Охранное кодовое устройство

 

Изобретение относится к охранным системам и может быть использовано в системах предупреждения о возникновении тревожной ситуации на объекте охраны. К таким тревожным ситуациям может относиться: проникновение на объект охраны посторонних лиц, пожар и т.п. Техническим результатом изобретения является повышение криптостойкости и чувствительности. Охранное кодовое устройство состоит из замка и ключа. Замок содержит блок синхронизации, элемент ИЛИ, генератор импульсов, формирователь импульсов, блок сравнения кодов, шифратор, антенный контур, исполнительный блок, генератор синхронизации и асинхронный RS-триггер состоящий из двух элементов ИЛИ - НЕ. Ключ содержит нагрузочный резистор, прерыватель, накопительный конденсатор, тактовый формирователь, выпрямительный диод, элемент формирования фронта импульса, счетчик, коммутатор, блок набора кода, антенный контур, предварительный делитель частоты, разрядный делитель частоты, резистор привязки, формирователь кодовых сигналов и блок ключевых элементов. В предложении увеличено количество набираемых кодов. При переходе от одного разряда кода к другому устранены перерывы в генерации импульсов. В устройстве исключена возможность формирования в ключе посторонних кодов. 11 ил.

Изобретение относится к охранным системам и может быть использовано в системах предупреждения о возникновении тревожной ситуации на объекте охраны (транспортном средстве, квартире и т.п.). К таким тревожным ситуациям может относиться проникновение на объект охраны посторонних лиц, пожар и т.п.

Задачей, которую решают охранные кодовые устройства (называемые также устройствами дистанционного отключения), является отключение исполнительного блока (осуществляющего функцию охраны объекта) путем обеспечения дистанционного взаимодействия между двумя составными частями устройства: замком и ключом. При таком дистанционном взаимодействии осуществляется сравнение двух кодов, один из которых установлен в ключе, а другой в замке. Исполнительный блок отключается при полном совпадении данных кодов.

Известны охранные кодовые устройства, состоящие из замка, содержащего блок синхронизации, элемент ИЛИ, генератор импульсов, формирователь импульсов, блок сравнения кодов, шифратор, антенный контур, исполнительный блок и генератор синхронизации, выход которого подключен к первому входу блока синхронизации, выход которого соединен с первым входом блока сравнения кодов, второй, групповой, вход которого подключен к групповому выходу шифратора, выход ко входу исполнительного блока, а третий вход к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а второй выход к антенному контуру замка и ключа, содержащего нагрузочный резистор, прерыватель, накопительный конденсатор, выпрямительный диод, элемент формирования фронта импульса, счетчик, коммутатор, блок набора кода и антенный контур, выход которого через последовательно включенные нагрузочный резистор и токовую цепь прерывателя подключен к общей шине ключа, которая через накопительный конденсатор соединена с шиной питания ключа, которая через выпрямительный диод подключена к антенному контуру и через элемент формирования фронта импульса к счетчику, групповой выход которого соединен с коммутатором, соединенным с блоком набора кода, подключенного к общей шине ключа.

Данное устройство технологично и удобно для реализации в микроэлектронном исполнении. Преимуществом данного устройства по сравнению с другими известными является наличие в его работе режима начальной установки элементов ключа при приближении ключа к антенному контуру замка и при формировании вследствие этого напряжения питания ключа. Так устраняется возможность получения от ключа каких-либо кодов, кроме специально установленного, однако, как и в других известных аналогичных устройствах, чувствительность данного устройства невысока. Этот общий недостаток объясняется следующим образом. Напряжение питания ключа формируется из высокочастотных импульсов, наводимых в антенном контуре ключа от антенного контура замка. С другой стороны, переход от какого-либо разряда в коде ключа к следующему за ним разряду осуществляется по прерыванию в формировании тех же высокочастотных импульсов. По сути дела, такое прерывание означает помеху на шине питания ключа. Необходимым условием передачи кода ключа в замок является наличие в ключе такого уровня напряжения питания, при котором помехи на шине питания при переходе от разряда к разряду не приводили бы к сбоям в работе ключа. Этот уровень напряжения питания существенно превышает тот неизменный уровень, который необходим для функционирования элементов ключа. Следствием невысокой чувствительности является небольшое (не более 2 см) расстояние, на которое необходимо поднести ключ к антенному контуру замка для снятия режима охраны. Это существенно ограничивает возможности для установки антенного контура замка на объекте охраны, что неудобно для пользователя.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение криптостойкости при одновременном повышении чувствительности работы устройства.

