輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)提供輪胎壓力或故障異常的早期預(yù)警。 TPMS單獨(dú)使用或與其他車輛電子系統(tǒng)結(jié)合使用，對(duì)于乘客安全，車輛操縱和輪胎使用壽命起著至關(guān)重要的作用。作為大多數(shù)TPMS設(shè)計(jì)的核心，RF設(shè)備在傳達(dá)車輛安全系統(tǒng)使用的輪胎壓力數(shù)據(jù)以提醒駕駛員方面起著基本作用。為了構(gòu)建集成的，獨(dú)立的和附加的TPMS設(shè)備，工程師可以利用來自制造商的可用設(shè)備，包括Atmel，Maxim Integrated Products，Silicon Labs和Texas Instruments等。

TPMS系統(tǒng)通過監(jiān)測輪胎壓力直接起作用，或通過使用車輛的防抱死系統(tǒng)間接地檢測與縮小的輪胎的半徑減小相關(guān)的轉(zhuǎn)速變化。直接方法(本文的主題)依靠低頻RF設(shè)備將輪胎壓力測量值傳輸?shù)杰囕v安全管理系統(tǒng)。

TPMS架構(gòu)

安裝在內(nèi)圈上的直接TPMS單元連接到閥桿以測量輪胎壓力，將測量無線傳輸?shù)綄Ｓ肨PMS控制器或車輛的電子系統(tǒng)控制器。這些設(shè)備采用不可更換的電池制造，其設(shè)計(jì)時(shí)考慮了功耗。為了節(jié)省功率，大多數(shù)TPMS架構(gòu)通常使用發(fā)起器，其發(fā)送低頻RF信號(hào)，使得每個(gè)TPMS單元在返回到低功率模式之前喚醒并發(fā)送更新的輪胎壓力數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1：在這個(gè)TPMS設(shè)計(jì)中，一個(gè)低頻RF發(fā)起器喚醒每個(gè)安裝在輪胎上的單元，然后將這些單元發(fā)送到專用的接收器或接收器中。集中式子系統(tǒng)(由Panasonic提供。)

專為支持這種啟動(dòng)功能而設(shè)計(jì)，Atmel ATA5276 IC驅(qū)動(dòng)125 KHz LC諧振回路電路，啟動(dòng)此喚醒過程。 ATA5276由MCU通過簡單的單線接口控制，將控制邏輯與VCO相結(jié)合，產(chǎn)生125 KHz信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射器LC線圈電路。通過使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器件的DIO引腳而不是使用簡單的“使能”信號(hào)，工程師還可以使用ATA5276將ASK調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋PMS單元(圖2)。

圖2：除了提供簡單的喚醒信號(hào)外，Atmel ATA5276還可以向TPMS單元傳輸數(shù)據(jù)：使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)DIO切換DRV，從而產(chǎn)生ASK調(diào)制信號(hào)線圈。 (由Atmel提供。)

安裝在每個(gè)輪胎上的實(shí)際TPMS測量單元包括壓力傳感器，信號(hào)處理級(jí)和RF發(fā)射器。使用啟動(dòng)器時(shí)，輪胎側(cè)的喚醒電路可以像模擬比較器一樣簡單，例如Maxim MAX9075。在這種方法中，比較器將檢測設(shè)計(jì)有與發(fā)射器匹配的諧振頻率的線圈的輸出(圖3)。當(dāng)比較器達(dá)到閾值時(shí)，它可以驅(qū)動(dòng)單個(gè)晶體管，驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)到TPMS測量單元。

圖3：響應(yīng)其諧振電路檢測到的信號(hào)，輪胎側(cè)TPMS喚醒電路可以發(fā)送TPMS電路的其余部分使用由模擬比較器切換的單個(gè)晶體管使能信號(hào)。 (由Maxim Integrated Products提供。)

