摘要：低功耗是車用遙控接收器的重要技術(shù)難點(diǎn)，如何在保證遙控接收器正常工作、不降低靈敏度的前提下功耗最低尤為關(guān)鍵，本文提供一種車用遙控接收器的靜態(tài)功耗管理方法。文中基于應(yīng)用場(chǎng)景和工作原理梳理遙控接收器的工作模式，軟件上根據(jù)間歇性工作的特點(diǎn)控制各模塊工作時(shí)長(zhǎng)，硬件上從芯片選型和電源架構(gòu)設(shè)計(jì)方案兩方面控制，最終將實(shí)際靜態(tài)功耗控制在系統(tǒng)要求之內(nèi)，為間歇性工作的設(shè)備提供低功耗管理依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車用遙控接收器；功耗管理方法；間歇性工作；芯片選型

中圖分類號(hào)：TN8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著車輛智能化、電子化程度加深，車用電子類零件明顯增多，單車掛KL30 常電的控制器超20 個(gè)[1]。為避免靜態(tài)功耗過(guò)大對(duì)動(dòng)力電池帶來(lái)不必要的負(fù)擔(dān)，縮短電池組使用壽命和車輛續(xù)航里程，降低各控制器的功耗顯得尤為重要。遙控接收器作為KL30 常電的零件之一，其靜態(tài)功耗是否達(dá)標(biāo)將直接影響整車功耗。本文從遙控接收器的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，結(jié)合遙控接收器的硬件、軟件開發(fā)思路，多維度降低遙控接收器的靜態(tài)功耗，確保遙控接收器正常工作的同時(shí)降低功耗，為車用遙控接收器的功耗管理提供參考意見。

1 遙控接收器的功能定義

遙控接收器是遙控模塊裝于車上的產(chǎn)品，與遙控發(fā)射器共同組成遙控模塊，實(shí)現(xiàn)車輛的遠(yuǎn)程控制，其功能主要有：遙控起動(dòng)、遠(yuǎn)程鎖車與解鎖、尋車、遠(yuǎn)程監(jiān)控、防盜報(bào)警、碰撞解鎖、車身控制、休眠及喚醒，以及娛樂(lè)系統(tǒng)控制等。以下對(duì)部分功能做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

（1）遙控起動(dòng)。提前遙控起動(dòng)汽車并打開空調(diào)系統(tǒng)，讓車內(nèi)溫度適宜，為用戶提供舒適的乘車環(huán)境。

（2）鎖車與解鎖。接收用戶發(fā)出的遙控發(fā)射器指令，控制車輛完成上鎖或者解鎖車輛；（3）尋車功能。通過(guò)遙控模塊讓汽車?guó)Q笛或閃燈，幫助用戶快速找到自己的車輛。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車的狀態(tài)，如油量、電量、胎壓等，并通過(guò)手機(jī)等設(shè)備接收通知。

（5）防盜報(bào)警。遙控啟動(dòng)車輛安全系統(tǒng)，如防盜報(bào)警；在緊急情況下，如車輛被非法移動(dòng)，可遠(yuǎn)程報(bào)警并追蹤車輛位置。

（6）碰撞解鎖。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞，遙控接收器接收到安全氣囊碰撞有效信號(hào)時(shí)對(duì)車門進(jìn)行解鎖，喇叭鳴叫，轉(zhuǎn)向燈閃爍。

（7）車身控制。根據(jù)車輛不同狀況，對(duì)車輛窗戶、門鎖進(jìn)行動(dòng)作，例如車速自動(dòng)閉鎖、自動(dòng)開關(guān)窗戶、啟動(dòng)車內(nèi)律動(dòng)燈等。

2 遙控接收器的原理框圖

遙控接收器的基礎(chǔ)系統(tǒng)如圖1 所示，通過(guò)KL30 常電向供電模塊供電，供電模塊[2] 為遙控接收器及外部設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電。用戶通過(guò)遙控發(fā)射器將按鍵信息編碼并調(diào)制到射頻信號(hào)上，并發(fā)射出無(wú)線信號(hào)，遙控接收器將接收到的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼后的指令傳給主控芯片MCU，主控芯片MCU 結(jié)合儀表、安全氣囊、門鎖等外部信號(hào)做分析，并作出判斷后發(fā)送執(zhí)行指令給外部設(shè)備如喇叭、門鎖和轉(zhuǎn)向燈等，則完成一套完整的指令控制及傳遞動(dòng)作。

隨著車輛配置的不斷升級(jí)和汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜化，遙控接收器的功能不再滿足于基礎(chǔ)車身控制，而是集成更多功能，同時(shí)保持與車輛其他系統(tǒng)的兼容性，比如技術(shù)趨勢(shì)上逐步替換遙控模塊的BCM，或者高集成性的車身域控制器。圖1 所繪制的僅為基礎(chǔ)原理，不同的設(shè)計(jì)方案會(huì)按需新增其他模塊或外部驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。

