深入解析Microchip HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器

在電子工程師的日常工作中，安全可靠的遠程無鑰匙進入（RKE）系統(tǒng)設(shè)計是一個重要的課題。Microchip的HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器為這一領(lǐng)域提供了一個強大而安全的解決方案。今天，我們就來深入探討一下HCS370的特點、工作原理以及應(yīng)用場景。

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一、HCS370概述

HCS370是一款專為安全的遠程無鑰匙進入（RKE）和安全遠程控制系統(tǒng)設(shè)計的代碼跳變編碼器。它采用了KEELOQ? 代碼跳變技術(shù)，結(jié)合了高安全性、小封裝尺寸和低成本的優(yōu)勢，是單向認證系統(tǒng)和訪問控制系統(tǒng)的理想選擇。

二、主要特性

（一）安全性

1. 可編程參數(shù)：擁有兩個可編程的32位序列號、兩個可編程的64位編碼器密鑰和兩個可編程的60位種子值，這些參數(shù)為系統(tǒng)提供了高度的安全性。
2. 唯一傳輸：每次傳輸?shù)拇a都是唯一的，傳輸代碼長度為67/69位，其中包含32位跳變代碼，有效防止了代碼掃描和代碼抓取等攻擊手段。
3. 加密密鑰保護：加密密鑰具有讀取保護功能，確保了數(shù)據(jù)的安全性。

（二）操作特性

1. 寬電壓范圍：支持2.05 - 5.5V的工作電壓，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 多按鈕輸入：提供六個按鈕輸入，可實現(xiàn)15種功能，滿足不同的應(yīng)用需求。
3. 可選波特率：具有四個可選的波特率，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。
4. 電池低電量信號：能夠?qū)㈦姵氐碗娏啃盘杺鬏斀o接收器，提醒用戶及時更換電池。
5. 非易失性同步數(shù)據(jù)：采用非易失性同步數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)在斷電后仍能保持同步。
6. 多種調(diào)制方式：支持PWM、VPWM、PPM和Manchester調(diào)制方式，增加了系統(tǒng)的靈活性。
7. 按鈕隊列信息傳輸：可傳輸按鈕隊列信息，方便實現(xiàn)復(fù)雜的操作邏輯。
8. 雙編碼器功能：支持雙編碼器功能，允許兩個制造商使用同一設(shè)備而無需使用相同的制造商代碼。

（三）其他特性

1. 片上EEPROM：集成了片上EEPROM，用于存儲用戶可編程數(shù)據(jù)和同步計數(shù)器。
2. 片上調(diào)諧振蕩器：具有片上調(diào)諧振蕩器，頻率在電壓和溫度變化時保持在±10%的范圍內(nèi)。
3. 內(nèi)部下拉電阻：按鈕輸入具有內(nèi)部下拉電阻，簡化了外部電路設(shè)計。
4. LED輸出：提供LED輸出，可用于指示系統(tǒng)狀態(tài)。
5. PLL控制：支持ASK和FSK的PLL控制，提高了射頻性能。
6. 低外部組件數(shù)量：所需的外部組件數(shù)量較少，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。
7. 升壓穩(wěn)壓器：集成了升壓穩(wěn)壓器，可滿足不同的電源需求。

三、工作原理

（一）系統(tǒng)概述

HCS370的核心是KEELOQ? 代碼跳變技術(shù)。在使用前，需要將一些重要參數(shù)加載到片上EEPROM中，包括序列號、加密密鑰和初始同步值。加密密鑰的生成通常將發(fā)射器序列號和64位制造商代碼輸入到密鑰生成算法中。

（二）代碼字生成

當按鈕被按下時，編碼器會讀取按鈕輸入并更新同步計數(shù)器。同步計數(shù)器和加密密鑰被輸入到加密算法中，輸出32位加密信息，即跳變代碼。跳變代碼與按鈕信息和序列號組合形成傳輸給接收器的代碼字。

（三）接收器學習

在使用發(fā)射器之前，接收器需要“學習”發(fā)射器。學習過程包括計算發(fā)射器的加密密鑰、解密接收到的跳變代碼、存儲序列號、同步計數(shù)器值和加密密鑰。接收器通常通過運行編碼器序列號或種子通過密鑰生成例程來計算加密密鑰。

（四）正常操作

在正常操作中，接收器接收并評估每個接收到的消息。如果序列號來自已學習的發(fā)射器，則消息將被解密并驗證同步計數(shù)器。最后，檢查按鈕狀態(tài)以確定請求的操作。

四、EEPROM組織

HCS370的EEPROM分為三個部分，分別存儲編碼器1、編碼器2和設(shè)備選項的相關(guān)信息。這些信息包括編碼器密鑰、種子值、同步計數(shù)器、序列號、判別值、調(diào)制格式等。通過對這些參數(shù)的編程，可以實現(xiàn)不同的功能和配置。

