车用TPMS专用传感器技术剖析
作者:RFID世界网 收编
来源:电子元件技术
日期:2010-05-25 09:15:15
摘要:TPMS是汽车轮胎压力监视系统“TirePressureMonitoringSystem”的英文缩写,主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保障行车安全,是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。
TPMS是汽车轮胎压力监视系统“TirePressureMonitoringSystem”的英文缩写,主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保障行车安全,是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。
在欧美等发达国家由于TPMS已是汽车的标配产品,因而TPMS无论在产品品种还是在生产产量方面都在急速增长,其所用MEMS芯片和IC芯片的技术发展进步很快,TPMS最终产品技术也因此而得到迅速发展。
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。
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。
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。
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。
在欧美等发达国家由于TPMS已是汽车的标配产品,因而TPMS无论在产品品种还是在生产产量方面都在急速增长,其所用MEMS芯片和IC芯片的技术发展进步很快,TPMS最终产品技术也因此而得到迅速发展。
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1TPMS发射器由五个部分组成
图2TPMS的轮胎压力监测模块成品的实物图
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
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NPX2
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10SP30整合使用PHILPS的P2SC
图11NPX2整合使用PHILPS的P2SC
图12TPMS传感器模块技术发展趋势