解码基于曼彻斯特编码 ASK 调制的汽车遥控钥匙通信 ——使用是德科技 InfiniiVision X 系列示波器

[{"attributes":{"size":"small"},"insert":"——转自是德科技"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"right"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"引言 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"在汽车遥控钥匙的研发和调试阶段，有时需要解码以曼彻斯特编码为基础的幅移键控（ASK）钥匙通信。解码钥匙射频猝发数据包需要在数字解码之前先进行解调。是德科技InfiniiVision X 系列示波器中的协议解码是以硬件技术（实时解码）为基础，解调都是以硬件方式执行。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"InfiniiVision 示波器可以采用一种特殊的触发模式和触发输出信号，在示波器内部（以迂回的方式）对钥匙射频信号进行数字解调。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"本应用指南概要性地介绍了曼彻斯特编码，并就如何探测和捕获汽车遥控钥匙信号、如何对每个猝发脉冲/数据包进行硬件解调，以及如何在是德科技的 InfiniiVision 3000T 和 4000A X 系列示波器上使用用户可定义的曼彻斯特/NRZ 触发和解码选件（DSOXT3NRZ/DSOX4NRZ） 对 2 kbps 至 5 Mbps 数据速率传输的消息进行解码和触发。"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"曼彻斯特编码概述 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"除了部分汽车遥控钥匙是基于频移键控（FSK）方式，大多数遥控钥匙串行通信均采用曼彻斯特编码的幅移键控（ASK）方式。采用曼彻斯特编码时，位周期中点附近的位跳变决定了发射和/或接收位的极性。位周期中间的上升跳变/边沿通常对应逻辑“0”，而位周期中间的下降跳变则对应逻辑“1”，如图 1 中的解调波形时序图所示。处于位边界处或附近位置的跳变忽略不计。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/f642c872741eefc4.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"探测遥控钥匙信号并确定初始设置条件 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"在空中“嗅探”遥控钥匙信号的一种方法是将环形天线连接到 BNC 电缆，然后将 BNC 电缆连接到示波器的输入通道，如图 2 所示。就我们在本应用指南中所展示的密钥卡测量示例而言，我们将此环形天线连接到示波器通道 1 输入（阻抗设定为50-Ω）。如果没有环形天线，您可以将标准 10:1 无源探头的接地导线连接到探头前端来简单制作一个。请注意，由于大多数汽车钥匙均基于 315 MHz 或 433.92 MHz 射频载波频率，因此建议使用 1 GHz 或更高带宽的示波器进行测试。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/bdefaa17dc4381eb.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"由于我们使用的是单次发射的射频猝发脉冲信号，因此确定初始设置条件（垂直定标，水平定标和触发）将是一个重复的试错过程。我们不能使用示波器的自动定标功能，因为自动定标需要重复稳定的输入信号。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"首先让示波器恢复默认设置，然后选择水平菜单将时间参考值更改为左。这会将触发参考点从显示屏中心移动到距离左侧一格的位置。当前大多数数字示波器的默认触发位置位于屏幕中心，这意味着示波器在触发事件之前捕获一半波形，在触发事件之后捕获另一半波形。虽然汽车钥匙信号是单发脉冲，我们会设置示波器在第一个射频猝发脉冲触发，然后在触发事件之后捕获波形。触发（按下钥匙按钮）之前不会发生任何事情。"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"探测遥控钥匙信号并建立初始设置条件（续） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"使用示波器自动上升沿触发，首先按下遥控钥匙上的按键，同时观察示波器的显示。刚开始您可能什么也看不到。这是因为示波器的 伏/格 设置可能过高。请缩减 伏/格 设置，直到观察到信号幅度大约为示波器屏幕 4 到 5 格捕获波形，如图 3 所示。在示波器自动触发的情况下，这些波性会在按下钥匙按键之间的间隔消失。我们建议您还可以调整垂直偏置，使波形更靠近显示屏顶部。因为屏幕的下半部分需要显示后续的波形。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#57585a"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/0a4f392513985612.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"设置垂直定标的另一种方法是使用示波器的未触发滚动模式，这一模式可在“水平”菜单中设定。在使用滚动模式建立最佳定标之后，请返回正常时基模式设置触发。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"接下来，在调制的上半部分设置触发电平，按下示波器上的单次采集前面板按键，然后再次按下钥匙按键。现在，每当您按下钥匙按键时，示波器应当触发第一个调制的脉冲，如图 4 所示。此时，由于示波器的单次采集模式关闭了自动触发，因此在按下密钥卡按钮之间的间隔里，波形应当仍保留在屏幕上。观察到的调制脉冲的数量取决于您正在测试的密钥卡的波特率。"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"探测遥控钥匙信号并确定初始设置条件（续） "},{"insert":"\n"},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/3de10e713dede819.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"此时，我们需要更改时基设置（秒/格），以便捕获完整的调制后的猝发脉冲/数据包。