Поставленная задача решается тем, что в известное охранное кодовое устройство, состоящее из замка, содержащего блок синхронизации, элемент ИЛИ, генератор импульсов, формирователь импульсов, блок сравнения кодов, шифратор, антенный контур, исполнительный блок и генератор синхронизации, выход которого подключен к первому входу блока синхронизации, выход которого соединен с первым входом блока сравнения кодов, второй, групповой, вход которого подключен к групповому выходу шифратора, первый выход ко входу исполнительного блока, а третий вход к выходу формирователя импульсов, выход которого соединен с первым выходом генератора импульсов, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а второй выход к антенному контуру замка, и ключа, содержащего нагрузочный резистор, прерыватель, накопительный конденсатор, тактовый формирователь, выпрямительный диод, элемент формирования фронта импульса, счетчик, коммутатор, блок набора кода и антенный контур, выход которого соединен со входом тактового формирователя и через последовательно включенные нагрузочный резистор и токовую цепь прерывателя подключен к общей шине ключа, которая через накопительный конденсатор соединена с шиной питания ключа, которая через выпрямительный диод подключена к выходу антенного контура и через элемент формирования фронта импульса к первому входу счетчика, групповой выход которого соединен с первым, групповым входом коммутатора, второй, групповой вход которого подключен к групповому выходу блока набора кода, первый вход которого соединен с общей шиной ключа, введен в замок асинхронный R-S-триггер, состоящий из двух элементов ИЛИ-НЕ, прямой выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен ко второму выходу блока сравнения кодов, третий вход которого соединен со входом установки единицы асинхронного R-S-триггера, вход установки нуля которого подключен к четвертому входу блока сравнения кодов и к первому входу блока синхронизации, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, а в ключ введены предварительный делитель частоты, разрядный делитель частоты, резистор привязки, формирователь кодовых сигналов и блок ключевых элементов, первый вход которого подключен к общей шине ключа, групповой выход ко второму, групповому, входу блока набора кода, а второй, групповой вход к групповому выходу разрядного делителя частоты, причем одна из шин, образующих этот групповой выход, соединена со вторым входом счетчика, первый вход которого подключен к первому входу предварительного делителя частоты и к первому входу разрядного делителя частоты, второй вход которого соединен с первым выходом предварительного делителя частоты, второй вход которого подключен к выходу тактового формирователя, а второй выход к первому входу формирователя кодовых сигналов, выход которого соединен с управляющим входом прерывателя, а второй вход с выходом коммутатора и через резистор привязки с шиной питания ключа.

На фиг. 1 представлена схема электрическая функциональная предлагаемого охранного кодового устройства; на фиг.2 схема электрическая принципиальная блока синхронизации; На фиг. 3 временные диаграммы работы устройства при удалении ключа от антенного контура замка; на фиг. 4 временные диаграммы работы в режиме сравнения кодов (при расположении ключа вблизи антенного контура замка); на фиг. 5 схема электрическая принципиальная предварительного делителя частоты; на фиг.6 схема электрическая принципиальная разрядного делителя частоты; на фиг. 7 схема электрическая принципиальная счетчика; На фиг. 8 схема электрическая функциональная блока сравнения кодов для случая, когда предусмотрен единственный разрешенный код, устанавливаемый в ключе; на фиг. 9 схема электрическая принципиалльная генератора импульсов; на фиг. 10 схема электрическая принципиальная формирователя импульсов; на фиг. 11 схема электрическая принципиальная исполнительного блока, если этот блок используется для включения охранной сигнализации.

При этом во всех случаях номер диаграммы соответствует номеру блока или элемента, с выхода которого берется соответствующий сигнал. Если у блока на фиг. 1 указано несколько выходов, то через тире указываются номера блоков, к которым подключен данный выход. Для триггеров приведены только временные диаграммы сигналов на их прямых выходах.

Все схемы блоков, представленные на отдельных чертежах, на каждом из этих чертежей взяты в рамку, в правом верхнем углу которой указан номер, соответствующий номеру данного блока на фиг. 1. Если на блок, схема которого приведена на отдельном чертеже, поступает более одного входного сигнала, то все входные сигналы обозначены вне рамки схемы номерами блоков, формирующих на своих выходах эти сигналы. Если блок, схема которого приведена на отдельном чертеже, формирует более одного выходного сигнала, то все эти выходные сигналы обозначены номерами блоков, на входы которых они поступают. Для элементов, выход которых не установлен (конденсаторы, диоды и т.п.), на диаграммах работы (фиг. 3, 4) через запятую указываются номера элементов, с точки соединения которых снимается сигнал.

На чертеже фиг. 1 пунктирными линиями ограничены элементы, входящие в состав ключа и замка.

