广芯微两轮车PKE芯片套片及参考设计方案

无钥匙进入系统（Passive Keyless Entry, PKE）是一种先进的汽车安全技术，它允许驾驶员无需物理操作车钥匙即可解锁和启动车辆。当驾驶员携带智能钥匙接近车辆时，车辆能自动识别钥匙的信号，并在确认后解锁车门。同样地，当驾驶员坐进车内并按下启动按钮时，如果系统检测到智能钥匙在车内，就会启动发动机。

两轮车（如摩托车、电动自行车等）的PKE市场规模在近年来呈现稳步增长的趋势。2022年全球市场规模约130亿元人民币，2023年达到160亿元，年均复合增长率（CAGR）为15%。亚太地区是全球两轮车PKE市场的最大区域，尤其是中国、印度和东南亚国家，约占全球60%左右市场份额。两轮电动车和摩托车采用PKE系统主要有以下几个原因：

1、便利性：

无钥匙启动：PKE系统允许车主在不拿出钥匙的情况下直接启动摩托车，只需按下按钮即可。这大大提高了使用的便利性，特别是在寒冷或忙碌的时候。

无钥匙锁车：车主可以通过简单的按下按钮或触摸感应区域来锁车，无需插入钥匙。

2、安全性：

防盗功能：PKE系统通常配备了先进的加密技术和身份验证机制，使得未经授权的人难以启动摩托车。这增强了摩托车的防盗性能。

自动锁定：部分PKE系统具备自动锁定功能，当车主离开一定距离后，摩托车会自动锁定，防止忘记锁车的情况发生。

3、用户体验：

高级感：PKE系统给用户带来了一种高级和科技感，提升了摩托车的整体用户体验。

简化操作：传统的机械钥匙可能会丢失或损坏，PKE系统的使用避免了这些问题的发生，简化了日常操作。

4、市场需求：

市场趋势：随着科技的进步和消费者对便利性和安全性的需求增加，许多高端摩托车品牌开始在其产品中集成PKE系统，以满足市场需求。

5、技术进步：

成本降低：随着技术的进步，PKE系统的成本逐渐降低，使得更多的摩托车制造商能够提供这一功能，而不只是高端市场独有。

面向日益增长的两轮车PKE应用市场，广芯微基于自主研发的芯片套片，推出高性价比的PKE基站与钥匙端参考设计方案，助力产品公司快速开发PKE的基站与钥匙产品。

一、PKE方案概述

广芯微PKE方案包含基站端和钥匙端两套设计。基站端通过发射低频信号搜索钥匙，并通过接收高频信号验证钥匙是否合法，最后决定是否需要进行开锁动作。钥匙端则通过实时监控低频信号，在收到合法的低频帧信号，则通过高频信号发送加密信号给基站端，用于基站验证钥匙是否合法。

同时，广芯微PKE方案，也兼有RKE（Remote Keyless Entry）功能，只要按压钥匙按键，钥匙就会通过高频发射加密信号到基站端去验证钥匙是否合法。而基站端在收到这些加密信号后，就会进行解密及合法验证，一旦验证通过，就会进行开锁。

PKE实现流程是基站端先发射低频LF信号，然后接收钥匙端响应的高频RF信号。RKE则需要车主手动按钥匙按键才能完成解锁/闭锁/升窗/降窗/开尾门/寻车等操作。

二、广芯微PKE芯片套片及方案-钥匙端介绍

方案设计采用广芯微自主研发的低频检测SoC UM2082F08和高频发射芯片UM2003L实现车钥匙的PKE功能和RKE功能，在软件上设计了同步码备份算法和低电检测算法。UM2082F08集成单周期8051内核，支持三通道低频无线唤醒ASK接收，UM2003L是一款低成本OOK调制方式的射频芯片，通讯频率为433MHz。

