直接胎压监测系统设计的5大挑战

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1、直接胎压监测系统设计的5大挑战

2、第1图1：TPMS的轮胎模块组件框图。值得注意的是，这个法规在技术上对直接和间接系统的态度保持中立。但市场研究机构StrategyAnalytics的预测表明，直接系统技术将成为主流技术，2008年后所占份额将超过95%。直接TPMS在每个轮胎内都设有胎压传感器，这些传感器通过射频(RF)信号将压力和其他信息传送到中央接收器里。而间接TPMS没有压力传感器，需要依靠ABS系统内的速度传感器来侦测和比较轮胎转速的不同。直接TPMS成本虽然更高，但是该系统有显著的性能优势，例如

3、具有更高灵敏度，并能够实现零速度测量和多轮胎亏气情况探测。本文把重点放在直接TPMS上，并将讨论工程师们面临的设计挑战，主要包括组件选择、功耗管理、介质兼容性、系统成本以及RF设计。组件选择TPMS的轮胎模块包含的组件有MEMS压力传感器、温度传感器、电压传感器、加速计、微控器、RF电路、天线、LF接口、振荡器和电池。汽车制造商要求直接TPMS的电池能维持十年以上。电池的运行温度必须为－40°C到125°C，重量轻、体积小并且电量要大。由于这些限制，电池往往选择的是钮扣式电池而不是大号电池。新型纽扣电池能

4、达到标准的550mAh电力，重量仅有6.8克。除电池外，要达到十年以上的操作寿命，组件必须在低功耗的同时具有集成功能。英飞凌的SP30就是这类集成产品，它将压力传感器、温度传感器、电压传感器、加速计、LF接口、微控器和振荡器集成为一个部件。完整的轮胎模块系统仅有三大组件——SP30、RF发射器芯片(如英飞凌的TDK510xF)和电池。功耗管理当模块上市后，更换电池是不现实的。由于这一限制，功耗管理对设计工程师来说就显得尤为重要了。减少功耗有4种方法。其中之一，就是上述的选择低功耗组件并使用具有集成功能的组

5、件来减少组件数量。第二个方法就是利用软件。高效算法可调节发射和测量频率。在软件设计的时候，高效算法可能要考虑这些问题：数据发射和测量的频率是多少？发送重复数据是否必要？系统显示模式是什么？RF发射的功耗最大，延长发射间隔、减少计算次数和重复数据发送自然会延长电池的寿命。但是，我们必须在所有这些因素以及数据可靠性和用户及时获取信息之间实现平衡。第三个降低功耗的方法是利用拥有内置加速计(如SP30)的传感器来侦测车轮的运转。当车辆处于停车状态时，TPMS可以停止运行以节省电量。多数情况下，车辆处于停车状态时间

6、比真正行驶时间要长得多。因此这种方法可以大幅度节省电量。运用低频(LF)接口也是一种降低功耗的方法。通过低频接口，中央接收器模块可以给始终处于待机模式的轮胎模块发送指令和数据。只有接收到“唤醒”信号后，轮胎模块才会进行测量和发送数据。这样，轮胎模块的电池寿命可以大大延长。除了省电外，低频接口还带来了灵活设计和额外功能。例如，轮胎更换后，低频通信可以让系统进行自动轮胎识别。SP30带有低频输入接口，可解决这个设计难题。介质兼容性500)this.style.ouseg(this)">图2：英飞凌公司的TPM

7、S解决方案。传感器的介质兼容性和可靠性对TPMS而言至关重要。如果没有这些关键特性，整个系统的精确性和可靠性将成问题。轮胎模块是置于轮胎内部的，因此电子组件面对的是轮胎内部的恶劣环境。电子组件将工作在－40°C到125°C的温度范围内，并将面对潮湿、灰尘和刹车油等其他介质的侵袭。介质兼容性确保传感器能得到全面保护。TPMS的传感器特别容易被腐蚀，因为它的压力进口必须与空气接触才能监测周围的压力。英飞凌的传感器包括压力传感组件和加速传感组件(可选)。传感组件是一个三层堆叠模块(玻璃－硅－玻璃)。绝对压力参考

8、值是由顶层玻璃里的真空腔得出的。因为压力进口朝向硅层的背面，所以传感组件有很好的介质兼容性。利用这种获得专利的三层堆叠技术，英飞凌传感器(如SP30)获得了非常好的介质兼容性。系统成本这个由接收器模块和四个轮胎模块组成的系统要在商业上获得成功，系统成本起着很重要的作用。好的解决方案使用拥有集成功能的组件以实现组件数量、运行功耗和PCB尺寸的减少，最终实现降低系统成本。让TPMS和无钥进入(RKE)接收器共享同一平台也可以降低系统成本。但是，这在商业上并不是始终可行的。RF设计第一代TPMS的发射器芯片设计

9、运用的是ASK调制技术，通过SAS在晶体振荡器和PLL合成器的基础上运用FSK调制方式来产生中心频率和频率牵引。在许多OEM应用中，FSK即使在轮子高速运转时都能提供可靠的RF通信。英飞凌公司的UHF发射器系列TDK510xF可为这种TPMS应用提供最佳解决方案。TDK510xF系列装置可用于不同的频带(315、434、868和915MHz)，并可进行ASK和FSK调制。该装置包含一个全面集成的PLL合成器和一个高效功率放大器