В состав охранного кодового устройства входят: генератор синхронизации 1, выход которого соединен с одним из входов блока 2 синхронизации; блок 3 сравнения кодов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока синхронизации 2 и генератора 1 синхронизации; асинхронный R-S-триггер 4, состоящий из двух элементов ИЛИ-НЕ, вход установки нуля которого соединен с выходом генератора 1 синхронизации; элемент ИЛИ 5, входы которого подключены соответственно к прямому выходу асинхронного R-S-триггера 4 и к одному из выходов блока 3 сравнения кодов, а выход соединен со входом генератора импульсов 6; исполнительный блок 7, вход которого подключен к выходу блока 3 сравнения кодов; антенный контур 8, входящий в состав замка и подключенный ко второму выходу генератора импульсов 6; антенный контур 9, входящий в состав ключа: формирователь импульсов 10, вход которого подключен к первому выходу генератора импульсов 6, а выход соединен со входом установки единицы асинхронного R-S-триггера 4 и с одним из входов блока 3 сравнения кодов; выпрямительный диод 11, анод которого соединен с антенным контуром 9 ключа и со входом тактового формирователя 12;
накопительный конденсатор 13, включенный между нулевой шиной питания ключа и катодом выпрямительного диода 11;
шина 14 питания ключа, соединенная с катодом выпрямительного диода 11, с накопительным конденсатором 13 и со входом элемента 15 формирования фронта импульса;
предварительный делитель частоты 16, входы которого соединены соответственно с выходами элемента 15 формирования фронта импульса и тактового формирователя 12;
разрядный делитель частоты 17, входы которого соединены соответственно с выходами элемента 15 формирования фронта импульса и предварительного делителя частоты 16;
счетчик 18, входы которого соединены соответственно с выходами элемента 15 формирования фронта импульса и разрядного делителя частоты 17;
коммутатор 19, первая группа входов которого подключена к выходам счетчика 18;
блок 20 набора кода, выходы которого подключены ко второй группе входов коммутатора 19, а вход соединен с общей шиной ключа;
формирователь 21 кодовых сигналов, входы которого соединены соответственно с выходами коммутатора 19 и предварительного делителя частоты 16, а выход подключен к управляющему входу прерывателя 22;
нагрузочный резистор 23, через который и через токовую цепь прерывателя 22 антенный контур 9 подключен к общей шине ключа;
блок 24 ключевых элементов, входы которого соединены соответственно с общей шиной ключа и с выходами разрядного делителя частоты 17;
резистор 25 привязки, через который выход коммутатора 19 подключен к шине 14 питания ключа;
шифратор 26, выходные шины которого подключены к блоку 3 сравнения кодов.

На чертеже фиг. 2 приведена возможная реализация блока синхронизации 2. В состав этого блока входит двоичный счетчик со срабатыванием по заднему фронту сигнала счета на девяти счетных триггерах 27.1-27.9 и четырехвходовой элемент ИЛИ-НЕ 28.

На чертеже фиг. 5 приведена возможная реализация предварительного делителя частоты 16. В состав этого находящегося в ключе делителя, так же как и в состав находящегося в замке блока синхронизации 2, входит двоичный счетчик со срабатыванием по заднему фронту сигнала счета на девяти счетных триггерах 29.1-29.9.

На чертеже фиг. 6 приведена возможная реализация разрядного делителя частоты 17. В состав этого делителя входит двоичный счетчик со срабатыванием по заднему фронту сигнала счета на двух счетных триггерах 30.1-30.2 и дешифрирующие его возможные состояния четыре двухвходовых элемента И-НЕ 31.1-31.4.

Блок ключевых элементов 24 содержит четыре электронных ключа, открывающихся при поступлении управляющего сигнала логического нуля. Информационные входы ключей объединены и подключены к общей шине ключа, а управляющие сигналы на ключи поступают соответственно с выходов элементов И-НЕ 31.1-31.4. входящих в состав разрядного делителя частоты 17.

На чертеже фиг. 7 приведена возможная реализация счетчика 18. В его состав входит двоичный счетчик со срабатыванием по переднему фронту сигнала счета на четырех счетных триггерах 32.1-32.4 и дешифрирующие его возможные состояния шестнадцать четырехвходовых элементов И-НЕ 33.1-33.16.

Блок 20 набора кода представляет собой коммутационную схему, соединяющую шестнадцать выходных шин с четырьмя шинами с выходов ключей, входящих в состав блока 24 ключевых элементов, и с общей шиной ключа. Конструктивно наиболее технологичным является исполнение этого блока в виде коммутационного поля.

Простейший тактовый формирователь 12 может быть выполнен в виде диода.

Коммутатор 19 содержит шестнадцать электронных ключей, открывающихся при поступлении управляющего сигнала логического нуля. Информационные входы ключей подключены соответственно к выходным шинам блока 20 набора кода, а управляющие сигналы на ключи поступают соответственно с выходов элементов И-НЕ 33.1-33.16, входящих в состав счетчика 18.

Схемы блока сравнения кодов 3 и шифратора 26 существенно зависят от назначения охранного кодового устройства. Для случая охраны транспортных средств, когда в охранном кодовом устройстве предусмотрен единственный разрешенный код, устанавливаемый в ключе и замке, схема шифратора 26 соответствует схеме блока 20 набора кода. Для этого случая блок 3 сравнения кодов может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 8. Такой блок 3 сравнения кодов включает в свой состав разрядный делитель частоты 34 (схема которого совпадает со схемой разрядного делителя частоты 17 в ключе), счетчик 35 (схема которого совпадает со схемой счетчика 18 в ключе), R-S-триггер 36 на двух элементах ИЛИ-НЕ, блок 37 ключевых элементов (схема которого совпадает со схемой блока 24 ключевых элементов в ключе), коммутатор 38 (схема которого совпадает со схемой коммутатора 19 в ключе), элемент несовпадения 39 (называемый также сумматором по модулю два), инвертор 40, двухвходовой элемент и 41, два элемента ИЛИ-НЕ 42 и 43, четырехвходовой элемент и 44, усилитель-формирователь 45, резистор привязки 46. При этом в разрядном делителе частоты 34 ко входам элементов ИЛИ-НЕ 42 и 43 подключены соответственно выходы элементов И-НЕ, являющихся аналогами элементов И-НЕ 31.4 и 31.1 для разрядного делителя частоты 17. К другому входу элемента ИЛИ-НЕ 42 подключен выход счетчика 35, являющийся аналогом выхода элемента И-НЕ 33.16 для счетчика 18.

