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1、TPMSS提高汽汽车安全全性 上网时间间：20006-11-07TPMSS对于提提高汽车车安全性性带有举举足轻重重的影响响。轮胎胎是汽车车和路面面唯一直直接接触触的部分分。 轮胎过于于膨胀或或处于充充气不足足状态都都会影响响汽车安安全性。有有很多车车祸都因因轮胎出出现状况况而导致致的。美美国高速速公路安安全协会会（NHHTSAA）也因因此立法法强制实实施TPPMS。本本文将探探讨TPPMS的的主要要要求和设设计挑战战。 胎压监测测系统（TTPMSS）的要要求和设设计挑战战TPMSS系统的的要求有有：低功功耗、在在恶劣环环境下高高度运行行的可靠靠性、较较小的压压力传感感器误差差容限以以及更长长的
2、工作作寿命等等。为实实现100年使用用寿命这这一目标标，必须须使用低低功耗集集成化部部件。英英飞凌已已经推出出了诸如如SP330和SSP355的集成成化产品品，以满满足这些些要求。 TPMSS 的设设计挑战战一旦安装装好车轮轮模块，就就不能更更换电池池，因为为它们将将与电子子设备一一起铸在在同一个个模块中中。有了了这一限限制，在在设计TTPMSS系统时时，电源源管理就就成为一一大挑战战。 1) 软软件算法法在设计计一个运运行稳定定、功效效高的系系统时，需需要考虑虑的第一一个因素素就是软软件。因因为车轮轮模块通通常是用用微控制制器来执执行命令令的，所所以应采采用一种种智能化化算法实实现预期期的功
3、效效。例如如，每次次都要将将一个完完整的 8-bbit参参数传输输到接收收器吗？或者，传传输一个个 1-bitt参数低低压报警警信号是是否更加加有效？多长时时间测量量一次胎胎压？系系统总是是测量所所有参数数，还是是对一个个参数的的测量次次数比其其它参数数多？应应由车轮轮模块执执行参数数计算还还是接收收器来执执行？软软件工程程师在设设计TPPMS系系统时必必须考虑虑这些问问题。 2) 低低频（LLF）接接口使用用低频功功能是控控制TPPMS的的非常有有效的方方法。在在使用低低频接口口时，感感应模块块可以始始终处于于电源关关闭模式式，这样样功耗最最低。只只有在收收到唤醒醒信号后后，传感感器才会会进
4、行测测量和数数据传输输。 除了降低低功耗以以外，低低频接口口还具备备设计灵灵活性和和其他一一些优势势。例如如，低频频通讯可可使系统统通过低低频接口口向微控控制器发发送特定定命令，以以对轮胎胎进行重重新校准准和定位位。 3) 加加速度计计/滚动动开关另另一种降降低功耗耗的方法法是使用用滚动开开关来检检测轮胎胎是静止止的还是是运行的的。因此此，运算算可通过过如下方方式进行行?只只有当车车辆运行行时，才才进行相相应的检检测和/或传输输。 一些TPPMS传传感器（比比如SPP30）集集成了加加速度计计，该加加速度计计是一种种检测车车轮旋转转的高GG传感器器。因此此，应用用软件可可以用这这种方法法编写?
