KeeLOQ三軸代碼轉換器HCS473及其應用

hcs473是美國microchip技術公司新推出的keeloq代碼轉換器芯片。該芯片集keeloq跳碼技術和安全脈沖轉發(fā)器（transponder）于一體,從而解決了邏輯與物理入口的控制問題。當與譯碼器一起使用時,hcs473的高安全學習機制可提供一個交鑰匙（turn key）解決方案。所謂學習（leaning）,是指一個編碼器在譯碼器接收編碼器的有效編碼時,可以與該譯碼器相匹配。另外,hcs473中的三輸入脈沖轉發(fā)器接口同時允許三個正交脈沖轉發(fā)器與天線結合,從而消除了與傳統(tǒng)脈沖轉發(fā)器系統(tǒng)相聯(lián)系的方向性。

當hcs473作為跳碼編碼器件使用時,特別適用于無鍵入口系統(tǒng),例如車輛和車庫門開門控制器等。hcs473在標識驗明方面也可用作安全雙向脈沖轉發(fā)器,是存取控制和識別應用中的理想器件。在遙控無鍵入口（rke）系統(tǒng)和固定與被動無線入口（pke）中,hcs473可用作編碼器與脈沖轉發(fā)器,這無疑將明顯減少發(fā)射器／脈沖轉發(fā)器的成本。另外hcs473的具體應用還包括汽車報警系統(tǒng)、家庭／辦公室／旅館的電子門鎖、其它防盜報警系統(tǒng)和貼近進入控制等方面。

2內部結構及主要參數(shù)

hcs473采用14腳pdip／soic封裝,引腳排列如圖1所示。

圖2為hcs473的內部結構方塊圖。圖中,s0、s1、s2和s3／rfen都是帶75kω下拉電阻的施密特觸發(fā)器開關輸入或rfen輸出;lcx、lcy和lcz是靈敏脈沖轉發(fā)器輸入端（其中l(wèi)cx也用于低電池備用（backup）模式）;data、led分別為發(fā)送數(shù)據(jù)輸出和開路漏極led驅動輸出;kccom是脈沖轉發(fā)器偏置輸出。vdd是正電源電壓輸入端,vss和vsst分別為電源和脈沖轉發(fā)器接地端。

hcs473的主要參數(shù)典型值（或范圍）如下：

●電源電壓vdd＝2．05～5．5v;
●電源電流idd≤2ma（fosc＝4mhz,vdd＝3．5v時）;
●輸入腳輸入低電平電壓：vil1＝vss～0．8v（帶ttl緩沖器）,vil2＝vss～0．2vdd（帶施密特緩沖器）;輸入高電平：vil1＝0．2v～vdd（帶ttl緩沖器）,vih2＝0．8vdd～vdd（帶施密特緩沖器）;
●led腳輸入低電平電壓vled（il）＝vss～0．2vdd,輸入高電平電壓vled（ih）＝0．8vdd～vdd;
●輸出低電平電壓vol≤0．6v（iol＝8．5ma,vdd＝4．5v）,輸出高電平電壓voh≥vdd－0．7v（ioh＝－3ma,vdd＝4．5v）;
●數(shù)據(jù)eeprom擦除／寫入周期時間tdew＝4ms（典型值）;
●脈沖轉發(fā)器載波頻率fc為125khz,lc輸入箝位電壓vlcc為10v（ilc＜1ma）,lc感生輸出電壓vddtv為3．5v（典型值）,lccom輸出電壓vlcc為600mv（ilccom＝0ma）;
●工作環(huán)境溫度范圍為－40～＋125℃。

3 hcs473的主要特點

3．1 keeloq代碼跳躍編碼器

眾所周知,大多數(shù)無鍵入口系統(tǒng)在每次按下按鈕（開關）時,發(fā)射器總是發(fā)射相同的代碼。由于hcs473采用的是keeloq代碼跳躍技術的加密（encyption）算法,因此具有很高的安全性。因為代碼跳躍方法在每次發(fā)送開始后,從發(fā)射器發(fā)送到接收器的代碼是不同的。該方法與69位發(fā)送長度耦合,可免除代碼抓取或代碼掃描操作。同步計數(shù)器值是發(fā)射代碼變化和每當一個代碼跳躍開始后代碼增量的基礎。由于使用的是encryption算法,同步計數(shù)器值有1位發(fā)生變化,就會導致實際發(fā)射代碼出現(xiàn)較大的變化。因此,為了防止計數(shù)器值被破壞或丟失,應設計冗余存儲且每次僅能修改一個字節(jié)。encryp－tion算法一般在數(shù)據(jù)公開之前已利用encryption密鑰進行了亂碼或加密,因此數(shù)據(jù)只能利用解密（decryption）算法及相同的encryption密鑰才能解密或譯碼。hcs473編碼器的操作與安全特點如下：

