深入剖析Microchip HCS320 KEELOQ® 代码跳变编码器

在电子安全领域，远程无钥匙进入（RKE）系统的安全性至关重要。Microchip的HCS320 KEELOQ® 代码跳变编码器为RKE系统提供了一种安全、低成本且易于使用的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款编码器。

文件下载：HCS320-I/P.pdf

1. 核心特性

1.1 安全特性

HCS320具有高度的安全性，这得益于其独特的设计。它拥有可编程的28位序列号和64位加密密钥，每个传输都是唯一的，传输代码长度达到66位。其中，32位跳变代码和34位固定代码（包含28位序列号、4位功能代码和2位状态）构成了整个传输代码。而且，加密密钥是读取保护的，有效防止了密钥被非法获取。

1.2 操作特性

在操作方面，HCS320的工作电压范围为3.5V - 13.0V，有移位键和三个输入，提供16种功能。同时，它还具备可选的波特率、自动码字完成功能，能将电池电量低的信号传输给接收器，并通过LED指示电池电量低。此外，它还拥有非易失性同步数据，确保数据的稳定性。

1.3 其他特性

HCS320还具有易于使用的编程接口、片上EEPROM、片上振荡器和定时组件。按钮输入具有内部下拉电阻，LED输出具有电流限制，外部组件成本低，这些特性使得它在实际应用中更加便捷和经济。

2. 典型应用

HCS320非常适合用于远程无钥匙进入（RKE）应用，包括汽车RKE系统、汽车报警系统、汽车防盗器、大门和车库门开启器、身份令牌以及防盗报警系统等。它的高安全性和低成本特性，使得这些应用能够更加可靠和安全地运行。

3. 系统概述

3.1 关键术语

在了解HCS320之前，我们需要先了解一些关键术语。例如，RKE是远程无钥匙进入；代码跳变是一种使代码在每次传输时看起来不可预测地变化的方法；加密密钥是用于加密和解密数据的64位数字等。这些术语对于理解HCS320的工作原理至关重要。

3.2 工作原理

HCS320结合了通过非线性加密算法生成的32位跳变代码、28位序列号和六位状态位，创建了一个66位的传输流。这种设计消除了代码扫描的威胁，代码跳变机制使每个传输都是唯一的，从而使代码捕获和重发（代码抓取）方案失效。

4. 设备操作

4.1 引脚描述

HCS320的引脚包括S0、S1、S2、SHIFT、VSS、PWM、LED和VDD。每个引脚都有其特定的功能，例如S0 - S2是开关输入，SHIFT是移位开关输入，PWM是脉冲宽度调制输出或编程模式的数据引脚等。

4.2 操作流程

当检测到按钮按下时，HCS320会唤醒并延迟约10ms进行按钮去抖。同步计数器、判别值和按钮信息将被加密形成跳变代码。即使按下相同的按钮，跳变代码部分也会在每次传输时发生变化。一个已传输的码字在超过64K次传输之前不会重复，这提供了超过18年的使用时间（基于每天10次操作）。

5. EEPROM内存组织

HCS320包含192位（12 x 16位字）的EEPROM内存，用于存储加密密钥信息、同步值等。其中，64位加密密钥用于创建传输到接收器的加密消息，16位同步值用于创建传输的跳变代码，28位序列号是每个发射器唯一的，配置字则存储了加密过程中使用的信息和选项配置的状态。

6. 传输字

6.1 码字格式

HCS320的码字由50%占空比的前导码、头部、32位加密数据和34位固定数据组成，后面跟着一个保护期。

6.2 码字组织

66位的码字由固定代码部分和加密代码部分组成。32位的加密数据由4个按钮位、12个判别位和16位同步值生成，提供了多达40亿种变化的代码组合。34位的固定代码数据由2个状态位、4个按钮位和28位序列号组成，固定和加密部分结合增加了代码组合的数量。

6.3 同步传输模式

同步传输模式可以使用外部时钟将码字时钟输出。进入同步传输模式需要执行编程模式启动序列，在该模式下，PWM数据串的时序由外部控制，并且在码字末尾会传输16个额外的位。

7. 特殊功能

7.1 码字完成

码字完成是一个自动功能，确保即使在传输完成之前释放发送按钮，整个码字也能被传输。

7.2 自动关机

自动关机功能可以防止设备在按钮意外长时间按下时耗尽电池。该功能可以通过设置或清除自动关机位来启用或禁用。

7.3 电压低指示

VLOW位在每次传输时都会发送，如果工作电压低于低电压跳闸点，VLOW位将被设置为1，以提醒接收器发射器电池电量低。

7.4 重复指示

RPT位在第一个传输字时为低，如果按钮按下超过一个传输码字，该位将被设置为指示重复的码字，直到按钮释放。

7.5 LED输出操作

在正常传输期间，LED输出通过闪烁LED来指示移位级别。如果电源电压低于低电压跳闸点，LED输出将在传输期间以约5Hz的频率切换。

7.6 空白交替码字

空白交替码字（BACW）用于降低传输的平均功率，通过选择不同的波特率和码字空白选项，可以减少连续码字的传输，从而降低平均功率，有助于通过FCC认证。

7.7 SHIFT键操作

SHIFT键用于增加计数器的值，称为移位级别。连续按下SHIFT键可以将移位级别增加到3，然后再回到0。当按下传输按钮时，传输的功能代码取决于移位级别。

8. 编程HCS320

在使用HCS320之前，需要将一些参数（如序列号和密钥）编程到设备中。编程周期允许用户以串行数据流的形式输入所有192位数据，然后将其存储在内部EEPROM中。编程完成后，可以通过读取EEPROM来验证数据。

9. 集成到系统中

9.1 学习发射器到接收器

发射器必须先被接收器“学习”才能在系统中使用。学习过程包括计算发射器的加密密钥、解密接收到的跳变代码，并将序列号、同步计数器值和加密密钥存储在EEPROM中。

9.2 解码器操作

解码器等待接收传输，将接收到的序列号与EEPROM表中的学习发射器进行比较，以确定该发射器是否被允许在系统中使用。如果是学习过的发射器，传输将被解密并通过判别位进行认证，然后评估同步值。

9.3 与解码器同步

KEELOQ技术采用了一种复杂的同步技术，通过一个3分区的旋转同步窗口来确保系统的安全性。该窗口包括一个16代码的单操作窗口、一个32K代码的双操作（重新同步）窗口和一个被阻止的窗口，有效地阻止了无效传输，同时提供了透明的重新同步功能。

10. 开发支持

Microchip为PIC® 微控制器和dsPIC® 数字信号控制器提供了全面的软件和硬件开发工具，包括集成开发环境、编译器、模拟器、仿真器、在线调试器、设备编程器以及低成本的演示/开发板、评估套件和入门套件等。这些工具为工程师提供了便捷的开发环境，帮助他们更快地实现产品开发。

11. 电气特性

HCS320的绝对最大额定值包括电源电压、输入电压、输出电压、最大输出电流、存储温度、引脚焊接温度和ESD额定值等。其直流特性包括工作电流、待机电流、高低电平输入输出电压、LED灌电流和下拉电阻等。

12. 封装信息

HCS320提供PDIP和SOIC两种封装类型，每种封装都有其特定的尺寸和标记信息。

总结

Microchip的HCS320 KEELOQ® 代码跳变编码器是一款功能强大、安全可靠的编码器，适用于各种远程无钥匙进入应用。它的高安全性、低外部组件成本和易于使用的编程接口，使其成为电子工程师设计RKE系统的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理配置和使用HCS320，以确保系统的安全性和稳定性。大家在使用过程中有没有遇到什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。