同样，更改时基设置（通常更改为更长的时间跨度）也是一个重复的过程，按下“单次”将示波器设置为单发采集，然后按下密钥卡按钮，直到找到最佳时基定标。图 5 所示以 12 ms/格捕获并显示的调制后脉冲的四个猝发脉冲/数据包。请注意，最适合于您的遥控钥匙测量应用的时基设置取决于您的遥控钥匙的波特率、数据包长度以及每次按键连续传输的数据包数量。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/de24f8c3fad0cccb.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"硬件数字解调 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"在该信号能通过示波器解码之前，必须将其解调为一系列数字信号。通过设置一种特殊的触发条件（码型超时），然后将触发信号输出到示波器后面板上的触发输出 BNC，可以使用示波器的硬件（6000 X 系列示波器不可用）解调该信号。然后，我们将这个时间相关的数字信号输出给示波器的另一个通道进行解码。"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"要设置这一特殊触发模式，请选择触发菜单，然后选择码型触发。在码型触发菜单中，将限定符更改为超时。接下来，根据数据通道设置一个 1 位码型，告诉示波器在最小 超时后模拟通道1（取决于所用通道）为低（0）时触发。我们的经验是将超时值设置为数据周期的大约 1%。由于此密钥卡的工作速率为 4.83 kbps，因此我们将超时值设置为“> 2.00 μs”。这将有助于确保调制下降边沿上的随机噪声不至于引起误触发。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"接下来，按下示波器上的“单次”，然后按下一个钥匙按键以确保示波器成功触发。在第一个调制脉冲变低之后2us，示波器应当成功触发，如图 6 所示。尽管看起来这个触发条件与前一个默认边沿触发条件没有任何不同，因为示波器仍然在非常接近第一个猝发脉冲开始处的位置触发，利用码型超时触发条件可以在示波器内创建反向的数字解调信号。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/82e16968a7a3bdcc.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"如需设置示波器将触发信号输出到示波器后面板上的触发输出 BNC，请选择“系统设置(Utility)”菜单，然后选择“选项”，然后选择“后面板”，然后选择“Trigger Source”。现在，将BNC 电缆从触发输出 BNC（后面板）连接到示波器的通道 2 输入。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"接下来，打开通道 2，选择“反向”（反转反向解调信号），然后将通道 2 垂直定标设置为 5 V/格，偏置为大约 +10 V。这样应当能将解调的波形放到通道 1 的射频调制波形之下。"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/a7cfe55406fa2d5b.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"硬件数字解调（续） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"现在按下示波器上的“单次”，然后按下密钥卡按钮。您应当可以观察到密钥卡射频猝发脉冲的数字解调表述，如图 7 所示。这是我们将要使用示波器的曼彻斯特解码器进行解码的信号。如果您仔细观察捕获的波形，则应当看到第一个猝发脉冲看起来与这个待测试和记录的特定密钥卡的第二、第三和第四个猝发脉冲稍有不同。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":" "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"解码数字解调波形 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"为了在每次按下钥匙按键时对示波器通道 2 捕获的数字解调信号进行解码，首先选择“串行”菜单，然后选择“曼彻斯特”解码模式。现在，我们将从左到右进行设置，以便在“信号”、“总线配置”和“设置”子菜单中建立各种用户可定义的设置参数，来定义这个曼彻斯特编码和解调信号。请注意，您测试的密钥卡的具体参数可能会有很大的不同，这具体取决于所用的遥控钥匙所用协议。我们在本文档中定义的参数专用于一款新欧洲车型的遥控钥匙。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"在“信号”子菜单中定义以下参数，如图 8 所示。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 源 = 2（通道 2） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 阈值 =~-2.0 V（靠近通道 2 波形的 50% 水平） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 波特率 = 4.83 kb/s "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 容差 = 20% "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#57585a"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/5c31dfd4dbb4c2dd.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"按下“返回”键返回主曼彻斯特解码菜单，然后选择“总线配置”子菜单。在“总线配置”子菜单 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"中定义以下参数，如图 9 所示： "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 同步大小 = 15 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 标头大小 = 24 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 字数 = 8 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 数据字大小 = 8 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 标尾大小 = 1（一个奇偶校验位） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/e6429de89a600b6a.