低功耗藍牙降低汽車射頻器件功耗

現(xiàn)代車輛采用越來越多的射頻 （RF） 技術，以滿足客戶對性能和功能的期望。然而，滿足這些要求只會增加整體設計的復雜性，并帶來與認證和認證相關的挑戰(zhàn)。

考慮到多種無線電技術的同時運行需要在開發(fā)過程中采取特殊的干擾預防措施，以及廣泛的車輛測試以確保服務可用性和高質量的用戶體驗，這種設計挑戰(zhàn)只會增加。

為了克服這些障礙，設計人員正在轉向低功耗藍牙 （LE）。它作為減少車輛中射頻技術數(shù)量的解決方案越來越受歡迎，并且可能會擴展到鑰匙扣、胎壓監(jiān)測系統(tǒng) （TPMS） 和數(shù)字鑰匙系統(tǒng)。由于低功耗藍牙軟件堆棧提供特定的優(yōu)化配置文件、數(shù)據(jù)速率、有效負載和角色，因此將多個具有各自通信要求的系統(tǒng)合并到一個系統(tǒng)中可以降低整體復雜性，降低系統(tǒng)成本，并簡化認證工作。

汽車藍牙 LE 設備支持多角色配置（外設、中央），并且可以保持與鑰匙扣、TPMS 傳感器和多部手機的大量同時連接。低功耗藍牙器件的電流消耗也非常低——單個紐扣電池可持續(xù)使用長達 10 年。如此低的功耗使得從專有的射頻解決方案切換到藍牙 LE 協(xié)議變得更加容易。

在本文中，我們將探討車輛射頻架構的演變，以及如何從基于藍牙 LE 的終端設備（如鑰匙扣、TPMS 和數(shù)字鑰匙）方法中受益。

車輛 RF 架構的演變

圖 1 顯示了傳統(tǒng)的 RF 車輛架構。遙控鑰匙使用短距離雙向低頻通信進行防盜器作以啟動車輛。對于無源進入/無源啟動功能，長距離低頻通信喚醒遙控鑰匙，遙控鑰匙使用 UHF 頻率傳輸其響應。

一些TPMS傳感器使用專有技術，在服務模式下采用短距離低頻通信來校準和配置TPMS傳感器，UHF傳輸與車輛中央節(jié)點通信輪胎狀態(tài)。它們提供有關輪胎壓力、溫度和 TPMS 電池的信息。

圖 2 顯示了用于實現(xiàn)數(shù)字鑰匙系統(tǒng)的 RF 架構，該系統(tǒng)利用智能手機應用程序（包括一系列技術）進行汽車訪問，以解鎖/鎖定車門，并在檢測到機艙內有手機時啟動發(fā)動機。例如，智能手機集成允許用戶訪問應用程序、撥打電話、發(fā)送消息、使用導航和流式傳輸音樂。用戶還可以遠程訪問其中一些選項并實時檢查車輛的狀態(tài)。

高端版本的數(shù)字鑰匙集成使用藍牙 LE 進行通信，使用 UWB 進行定位，無需與智能手機交互即可訪問汽車，類似于被動進入/被動啟動功能，如德州儀器 （TI） 的電話即鑰匙 （PaaK） 參考設計所示（slla679.pdf附在下面，以便讀者參考）。智能手機只需要在車輛范圍內。

如圖 2 所示，典型的射頻車輛設置包括兩個 NFC 讀卡器和多個藍牙 LE 節(jié)點。以及多達六個 UWB 節(jié)點。這些標準無線電技術對于實現(xiàn)智能設備的數(shù)字密鑰功能是強制性的。然而，標準射頻技術與傳統(tǒng)汽車門禁架構中使用的專有射頻技術不同。

低功耗藍牙在各種汽車應用中的實施以及與數(shù)字鑰匙系統(tǒng)的集成可能會刺激進一步的創(chuàng)新、增強和系統(tǒng)成本節(jié)約。最近發(fā)布的藍牙LE 6標準引入了信道探測測距功能，以顯著改善定位服務，這將為無鑰匙進入和點火啟動提供更準確、更可靠的接近感應。車輛將能夠更精確地檢測支持藍牙 LE 的設備（例如智能手機或鑰匙扣）的存在，確保更順暢、更安全的訪問。

此外，藍牙 LE 可以提供無線軟件更新，確保不同的節(jié)點、鑰匙扣和 TPMS 傳感器具有最新功能和安全補丁，而無需駕駛員訪問經(jīng)銷商。通過智能手機的完全集成，藍牙 LE 有助于增強車輛健康監(jiān)控，為持續(xù)監(jiān)控車輛健康和性能打開大門。這些數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)街悄苁謾C應用程序或直接傳輸?shù)椒罩行?，以進行主動維護和故障排除。

