TPMS技术发展现状与趋势

由于汽车轮胎现在大多都是没有内胎的真空子午胎，因此，将TPMS的远程轮胎压力监测模块安装在轮毂上是十分方便和容易的，但是汽车在高速跑动时轮胎内环境和温度是十分恶劣的，压力、温度、湿度变化特别大，所以该模块的设计要按军级产品的要求来选用元器件，按工业产品的要求来制订生产工艺，然而它是一个量大面广的汽车通用安全产品，要按消费电子产品来定价。

远程轮胎压力监测模块由五个部分组成：（1）具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器SoC；（2）4-8位单片机（MCU）；（3）RF射频发射芯片；（4）锂亚电池；（5）天线。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足- 40℃到+125℃的使用温度范围。

智能传感器是整合了硅显微机械加工（MEMS）技术制作的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器（ADC）、取样/保持（S/H）、SPI口、校准（Calibration）、数据管理（Data）、ID码的数字信号处理ASIC单元，模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。它是由MEMS传感器和ASIC电路二块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔，将压力直接导入在压力传感器的应力薄膜上，周边固定的圆形应力薄膜内壁由半导体应变片组成惠斯顿测量电桥；同时这个孔还将环境温度直接导入半导体温度传感器上。为了便于TPMS接收器的识别，每个压力传感器都具有16-32位独特的ID码。

适用于TPMS的智能传感器主要有硅集成电容式压力传感器，如Freescale的MPXY8020、MPXY8040；和硅压阻式压力传感器，如GE NovaSensor的NPX1、NPX2，Infineon SensoNor的SP12、SP12T、SP30。硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗。

NPX和SP12系列的智能传感器都包含了加速度计，加速度传感器利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车移动即时开机，进入系统自检、自动唤醒，汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时间周期，用软件设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期和提高预警能力、节省电能等功能。NPX还将8位MCU封装在智能传感器中。

随着TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性的要求，目前已经有了如GE NPX那样的将所需测试各物理量的传感器与MCU合二为一的智能传感器模块，在未来几年内还会开发出包含RF发射芯片三合一的模块，包含利用运动的机械能自供电的四合一的模块，届时远程轮胎压力监测模块只有一个模块和一个天线组成，客户的二次设计变得十分简便。

TPMS的工作频率北美标准为315MHz，欧洲标准为433.92 MHz，韩国为448 MHz，已有人建议新标准为868 MHz。其发射功率又不能超过10dBm，否则要接受无线电管制。工作模式有ASK（振幅变换调制）、FSK（频率变换调制），FSK抗干扰较好。因此，对RF芯片选用的要求是：（1）发射功率尽可能大；（2）芯片外型尺寸尽可能小；（3）具有比较好的性能/价格比。ATMEL的T5754、Infineon的TDK5110的标称发射功率都达10dBm。

电池选用锂亚电池，以保证远程轮胎压力监测模块在高低温环境中都能正常工作。传统的锂电池在- 40℃低温时丧失电能，在+100℃高温时会自动放电。TADIRAN LTH2450锂亚电池能满足TPMS宽温度范围的要求。

天线是远程轮胎压力监测模块发射功率提升的关键，天线技术涉及天线的几何形状、材料、介质等诸多因素。

远程轮胎压力监测模块的整体电源管理是十分重要的，一个锂亚电池要向这个模块提供3-5年的工作能源，做好电源管理和如何省电是关键所在。

发射模块在汽车轮胎内的安装有二种方式，一是利用气门咀安装，这是目前使用最多的；二是利用紧箍扣安装在轮毂上，这是最早的办法，但振动后会移位。无论采用哪种方式，安装完TPMS发射模块都必须对轮胎重新做动平衡检验。

中央监视器即TPMS接收器主要由UHF ASK/FSK RF接收IC和信号处理MCU、键盘、LCD显示器组成。RF接收IC和信号处理MCU安装在一个盒子里，可安装在汽车仪表箱内，带控制键盘的LCD显示器可安装在驾驶台上，LCD显示器能实时显示每个轮胎的压力、温度，和每一个轮胎的ID识别码，以及声光报警。由于接收系统是工作在汽车车厢内，其环境温度是常温而且变化不大，电源可以使用汽车的12V或24V电源，因此对器件选用只要是工业级即可，省电的要求也不高。

RF接收IC选用时一般考虑需要较高的接收灵敏度，以提高TPMS的工作效率和降低整个系统的生产成本，ATMEL的T5743、Infineon的TDK5210的标称灵敏度都达-100dBm以上。

TPMS技术发展趋势

汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，将是一个永恒的主题，因此，TPMS将成为汽车安全保障系统之一。TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方向发展。

米其林集团公司、固特异轮胎橡胶公司已开发出在轮胎制造时的成形工序中，将压力、温度监测和信号发射装置被埋入轮胎胎壁内，它在轮胎的整

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