无线ASIC将胎压监测系统推向大众市场

admin

近年来，汽车电子工业已使车辆安全性能得到了很大改善。胎压监测(TPM)系统有望获得大规模的应用。由轮胎爆裂直接导致的严重且致命事故的影响宽广，使我们迫切需要一种低成本、低功耗、可靠的、小形状因子的监测车胎压力的精巧办法。新兴技术还集成了低数据速率的无线性能，未来几年OEM将开始提供胎压监测系统产品。

        某些数据说明对胎压监测系统存在迫切需求，例如，雷诺汽车的统计结果表明，高速公路上6%的致命意外事故是由充气不足的轮胎突然失效所引起的；而米其林的一项调查显示，英国30%的驾驶员都依赖于汽修厂胎压检测的服务。但是，一些最新车辆的服务间隔能长达18，000英里(25公里)！

        许多新的高端车辆将胎压监测系统列为标准配置的一部分。过去，我们常以轮对轮转速差测量为标准来检查某个轮胎是否充气不足，从而提高车辆防抱死制动系统(ABS)的性能，以达到胎压监测的目的。然而，这类系统的精确度和反应时间不足以满足法定的要求；由于它依赖于差分测量，因此当所有的轮胎都充气不足时，该系统也不能发出可靠的警告。在这种系统下，我们需要驾驶员的干预来对超过轮胎保养周期的车辆重新设定系统。
         下图的电路解决方案是建立在监测每个轮胎的压力、运动、温度和电池电压的系统的基础上。将这些信息处理成为数据，然后将从每个轮胎上得到的数据传送到车辆的中央控制器上，必要时它会向驾驶员发出危险警报。提供给驾驶员的信息可能只是一个警报那么简单，也可能会是每个胎压的仪表板数字显示器那么复杂。有些系统可能也包含按需重读和按需读出压力(POD)的功能。

        AMI半导体已为胎压监测系统开发制造出了许多低数据速率的无线解决方案，以支持频率在千兆赫以下的应用。胎压监测系统的预期工作频率将可能继续保持为美国325MHz和欧盟434MHz的免许可频段，以使胎压监测系统共享遥控无钥进入(RKE)系统的接收器。

        胎压监测系统关键的规格要求是：耗电量、体积大小、可靠性和成本。该设备还必须符合国际上的各种规定及要求，包括美国联邦通信委员会(FCC)和欧洲电信标准协会(ETSI)建立的主要标准。

        耗电量是轮胎TPMS传感器/发射器要考虑的主要问题之一。为使传感器/发射器模块尽量轻巧，我们对电池的大小作了严格的规定。由于电池的体积缩小，电池容量就会变小，因此使总有效能量也变小。汽车制造商都想制造出寿命较长的电池，使电池的寿命最短为10年，容量最小为220 mAh。这种电池能使平均耗电量为2.5μA的TPMS系统连续运作87，000个小时。

        要使电池寿命尽量延长，就必须使设备的各个部分具有高占空比的电源。作为电源管理一部分，这些设备需包含一个“被动”工作模式和一个“主动”工作模式。主动模式会受到汽车运动的触发，其压力读数能增加到被动模式的一百倍。在射频传输下，TPMS应用的耗电量达到最高模式，高出压力测量处理模式5倍。如果压力测量传输次数较少或只要测出压力的大幅度减少并进行传输，就能节省额外功耗。
         用来做唤醒计时器的RC振荡器是需要连续工作的电路一部分。另一种持续电流消耗是由于设备的电量流失而引起的。这两者的平均直流耗电量大约为400nA。被动模式电路的耗电量预计占电池10年寿命的90%，其平均耗电量只有500nA。主动模式中的平均耗电量大约高达2.8μA,但这仍然只是个小数目。

        由于该振荡器能迅速满足它们所需的工作点，因此在一些电路中功耗能得到进一步的节省。有一种需要大量启动时间的电路叫做晶体振荡器，在这种情况下，使用AMI半导体“快速启动晶体振荡器”的IP会比较有利。这种自校准电路将振荡器的启动时间减少到5-10μs之间，而一般的晶体振荡器的启动时间为5-10ms。

        将能量消耗最小化还需要特定的低功耗模数转换器、AMI半导体“鉴听模式”的快速唤醒能力(信号追踪如下)以及利用片上智能减少RF传输次数的能力。
可靠性

        如果在减少外部组件数目的设计上下功夫，TPMS模块的可靠性就能得到改善，电路板或模块所占的空间也会减小。事实上，许多IP模块的设计都将此作为一个目标。我们还可以把许多外部零件组装到一起，如晶体负载电容器、锁相环、滤波器件及温度传感器。

        在任何RF应用下，多路径衰减都会使获取可靠无线通信过程出现严重的问题。由于车辆处在一个每时每刻都在变化的环境当中，TPMS应用的多路径很可能导致出一些重大问题。为减少这些问题的出现，我们可以使用双天线分集接收机，例如在AMIS-52100中。分集功能的自动工作并不需要外部控制器或RF开关。

最低要求

        在努力迎合制造TPMS系统的强制性要求时，成本问题仍然是汽车制造商们要考虑的一个实质性问题。我们已经提到，将TPMS中央控制器与RKE系统集成在一起可以获得很大的经济利益，大多数车型都采用了该方法。利用成熟、高效的处理器和IP也能帮助降低成本；例如，AMIS采用的是已验证的0.35μm混合信号技术。一种经济的EEPROM(电可擦除只读存储器)也能被列入该规格范围，它能存储校准、轮胎序列号或位置号码。

        为将系统组件数减到最少，我们建议把硅基MEMS(微机电系统)之类的传感器和接口发射器IC集成在一个多芯片封装中。由于某些原因，只组装传感器而没有接口发射器在经济节约方面是不可行的。尽管大几何尺寸的CMOS工艺相对来说不贵，但比较之下，制造传感器的过程更简单因此也便宜得多。传感器元件的体积也比较大，这些特征使它们无法与CMOS ASIC一起协同处理(即集成在一起)。

        可以满足TPMS这些要求的微电子器件能够在为原始设备制造商和购车一族节约成本的同时，进一步提高车辆的安全性能。