3 遙控接收器的控制邏輯

遙控接收器的工作原理與應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)，大致可概括為以下三點(diǎn)。第一，信號(hào)接收。遙控接收器通過(guò)天線接收來(lái)自鑰匙遙控器發(fā)送的無(wú)線電頻率（RF）信號(hào)。第二，信號(hào)解碼。接收器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼，以驗(yàn)證信號(hào)的合法性。第三，執(zhí)行指令。一旦信號(hào)被驗(yàn)證為有效，接收器將執(zhí)行相應(yīng)的指令。

基于其原理，工作特點(diǎn)概況可分為如下4 點(diǎn)。

（1）間歇性工作模式。節(jié)能考慮：車輛在不使用時(shí)，遙控接收器處于休眠狀態(tài)，以節(jié)省電能。喚醒機(jī)制：當(dāng)遙控器發(fā)出信號(hào)時(shí)，接收器被喚醒，開始接收和解碼信號(hào)。工作時(shí)間短：接收器在接收到有效信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)指令后，會(huì)迅速回到休眠狀態(tài)。

（2）低功耗。為了適應(yīng)間歇性工作模式，接收器被設(shè)計(jì)為低功耗設(shè)備。

（3）抗干擾能力。車用遙控接收器需要具備較強(qiáng)的抗干擾能力，以避免誤操作或非法入侵。

（4）安全性。接收器通常配備有加密技術(shù)，以確保信號(hào)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

為達(dá)到低功耗管理的目標(biāo)，需對(duì)間歇性工作模式進(jìn)行管理。遙控接收器的工作模式可細(xì)化為多種，根據(jù)工作過(guò)程中的功耗對(duì)供電模塊、遙控接收器、主控模塊、外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、故障診斷模塊的打開和關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行管理。這種管理方法可以達(dá)到遙控接收器在整個(gè)工作周期中總體功耗降低的目標(biāo)。以下將根據(jù)遙控接收器的工作特點(diǎn)，將遙控接收器的工作模式分成3 種模式（圖2）。

遙控接收器的工作模式1 ：供電模塊正常工作，主控模塊進(jìn)入低功耗，其他模塊（遙控接收器/ 外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊/ 故障診斷模塊）關(guān)閉。

遙控接收器的工作模式2 ：供電模塊正常工作，主控模塊定時(shí)喚醒，喚醒遙控接收器和故障診斷模塊正常工作，此時(shí)若無(wú)其他信號(hào)輸入，則外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊持續(xù)關(guān)閉，且遙控模塊再次進(jìn)入工作模式1，直至模塊再次喚醒。

遙控接收器的工作模式3 ：基于工作模式1，若有外部喚醒信號(hào)（射頻信號(hào)、門碰信號(hào)等），所有模塊正常工作；基于工作模式2，在主控模塊定時(shí)喚醒，喚醒遙控接收器和故障診斷模塊正常工作期間，若有其他信號(hào)輸入（射頻信號(hào)、門碰信號(hào)等），則外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊也進(jìn)入正常工作模式。

工作模式選擇邏輯如下：在整車下電，用戶按下遙控鑰匙閉鎖鍵后，遙控模塊大部分時(shí)間處于工作模式1 和工作模式2（即處于間歇性工作模式），直到接收到用戶發(fā)出的喚醒信號(hào)（射頻信號(hào)、門碰信號(hào)等）才會(huì)進(jìn)入工作模式3 ；由于工作模式3 是正常工作模式，降低功耗將會(huì)影響系統(tǒng)功能，因此盡可能延長(zhǎng)工作模式1 的時(shí)間，并盡量縮短工作模式2 的時(shí)間，則可保證遙控模塊工作期間整體功耗最低。

4 降低遙控模塊功耗方式

根據(jù)遙控模塊的控制邏輯原理，分別可以從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)維度同時(shí)對(duì)功耗進(jìn)行管理。硬件上通過(guò)主要元器件的選型和電源架構(gòu)方案設(shè)計(jì)來(lái)完成目標(biāo)；軟件上主要通過(guò)適時(shí)控制各模塊進(jìn)入各工作模式的時(shí)長(zhǎng)來(lái)達(dá)到目的。

4.1 軟件策略降低功耗

根據(jù)間歇工作的特點(diǎn)，需要在保證信號(hào)接收質(zhì)量不降低的前提下，盡量延長(zhǎng)工作模式1 并縮短工作模式2。具體的延長(zhǎng)極限時(shí)間推導(dǎo)如下：假設(shè)遙控鑰匙每按一次按鍵發(fā)出n 個(gè)重復(fù)信號(hào)幀，為確保遙控接收器能夠正常工作，遙控接收器至少在遙控鑰匙發(fā)出的n 個(gè)重復(fù)信號(hào)幀中接收到1 幀完整的信號(hào)；重復(fù)的信號(hào)幀中，每幀信號(hào)包含“引導(dǎo)頭+ 同步頭+ID+ 密文”，假設(shè)共x 個(gè)字節(jié)，即每幀信號(hào)包含8x 個(gè)比特；按極限工況下，可以間歇性關(guān)閉遙控模塊的時(shí)長(zhǎng)T [3] 如下。

