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汽车TPMS传感器模块技术

  TPMS 是汽车轮胎压力监视系统 “Tire Pressure Monitoring System”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。 


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 
(责任编辑:Ioter)

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