5、即当当加速度度计的读读数低于于某一水水平时，表表明车辆辆是静止止的或者者非常缓缓慢地行行驶着，此此时，TTPMSS可停止止运行或或以很低低的频率率运行。一一般的车车辆在公公路上行行驶的平平均时间间大约为为15%。考虑虑到这一一点，这这种设计计方案可可以大幅幅度降低低TPMMS的功功耗。 4) 最最后，通通过选择择低功耗耗元件并并通过使使用具有有集成功功能的元元件来尽尽可能减减少元件件数量，可可获得更更高功率率效率并并降低系系统总成成本。 设计挑战战?无无线控制制第一代代TPMMS发送送器的设设计采用用SAWW共振器器的ASSK调制制技术来来产生适适当的发发射频率率。该AASK系系统虽然然非常廉
6、廉价，但但却容易易受到由由于车轮轮（发送送器安装装在其上上）旋转转所导致致的接收收场强变变化的影影响。 出于这一一原因，现现在的TTPMSS都采用用基于晶晶体振荡荡器的FFSK调调制方法法和PLLL合成成器来产产生中心心频率和和频率牵牵引。在在许多OOEM应应用中，即即使是在在车轮高高速旋转转时，FFSK都都具备可可靠的射射频通讯讯功能。 TPMSS 系统统技术多年来，TTPMSS技术发发展迅速速，有多多种实现现方式。有有两种极极具知名名度的系系统：直直接TPPMS系系统和间间接TPPMS系系统。正正在推出出的混合合TPMMS系统统结合了了直接系系统和间间接系统统的优势势，是一一种价格格更低的
7、的替代方方案。 间接TPPMS现现在的间间接TPPMS是是与车辆辆的防抱抱死系统统（ABBS）一一起使用用的。AABS采采用车轮轮转速传传感器测测量每个个车轮的的转速。当当一个轮轮胎的气气压减小小时，滚滚动半径径就减小小，而车车轮的旋旋转速度度就相应应地加快快。 这个比率率可用下下列等式式来表达达： 如果这个个比率偏偏离设定定的公差差，一个个或更多多轮胎就就会过于于膨胀或或处于充充气不足足状态。然然后，指指示灯会会提示司司机，有有一个轮轮胎处于于低压状状态。但但是，指指示灯无无法识别别是哪个个轮胎处处于低压压状态。这这个系统统还有其其它局限限性，即即当同一一车轴或或同一侧侧的两个个轮胎都都处于
8、低低压状态态时，它它无法检检测出究究竟是哪哪个轮胎胎充气不不足。还还有，如如果所有有四个轮轮胎都处处于低压压状态，该该系统不不会发现现这一故故障。轮轮胎直径径的减少少和气压压的降低低非常微微小。对对于薄胎胎来说，669kPPa (100 pssi)的的压降只只会使直直径减小小1mmm。这种种压降不不符合美美国的最最终判定定规则（FFinaal RRuliing）所所规定的的25%原则。采采用间接接方法进进行检测测在很大大程度上上依赖于于轮胎和和负载因因子。 直接TPPMS直直接TPPMS采采用固定定在每个个车轮中中的压力力传感器器直接测测量每个个轮胎的的气压。然然后，这这些传感感器会通通过发送
9、送器将胎胎压数据据发送到到中央接接收器，然然后进行行分析，分分析结果果将被传传送至安安装在车车内的显显示器上上。 显示器的的类型和和当今大大多数车车辆上装装配的简简单的胎胎压指示示器不同同，它可可以显示示每个轮轮胎的实实际气压压，甚至至还包括括备用轮轮胎的气气压。因因此，直直接TPPMS可可以链接接至显示示器，告告诉司机机哪个轮轮胎充气气不足。 由于直接接TPMMS可直直接测量量每个轮轮胎的气气压，因因此当任任何一个个或几个个轮胎处处于低压压状态时时，它们们就会检检测出这这种状态态。当车车辆的所所有四个个轮胎都都处于低低压状态态时也可可以检测测到。直直接TPPMS也也可检测测到较小小的压降降。
10、有些些系统甚甚至可以以检测到到7 kkPa (11.0 psii)的压压降。 混合TPPMS为为满足多多轮压力力检测要要求，常常规的间间接TPPMS需需要在系系统中安安装两个个额外的的胎压传传感器和和一个射射频接收收器。胎胎压传感感器要安安装在车车轮上，两两个传感感器呈对对角安装装。混合合TPMMS能够够克服常常规直接接TPMMS的局局限性，这这说明它它们能够够检测到到在同一一个车轴轴或车辆辆同一侧侧的两个个处于低低压状态态的轮胎胎，这些些轮胎中中有一个个带有直直接气压压传感器器。和间间接系统统相似，当当两个呈呈对角的的轮胎（不不带直接接气压传传感器）都都处于低低压状态态时，系系统只能能检测到