T=（n-1）×t=（n-1）×（1/y）×8x（1）

式中：n 為每次按鍵發(fā)出的信號(hào)幀個(gè)數(shù)；t 為每個(gè)信號(hào)幀的時(shí)長(zhǎng)；y 為數(shù)據(jù)傳輸速率；x 為發(fā)出的每幀信號(hào)字節(jié)數(shù)。

例如：假設(shè)遙控鑰匙每按次按鍵發(fā)出n ＝ 5 次信號(hào)；每幀信號(hào)x ＝ 30 個(gè)字節(jié)；數(shù)據(jù)傳輸速率y ＝ 2.5 kb/s ；則工作模式1 的最大時(shí)長(zhǎng)T ＝ （5-1）×8×30×[1/（2.5×1 000）] ＝ 0.384 s， 向下取整約為380 ms，即關(guān)閉時(shí)間＜ 380 ms 時(shí)即能保證遙控模塊正常工作。

4.2 硬件策略降低功耗

在方案的主要元器件選型時(shí)，考慮元器件的功耗情況，主要的元器件有：主控芯片MCU、電源芯片、射頻接收芯片以及外部驅(qū)動(dòng)芯片。具體選型關(guān)注如下。

主控芯片MCU ：用于系統(tǒng)控制執(zhí)行，在選用時(shí)特別關(guān)注要有多種工作模式，以實(shí)現(xiàn)不同工況下的需求，本方案選用的MCU有5 種功耗模式：正常運(yùn)行模式、普通休眠模式、停止模式、待機(jī)模式和關(guān)斷模式[4]。

電源芯片：用于電源供電，本方案選用車規(guī)級(jí)線性電壓調(diào)節(jié)器（LDO）[5]，具備超低靜態(tài)電流、寬輸入電壓范圍、壓降低、噪聲低、電流檢測(cè)和保護(hù)等多種功能，適用于車身控制模塊、暖通空調(diào)、儀表及ADAS 等車身模塊。

射頻接收芯片：用于接收遙控發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)，并進(jìn)行處理，由于本方案的工作頻率是433.92 MHz，因此在選用射頻接收芯片[6] 時(shí)，應(yīng)確保該器件工作在3.0 ～ 5.5 V 供電電壓區(qū)間時(shí)接收性能不隨供電電壓的變化而明顯改變，且在433.92 MHz 時(shí)，僅需低電流便可實(shí)現(xiàn)較高接收靈敏度。

外部驅(qū)動(dòng)芯片：用于驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本方案選用的是一顆車規(guī)級(jí)智能高邊開關(guān)[7]，待機(jī)電流低，3.3 V 和5.0 V 兼容邏輯輸入，在關(guān)閉狀態(tài)下具有極低的漏電流。除了考慮元器件選型，還在硬件設(shè)計(jì)階段充分考慮各模塊電路靜態(tài)電流，本設(shè)計(jì)方案的電源架構(gòu)框圖如圖3 所示。

通過(guò)實(shí)測(cè)不同工作模式的靜態(tài)電流可以得到，工作模式1 下的靜態(tài)電流為4.70 mA，工作模式2 下的靜電電流為0.10 mA，系統(tǒng)要求的總靜態(tài)電流為3.00 mA。結(jié)合軟件和硬件策略，最終的功耗設(shè)計(jì)結(jié)果如表1 所示，實(shí)測(cè)總靜態(tài)功耗為2.95 mA，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前遙控接收器對(duì)功耗的管理可能大部分還是通過(guò)降低靈敏度來(lái)達(dá)到降低功耗的目的，但此方法存在一定的弊端即接收距離會(huì)縮短。本文提供了一種車用遙控接收器的低功耗管理方法，分別從軟件和硬件對(duì)功耗管理進(jìn)行闡述，以達(dá)到保證正常工作的前提下且不降低靈敏度的同時(shí)降低功耗，為遙控接收器的功耗管理提供指導(dǎo)依據(jù)，提高功耗管理的效率。

本文所提及的方法均適用于間歇性工作的設(shè)備，比如車用遙控模塊、PEPS、BCM、域控等，也可應(yīng)用于家用電器。其應(yīng)用廣泛，可基于不同的應(yīng)用場(chǎng)景做出適應(yīng)性調(diào)整，以達(dá)到節(jié)省能源、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、提高工作效率或響應(yīng)特定的觸發(fā)條件等目的。

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作者簡(jiǎn)介：

梁艷艷，本科，工程師，研究方向?yàn)檐囉每刂破鏖_發(fā)。