Элемент 15 формирования фронта импульса может быть выполнен по схеме, приведенной в книге Г. П. Самойлова и др. "Телевизоры и их ремонт" М. "Связь", 1980, с.33, рис. 2.10, цепь 203, 3R34.

На чертеже фиг. 9 приведена возможная реализация генератора импульсов 6. В его состав входит задающий импульсный генератор 47 на частоту F_o=(400-800)кГц, элемент и И 48 и усилительный каскад на транзисторе 49, включающий дроссель 50, резистор 51, два конденсатора 52 и 53, диод 54.

Антенные контуры в замке 8 и в ключе 9 могут состоять из параллельно включенных конденсатора и катушки индуктивности подключенных соответственно к общей шине замка и ключа.

Схемы формирователя 21 кодовых сигналов (в ключе) и формирователя 10 импульсов (в замке) определяются методом модуляции высокочастотных сигналов при передаче информации от ключа к замку. В простейшем случае, который рассматривается в материалах заявки, когда модуляция отсутствует при передаче логического нуля и имеет место при передаче логической единицы, в качестве формирователя 21 может быть использован двухвходовой элемент И. В этом случае формирователь импульсов 10 может быть выполнен по схеме, приведенной на чертеже фиг. 10 и включать в свой состав последовательно включенные фильтр нижних частот 55, усилитель 56 и пороговый элемент 57.

Схема исполнительного блока 7 определяется его назначением. В частности, изображенный на фиг. 11 исполнительный блок предназначен для включения охранной сигнализации. В его состав входит дистанционный переключатель 58 (например, реле РПС-20), имеющий контакты 58.1, обмотку замыкания 58.2 и обмотку размыкания 58.3, кнопка 59 включения сигнализации (находящаяся внутри охраняемого объекта, например, автомобиля, и которую необходимо нажать для включения охраны) и блок 60 охранной сигнализации.

Остальные элементы, входящие в состав охранного кодового устройства, являются стандартными, широко описанными в технической литературе и в дальнейших пояснениях не нуждаются.

Работает устройство следующим образом. Синхронизация устройства осуществляется выходными импульсами генератора 1 синхронизации.

При единичном сигнале в выходных импульсах генератора синхронизации 1 (частотой 1-5 Гц) происходит начальная установка блока синхронизации 2, блока 3 сравнения кодов и асинхронного R-S-триггера 4 (состоящего из двух логических элементов ИЛИ-НЕ). При этом на выходе блока синхронизации 2, на обоих выходах блока 3 сравнения кодов и на прямом выходе асинхронного R-S-триггера 4 формируются низкие сигналы логического нуля. Таким образом, на обоих входах элемента ИЛИ 5 оказываются сигналы логического нуля, и на выходе элемента ИЛИ 5 формируется сигнал логического нуля. Этот сигнал запрещает формирование импульсов на выходе генератора импульсов 6.

При формировании нулевого выходного сигнала генератора синхронизации 1 остаются неизменными нулевые выходные сигналы блока 2 синхронизации и асинхронного R-S-триггера 4, а также сигнал на первом выходе блока 3 сравнения кодов, подключенном к исполнительному блоку 7. Сигнал же на втором выходе блока 3 сравнения кодов (подключенном ко входу элемента ИЛИ 5) меняется с логического нуля на логическую единицу. Таким образом, формируется единичный сигнал на выходе элемента ИЛИ 5. При этом генератор импульсов 6 формирует на своем выходе, подключенном к блоку 3 синхронизации и к антенному контуру 8 замка, последовательность импульсов частотой F_o=(400-800) кГц. Антенный контур 7 может быть выполнен в виде конденсатора и катушки индуктивности, подключенных к общей шине замка. Антенный контур 8 настраивается на частоту F_o генератора импульсов 6. Таким образом, вокруг антенного контура 8 создается переменное магнитное поле. Если к антенному контуру 8 поднести ключ, то в его антенном контуре 9, настроенном на ту же частоту F_o и который может быть выполнен в виде конденсатора и катушки индуктивности, подключенных к общей шине ключа, возникает переменное напряжение в виде радиоимпульсов частотой F_o. Кроме того, последовательность выходных импульсов частотой F_o поступает на блок синхронизации 2, который может быть, например, выполнен в соответствии с фиг. 2 в виде девятиразрядного двоичного счетчика с дешифратором на четырехвходовом элементе ИЛИ-НЕ. В данном случае выходными сигналами блока 2 синхронизации будут импульсы с частотой меньшей F_o в 512 раз и длительностью равной 32 периодам импульсов частотой F_o.

Рассмотрим сначала (фиг. 3) работу устройства, если ключ удален от антенного контура 8 замка. Для такого режима работы охранного кодового устройства не существует воздействия сигналов ключа на антенный контур 8 замка. Выходные сигналы генератора импульсов 6 не модулируются, и на выходе формирователя импульсов 10 сохраняется неизменный нулевой сигнал. После того, как при нулевом выходном сигнале генератора 1 синхронизации генератор импульсов 6 выдаст 512 импульсов, в блоке синхронизации 2 формируется задний фронт выходного импульса. После прохождения этого фронта на выходе блока 3 сравнения, подключенном к элементу ИЛИ 5 (диаграмма "3-5" на фиг. 3) возникает сигнал логического нуля. Логический ноль формируется также на выходе элемента ИЛИ 5. То есть, на входе генератора импульсов 6 оказывается логический ноль, запрещающий дальнейшую генерацию импульсов генератором импульсов 6. После этого в блоках замка прекращаются изменения сигналов. Это продолжается до того момента, пока на выходе генератора синхронизации 1 не образуется единичный сигнал начальной установки. Работа устройства при единичном сигнале на выходе генератора 1 синхронизации была рассмотрена выше.