五、傳輸格式

（一）調(diào)制格式

HCS370支持四種不同的調(diào)制格式，包括脈沖寬度調(diào)制（PWM）、曼徹斯特（MAN）、可變脈沖寬度調(diào)制（VPWM）和脈沖位置調(diào)制（PPM）?？梢酝ㄟ^調(diào)制選擇（MSEL）配置選項進行選擇。

（二）傳輸參數(shù)

傳輸由多個代碼字組成，每個代碼字包含前導(dǎo)碼、頭部和數(shù)據(jù)。代碼字之間由保護時間分隔。保護時間、波特率、頭部時間等參數(shù)可以通過相應(yīng)的配置選項進行設(shè)置。

（三）其他選項

還可以通過配置選項設(shè)置起始/停止脈沖、喚醒序列等，以滿足不同的應(yīng)用需求。

六、特殊功能

（一）內(nèi)部RC振蕩器

HCS370內(nèi)置了RC振蕩器，控制所有邏輯輸出的時序特性。振蕩器頻率在溫度和電壓變化時保持在±10%的范圍內(nèi)。

（二）RF使能和PLL接口

RFEN引腳在數(shù)據(jù)傳輸時會被驅(qū)動為高電平，與RF PLL接口。可以通過PLL接口選擇（PLLSEL）配置選項選擇ASK或FSK接口。

（三）LED輸出

LED引腳在數(shù)據(jù)傳輸時會被驅(qū)動為低電平，LED開啟時間可以通過LED開啟時間選擇（LEDOS）配置選項進行選擇。

（四）升壓穩(wěn)壓器

可以通過設(shè)置VIN電阻分壓器和電感來創(chuàng)建自己的升壓穩(wěn)壓器電路。WAIT選項可以延遲RF傳輸，直到COUT充電完成。SLEEP輸出使能（SOEN）選項可以重新配置S5引腳，以節(jié)省升壓穩(wěn)壓器的功耗。

（五）循環(huán)冗余校驗（CRC）

CRC位用于檢查數(shù)據(jù)的完整性，可檢測所有單比特錯誤和66%的雙比特錯誤。

（六）按鈕隊列信息（QUEUE）

可以通過隊列計數(shù)器使能（QUEN）配置選項控制按鈕隊列的處理方式。當QUEN選項禁用時，設(shè)備最多可以記錄兩個連續(xù)的按鈕按下；當QUEN選項啟用時，隊列位會被添加到標準代碼字中。

七、編程規(guī)范

關(guān)于HCS370的編程規(guī)范，請參考Microchip文獻中的“ HCS370 Programming Specifications”文檔（DS41157）。

八、系統(tǒng)集成

（一）學習發(fā)射器

發(fā)射器必須先被接收器“學習”才能在系統(tǒng)中使用。學習過程包括接收和驗證傳輸、生成加密密鑰、解密消息、驗證判別值和計數(shù)器值等步驟。

（二）解碼器操作

解碼器等待接收傳輸，比較接收到的序列號與已學習發(fā)射器的EEPROM表，以確定是否允許該發(fā)射器在系統(tǒng)中使用。如果是已學習的發(fā)射器，則解密傳輸并驗證同步值。

（三）同步與解碼器

KEELOQ技術(shù)采用了一種復(fù)雜的同步技術(shù)，通過一個三分區(qū)、旋轉(zhuǎn)的同步窗口來確保系統(tǒng)的安全性。該技術(shù)可以阻止無效傳輸，同時實現(xiàn)與發(fā)射器的透明重新同步。

（四）安全考慮

HCS370的安全性基于保持發(fā)射器內(nèi)部的秘密，即制造商密鑰。為了保護系統(tǒng)安全，建議使用隨機種子進行安全學習，以防止制造商密鑰被破解。此外，還可以采取一些措施來提高系統(tǒng)的安全性，如增加計數(shù)器、使用單獨的按鈕功能等。

九、開發(fā)支持

Microchip為PIC? 微控制器和dsPIC? 數(shù)字信號控制器提供了一系列的軟件和硬件開發(fā)工具，包括集成開發(fā)環(huán)境、編譯器、匯編器、鏈接器、模擬器、仿真器、在線調(diào)試器、設(shè)備編程器等。這些工具可以幫助工程師更高效地開發(fā)和調(diào)試HCS370相關(guān)的應(yīng)用。

十、電氣特性

HCS370的電氣特性包括最大額定值、直流特性和交流特性。在使用時，需要確保設(shè)備在規(guī)定的電氣參數(shù)范圍內(nèi)工作，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

十一、封裝信息

HCS370提供了多種封裝類型，包括PDIP、SOIC和TSSOP。每種封裝都有其特定的尺寸和引腳配置，工程師可以根據(jù)實際需求選擇合適的封裝。

總結(jié)

Microchip的HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器是一款功能強大、安全可靠的編碼器，適用于各種遠程無鑰匙進入和安全遠程控制應(yīng)用。通過深入了解其特性、工作原理和應(yīng)用場景，工程師可以更好地設(shè)計和實現(xiàn)安全高效的系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體需求進行合理的配置和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的性能和安全性。你在使用HCS370的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。