鑒于系統(tǒng)成本壓力、簡化車輛架構的需求、較短的上市時間要求和較低的認證工作，許多設計人員正在考慮從專有射頻技術過渡到在低功耗藍牙通信方案上標準化所有系統(tǒng)。

用于物理鑰匙扣的藍牙 LE

從低頻和 UHF 技術過渡到鑰匙扣中的藍牙 LE 將通過消除車輛上的低頻收發(fā)器、天線、電纜、連接器和 UHF 接收器模塊來簡化車輛架構，從而釋放空間并降低線束復雜性。由于低頻天線通常放置在門把手內，因此移除它們可以實現(xiàn)新的門把手設計，從而通過優(yōu)化車輛的形狀來改善油耗。

在鑰匙扣本身上，藍牙 LE 可以取代低頻喚醒接收器，包括大型、重型 3D 天線和 UHF 發(fā)射器，從而顯著降低鑰匙扣的復雜性。通道探測可為無鑰匙進入和點火啟動場景提供準確可靠的接近感應。通過雙向通信，可以實現(xiàn)更高的安全性協(xié)議，防止使用單向通信協(xié)議時發(fā)生的重放攻擊。

鑰匙扣中的藍牙 LE 技術可以簡化車隊管理和汽車共享服務中的訪問控制，從而允許將車輛安全靈活地分配給不同的用戶。它還將通過跟蹤車輛使用情況和駕駛員行為，為優(yōu)化車隊運營和維護計劃提供有價值的數(shù)據(jù)。

總體而言，配備藍牙 LE 的遙控鑰匙將在汽車應用的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，增強安全性、便利性、個性化和連接性。

用于 TPMS 應用的藍牙 LE

在TPMS中，低功耗藍牙在能效、連接性和數(shù)據(jù)傳輸方面具有優(yōu)勢。新一代低功耗藍牙器件非常適合 TPMS 傳感器，因為它們需要長時間運行，僅由小型紐扣電池供電。增強的藍牙 LE 技術將延長電池壽命。

低功耗藍牙通信的數(shù)據(jù)速率比傳統(tǒng)解決方案快 100 倍。因此，現(xiàn)在可以實施實時監(jiān)控，并且可以更頻繁、更準確地從TPMS傳感器到車輛的中央系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)傳輸。

駕駛員可以收到最新的輪胎壓力信息（例如輪胎溫度、傳感器健康狀況和潛在漏氣）、輪胎胎面信息，甚至有關路況的信息。這通過創(chuàng)建分析隨時間變化的數(shù)據(jù)趨勢的能力，可以實現(xiàn)更高級的診斷（因為傳輸了額外的診斷數(shù)據(jù)）以及更全面的監(jiān)控和主動維護。

藍牙 LE 電子控制單元 （ECU） 已經(jīng)可用于數(shù)字鑰匙系統(tǒng)，還可以處理鑰匙扣和 TPMS 連接，從而簡化車輛架構和復雜性。信息娛樂系統(tǒng)、駕駛員輔助系統(tǒng)和移動應用程序可以通過包含所有車輛健康信息的集中集線器輕松訪問 TPMS 狀態(tài)信息。

移動設備和 TPMS 傳感器之間的直接藍牙 LE 連接是可行的。即使駕駛員不在車內，它也可以輕松直接配置、診斷功能和警報。

向基于藍牙 LE 的 TPMS 解決方案的過渡將帶來更強大的加密、身份驗證以及防偽和欺詐保護方法，確保從 TPMS 傳感器傳輸?shù)杰囕v中央系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是安全的，并防止篡改或黑客攻擊。這對于自動駕駛汽車尤其重要。

簡化 TPMS 傳感器和車輛中央系統(tǒng)之間的配對過程，減少了設置時間和用戶干預。它最終消除了在服務點提供定制工具的需要，因為可以與任何現(xiàn)代智能手機進行通信。

隨著藍牙 LE 的不斷發(fā)展，更先進、更可靠、更具成本效益的 TPMS 解決方案將有助于提供更安全、更高效的駕駛體驗。

采用低功耗藍牙的下一代車輛架構

現(xiàn)代車輛架構將融合數(shù)字鑰匙系統(tǒng)、鑰匙扣和TPMS（圖3），使用標準射頻技術來顯著降低系統(tǒng)成本和復雜性。低功耗藍牙通過提供最高的協(xié)議靈活性和易于采用性，在這一趨勢中發(fā)揮著核心作用。低功耗、長電池壽命和低系統(tǒng)成本的優(yōu)化是可行的，降低制造成本和縮短上市時間也是可行的。