11、到一个轮轮胎充气气不足。当当所有44个轮胎胎都处于于低压状状态时，系系统也可可以检测测到故障障，因为为系统安安装了直直接气压压传感器器。 这种方法法可以降降低系统统成本。但但就系统统可靠性性和灵活活性而言言，还是是不够理理想，并并且不能能全部定定位欠压压轮胎。 随着技术术的发展展，直接接TPMMS系统统已逐渐渐演变为为3个主主要系统统类型，即即主流型型（低/中端）、带带有自动动定位功功能的高高端TPPMS和和结合EESP/ABSS的TPPMS系系统。下下表对各各种系统统类型进进行概述述： 情景1：TPMMS配AABS/ESPP?间间接系统统许多OOEM都都从间接接系统转转向了直直接系统统，因为
12、为直接系系统的总总体成本本降低了了。间接接系统有有太多的的技术局局限性，并并且要求求非常严严格的场场地测试试。由于于间接系系统在美美国市场场遭受了了太多的的索赔，所所以通常常仅限于于欧洲使使用。因因此，其其市场份份额不足足10%。 情景2：主流（低低/中端端）TPPMS?直接接系统正正如其名名字一样样，覆盖盖低/中中端细分分市场的的主流TTPMSS的市场场份额到到20111年将将超过550%。主主流TPPMS的的市场规规模，主主要受美美国立法法的推动动。我们们预计，TTPMSS在欧洲洲、亚太太地区和和日本市市场规模模会很小小，这是是由于额额外的系系统成本本和公众众对TPPMS认认知不足足造成的
13、的。TPPMS系系统通常常是作为为高端车车型的选选件提供供的。增增装的需需求仍然然很低，因因为一般般的车主主对TPPMS还还不熟悉悉。 主流系统统的主要要推动因因素是价价格。OOEM需需要一个个能够满满足美国国高速公公路安全全协会（NHTSA）的各项要求，并且不至导致低/中端车型的价格增加太多的TPMS的系统。主流系统的基本功能可以满足NHTSA的各项要求。但是，要知道，每个OEM都有自己的TPMS系统。TPMS并不是一个商品市场！ 情景3：高端TTPMSS（自动动定位）?直接接系统高高端TPPMS是是指将轮轮胎的自自动定位位功能集集成于直直接TPPMS系系统。轮轮胎的自自动定位位功能是是指识
14、别别和区别别4个轮轮胎发送送的信息息。在这这种情况况下，比比如，右右前轮的的气压，无无需任何何人为操操作，即即可被正正确识别别并显示示出来。 如今的系系统主要要是在翼翼板中安安装低频频发射器器天线来来进行定定位。有有四个低低频发射射器模块块用电线线连接中中央接收收器模块块至翼板板。中央央接收器器模块将将信号发发送至这这些低频频模块以以触发特特定的车车轮模块块，比如如右前轮轮。在这这种情况况下，只只有右前前轮的车车轮模块块（而不不是其余余的车轮轮模块）会会反馈信信息。将将来，两两轴G传传感器将将被用于于实现轮轮胎的自自动定位位功能。 预计到220111年，高高端TPPMS系系统的市市场份额额将达
15、到到30%。该系系统也将将成为未未来TPPMS/ESPP集成的的基础（见见情景44的描述述）。 情景4：ESPP/ABBS和TTPMSS的结合合?直直接系统统该系统统是未来来的发展展方向。在在该系统统中，TTPMSS系统将将轮胎的的附加信信息提供供给ESSP系统统，如重重力、轮轮胎气压压和温度度、路况况和轮胎胎类型等等。这是是未来高高级ESSP系统统的发展展趋势。这这种系统统需要具具备多轴轴重力测测量和自自动定位位功能，此此外还需需要采用用低频或或“能量量获得”技技术的无无电池式式系统。该该类系统统将于220088年首次次引入高高端汽车车（基于于低频系系统）。预预计到220111年，其其市场份
16、份额将达达到100%。 下一代产产品?SP335英飞飞凌的SSP300 TPPMS传传感器几几年之前前已进入入批量生生产，迄迄今为止止已销售售了数百百万套。英英飞凌的的传感器器，作为为用于TTPMSS系统的的主导产产品，在在市场上上获得广广泛的认认可。随随着市场场不断要要求更高高的集成成度和更更低的系系统成本本，英飞飞凌将在在20007年向向亚太市市场推出出下一代代产品SSP355。 SP355将集成成车轮模模块所需需的感应应功能和和发射功功能。这这就意味味着，MMCU、传传感器和和射频发发射器都都被封装装在一起起。与现现有的SSP300加外部部射频发发射器集集成电路路（ICC）解决决方案相相