Таким образом, при удалении ключа от антенного контура 8 замка этот антенный контур с частотой генератора синхронизации 1 вырабатывает пачки из 512 радиоимпульсов частотой F_o.

Рассмотрим теперь (фиг. 4) работу устройства, если ключ расположен вблизи антенного контура 8 замка. Для такого режима работы охранного кодового устройства, как было указано выше, в антенном контуре 9 ключа, настроенном на частоту F_o, возникает переменное напряжение в виде радиоимпульсов частотой F_o. Это напряжение поступает на анод выпрямительного диода 11 и на вход тактового формирователя 12. Напряжение с катода диода 11 сглаживается накопительным конденсатором 13 и подается на шину 14, которая используется в качестве шины питания элементов ключа. На формирование напряжения питания ключа на шине 14 реагирует элемент 15 формирования фронта импульса, который сразу после установления напряжения питания на шине 14 формирует кратковременный импульс начальной установки длительностью (0,2-1) мс. Этот импульс устанавливает начальное содержимое предварительного делителя частоты 16, разрядного делителя частоты 17 и счетчика 18.

Тактовый формирователь 12 преобразует импульсы частотой F_o к виду, необходимому для работы предварительного делителя частоты 16 (выполненного по схеме фиг. 5 аналогичной схеме находящегося в замке блока 2 синхронизации). То есть, на выходе тактового формирователя 12 образуются импульсы с частотой F_o, уровни которых соответствуют уровням логического нуля и логической единицы.

По окончании импульса начальной установки предварительный делитель частоты 16 начинает делить частоту F_o, поступающую на него с выхода тактового формирователя 12. Начальная установка счетчика 18 такова, что его выходные сигналы подключают на выход коммутатора 19 сигнал блока 20 набора кода, вызывающий формирование логической единицы вплоть до окончания первого из выходных сигналов предварительного делителя частоты 16, подаваемого на разрядный делитель частоты 17. При логической единице на выходе коммутатора 19 на выходе формирователя 21 кодовых сигналов появляется импульсный сигнал с частотой F₁ (для схемы фиг. 5 в 32 раза меньшей частоты F_o), который управляет прерывателем 22. На другом выходе предварительного делителя частоты 16 (подключенном к разрядному делителю частоты 17) формируются сигналы, имеющие частоту в 512 раз меньшую, чем F_o (соотношение частот выходных сигналов делителя 16 на диаграммах фиг.4 показано чисто условно).

Каждая логическая единица импульсного сигнала частотой F₁ с выхода предварительного делителя частоты 16 открывает прерыватель 22. Таким образом, сигнал антенного контура 9 шунтируется через нагрузочный резистор 23 и открытую токовую цепь прерывателя 22. Это приводит к увеличению отбора тока от антенного контура 9 с частотой F₁.

Поскольку антенный контур 9 (в ключе) находится в индуктивной связи с антенным контуром 8 (в замке), возрастает выходной ток генератора импульсов 6, расположенного в замке. Это накладывает дополнительную амплитудную модуляцию сигналами частотой F₁ на выходные сигналы генератора импульсов 6. При этом огибающая сигнала будет сформирована на выходе генератора импульсов 6, подключенном к формирователю импульсов 10. Если в сигнале на входе формирователя импульсов 10 присутствует модуляция частотой F₁ то на выходе формирователя импульсов 10 появляется логическая единица, поступающая на вход установки единицы асинхронного R-S-триггера 4. Таким образом, R-S-триггер 4 переключается в единичное состояние, что, в свою очередь, вызывает формирование на выходе элемента ИЛИ 5 неизменного единичного сигнала, вызывающего непрерывное формирование импульсов на выходе генератора импульсов 6, подключенном к антенному контуру замка 8. Генерация импульсов будет закончена только при формировании единичного установочного сигнала на выходе генератора синхронизации 1.

То есть, при приближении ключа к антенному контуру 8 замка, на вход предварительного делителя частоты 16 поступает последовательность импульсов, совпадающая по частоте с последовательностью импульсов, поступающих в замок с выхода генератора импульсов 6 на вход блока 2 синхронизации. Это означает почти полную синфазность в сигналах счетчиков, входящих в состав блока синхронизации 2 в замке и предварительного делителя частоты 16 в ключе. Сдвиг в этих сигналах обусловлен только длительностью сигнала начальной установки с выхода элемента формирования фронта импульса 15. После прохождения с момента окончания сигнала начальной установки 512 входных импульсов в предварительном делителе частоты 16 формируется задний фронт импульса, поступающего на разрядный делитель частоты 17. Совместная работа разрядного делителя частоты 17, счетчика 18, блока 20 набора кода и блока 24 ключевых элементов приводит к формированию на входах коммутатора 19 таких наборов управляющих сигналов, что на выходе коммутатора 19 с частотой входных импульсов разрядного делителя частоты 17, формируемых на выходе предварительного делителя частоты 16, последовательно образуются разряды кода, устанавливаемого в ключе.

