深入解析Microchip HCS361 KEELOQ? 代碼跳變編碼器

在當(dāng)今的電子安全領(lǐng)域，代碼跳變技術(shù)為我們提供了強(qiáng)大的安全保障。Microchip的HCS361 KEELOQ? 代碼跳變編碼器就是這樣一款卓越的產(chǎn)品，下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下它。

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一、產(chǎn)品概述

HCS361是一款專為安全遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入（RKE）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的代碼跳變編碼器。它采用KEELOQ? 代碼跳變技術(shù)，具備高安全性、小封裝尺寸和低成本的特點(diǎn)，非常適合單向遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)和訪問(wèn)控制系統(tǒng)。其典型應(yīng)用包括汽車RKE系統(tǒng)、汽車報(bào)警系統(tǒng)、汽車防盜器、大門和車庫(kù)門開(kāi)啟器、身份令牌以及防盜報(bào)警系統(tǒng)等。

二、產(chǎn)品特性

（一）安全特性

1. 可編程參數(shù)：支持28/32位序列號(hào)和64位加密密鑰的編程，每個(gè)加密密鑰都受到讀保護(hù)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。
2. 獨(dú)特傳輸：每次傳輸?shù)拇a都是唯一的，傳輸代碼長(zhǎng)度為67位，其中包括32位跳變代碼和35位固定代碼（包含28/32位序列號(hào)、4/0位功能代碼、1位狀態(tài)和2位CRC），有效防止代碼被竊取和重傳。

（二）操作特性

1. 寬電壓范圍：可在2.0 - 6.6V的電壓下穩(wěn)定工作。
2. 多按鈕輸入：提供四個(gè)按鈕輸入，支持15種功能，還可選擇波特率。
3. 自動(dòng)完成功能：具有自動(dòng)代碼字完成功能，確保代碼完整傳輸。
4. 電池低電量提示：能夠?qū)㈦姵氐碗娏?a target="_blank">信號(hào)傳輸給接收器。
5. 非易失性同步數(shù)據(jù)：保證系統(tǒng)在斷電后仍能保持同步。
6. 調(diào)制方式：支持PWM和VPWM調(diào)制。

（三）其他特性

1. 編程接口：擁有易于使用的編程接口，方便用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
2. 片上資源：集成了EEPROM、振蕩器和定時(shí)組件，減少了外部組件的使用。
3. 內(nèi)部電阻：按鈕輸入具有內(nèi)部下拉電阻，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
4. 電流限制：LED輸出具有電流限制功能，保護(hù)設(shè)備安全。
5. 組件數(shù)量少：整體設(shè)計(jì)所需的組件數(shù)量最少，降低了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

（四）增強(qiáng)特性

相較于HCS300，HCS361具有一些增強(qiáng)特性，如48位種子（而不是32位種子）、2位CRC用于錯(cuò)誤檢測(cè)、28/32位序列號(hào)可選、兩種種子傳輸方法、PWM和VPWM調(diào)制、VPWM模式下的喚醒信號(hào)以及IR調(diào)制模式等。

三、系統(tǒng)概述

（一）關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)

在了解HCS361之前，我們需要掌握一些關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)，如RKE（遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入）、代碼跳變、代碼字、傳輸、加密密鑰、編碼器、加密算法、解碼器、解密算法、學(xué)習(xí)以及制造商代碼等。這些術(shù)語(yǔ)是理解HCS361工作原理的基礎(chǔ)。

（二）工作原理

HCS361通過(guò)非線性加密算法生成32位跳變代碼，并將其與28/32位序列號(hào)和7/3狀態(tài)位組合成67位傳輸流。加密密鑰、序列號(hào)和配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EEPROM陣列中，該陣列不可通過(guò)外部連接訪問(wèn)，且數(shù)據(jù)可編程但受讀保護(hù)，只有在自動(dòng)擦除和編程操作后才能驗(yàn)證數(shù)據(jù)，有效防止密鑰被訪問(wèn)或同步值被篡改。

（三）學(xué)習(xí)過(guò)程

在系統(tǒng)中使用發(fā)射器之前，接收器必須先“學(xué)習(xí)”發(fā)射器。學(xué)習(xí)過(guò)程包括計(jì)算發(fā)射器的適當(dāng)加密密鑰、解密接收到的跳變代碼，并將序列號(hào)、同步計(jì)數(shù)器值和加密密鑰存儲(chǔ)在EEPROM中。常見(jiàn)的學(xué)習(xí)策略有簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)、正常學(xué)習(xí)和安全學(xué)習(xí)。