17、比，SSP355系统解解决方案案将减少少一个组组件。 SP355集成了了气压传传感器、加加速度传传感器、温温度传感感器、搭搭载片上上闪存的的80551微处处理器、低低频接收收器接口口以及3315/4333/8668/9915MMHz射射频发射射器。除除减少组组件数量量外，它它还可以以降低系系统总体体成本，因因为板卡卡设计更更加简单单，尺寸寸更小。 英飞凌SSP300的独特特优势TPMSS系统设设计中非非常重要要的一个个方面是是传感器器的介质质兼容性性。传感感器的精精确性和和可靠性性在很大大程度上上受外部部介质的的影响，如如潮湿、灰灰尘和其其它物质质如制动动液等。英英飞凌的的TPMMS传感感器采
18、用用夹层工工艺，由由夹在两两个玻璃璃层之间间的单硅硅晶组成成。传感感器元件件具备卓卓越的介介质兼容容性，因因为气压压入口朝朝向硅膜膜片的背背面。 芯片封装装对于产产品化和和批量生生产来说说是关键键因素。封封装方式式会大大大影响传传感器的的性能。每每个传感感器都是是独一无无二的，并并且需要要单独进进行整定定和校准准。英飞飞凌所有有的TPPMS传传感器在在生产过过程中都都进行了了全面整整定和校校准，因因此可节节省客户户大量的的时间和和成本。 英飞凌的的无线控控制芯片片的独特特优势英飞凌的的超高频频（UHHF）发发射器TTDK551xxxF系列列，是用用于此类类TPMMS的最最佳解决决方案。TTDK
19、551xxxF系列列设计用用于3115MHHz、4434MMHz、8868MMHz和和9155 MHHz等频频段，可可同时支支持 AASK调调制和FFSK调调制。该该产品系系列具备备一个完完全集成成的锁相相环（PPLL）合合成器和和一个高高效功率率放大器器以驱动动环路天天线。其其典型功功耗为77mA（当当电阻为为50OOhm，射射频输出出功率为为5dBBm时），堪堪称同类类最佳。该该设备可可在-440CC到+1125C的汽汽车运行行温度范范围内运运行，并并且采用用非常小小巧的PP-TSSSOPP-100封装。 除发射器器系列产产品外，英英飞凌还还提供用用于不同同频段的的各种接接收器芯芯片。由由
20、于具备备出色的的灵敏度度，英飞飞凌的射射频接收收器的应应用范围围不断扩扩大，如如TPMMS等。与与竞争对对手的无无线芯片片不同的的是，英英飞凌的的无线芯芯片集成成了各种种功能，这这样系统统设计人人员就可可使用最最少的元元件，从从而降低低系统成成本。在在FSKK调制模模式下当当接收频频率为4434MMHz时时，低达达3.99-7.5mAA的工作作电流，以以及高达达-1000dBBm的敏敏感度（测测定条件件：FSSK频偏偏为+/-500kHzz，误码码率为22xE-3比特特误差率率，曼彻彻斯特编编码方式式，数据据率为44KHzz，中频频带宽为为2800KHzz），也也是英飞飞凌超过过其竞争争对手的
21、的主要优优势。 英飞凌的TDA5210超高频（UHF）接收器的框图无线控制制设计考考虑因素素英飞凌TTDK551xxxF发射射器天线选择择和匹配配网络模模拟和测测试已经经证明，与与常规的的接地天天线相比比，环路路天线更更加有效效并且带带宽更宽宽。环路路天线通通常被印印刷在电电路板上上，并且且要适当当匹配才才能获得得最佳效效率。 但是，有有几个常常见的外外界因素素会影响响天线的的性能和和阻抗，如如手效应应?会会改变自自由空间间(0)和和金属物物体附近近的介电电常数，而而且这些些因素对对于获得得准确的的测量结结果来说说是至关关重要的的，并且且必须被被考虑在在内。 这被证明明是TPPMS系系统设计计
22、者所面面临的一一大挑战战，因为为天线必必须在尽尽可能多多的实时时影响因因素同时时出现的的情况下下进行测测量，即即要同时时调整天天线电阻阻网以及及安装在在边框上上或靠近近底部的的发射器器模块。 功率模式式在电源源关闭模模式下，整整个芯片片是不通通电的，电电流消耗耗一般为为0.33nA。通通过将FFSKDDTA切切换到HHIGHH（因为为未连接接PWDDWN）可可以进入入PLLL激活模模式。在在这期间间，PLLL接通通电源，但但功率放放大器关关闭，以以便在PPLL需需要稳定定时避免免不必要要的功率率辐射。 采用FSKDTA和ASKDTA进行FSK调制的功率模式示例（没有连接PDWN）PLL的的导通