Рассмотрим это подробнее на простом примере разрядного делителя частоты 17, состоящего (фиг. 6) из двух счетных триггерах (30.1 и 30.2) и четырех элементов И-НЕ (31.1-31.4), блока ключевых элементов 24, состоящего из четырех ключей, каждый из которых открывается при поступлении управляющего сигнала логического нуля и счетчика 18, состоящего (фиг. 7) из четырех счетных триггеров (32.1-32.4) и шестнадцати элементов И-НЕ (33.1-33.16). Коммутатор 19 при этом должен состоять из шестнадцати ключей, объединенных по выходу, каждый из которых открывается при поступлении управляющего сигнала логического нуля. Информационные входы этих ключей должны быть подключены к шестнадцати шинам, информация на которых коммутируется в блоке 20 набора кода из сигналов следующего набора: общая шина ключа и четыре выходных сигнала блока 24 ключевых элементов. При этом возможен вариант неподключения одной или нескольких шин ни к одному из сигналов данного набора.

Если любой из ключей блока 24 ключевых элементов открыт, то на выходе ключа формируется сигнал логического нуля. Ключи в блоке 24 ключевых элементов открываются в разные моменты времени (для схемы разрядного делителя частоты 17, приведенной на фиг. 6 последовательно, после подачи очередного импульса счета на делитель 17). С частотой выходного сигнала, управляющего последним из ключей, происходит изменение содержимого счетчика 18. После каждого такого изменения в коммутаторе 19 открывается очередной ключ, подключающий на выход коммутатора 19 следующую информационную шину из блока 20 набора кодов. Ключ, подключающий предыдущую информационную шину, при этом закрывается. Если после очередного прохождения импульса счета разрядного делителя частоты 17 на шине, подключенной к открытому ключу в коммутаторе 19, оказывается сигнал открытого ключа, то на выходе коммутатора 19 появляется сигнал логического нуля от общей шины ключа. То же самое происходит при подключении какой-либо из информационных шин в блоке 20 набора кода непосредственно к общей шине ключа. Если же после очередного прохождения импульса счета разрядного делителя частоты 17 на шине, подключенной к открытому ключу в коммутаторе 19, оказывается сигнал закрытого ключа, то на выходе коммутатора 19 через резистор привязки 25 появляется сигнал логической единицы от шины 14 питания ключа. То же самое происходит, если какая-либо из информационных шин в блоке 20 набора кода не подключена ни к одной из шин набора.

Следовательно, для рассматриваемого примера построения блоков ключа, за время коммутации любой из шестнадцати информационных шин на выход коммутатора 19 возможно формирование на выходе коммутатора 19 любой из шести последовательностей четырех разрядов, причем разряды в этой последовательности меняются по входным сигналам счета разрядного делителя частоты 24. Это следующие последовательности:
"0000" (подключение информационной шины на общую шину ключа);
"0111" (подключение информационной шины на ключевой элемент в блоке 24 ключевых элементов, управляемый элементом И-НЕ 31.1 разрядного делителя частоты 17);
"1011" (подключение информационной шины на ключевой элемент в блоке 24 ключевых элементов, управляемый элементом И-НЕ 31.2 разрядного делителя частоты 17);
"1101" (подключение информационной шины на ключевой элемент в блоке 24 ключевых элементов, управляемый элементом И-НЕ 31.3 разрядного делителя частоты 17);
"1110" (подключение информационной шины на ключевой элемент в блоке 24 ключевых элементов, управляемый элементом И-НЕ 31.4 разрядного делителя частоты 17);
"1111" (отсутствие подключения информационной шины к какой-либо другой шине, то есть обрыв информационной шины).

Выходы нескольких ключевых элементов блока 24 могут быть соединены между собой. При этом из возможных последовательностей четырех разрядов исчезают последовательности, задаваемые каждым из ключевых элементов по отдельности, но появляется новая возможная последовательность. Например, при соединении выходов ключей, управляемых элементами И-НЕ 31.1 и 31.2 из возможных последовательностей исчезают "0111" и "1011", но зато появляется новая последовательность "0011".

Таким образом, на выходе коммутатора 19 последовательно появляются 64 разряда кода, кроссируемого в блоке набора кода 20. Причем эти 64 разряда задаются коммутацией только 16 информационных шин на сравнительно небольшое число входов. Однако общее количество кодов, задаваемых данным простым блоком набора кода 20, весьма велико. Учитывая возможные соединения пар ключей, двух пар ключей и троек ключей, общее количество кодов, задаваемых в блоке 20 набора кодов, приблизительно составляет 2430 миллиардов.

