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汽車(chē)輪胎壓力監測系統(TPMS)主要利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測量輪胎的氣壓，通過(guò)射頻無(wú)線(xiàn)傳輸，在汽車(chē)行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監測，對輪胎漏氣、低氣壓和高氣壓進(jìn)行報警，以保障行車(chē)安全。 英飛凌面向TPMS應用的SP12/SP30傳感器整合了硅顯微機械加工的壓力與加速度傳感器、溫度傳感器和一個(gè)電池電壓監測器，提供四合一傳感功能，并配有一個(gè)能完成測量、信號補償與調整及SPI串行通信接口CMOS大規模集成電路，其中SP30內置8位哈佛結構RISC MCU和2D通道的低頻(LF)接口，且消耗的電流僅0.4uA。 星科半導體有限公司基于英飛凌傳感器SP12/SP30提供整個(gè)TPMS系統所涉及的IC以及解決方案，來(lái)保證系統的穩定性和可靠性。 TPMS構成 1. 發(fā)射模塊 發(fā)射模塊由壓力傳感器、MCU、射頻發(fā)射芯片、電池和天線(xiàn)組成，該模塊對輪胎壓力、溫度、電池電壓及加速度進(jìn)行數據采集，并將數據以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)射出去。 發(fā)射模塊有基于SP12/SP12T和SP30的兩個(gè)方案：方案一是SP12/SP12T+MCU+TDK5100F(見(jiàn)圖1)，其中壓力傳感器SP12(100"450kPa)/SP12T(0"1,400kPa)和射頻發(fā)射芯片TDK5100F(434MHz ASK/FSK發(fā)射器)均來(lái)自英飛凌公司。 壓力傳感器SP30(100"900kPa)內置8位哈佛結構RISC MCU和2D通道的LF接口。射頻發(fā)射IC采用英飛凌公司的TDK5100F(434MHz ASK/FSK發(fā)射器)，該系統可直接接收125kHz的低頻喚醒信號控制發(fā)射模塊在不同的模式下工作。 2. 接收模塊 接收模塊由TDA5210、XC866/XC886、LCD模塊和天線(xiàn)組成。 接收模塊將TPMS發(fā)射模塊發(fā)送的信息進(jìn)行解調、解碼，并將接收的數據通過(guò)LCD顯示輸出。該模塊的MCU和射頻接收芯片分別采用了英飛凌公司的XC866/XC886和TDA5210。其中XC866/XC886是專(zhuān)為汽車(chē)電子設計的8位MCU，帶有CAN/LIN控制器，可以快速地將TPMS功能轉移次要任務(wù)中。 SP30_TPMS發(fā)射模塊原理 TPMS發(fā)射系統實(shí)際上是一個(gè)定時(shí)監測無(wú)線(xiàn)系統，整個(gè)系統設計的核心問(wèn)題主要體現在系統低功耗和汽車(chē)高速轉動(dòng)時(shí)射頻接收靈敏度以及噪聲抑制方面。針對英飛凌SP30+TDK5100F發(fā)射系統，以下是關(guān)于這兩個(gè)核心問(wèn)題的詳細闡述。 首先，系統低功耗是建立在硬件基礎上，并且與軟件程序相結合實(shí)現的，所以選擇靜態(tài)低功耗硬件是前提條件；其次，系統要盡量保持在功耗最低的PWDN模式下；第三，系統從PWDN到RUN模式的硬件喚醒要與軟件闋值比較相結合；最后，系統進(jìn)入RUN模式中，在某些獨立于RISC內核的單元工作時(shí)，可以讓系統進(jìn)入空閑模式等待，這樣也會(huì )節省供耗。實(shí)測星科DEMO板靜態(tài)電流3uA。圖１為SP30+TDK5100F發(fā)射系統的程序流程。 圖１：SP30+TDK5100F發(fā)射系統的程序流程圖 在軟件架構中有一些需要注意的地方： 1. 整個(gè)軟件架構主要由三個(gè)模塊組成：初始化模塊、傳感器數據測量模塊(Measure_Data)、RF發(fā)射模塊(SSI_Datagram)。這三個(gè)模塊盡量做成函數包，方便移植和功能升級。 2. 間隔定時(shí)器(IT)喚醒系統后利用軟件設置幾個(gè)闋值區加以判斷參數測量和RF發(fā)射，盡量節省功耗。比如利用加速度測量判定汽車(chē)啟動(dòng)/停止狀態(tài)來(lái)決定其他參數是否需要測量，判定汽車(chē)大致速度決定RF發(fā)射頻率等；利用欠壓、高壓等級區域判定RF發(fā)射報警頻率等。這些需要客戶(hù)根據實(shí)際去完善。需要注意的是，所有的闋值不要設置成某一固定值，應該是某一區域，當然這個(gè)區域的設定要反復測量，太小將對系統穩定造成影響，也不利于節省功耗，太大則測量靈敏性較差。 3. 