前以 IMMO 和 RKE 应用最为广泛，目前新的 PKE、迎宾等功能更加受用户欢迎。

    以下图(4)为 NXP 原厂描述的应用场景

图 (4) NXP 原厂描述的应用场景

 

 

    基于此应用场景及客户需求，WPI 世平集团提供基于 NXP 芯片的Total Solution 方案框图如下：

图(5) WPI 基于 NXP Total Solution 框图

    该方案了 IMMO、PKE、RKE 等功能，并且能够实时通过不同的方式读取 RSSI 值。

 

    选型推荐：

1. IMMO & LF Driver

    如下是目前 NXP 主推方案：

图(6) NXP IMMO & LF Driver 基本功能结构

①：ABIC 系列具备IMMO 功能，它集成了转发器读、写所必需的所有功能，利用独特的可自动调整取样时间 AM/PM 解调技术，有效扩大系统的操作范围。具有可编程的时钟分频、调制、接收增益与滤波器，快速的写后读出接收设置特性。

推荐应用于电摩市场，具备高性价比。

②：JOKER NJJ29C0系列为当前 NXP 在汽车无钥匙主推料号，集成 IMMO+ LF Driver功能，其特点如下：

图(7) NJJ29C0 特性

    推荐应用场景：先进汽车无钥匙进入，LF+IMMO。

       ③：CENDRIC NJJ29C2 系列为NJJ29C0 的升级版本，主要提升在 LF 驱动电流（2.5A Peak Current in High-power-driver mode）、LF 通道可选（根据尾缀的不同 LF 通道数量分为 5、7、9 个）、支持两路 IMMO。

    推荐应用场景：先进汽车无钥匙进入。

    由于 NXP NDA 管理，更多详细信息请联系 WPI 技术人员。

 

1. UHF

    UHF 分为 TRx 和 Rx，其中 Rx 置于基站部分，用于接收要钥匙讯号。TRx 中的MantraF置于钥匙端，MantraC/CS 置于基站端，用于给基站发送讯号及接收基站讯号。

图(8) NXP UHF 主推 UHF 方案

①：Mantra Family TRx 主要包括三颗料号，基本特点如下

MantraC (NCK2983): 3 Rx parallel reception + 1 Tx

MantraCS (NCK2982): 1Rx serial reception + 1 Tx

MantraF (NCF2984): Keyfob application: 1 Rx + 1 Tx

推荐应用场景：先进汽车无钥匙进入、TPMS(胎压侦测)、Bi-Di Communication(双向通信)

 
②：Sparc Cobra Rx

Sparc (NCK2913): 3 Rx parallel reception

Cobra (NCK2912): 1Rx serial reception

推荐应用场景：接收射频信息的应用(可自主开发)，如 TPMS 基站端。

③：Lizard Basic Rx

Lizard (NCK2910): 1 Basic Rx

推荐应用场景：低成本、低软件开发难度的应用。

    如上为 NXP UHF 主推产品，由于 NXP NDA 管理，更多详细信息请联系 WPI 技术人员。

  

1. Key or Tag（Token Family）

    目前 NXP 主推方案的钥匙端分为两类：集成式和分离式。

       ①：集成式

       Token：NCF29A1、A2（A1 支持 3D 天线，A2 支持 1D 天线）

       Token Plus：NCF29A7、A8

       Token SRx：NCF29AA、AB

       Token SRx2：NCF29AE

       以上系列上至下主要提升在以下几个方面：

• 灵敏度(120 µVpp Wake-up sensitivity @ 6.6µA)
• Wake-up 脉冲时长(6.1ms short WUP)
• RSSI(Narrow Band)
• GPIOs 数量(Up to 15)
• EROM(Up to 64K)
• LF 波特率(4K)
• Packge(HVQFN32 to HVQFN40)

以上括号中参数为新产品的参考参数，因NDA 原因，具体细节不方便公开，如需要请联系 WPI 技术人员。

推荐应用场景：高频单向智能钥匙，其中NCF29A1 在电摩方面有更好的性价比。

       ②：分离式

       ACTIC_active：NCF2953 (ACTIC 5G/3D) / NCF2954 (ACTIC 5G/1D)

       Mantra Family TRx：上述 UHF 有讲到，MantraF (NCF2984)

       推荐应用场景：双向通讯高端数字钥匙。

 

       如上是 NXP Token Family 基本描述。

小结：

综上所述，NXP 原厂针对 PEPS 的射频方案具有丰富的产品和非常详细的分类，针对不同的需要都可以为客户量身定制。并且，NXP 一直走在 PEPS市场的前沿，不断地提高产品特性，不断布局，力图长远发展。