При появлении на выходе коммутатора 19 единичного сигнала, как уже указывалось выше, на выходе формирователя 21 кодовых сигналов появляется импульсный сигнал с частотой F₁, который управляет прерывателем 22. Каждая логическая единица этого импульсного сигнала открывает прерыватель 22. Таким образом, сигнал антенного контура 9 шунтируется через нагрузочный резистор 23 и открытую токовую цепь прерывателя 22. Отбор тока от антенного контура 9 увеличивается. Поскольку расположенный в ключе антенный контур 9 находится в индуктивной связи с антенным контуром 8 (в замке), возрастает выходной ток генератора импульсов 6, расположенного в замке. Это накладывает дополнительную модуляцию частотой F₁ на выходные сигналы генератора импульсов 6. При этом огибающая сигнала будет сформирована на выходе генератора импульсов 6, подключенном к формирователю импульсов 10. Если в сигнале на входе формирователя импульсов 10 присутствует модуляция частотой F₁, то на выходе формирователя импульсов 10 оказывается сигнал логической единицы, поступающий на вход блока 3 сравнения кодов. Это означает, что при каждом поступлении на вход блока 3 сравнения кодов единичного импульса с выхода блока 2 синхронизации, другой входной сигнал этого блока (с выхода формирователя 10 импульсов) полностью повторяет соответствующий сигнал на выходе коммутатора 19, то есть один из разрядов, установленных в ключе. В зависимости от назначения блока 3 сравнения кодов, по каждому из выходных сигналов блока 2 синхронизации в блоке 3 сравнения кодов происходит либо поразрядное сравнение кода ключа с кодом, установленным в шифраторе 26 замка (это справедливо для охранных кодовых устройств, в которых предусмотрено сравнение с единственным разрешенным кодом, используемых, например, в системах охраны автомобилей), либо поразрядное запоминание установленного в ключе кода для последующего сравнения этого кода с достаточно большим числом разрешенных кодов, запоминаемых в шифраторе 26 (это справедливо, например, для пропускных систем). В любом случае, при совпадении кода ключа с заполненным в шифраторе 26 разрешенным кодом, блок 3 сравнения кодов производит воздействие на исполнительный блок 7. При этом, например, в системах охраны автомобилей может происходить выключение режима охраны или, в пропускных системах, может открываться турникет для прохода.

Рассмотрим более подробно работу блока 3 сравнения кодов для приведенного на фиг. 8 исполнения, применяемого в системах охраны автомобилей. Единичный сигнал генератора 1 синхронизации производит начальную установку разрядного делителя частоты 34, счетчика 35 и асинхронного R-S-триггера 36. На выходе разрядного делителя частоты 34, подключенном ко входу элемента ИЛИ-НЕ 43, формируется сигнал логического нуля. На инверсном выходе R-S-триггера 36 появляется сигнал логической единицы. По окончании единичного выходного сигнала генератора 1 синхронизации на обоих входах элемента ИЛИ-НЕ 43 оказываются сигналы логического нуля и на выходе этого элемента (который является выходом блока сравнения кодов 3, подключенным к элементу ИЛИ 5, и который имеет выходной сигнал, обозначенный на диаграммах фиг.3, фиг.4 символами "3-5") формируется сигнал логической единицы, приводящий к формированию единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ 5. По окончании первого после начальной установки выходного сигнала блока 2 синхронизации сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 43 становится нулевым. Если за время единичного выходного сигнала элемента ИЛИ-НЕ 43 выходной сигнал формирователя 10 импульсов остается неизменно нулевым, то, как это показано на диаграммах фиг. 3, генерация импульсов на выходе генератора 6 прекращается. Если же, как это показано на фиг. 4, при единичном выходном сигнале элемента ИЛИ-НЕ 43 оказывается сформированным единичный выходной сигнал формирователя импульсов 10 (что может быть только при приближении ключа к антенному контуру 8 замка), то генерация импульсов на выходе генератора 6 будет продолжаться вплоть до появления единичного сигнала генератора 1 синхронизации. Поскольку в данном случае схемы блоков 34, 35, 37, 38 совпадают со схемами блоков ключа 17, 18, 24, 19, то полностью аналогично рассмотренной выше работе ключа, после прохождения каждого выходного импульса блока 2 синхронизации, на выходе коммутатора 38 будут последовательно формироваться разряды 64-разрядного кода, установленного в шифраторе 26. На выходе формирователя импульсов 10 появляются разряды кода, установленного в блоке 20 набора кода в ключе. При несовпадении какого-либо разряда, установленного в шифраторе 26 замка и в блоке 20 набора кода ключа, на выходе элемента несовпадения 39 формируется единичный сигнал, открывающий элемент и 41. Выходной сигнал блока 2 синхронизации проходит через элемент и 41 и перебрасывает в единичное состояние R-S-триггер 36. При этом на инверсном выходе R-S-триггера 36 появляется сигнал логического нуля. Таким образом, нулевой сигнал на инверсном выходе R-S-триггера 36 означает несовпадение кодов, установленных в замке и ключе. При появлении последнего 64-го разряда кода на обоих входах элемента ИЛИ-НЕ 42 оказываются сигналы логического нуля (с последних выходов разрядного делителя частоты 34 и счетчика 35). На выходе элемента ИЛИ-НЕ 42 появляется единичный сигнал. При совпадении последнего 64-го разряда на выходе инвертора 40 оказывается единичный сигнал. Если в разрядах кодов, установленных в замке и ключе, не было несовпадающих, то на инверсном выходе R-S-триггера 36 оказывается логическая единица. Это означает, что при совпадении всех разрядов в кодах, установленных в замке и ключе, выходной сигнал блока 2 синхронизации проходит через элемент И 43, усиливается и формируется усилителем-формирователем 45 таким образом, чтобы по выходному импульсу усилителя-формирователя 45 происходило бы снятие режима охраны в исполнительном блоке 7.