（四）接收器操作

接收器接收到消息后，會(huì)首先檢查序列號(hào)是否來(lái)自已學(xué)習(xí)的發(fā)射器。如果是，則使用存儲(chǔ)的加密密鑰對(duì)消息進(jìn)行解密，并驗(yàn)證同步計(jì)數(shù)器。最后，檢查按鈕狀態(tài)以確定請(qǐng)求的操作。

四、設(shè)備操作

HCS361的使用非常簡(jiǎn)單，只需添加按鈕和RF電路即可作為安全應(yīng)用中的發(fā)射器。當(dāng)檢測(cè)到按鈕按下時(shí)，它會(huì)喚醒并進(jìn)行約10ms的按鈕去抖。同步計(jì)數(shù)器、判別值和按鈕信息將被加密形成跳變代碼，每次傳輸?shù)奶兇a都會(huì)改變，且一個(gè)代碼字在超過(guò)64K次傳輸后才會(huì)重復(fù)，基于每天10次操作，可提供超過(guò)18年的使用時(shí)間。如果在傳輸過(guò)程中檢測(cè)到新按鈕被按下，會(huì)立即重置并生成新的代碼字。

五、EEPROM內(nèi)存組織

HCS361包含192位（12 x 16位字）的EEPROM內(nèi)存，用于存儲(chǔ)加密密鑰信息、同步值等。具體包括64位加密密鑰（KEY_0 - KEY_3）、16位同步計(jì)數(shù)器（SYNC_A, SYNC_B）、48位種子代碼（SEED_0, SEED_1, SEED_2）、32位編碼器序列號(hào)（SER_0, SER_1）以及配置字（CONFIG）。配置字包含多個(gè)選項(xiàng)位，用于選擇調(diào)制格式、波特率、位格式、同步脈沖調(diào)制、溢出位等，這些選項(xiàng)位的不同組合可以滿足不同的應(yīng)用需求。

六、傳輸字

（一）傳輸格式

HCS361的傳輸由前導(dǎo)碼、頭部、加密數(shù)據(jù)和固定數(shù)據(jù)組成，實(shí)際數(shù)據(jù)為67位，包括32位加密數(shù)據(jù)和35位固定數(shù)據(jù)。每次傳輸后會(huì)有一個(gè)保護(hù)期，以確保數(shù)據(jù)的完整性。加密部分提供多達(dá)40億種變化的代碼組合，非加密部分包括CRC位、VLOW位、功能位和28/32位序列號(hào)，兩者結(jié)合使組合數(shù)達(dá)到(1.47 ×10^{20})。

（二）代碼字組織

代碼字由固定代碼部分和加密代碼部分組成。加密數(shù)據(jù)由4個(gè)功能位、2個(gè)用戶位、溢出位、獨(dú)立模式位、8個(gè)序列號(hào)位和16位同步值生成。非加密代碼數(shù)據(jù)由VLOW位、2個(gè)CRC位、4個(gè)功能位和28位序列號(hào)組成。如果選擇擴(kuò)展序列號(hào)（32位），則4個(gè)功能代碼位將不被傳輸。

七、特殊功能

（一）代碼字完成

代碼字完成是一項(xiàng)自動(dòng)功能，確保即使在按鈕釋放之前傳輸未完成，整個(gè)代碼字也能被完整傳輸，并且至少完成兩個(gè)代碼字的傳輸。如果在傳輸過(guò)程中激活了另一個(gè)按鈕，當(dāng)前傳輸將被中止，并使用新的按鈕信息生成新的代碼。

（二）空白交替代碼字

通過(guò)選擇空白交替代碼字（BACW）功能，可以減少傳輸?shù)钠骄β剩瑥亩鴿M足FCC規(guī)則對(duì)傳輸功率的限制。該功能允許用戶在傳輸長(zhǎng)度較短時(shí)傳輸更高幅度的信號(hào)，有效防止連續(xù)傳輸，有助于發(fā)射器設(shè)備獲得FCC批準(zhǔn)。

（三）CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）位

CRC位用于檢查數(shù)據(jù)的完整性，可檢測(cè)所有單比特錯(cuò)誤和66%的雙比特錯(cuò)誤。在計(jì)算CRC時(shí)，需要注意電池電壓在VLOW跳變點(diǎn)附近可能會(huì)導(dǎo)致CRC計(jì)算錯(cuò)誤，此時(shí)可以重新計(jì)算相反VLOW值的CRC。