壓力測量

實(shí)際輪胎壓力測量依賴于壓力傳感器，這些壓力傳感器提供與溫度相關(guān)的差分輸出信號(hào)，通常是高度非線性的，具有較大的偏移和偏移漂移。需要信號(hào)調(diào)理電路來提供所需的線性化，校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償。為了簡化TPMS設(shè)計(jì)的這一階段，工程師可以利用德州儀器(TI)PGA309或Maxim MAX1452等集成器件，以及專門設(shè)計(jì)用于傳感器信號(hào)調(diào)理所需的片上子系統(tǒng)的IC(圖4)。

圖4：TI PGA309等專用信號(hào)調(diào)理IC提供實(shí)現(xiàn)壓力非線性，溫度相關(guān)輸出的線性化，補(bǔ)償和校準(zhǔn)所需的功能傳感器。 (德州儀器公司提供。)

TI PGA309包括完整的傳感器調(diào)節(jié)信號(hào)鏈，集成了輸入多路復(fù)用器，可編程增益儀表放大器，線性化電路，電壓基準(zhǔn)，控制邏輯和輸出放大器。工程師可以通過其單線數(shù)字接口校準(zhǔn)器件，并將校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)在片外存儲(chǔ)器(如SOT23-5 EEPROM)上。

Maxim MAX1452是一款精密信號(hào)調(diào)理器，集成了可編程增益放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，溫度傳感器和內(nèi)部EEPROM。該器件使用模擬放大來初始提升輸入信號(hào)，然后進(jìn)行模擬溫度校正，最后使用數(shù)字電路完成校正。該器件專門用于傳感器調(diào)節(jié)應(yīng)用，允許工程師通過編程改變傳感器電橋激勵(lì)電流或電壓來校準(zhǔn)和校正傳感器信號(hào)。

RF link

對(duì)于TPMS單元的通信核心，工程師可以從不同的ISM RF設(shè)備中進(jìn)行選擇。對(duì)于僅需要傳輸能力的TPMS輪胎安裝單元設(shè)計(jì)，Maxim 7044，Micrel MICRF112，Silicon Labs Si4020/Si4021和Texas Instruments CC1070等設(shè)備提供完整的解決方案，需要最少的外部元件，包括晶體，阻塞電容器，以及功率放大器輸出和天線之間的適當(dāng)匹配元件。

Maxim MAX7044提供300 MHz至450 MHz范圍內(nèi)的OOK/ASK傳輸。與同類產(chǎn)品中的其他器件一樣，MAX7044只需極少的外部元件。然而，MAX7044能夠提供高達(dá)13 dBm的輸出功率，同時(shí)在2.7 V時(shí)僅提供7.7 mA的電流。

Micrel MICRF112發(fā)送器在300至450 MHz頻段內(nèi)提供ASK/FSK調(diào)制，輸出功率高達(dá)10 dBm。 MICRF112能夠在低至1.8 V的電源電壓下工作，與此類大多數(shù)器件相比，最小電源電壓通常為2.0至2.2 V.

Silicon Labs Si4020/Si4021 ISM發(fā)送器提供了完全集成的解決方案，僅需外部晶振和旁路濾波器。引腳兼容器件包括一個(gè)集成PLL，具有快速建立時(shí)間，可在433，868和915 MHz頻段內(nèi)工作。 Si4020還可在315 MHz頻段工作，而Si4021則提供更高的輸出功率(433 MHz時(shí)為8 dBm，而Si4020為3 dBm)。

德州儀器(TI)CC1070允許工程師使用集成的VCO和分頻器以編程方式設(shè)置工作頻段，以達(dá)到所需的工作頻率。該器件具有靈活的可編程電源管理功能，允許工程師在輪胎安裝的TPMS單元在數(shù)據(jù)傳輸事件后返回低功耗模式時(shí)，輕松設(shè)置器件以實(shí)現(xiàn)最低功耗。

TPMS設(shè)備具有重要的安全功能，有助于提高乘客的整體舒適度和車輛操控性。為了在集成，獨(dú)立或第三方TPMS產(chǎn)品中取得成功，工程師需要將傳感器信號(hào)調(diào)理電路與靈活的RF通信功能相結(jié)合。高度集成的ISM設(shè)備(如上所述)的可用性有助于簡化TPMS設(shè)計(jì)并加快部署更復(fù)雜的車輛安全功能。