Это означает, что при совпадении кодов, установленных в замке и ключе, происходит снятие режима охраны, а при несовпадении режим охраны будет сохраняться.

При появлении на выходе генератора синхронизации 1 единичного сигнала, как указывалось выше, будет происходить начальная установка блока 2 синхронизации, блока 3 сравнения кодов и асинхронного R-S-триггера 4. На обоих входах элемента ИЛИ 5 оказываются сигналы логического нуля, и с выхода элемента ИЛИ 5 на генератор импульсов 6 будет поступать сигнал логического нуля, запрещающий формирование импульсов частотой F_o. Это означает, что даже если ключ будет продолжать оставаться вблизи антенного контура 8 замка, генерация импульсов в антенном контуре 9 ключа оказывается прерванной. Накопительный конденсатор 13 в ключе разряжается, и питание ключа снижается. Продолжительность единичного сигнала на выходе генератора 1 синхронизации должна быть достаточна для того, чтобы накопительный конденсатор 13 в ключе разрядился бы до уровня, обеспечивающего при следующем формировании нулевого сигнала на выходе генератора 1 синхронизации и при включении генерации импульсов частотой F_o нормальный выходной импульс элемента 15 формирования фронта импульса.

Таким образом, работа охранного кодового устройства полностью рассмотрена. Это рассмотрение показывает, что в устройстве существенно повышено количество устанавливаемых кодов, что означает повышение криптостойкости. При переходе от одного разряда кода к другому полностью устранены перерывы в генерации импульсов. Кроме того, рассмотрение работы показывает, что в данном устройстве, как и в прототипе, полностью исключена возможность формирования в ключе посторонних кодов.

Авторами-заявителями были изготовлены макеты бескорпусных кристаллов на КМДП-структурах, реализующих предлагаемые схемы ключа, а также макетные образцы замка. Были проведены сравнительные испытания данных макетов и серийно выпускаемых охранных кодовых устройств, выполненных по схеме прототипа. Испытания подтвердили, что предлагаемое устройство практически без увеличения сложности кристалла ключа (в предлагаемом устройстве, так же как и в прототипе, кристалл ключа имеет 24 вывода и размер 2,5 х 2,5 мм) позволяет устанавливать существенно большее число сравниваемых кодов. Кроме того, испытания показали, что предлагаемое устройство обеспечивает считывание информации с ключа на расстоянии, по меньшей мере в три раза превышающем то, которое обеспечивается в известных устройствах. Такое повышение чувствительности достигнуто за счет того, что предлагаемое устройство, в отличие от известных, не требует прерывания в генерации импульсов для перехода в ключе от разряда к разряду.

Формула изобретения

Охранное кодовое устройство, состоящее из замка, содержащего блок синхронизации, элемент ИЛИ, генератор импульсов, формирователь импульсов, блок сравнения кодов, шифратор, антенный контур, исполнительный блок и генератор синхронизации, выход которого подключен к первому входу блока синхронизации, выход которого соединен с первым входом блока сравнения кодов, второй групповой вход которого подключен к групповому выходу шифратора, третий вход - к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, второй выход генератора импульсов соединен с антенным контуром, и ключа, содержащего нагрузочный резистор, прерыватель, накопительный конденсатор, выпрямительный диод, элемент формирования фронта импульса, счетчик, коммутатор, блок набора кода и антенный контур, выход которого через последовательно включенные нагрузочный резистор и токовую цепь прерывателя подключен к общей шине ключа, которая через накопительный конденсатор соединена с шиной питания ключа, которая соответственно через выпрямительный диод подключена к выходу антенного контура и через элемент формирования фронта импульса к первому входу счетчика, групповой выход которого соединен с первым групповым входом коммутатора, второй групповой вход которого подключен к групповому выходу блока набора кода, первый вход которого соединен с общей шиной ключа, отличающееся тем, что в нем в замок введен асинхронный RS-триггер, состоящий из двух элементов ИЛИ-НЕ, прямой выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому выходу блока сравнения кодов, второй выход которого подключен к исполнительному блоку, третий вход соединен с входом установки единицы асинхронного RS-триггера, вход установки нуля которого подключен к четвертому входу блока сравнения кодов и к первому входу блока синхронизации, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, а в ключ введены предварительный делитель частоты, разрядный делитель частоты, резистор привязки, формирователь кодовых сигналов, тактовый формирователь и блок ключевых элементов, первый вход которого подключен к общей шине ключа, группой выход к второму групповому входу блока набора кода, а второй групповой вход к групповому выходу разрядного делителя частоты, причем одна из шин, образующих этот групповой выход, соединена с вторым входом счетчика, первый вход которого подключен к первому входу предварительного делителя частоты и к первому входу разрядного делителя частоты, второй вход которого через тактовый формирователь соединен с выходом антенного контура, первый выход соединен с вторым входом разрядного делителя частоты, второй выход подключен к первому входу формирователя кодовых сигналов, выход которого соединен с управляющим входом прерывателя, а второй вход с выходом коммутатора и через резистор привязки с шиной питания ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11