钥匙方案框图

钥匙方案实物图

UM2082F08特性

三个独立天线通道：X/Y/Z 轴

每个通道都具有RSSI检测功能，支持多种数据率的配置，支持曼彻斯特编码方式

载波频率：30KHz~300KHz

接收灵敏度：<70uVrms

数据率：1kbps~8kbps

低功耗设计

三通道轮询扫描模式：2.9μA

三通道间歇运行模式：2.1μA

单通道间歇运行模式：1.7μA

8051 处理器，主频 24MHz

2KB SRAM，32KB eFlash

2路16位PWM输出

2个增强型UART

6通道12位SAR ADC，1Msps采样速率

1路I2C，主/从模式，速率400Kbps（max）

1路SPI，主/从模式，Mode0/1/2/3 协议，最高速率12Mbps

最大11个GPIO，内置上 / 下拉可配置

UM2003L特性

频率范围：300~480MHz

最大发射功率：13dBm

发射码率范围：1~10kbps

工作电流：20mA@3.3V 13dBm

待机电流：10nA

钥匙端在接收到LF数据后，根据帧类型对LF数据进行分发。然后判断CRC校验结果、判断AES加密结果，都通过后，回送相应的RF数据。

同时，钥匙端方案还支持RKE功能，在检测到按键被按下后，根据按键类型，进行更新同步码、AES加密、计算CRC等操作后，把数据填充RF缓冲区，通过RF发射芯片发送出去。RKE按键包含了短按发码控制、长按发码控制、同步码更新、RF发射停止或关闭等。在RKE应用中，需要用到同步码（也称滚码）去同步车辆、钥匙，可以有效提高通信的安全性，因为即使上次按按键发出的RF帧被他人捕获了，想发射该RF帧去操控车辆，车辆也是不会响应的。

三、广芯微PKE芯片套片及方案-基站端介绍

基站端方案同样是基于广芯微自主研发的芯片UM3213A、UM2004 等芯片实现基站的RKE、PKE，主控制器采用32位低功耗MCU UM3213A，高频接收芯片采用OOK接收芯片UM2004，配套接收UM2003L的OOK高频RF信号。系统软件上设置支持至多学习两把钥匙，在实际应用中可根据需要进行扩展。

基站端方案框图

基站端方案实物图

UM3213A特性

ARM Cortex-M0+，最高主频 32MHz

16KB SRAM，64KB eFlash

1.1μA @3.0V DeepSleep模式，0.48μA @3.0V Stop模式

127μA/MHz @3.0V @32MHz Active模式

3.7μs 快速睡眠唤醒系统

最大35个GPIO，16/8mA 两档驱动可配

1路低功耗 LPUART，2路通用 UART

支持主/从模式I2C，最高速率 1Mbps

2路SPI，主/从模式，最高速率 16Mbps

QSPI接口，支持片外NorFlash读写，支持 1/2/4 数据线

CAN总线接口，支持CAN2.0A/B 协议，速率 125K~1Mbps

8 通道12位SAR ADC，1Msps 采样速率

UM2004特性

频率范围：300MHz~480MHz

接收灵敏度：-109dBm（1Kbps）

数据率范围：1~5Kbps

低功耗：5.3mA@3.3V（315MHz）

关断电流: < 0.1μA

在PKE 应用中，基站先发射低频LF去唤醒钥匙，然后钥匙回送相应的RF响应帧给基站。对于LF发射的设计，在填充完LF帧缓存后，启动LF发射状态机把LF帧内容发送出去。基站端设计中，PKE RF帧和RKE RF帧两者都是统一的接收流程。首先是采用定时器捕获脉宽，从而搜索并存储符合RF设计要求的数据帧，并且，为了减轻数据处理压力，数据帧是存储到FIFO里面。

四、广芯微PKE芯片套片及方案-实测结果

OOK PKE方案测试是在0°~360°不同方向下，采用小型化天线，在10cm~180cm不同距离下，测试钥匙端方案的低频感应接收率（单包接收率）与基站端方案的天线辐射场强。

钥匙低频接收率测试：按压基站PKE按键，进入PKE功能之后，每按压一次按键，会触发基站间隔500ms发射200帧LF数据出来，钥匙每收到一帧LF数据，都会回送相应的RF帧。基站通过统计发射的LF帧数、收到的RF帧数，完成接收率计算，并通过串口调试助手打印出来

LF距离(小天线)测试记录

基站辐射场强测试：基站不间断地发射125KHz常载波信号，并实时接收场强测量工具的高频帧（包含场强信息）。场强测量工具是会周期性测试所处位置的场强，并周期性回送场强信息高频帧。将场强测量工具，从5cm~240cm、0°~360°间隔移动，并记录串口调试助手打印出来的场强信息。

基站辐射场强（小天线）测试结果

广芯微电子（广州）股份有限公司的PKE方案已上架，要获取更多产品信息及相关的解决方案信息。

关于广芯微

广芯微电子（广州）股份有限公司聚焦光伏新能源、工业控制和汽车电子产业，为客户提供差异化的微处理器芯片、快充与数字电源SOC和性能卓越的无线射频芯片，并围绕这些芯片打造特色的电机控制方案平台、数字电源方案平台和低功耗无线射频方案平台。