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警。 TPMS單獨使用或與其他車輛電子系統(tǒng)結合使用，對于乘客安全，車輛操縱和輪胎使用壽命起著至關重要的作用。作為大多數(shù)TPMS設計的核心，RF設備在傳達車輛安全系統(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。為了構建集成的，獨立的和附加的TPMS設備，工程師可以利用來自制造商的可用設備，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的轉(zhuǎn)速變化。直接方法(本文的主題)依靠低頻RF設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
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。這些設備采用不可更換的電池制造，其設計時考慮了功耗。為了節(jié)省功率，大多數(shù)TPMS架構通常使用發(fā)起器，其發(fā)送低頻RF信號，使得每個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TPMS設計中，一個低頻RF發(fā)起器喚醒每個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。)
專為支持這種啟動功能而設計，Atmel ATA5276 IC驅(qū)動125 KHz LC諧振回路電路，啟動此喚醒過程。 ATA5276由MCU通過簡單的單線接口控制，將控制邏輯與VCO相結合，產(chǎn)生125 KHz信號，用于驅(qū)動發(fā)射器LC線圈電路。通過使用數(shù)據(jù)驅(qū)動器件的DIO引腳而不是使用簡單的“使能”信號，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DIO切換DRV，從而產(chǎn)生ASK調(diào)制信號線圈。 (由Atmel提供。)
安裝在每個輪胎上的實際TPMS測量單元包括壓力傳感器，信號處理級和RF發(fā)射器。使用啟動器時，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，比較器將檢測設計有與發(fā)射器匹配的諧振頻率的線圈的輸出(圖3)。當比較器達到閾值時，它可以驅(qū)動單個晶體管，驅(qū)動啟動信號到TPMS測量單元。
圖3：響應其諧振電路檢測到的信號，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晶體管使能信號。 (由Maxim Integrated Products提供。)
壓力測量
實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的差分輸出信號，通常是高度非線性的，具有較大的偏移和偏移漂移。需要信號調(diào)理電路來提供所需的線性化，校準和溫度補償。為了簡化TPMS設計的這一階段，工程師可以利用德州儀器(TI)PGA309或Maxim MAX1452等集成器件，以及專門設計用于傳感器信號調(diào)理所需的片上子系統(tǒng)的IC(圖4)。
圖4：TI PGA309等專用信號調(diào)理IC提供實現(xiàn)壓力非線性，溫度相關輸出的線性化，補償和校準所需的功能傳感器。 (德州儀器公司提供。)
TI PGA309包括完整的傳感器調(diào)節(jié)信號鏈，集成了輸入多路復用器，可編程增益儀表放大器，線性化電路，電壓基準，控制邏輯和輸出放大器。工程師可以通過其單線數(shù)字接口校準器件，并將校準參數(shù)存儲在片外存儲器(如SOT23-5 EEPROM)上。
Maxim MAX1452是一款精密信號調(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，然后進行模擬溫度校正，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)應用，允許工程師通過編程改變傳感器電橋激勵電流或電壓來校準和校正傳感器信號。
RF link
對于TPMS單元的通信核心，工程師可以從不同的ISM RF設備中進行選擇。對于僅需要傳輸能力的TPMS輪胎安裝單元設計，Maxim 7044，Micrel MICRF112，Silicon Labs Si4020/Si4021和Texas Instruments CC1070等設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13 dBm的輸出功率，同時在2.7 V時僅提供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集成PLL，具有快速建立時間，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置工作頻段，以達到所需的工作頻率。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，輕松設置器件以實現(xiàn)最低功耗。
TPMS設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調(diào)理電路與靈活的RF通信功能相結合。高度集成的ISM設備(如上所述)的可用性有助于簡化TPMS設計并加快部署更復雜的車輛安全功能。
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