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ff0000"},"insert":"解码数字解调波形（续）"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"请注意，如果您不知道信号上这些字段的位数和大小，您可以先将“标头大小”和“标尾大小”设置为 0，然后将“字数”更改为 <auto>。您还可以选择“位显示格式”（二进制），这样就能简单地将所有位解码为二进制“1”和“0”数据流。这样做可能有助于您进一步确定参数。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"现在，按下“返回”键返回主曼彻斯特解码菜单，然后选择“设置”子菜单。在“设置”子菜单中 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"定义以下参数，如图 10 所示： "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 起始边沿 # = 3 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 极性 = 下降：1（下降沿 = 1，上升沿 = 0） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 位序 = MSB（最高有效位首先发送） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 空闲位 = 5 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"– 解码基础 = Hex "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/3a8cb9d7ab9658b7.png"}},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"现在，按下示波器上的“单次”，然后按下一个密钥卡按钮。如果曼彻斯特解码设置正确，我们应当能在图 11 所示的波形下观察到时间相关的解码迹线。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/d02effd0f8f2fc89.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ff0000"},"insert":"解码数字解调波形（续）"},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"对于这一特定遥控钥匙信号，第一个发送的猝发脉冲是一个唤醒同步数据包。在发送实际的曼彻斯特编码消息之前，第二、第三和第四个猝发脉冲的前端是前导/同步字段。要解码的第 1 个位（起始边沿 #）是最重要的设置参数之一，它有时非常难以确定。在猝发脉冲开始和消息开始之间，经常可能发生非曼彻斯特时序的位。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"图 12 所示为第二个猝发脉冲开始处的放大视图，曼彻斯特解码显示设置为“位”制式，以便分别对“1”和“0”进行解码。对于这个遥控信号，空闲位的数量必须设置为大于第一个解调脉冲的长度，但小于猝发脉冲之间的时间。前导/同步字段在第三个检测到的边沿（上升沿和下降沿均予以计数）开始，然后标头字段在 15 个同步位之后开始。另外，我们可以通过将同步字段大小设置为“0”来跳过前导/同步位，然后将起始边沿号设置为“32”。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/ae8ff2cec9b80336.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"解码数字解调波形（续） "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"由于相对于示波器时基设置和波特率的关系，我们并不能总是在波形下方的时间相关解码迹线中查看所有解码位。但如果您打开如图 13 所示的协议“列表”显示，您将可以看到所有解码的位。我们现在可以看到，遥控钥匙首先发送包含全部零的唤醒同步猝发脉冲，然后发送三个具有相同精确编码的猝发脉冲。然而，下一次按下密钥卡按钮时，编码会发生更改（滚动/跳跃编码）。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/bce628d4b6115c73.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"总结 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"在 InfiniiVision 3000T 或 4000A X 系列示波器上使用是德科技的用户可定义曼彻斯特/NRZ 串行触发和解码选项，可以帮助您对基于曼彻斯特编码的汽车遥控钥匙进行测试和调试。是德科技还提供其他通常用于汽车测量应用的选件，包括 CAN、CAN FD、LIN、FlexRay、SENT、I2C、SPI 等。要了解有关汽车串行总线测试的更多信息，请参阅本应用指南结尾处相关文献部分中的文档。观看关于汽车测量应用的视频短片，请访问www.keysight.com/find/scopes-auto。 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":"相关文献 "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#ed1a36"},"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202208/76deddf566d83af0.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"如欲下载上述文档，请在网址中插入出版物编号： "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#231f20"},"insert":"http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/XXXX-XXXXEN.pdf"},{"insert":"\n \n"}]