23、时时间主要要由晶体体振荡器器的导通通时间决决定，当当使用规规定的晶晶体时，导导通时间间小于11 mssec。PPLL本本身需要要大约110ss的时间间锁定。在在PLLL启用期期间，电电流消耗耗一般为为3.55 mAA。 TDK551xxxF上的的功率放放大器由由ASKKDTAA接通至至HIGGH位置置。在此此期间，FFSKDDTA可可以发送送。当将将适当的的变换网网络应用用于PAAOUTT时，集集成电路路的电流流消耗一一般为77mA。 环路天线线PCBB设计指指南其他他一些TTPMSS发射器器设计指指南，通通常为系系统设计计人员带带来了挑挑战。 晶体部分分发射器器晶体板板应被屏屏蔽和接接地，并
24、并且远离离天线，以以避免来来自功率率输出的的干扰。同同样的原原理，发发射时钟钟输出应应远离晶晶体输入入，并且且所有晶晶体迹线线长度应应尽可能能短。 电路板接接地在电电路下面面进行牢牢固的接接地是很很重要的的，射频频和集成成电路（IIC）接接地应彼彼此分开开。 匹配元件件布置所所有匹配配的元件件彼此应应尽量正正交放置置在接地地平面上上，如果果可能的的话，它它们的并并联匹配配元件都都应彼此此分离。 天线设计计部分天天线应总总是放置置在“自自由空间间”（无无交流电电源接地地）内并并且应使使天线与与接地层层的距离离至少为为5mmm。如果果使用环环路天线线，必须须进行对对称设计计。 去耦合电电容布置置去
25、耦合合电容必必须尽可可能靠近近Vs和和地。 英飞凌TTDA552xxx接收器器英飞凌的的TDAA52xxx是一一种专门门用于短短程遥控控的单片片接收器器。超外外差接收收器（SSHR）的的基本结结构由低低噪声放放大器（LLNA）和和前端的的混频器器构成。IIC进行行了高度度集成并并且只需需很少的的外部元元件。该该器件包包括一个个低噪放放大器（LLAN）、双双平衡混混频器、完完全集成成的压控控振荡器器（VCCO）、PPLL合合成器、晶晶体振荡荡器、带带RSSSI发生生器的限限幅器、PPLL FSKK解调器器、数据据滤波器器、数据据比较器器（分割割器）和和峰值检检波器等等。此外外，该器器件还具具备断
26、电电功能以以延长电电池工作作时间。 用SAWW滤波器器克服外外界干扰扰为提高高选择性性和镜频频抑制比比，可在在天线和和LANN入口之之间放置置一个SSAW前前端滤波波器。这这样即可可有效克克服带外外干扰信信号造成成接收器器堵塞的的问题。 窄带前端端SAWW滤波器器的功率率，必须须与输入入侧的天天线和位位于输出出侧的LLNA相相匹配，以以获得扁扁平通带带、低插插入损耗耗和良好好的抑制制效应。 所有的PPCB迹迹线都要要尽可能能短，以以最小化化寄生作作用。一一般而言言，由SSAW滤滤波器供供应商推推荐的输输入和输输出匹配配元件的的值可以以作为一一个很好好的参考考指南。 提高接收收器的灵灵敏度有有很
27、多可可能影响响到接收收器灵敏敏度的因因素，我我们可以以对每个个因素进进行调节节以使接接收器的的灵敏度度最优化化。 为获得更更好的灵灵敏度和和接收器器性能，从从前端匹匹配、LLNA/Mixxer电电路、中中频滤波波器和晶晶频、到到数据滤滤波器和和数据分分割器都都要进行行仔细调调节。 结论正如本文文所提到到的那样样，元件件的正确确选择、电电源管理理、介质质兼容性性、系统统成本和和射频设设计都是是工程师师在设计计直接TTPMSS时需要要克服的的主要设设计难题题。这些些因素对对于商业业成功至至关重要要。基于于SP330/SSP355的解决决方案，设设立了元元件数量量和PCCB占位位空间方方面的行行业基准准。它还还满足汽汽车行业业要求的的10年年电池使使用寿命命。 TPMSS市场目目前的主主角是采采用电池池的直接接系统。无无电池直直接系统统可能于于20008年与与ESPP系统一一道面向向高端汽汽车推出出。预计计到20011年年，这种种系统的的销量将将达到11.699亿套，其其后5年年之内的的年均增增长率将将达到229%。可可以说，今今后几年年内，TTPMSS市场的的增长将将非常迅迅速。