深入解析HCS365 KEELOQ® 跳码编码器

在电子安全领域，远程无钥匙进入（RKE）系统和安全遥控系统对安全性和可靠性有着极高的要求。HCS365 KEELOQ® 跳码编码器凭借其卓越的性能和先进的技术，成为了这些系统的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款编码器。

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一、HCS365概述

HCS365是一款专为安全的远程无钥匙进入（RKE）和安全遥控系统设计的跳码编码器。它采用了KEELOQ® 跳码技术，结合了高安全性、小封装尺寸和低成本的优势，是单向认证系统和访问控制系统的完美解决方案。

1.1 安全特性

• 可编程参数：具备两个可编程的32位序列号、两个可编程的64位加密密钥和两个可编程的60位种子值。这些参数的可编程性为系统提供了高度的灵活性和安全性。
• 唯一传输：每次传输的代码都是唯一的，传输代码长度为67/69位，其中包含32位跳码。这种设计有效避免了代码扫描和代码抓取等攻击手段。
• 加密密钥保护：加密密钥具有读取保护功能，存储在EEPROM阵列中，无法通过外部连接访问，只有在自动擦除和编程操作后才能验证数据，防止密钥被获取或同步值被篡改。

1.2 操作特性

• 宽电压范围：工作电压范围为2.05 - 5.5V，适应多种电源环境。
• 多按钮输入：提供四个按钮输入，可实现15种功能。
• 可选波特率：支持四种可选波特率，方便根据不同的应用场景进行调整。
• 代码字完成设置：可选择最小代码字完成数量，确保传输的完整性。
• 电池低信号传输：能够将电池低信号传输给接收器，提醒用户及时更换电池。
• 非易失性同步数据：同步数据具有非易失性，保证系统在断电后仍能正常工作。
• 多种调制方式：支持PWM、VPWM、PPM和Manchester调制方式，满足不同的通信需求。
• 按钮队列信息传输：可以传输按钮队列信息，增强系统的交互性。
• 双编码器功能：支持双编码器功能，允许两个制造商使用同一设备，而无需在每个编码器中使用相同的制造商代码。

1.3 其他特性

• 片上EEPROM：用于存储用户可编程数据和同步计数器，确保数据的安全性和可靠性。
• 片上调谐振荡器：精度为±10%（在电压和温度变化范围内），提供稳定的时钟信号。
• 内部下拉电阻：按钮输入具有内部下拉电阻，简化了外部电路设计。
• LED输出：提供LED输出，方便用户进行状态指示。
• PLL控制：支持ASK和FSK的PLL控制，提高通信的稳定性。
• 低外部组件数量：所需的外部组件数量较少，降低了系统成本和复杂度。

二、典型应用

HCS365适用于多种远程无钥匙进入（RKE）应用，包括：

• 汽车RKE系统：实现汽车的远程开锁、关锁等功能。
• 汽车报警系统：增强汽车的安全性，防止车辆被盗。
• 汽车防盗器：有效防止汽车被盗用。
• 大门和车库门开启器：方便用户远程控制大门和车库门的开启和关闭。
• 身份令牌：用于身份验证和访问控制。
• 防盗报警系统：提供安全的报警功能。

三、系统概述

3.1 关键术语

• RKE：远程无钥匙进入。
• 按钮状态：指示激活传输的按钮输入，包含4个按钮状态位S3、S2、S1和S0。
• 跳码：一种使代码在每次传输时看起来随机变化的方法，有效防止代码被破解。
• 代码字：按钮激活时重复传输的数据块。
• 传输：由重复的代码字组成的数据流。
• 加密密钥：用于加密和解密数据的64位唯一秘密数字。
• 编码器：生成和编码数据的设备。
• 加密算法：使用加密密钥对数据进行加密的算法。
• 解码器：解码从编码器接收的数据的设备。
• 解密算法：使用相同的加密密钥对加密数据进行解密的算法。
• 学习：接收器计算发射器的适当加密密钥，解密接收到的跳码，并将序列号、同步计数器值和加密密钥存储在EEPROM中的过程。
• 制造商代码：用于推导加密密钥的64位唯一秘密数字。

3.2 工作原理

HCS365通过非线性加密算法生成跳码，并将其与序列号和状态位结合，创建安全的传输代码。每次按钮按下时，同步计数器会递增，导致跳码的大部分位发生变化，从而使每次传输的代码都不同。接收器在使用发射器之前，需要先对其进行“学习”，包括计算加密密钥、解密跳码、存储序列号和同步计数器值等操作。在正常操作中，接收器会对接收到的消息进行评估，验证序列号、解密消息并检查按钮状态，以确定请求的操作。