●可用四個開關輸入15個功能碼;
●采用pwm或曼徹斯特（manchester）調制;
●波特率從416bps到5000bps可選擇;
●按鈕排隊發(fā)射;
●帶有鎖相環(huán)路（pll）接口;
●具有69位發(fā)送長度;
●讀被64位編碼器密鑰保護;
●可編程32位序列號;
●帶有非易性16／20位同步計數(shù)器。

3．2 keeloq安全脈沖轉發(fā)器

hcs473提供有三個脈沖轉發(fā)器輸入,因而允許三個正交脈沖轉發(fā)器天線組合。其靈敏的輸入結構能增加脈沖轉發(fā)器的通信距離,容易履行被動無鍵入口（pke）系統(tǒng)。hcs473利用keeloqencryption算法執(zhí)行32位iff。同時,還可為用戶e2prom、集成抗沖突尋址方案、輸入／rf輸出操作和兩車輛操作等提供讀／寫存取功能。另外,利用命令結構和協(xié)議設計可對感應通信通路和快速反應時間提供支持。

4應用簡介

hcs473的應用電路如圖3所示。該電路是遙控無鍵入口（rke／pke）應用的拓撲結構。為了感應iff,ic的腳lcx、lcy和lce外部分別連接有l(wèi)c（lxcx、lycy和lzcz）諧振電路。hcs473的led輸出可直接驅動外部led,其串聯(lián)電阻r1用于設定led的導通電流和亮度。腳data上的數(shù)據(jù)輸出直接連接到射頻（rf）發(fā)射電路。由于hcs473內置喚醒控制電路,因而很適合于電池供電系統(tǒng)。

當電路的開關輸入代碼跳躍（ch）模式被啟動后,電路將工作在單向存取（access）控制。ch模式優(yōu)先于脈沖轉發(fā)器模式。這意味著在按下按鈕開關使開關輸入拉至高電平時,ic將進入ch模式,即使在一個感應場出現(xiàn)時也是如此。當脈沖轉發(fā)器模式通過一個感應場被激活后,它將被用于雙向驗證并訪問用戶的eeprom。hcs473內部的eeprom用來存儲用戶的可編程選擇、用戶區(qū)64位和同步計數(shù)。器件的配置選擇在制造時已被編程,并含有編碼器密鑰、序列號、車輛id和鑒別值等與安全有關的信息。

hcs473在系統(tǒng)中應用時,需要一個相容的譯碼器,可選用一個帶低頻線圈天線和無線電頻率接收器的微控制器。為使譯碼器與編碼器匹配,譯碼器必須首先進入學習（發(fā)射器）時序,即：進入學習模式→有效碼與種籽（seed）接收等待→產(chǎn)生密鑰→比較鑒別值與固定值→若相等則等待接收第二個有效碼（若不等表示學習不成功）→計數(shù)器連續(xù)（不連續(xù)意味著學習失敗）→學習成功存儲（序列號、編碼密鑰和同步計數(shù)器）→出口。在譯碼器學習成功之后,則進入操作模式。

譯碼器側密鑰的產(chǎn)生通過取走序列號并結合制造者代碼產(chǎn)生與發(fā)射器使用相同的保密密鑰來完 成。一旦獲得密鑰,發(fā)送的剩余部分則可被解密。如果是一個所學習的發(fā)射器,譯碼器則等待發(fā)射并立刻檢驗序列號,并利用存儲密鑰解密發(fā)送的加密部分。解密是否有效可通過鑒別位去確認。

hcs473脈沖轉發(fā)器與基站之間的通信可通過二者線圈之間的磁耦合來實現(xiàn)（其中基站線圈是rlc串聯(lián)電路的一個組成部分）。hcs473外部的三個線圈與三個電容組成的諧振電路可用于為hcs473提供125khz的三路代碼輸入,借助于lc并聯(lián)電路可使keeloq脈沖轉發(fā)器與基站取得聯(lián)系。基站am調制器在提取脈沖轉發(fā)器的數(shù)據(jù)后,可利用基站軟件進一步進行處理。