利用IT和LT(LF定時(shí)器)來(lái)實(shí)現LF接口使能和關(guān)閉LF檢測，這樣可以不必使LF接口常開(kāi)又能保證實(shí)時(shí)檢測主機命令，更大程度省電。 其次，汽車(chē)高速轉動(dòng)時(shí)射頻接收靈敏度以及噪聲抑制問(wèn)題。發(fā)射模塊是內置在輪胎內部的，除了輪胎中環(huán)境溫度、RF信號屏蔽等會(huì )對射頻造成影響之外，更需要解決的是汽車(chē)高速轉動(dòng)對射頻性能的影響。需要強調的是TPMS系統選擇的RF器件基本都是集成電路，RF IC的性能直接影響到整個(gè)系統的性能。設計工程師需要做的只是針對這顆IC外圍某些器件的選型(晶振、天線(xiàn))、功率放大器與天線(xiàn)的參數匹配以及RF布局等，作好這幾方面則基本上能夠解決以上的問(wèn)題。英飛凌RF TX芯片TDK5100F是針對汽車(chē)級別設計的低速(120Kbaud)低功耗RF IC，與之配套的RX芯片TDA5210接收靈敏度達到-107dBm。 在RF設計中需要注意以下一些問(wèn)題： 1. 晶振的選擇。TDK5100F/TDA5210是窄帶RF IC，由于溫度導致的晶振頻差和晶振負載電容的不一致都會(huì )導致接收靈敏度的差異，所以晶振的特性選擇非常重要。 2. 天線(xiàn)的選擇。TPMS發(fā)射系統安裝要求是比較高的，當然除了天線(xiàn)性能之外，對其外型結構也有同樣高的要求。從兩者的折衷考慮，目前用的比較多的是螺旋天線(xiàn)。PCB環(huán)行天線(xiàn)雖然結構與成本最好，但是由于其諧振中心頻點(diǎn)以及等效阻抗等需要網(wǎng)絡(luò )分析儀去校正，以及其本身PCB材料造成的天線(xiàn)損耗都使其在TPMS中應用不多。單級天線(xiàn)的性能是可以做得很好的，但是結構不具備良好的安裝性，其使用也不是很多。 3. TD5100F布局注意要點(diǎn)。晶振布局遠離天線(xiàn)，匹配元件要彼此直角布局，天線(xiàn)不要鋪地和走其它信號線(xiàn)等。 4. 在不需要對PCB做較大更改的前提下，利用網(wǎng)絡(luò )分析儀做天線(xiàn)參數匹配的最后確定，并實(shí)測發(fā)射功率以及接收靈敏度。 接收模塊 本系統接收模塊是由TDA5210+XC866組成的，實(shí)際XC866只需要一個(gè)I/O就可以接收TDA5210的解調數據，需要考慮的TPMS系統屬于汽車(chē)電子安全系統，為了系統任務(wù)升級擴展，MCU的選型也盡量滿(mǎn)足汽車(chē)環(huán)境的要求，英飛凌XC866/XC886是專(zhuān)為汽車(chē)電子設計的8位MCU，帶有CAN/LIN控制器,可以快速地將TPMS功能轉移次要任務(wù)中。如果此時(shí)TPMS功能是作為節點(diǎn)存在，那么MCU就可以釋放出來(lái)執行其他的任務(wù)，而在汽車(chē)電子中，這種任務(wù)相當多的是電機控制，這就用到了XC866的強大外設功能(電機控制單元和PWM捕獲比較單元)。因此，接收端MCU的選擇不僅是關(guān)系到汽車(chē)級別的MCU，更應該有一些超前的意識。 本文小結 由于汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)，TPMS系統也將擁有更多的發(fā)展空間，在這個(gè)充滿(mǎn)機遇同時(shí)又面臨眾多技術(shù)調整的市場(chǎng)上，選擇合適的解決方案將對廠(chǎng)商在這個(gè)市場(chǎng)上是否能取得成功起著(zhù)非常關(guān)鍵的作用。星科半導體公司推出了TPMS的參考設計，用戶(hù)可以利用該參考設計快速地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 Sidebar:(僅用于網(wǎng)站) 基于SP30_TPMS的IC簡(jiǎn)要說(shuō)明 SP30:內部集成一個(gè)低功耗8 BIT哈佛結構的RISC控制器； 工作模式：下電、運行、空閑、熱關(guān)斷； 喚醒方式：IT/LT喚醒，PORT喚醒，LF檢測喚醒； 固化函數庫，可方便用戶(hù)直接調用 壓力范圍：100-900Kpa 溫度范圍：-40到+125℃ 電壓測量范圍：1.8-3.6V 加速度范圍:-12-115g TDK5100F：433-435MASK/FSA發(fā)射器，PLL、VCO、功率放大器集成在內部，發(fā)射功率為5dBm，帶有POWER DOWN模式，CLKOUT輸出。 電壓范圍：2.1-4V；溫度范圍：?40℃"+125℃；靜態(tài)電流：0.3nA。 TDA5210:400-440M/810-870M ASK/FSK SFR 接收器 FSK靈敏度 PWDN電流：50nA 芯片內部集成LNA、PLL、VCO、MIXER、LIMITER、AGC |
