更新时间：2023-05-11 21:01

tpms 的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。 　见图1，图2 是成品的实物图。外壳选用高强度abs 塑料。所有器件、材料都要满足- 40℃到+125℃的汽车级使用温度范围。 　图1 tpms发射器由五个部分组成 　图2 tpms的轮胎压力监测模块成品的实物图 　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、加速度传感器芯片和一个包含温度传感器、电池电压检测、内部时钟和模数转换器（adc）、取样/保持（s/h）、spi 口、传感器数据校准、数据管理、id码等功能的数字信号处理asic 芯片。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 电路几块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的（图3）。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔（图4），将压力直接导入在压力传感器的应力薄膜上（图 5），同时这个孔还将环境温度直接导入半导体温度传感器上。 　mems 硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力硅薄膜内壁，采用mems 技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路的，将压力这个物理量直接变换成电量,其测量精度能达0.01-0.03%fs。硅压阻式压力传感器结构如图5 所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。 　为了便于tpms 接收器的识别，每个压力传感器都具有32 位独特的id码，它可产生4 亿个不重复的号码。 　图3 压力、加速度与asic/mcu组合封装在一个包装内 　图4 压力/温度导入孔 　图5 硅压阻式压力传感器结构 　图6 加速度传感器平面结构图 　图7 加速度传感器切面结构图 同样，加速度传感器也是用mems 技术制作的，图6 是mems 加速度传感器平面结构图，图7 是加速度传感器切面结构图，图中间是一块用mems技术制作的、可随运动力而上下可自由摆动的硅岛质量块，在其与周边固置硅连接的硅梁上刻制有一应变片，与另外三个刻制在固置硅上的应变片组成一个惠斯顿测量电桥，只要质量块随加速度力摆动，惠斯顿测量电桥的平衡即被破坏，惠斯顿测量电桥就输出一个与力大小成线性的变化电压△v。 　压力传感器、加速度传感器、asic/mcu 是三个分别独立的裸芯片，它们通过芯片的集成厂商整合在一个封装的单元里，如图8 美国ge 公司npx2，图9 是去掉封装材料后能清晰地看到这三个裸芯片，三个芯片之间的联接、匹配也都做在其中了。 　图8 美国ge 公司 　图9 是去掉封装材料后 　加速度传感器可使发射模块具有自动唤醒功能，sp12/30 和npx2 系列的智能传感器都包含了加速度传感器，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。可以利用加速度传感器+mcu+软件设计完成唤醒的功能设定，不再需要用其它芯片，以免增加成本。 　图 10 sp30 整合使用philps 的 　图 11 npx2 整合使用philps 的 　智能传感器模块还整合了asic/mcu，npx2 和sp30 都是使用philps 的p2sc 的传感器信号调理的asic 芯片（图10、图11），在npx2 的电原理图中能清晰地看到这个单元，它包括一个作运算处理控制的8 位risc 单片机、用于安置系统固化程序的4k erom或flash、用于存放客户应用程序的4k rom、用于存储传感器校准参数和用户自定义数据的128byte eeprom、ram、定时调制器、中断控制器、rc 振荡器，以及将来自传感器信号进行放大的低噪音放大器lna、继而将传感器信号转化为数字信号的adc、与外界联系的i/o 口、电源管理和看门狗、断续定时器、1-3 维的lf 接口。 　图12 tpms传感器模块技术发展趋势 　tpms 传感器模块技术发展趋势是将发射模块向高度集成化、单一化、无线无源化方向发展（图12）。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infineon sp12/sp30、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，届时胎压力监测发设器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。