（四）自動(dòng)關(guān)閉

自動(dòng)關(guān)閉功能可防止因按鈕意外長(zhǎng)時(shí)間按下而導(dǎo)致設(shè)備耗盡電池電量。該功能可以通過(guò)設(shè)置或清除超時(shí)位來(lái)啟用或禁用，超時(shí)時(shí)間約為25秒。

（五）VLOW：電壓低指示

VLOW位在每次傳輸時(shí)都會(huì)發(fā)送，如果工作電壓低于低電壓跳變點(diǎn)（通常為25°C時(shí)的3.8V），VLOW位將為1，接收器可據(jù)此向用戶提示發(fā)射器電池電量低。

（六）LED輸出操作

在正常傳輸期間，LED輸出在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)為低電平，在保護(hù)時(shí)間為高電平。當(dāng)電源電壓低于低電壓跳變點(diǎn)時(shí)，LED輸出將以約1Hz的頻率閃爍。

八、編程HCS361

在使用HCS361之前，用戶需要將一些參數(shù)（如序列號(hào)和加密密鑰）編程到設(shè)備中。編程周期允許用戶以串行數(shù)據(jù)流的形式輸入所有192位數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在EEPROM中。編程通過(guò)強(qiáng)制PWM線為高電平啟動(dòng)，S0在整個(gè)編程周期內(nèi)保持低電平，S1根據(jù)內(nèi)存映射的LS位進(jìn)行設(shè)置或清除。編程完成后，可以通過(guò)讀取EEPROM來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

九、集成到系統(tǒng)中

（一）學(xué)習(xí)發(fā)射器到接收器

發(fā)射器必須先被接收器“學(xué)習(xí)”才能在系統(tǒng)中使用。學(xué)習(xí)過(guò)程中，接收器需要存儲(chǔ)發(fā)射器的序列號(hào)、當(dāng)前同步計(jì)數(shù)器值和加密密鑰。常見(jiàn)的學(xué)習(xí)策略有多種，但需要注意避免侵犯相關(guān)專利。

（二）解碼器操作

解碼器等待接收傳輸，接收到的序列號(hào)將與EEPROM表中的已學(xué)習(xí)發(fā)射器進(jìn)行比較。如果來(lái)自已學(xué)習(xí)的發(fā)射器，則使用存儲(chǔ)的加密密鑰對(duì)傳輸進(jìn)行解密，并通過(guò)判別位驗(yàn)證加密密鑰的使用是否正確。如果解密有效，則評(píng)估同步值。

（三）與解碼器同步

KEELOQ技術(shù)采用了一種復(fù)雜的同步技術(shù)，通過(guò)一個(gè)三分區(qū)、旋轉(zhuǎn)的同步窗口來(lái)確保系統(tǒng)的安全性。該窗口包括一個(gè)16碼的“單操作”前向窗口、一個(gè)32K碼的“雙操作”（重新同步）窗口和一個(gè)“阻塞窗口”。這種同步方法可以有效阻止無(wú)效傳輸，同時(shí)在發(fā)射器意外激活時(shí)實(shí)現(xiàn)透明的重新同步。

十、開(kāi)發(fā)支持

Microchip為HCS361提供了全面的開(kāi)發(fā)支持，包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（MPLAB? IDE Software）、編譯器/匯編器/鏈接器、模擬器、仿真器、在線調(diào)試器、設(shè)備編程器以及低成本的演示/開(kāi)發(fā)板、評(píng)估套件和入門套件等。這些工具和資源可以幫助工程師更高效地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試。

十一、電氣特性

HCS361的電氣特性包括絕對(duì)最大額定值、直流特性、電源啟動(dòng)和傳輸定時(shí)要求以及各種調(diào)制模式下的定時(shí)參數(shù)等。這些特性為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

十二、封裝信息

HCS361提供PDIP和SOIC兩種封裝類型，每種封裝都有詳細(xì)的標(biāo)記信息和尺寸規(guī)格。了解這些封裝信息有助于工程師選擇合適的封裝形式，并進(jìn)行正確的布局和焊接。

Microchip的HCS361 KEELOQ? 代碼跳變編碼器以其高安全性、豐富的功能和易于使用的特點(diǎn)，為遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)和訪問(wèn)控制系統(tǒng)提供了一個(gè)理想的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求靈活配置和使用該編碼器，以實(shí)現(xiàn)安全、可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。你在使用HCS361的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。