WPI 世平集团是 NXP 最重要合作伙伴之一，两方持续不断合作。WPI 在“大大通”推出 NXP PEPS Total Solution，方案框图如下，如需了解详细资料或购买 Demo（包括原理图、PCB、方案 Demo、测试报告等等信息）请点击如下链接：

https://www.wpgdadatong.com/IotNewsDetail?PID=0566#

图(9) WPI Total Solution

1. 蓝牙+NFC方案

随着蓝牙及 NFC技术的发展，手机和卡片通过蓝牙或者 NFC技术作为汽车钥匙逐渐进入人们的视野。

特斯拉在美国发布 Moduel3，该款车标配并无车钥匙（若要车钥匙需另外加费用），而是手机 APP 上通过蓝牙进行开车、开车尾箱等操作，如果手机没电，那么手机附带的 NFC 功能同样能实现功能。目前该款车已于 2019 年 11 月进入中国市场。另外特斯拉还给车主配了一张备用的钥匙卡，如下图：

 图(10) 特斯拉手机 APP                               图(11) 特斯拉钥匙卡

手机成为车钥匙以后，更多的便捷功能得到开发，如下图(12)，是上汽荣威 ei6 的利用蓝牙作为车钥匙的 APP，除了能够通过蓝牙进行远程解锁、上锁、开后备箱和寻车外，它还具备借车功能，并且能够详细的设置借车的有限时间及权限。

 

基于市场需求 WPI 推出基于 NXP KW36+NCF3320 的蓝牙+NFC 方案，详细资料可参考大大通链接（原理图、PCB、方案 Demo、测试报告等等信息）：

https://www.wpgdadatong.com/IotNewsDetail?PID=5211

该方案同时具备蓝牙和 NFC 功能，可结合 NXP 提供的开发工具，通过手机蓝牙对方案Demo 发送信息，并且能读取 RSSI 数据；通过 NFC对状态进行控制，实现启动、停止、报警等功能方案框图和 Demo如图(13)所示：

图(13) WPI 蓝牙+NFC 方案框图及 Demo

 选型推荐：

①：蓝牙 主推 NXP KW35/36A

       KW36A 基本特点如下：

• Arm® Cortex®-M0+ running up to 48 MHz

• 256kB Program Flash + 256kB FlexNVM both with ECC; 64 kB SRAM; 8 KB EEPROM
• 2xSPI,2x LP-UART with LIN, CAN-FD; 2xI2C, CMT, GPIO with IRQ capability (KBI)
• Normal: 1.71V to 3.6V
• 16-bit Analog-to-Digital Converter (ADC)
• 6-bit High Speed Analog Comparator (CMP)

 

另外 KW36A 有多种尾缀可供选择，其对比如下图(14)：

图(14) MKW36/35 基本信息对比

       ②：NFC 主推 NXP NCF3320

       NCF3320 特点：

• AEC-Q100 qualified
• Read/write mode supporting：ISO/IEC 14443A/MIFARE、ISO/IEC 14443B、JIS X 6319-4 (comparable with FeliCa1、ISO/IEC 15693、ICODE EPC UID/ EPC OTP、ISO/IEC 18000-3 mode 3/ EPC Class-1 HF
• Interfaces：SPI,UART,I2C
• Low Power Card Detection
• 3 V to 5.5 V power supply
• FIFO buffer with size of 512 bytes for highest transaction performance

 

以上为蓝牙+ NFC 应用实例和参考选型，因原厂 NDA 原因，更多详细资料请联系本文作者或 WPI 技术窗口。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. UWB

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

目前 NXP-BWM-CONTI-Apple 正在联合 IEEE 制定 UWB 规范，后续NXP 方案与苹果不会存在兼容性问题。后续更多的客户也可以加入进来。如本文开始的发展历史来看，UWB 很可能在未来成为主流趋势。

 

选型推荐：

NCJ29D5(Ranger 4)，基本特性如下图(15)：

图(15) NCJ29D5 基本信息

推荐应用场景：①Car Access ②防中继 ③车内驾驶员呼吸心跳检测 ④替代超声波雷达。

 

总结：

     以上是本次博文的全部内容，主要讲述了目前无钥匙进入系统的几种实现方式和发展趋势，以及 WPI 当前拥有的方案资源。欢迎大家大家一起来讨论，下一期博文会针对不同的方案（PKE/RKE、蓝牙、NFC、WUB）展开讲开发所需要的工具以及如何获取原厂有关资源。

 

 

备注：

本博文图片来源于盖世汽车网、NXP 原厂官网及 WPI 技术人员，如有疑问，请告知作者。

 

参考文档：

① NXP SCA Roadmap《Classic Car Access Sep 2019 v1.0》

② NXP Datasheet 《MKW36A512》

③ 《NXP 车钥匙芯片历史进程》

④ 《Family Application Notes-keyFOB》

⑤ 《NCJ29D5(Ranger4)》

⑥ 《NCF3340_I2C_data_sheet》

⑦ Datasheet《NCF3320》