四、设备描述

4.1 引脚说明

HCS365的引脚功能如下：	名称	编号	引脚描述
S0	1	开关输入0
S1	2	开关输入1
S2	3	开关输入2
S3/SHIFT/RFEN	4	开关输入3，RF使能输出，SHIFT按钮
VSS	5	接地参考
DATA	6	数据输出引脚
LED	7	LED的开漏输出
VDD	8	正电源电压

4.2 工作模式

HCS365通常处于低功耗睡眠模式。当按钮输入变为高电平时，设备会唤醒，启动升压调节器，并经过按钮消抖延迟后锁存按钮代码。根据配置选项和按钮代码，设备会确定传输的数据和调制格式。传输由一系列代码字组成，在按钮按下后TPU时间开始传输，只要按钮保持按下状态或直到超时发生。超时时间可以通过Time-out Select（TSEL）配置选项进行选择，可选值为0.8s、3.2s、12.8s或25.6s。当超时发生时，设备会进入睡眠模式，以保护电池。

4.3 数据存储

HCS365具有片上非易失性EEPROM，用于存储用户可编程数据和同步计数器。这些数据在生产时进行编程，包括编码器密钥、序列号、鉴别值和种子值等安全相关信息。所有安全相关选项都具有读取保护功能。同步计数器在生产时设置初始值，之后由设备自行维护。设备具有内置的冗余保护机制，能够从计数器损坏中恢复。

五、EEPROM组织

HCS365的EEPROM组织分为三个部分，分别对应编码器1、编码器2和设备选项。每个部分包含多个配置选项，用于设置加密密钥、种子值、同步计数器、序列号、调制格式等参数。这些选项可以根据不同的应用需求进行编程。

5.1 双编码器操作

HCS365包含两个发射器配置，具有独立的序列号、编码器密钥、鉴别值、计数器和种子值。可以通过SHIFT输入引脚选择使用哪个编码器配置。低电平选择编码器1，高电平选择编码器2。

5.2 代码字格式

KEELOQ代码字由32位跳码数据、32位固定代码数据和3 - 5位状态信息组成。

• 跳码部分：通过对计数器、鉴别值和功能代码使用编码器密钥进行加密计算得到。计数器可以是16位或20位，由Configuration Option Counter Select（CNTSEL）值决定。鉴别值用于在解码器端进行解密后检查。
• 固定代码部分：由28位序列号和4位功能代码组成。可以通过设置Extended Serial Number（XSER）配置选项将其改为包含完整的32位序列号。
• 状态信息：包含低电压（VLOW）检测器输出和循环冗余校验（CRC）。如果Queue（QUEN）启用，还会包含按钮队列信息。

5.3 种子代码字格式

种子传输发送一个由60位固定数据组成的代码字，存储在EEPROM中。可用于编码器的安全学习或需要固定代码传输的情况。种子代码字包含功能代码和状态信息（VLOW、CRC和QUEUE）。种子代码字的功能代码始终为111（1111）。

六、传输字

6.1 传输调制格式

HCS365的传输由多个代码字组成，每个代码字包含前导码、头部和数据。代码字之间由保护时间分隔，保护时间可以通过Guard Time Select（GSEL）配置选项设置为0 ms、6.4 ms、51.2 ms或102.4 ms。其他调制格式的时序规范基于基本时序元素（TE），TE可以通过Baud Rate Select（BSEL）配置选项设置为100 μs、200 μs、400 μs或800 μs。头部时间可以通过Header Select（HSEL）配置选项设置为4TE或10TE。

6.2 调制方式

HCS365支持四种不同的调制方式，可分别为编码器1和编码器2进行设置：

• 脉冲宽度调制（PWM）
• 曼彻斯特（MAN）
• 可变脉冲宽度调制（VPWM）
• 脉冲位置调制（PPM）

此外，还可以通过START/STOP Pulse Enable（STEN）配置选项在每个代码字的开头和结尾添加‘1’，以确保某些调制格式（如曼彻斯特和PPM）能够正确解释第一个和最后一个数据位。

HCS365 KEELOQ® 跳码编码器以其卓越的安全性、灵活的配置选项和低功耗设计，为远程无钥匙进入和安全遥控系统提供了可靠的解决方案。电子工程师在设计相关系统时，可以充分利用HCS365的这些特性，打造出更加安全、高效的产品。你在使用类似编码器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。