车用TPMS传感器技术的解析

　　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