基于SP37的新型TPMS系统设计

　　汽车胎压监测系统(Tyre Pressure Monitoring System，TPMS)是一种能对汽车轮胎气压、温度进行自动检测，并对轮胎异常情况进行报警的预警系统。目前直接式TPMS发射模块较多采用以下两种方案：1)电池+单片机+传感器+射频芯片，2)是电池+内部集成MCU的传感器+射频芯片。前一种方案由于集成度低、体积和功耗大而被市场逐渐淘汰，后一种方案是当前市场上较为先进的产品设计形式。随着半导体及硅显微机械加工技术的快速发展，一种新的设计方案即电池+内部集成MCU和RF的专用传感器正成为TPMS发射模块设计的主流。这种方案集成度更高，体积和功耗更小，使用寿命更长，产品竞争力也更强。本文选用Infineon新一代系统级芯片SP37作为胎压传感器和射频发射器，选用MAXIM公司的MAX1473作为接收芯片，设计完成了一种新型胎压监测系统。

　　1 系统描述

　　胎压监测系统组成如图1所示，轮胎压力传感器分别安装在4个车轮轮毂上，负责测量轮胎内部的压力、温度和电池电压等物理状况，并将测量数据通过无线形式按照一定的规律发给胎压控制器。驾驶员通过胎压控制器上的显示屏和按键可查看4个轮胎的压力值、温度值。当某一个轮胎的温度、压力或电池电压超过了报警阀值，胎压控制器能够准确识别轮胎的位置，并且发出图形、声音、文字报警。

　　2 系统硬件方案设计

　　该TPMS系统包括两种硬件模块：轮胎压力传感器和胎压控制器，两种模块的硬件结构如图2所示。轮胎压力传感器主要由电池和集传感器、单片机和RF发射单元于一体的SP37组成，外围器件少，重量轻，成本低。胎压控制器采用了基于ASK调制模式的MAX1473作为无线接收芯片，由8位单片机控制实现数据的接收、显示和报警。本设计方案遵循欧洲标准，无线信号调制中心频率为433.92 MHz。

　　2.1 SP37应用设计

　　传感器和射频是无线轮胎压力传感器设计的关键。由于轮胎压力传感器安装在轮毂上，采用能量有限的锂电池供电，因此实现传感器和射频功能的芯片需具有以下两个特点：

　　1)集成度高，外围器件尽可能少，便于进行可靠性设计;

　　2)最小可工作电压低，功耗低，有多种工作模式，便于根据具体工作状态进行功耗管理，以尽可能延长监测模块的工作寿命。

　　根据以上特点，并经过分析比较，最终选用了SP37这款高集成度系统级芯片。SP37是调频范围为300～450 MHz的胎压传感器芯片，内部集传感器、单片机和RF发射单元于一体，最大输出功率+8 dBm(50 Ω负载)，最低1.9 V工作。应用电路如图3所示，主要包括电源滤波电路、晶振电路和天线匹配电路三部分。由于RF芯片对汽车电磁噪音非常敏感，恰当有效的滤波电路能很好地抑制噪音，提高可靠性，因而靠近电源引脚配置了滤波电容C1、C4和C6。SP37常用调制频率有315 MHz和433.92 MHz两种，不同调制频率所选用的晶振也不同。若调制频率为315 MHz，那么外部晶振频率G1应为19.687 5 MHz;若调制频率为433.92 MHz，G1则应为18.08 MHz。L1、L2、C2、C3和C5组成了天线匹配网络，通过优化这些参数可以将特定阻抗的天线匹配到SP37功率放大器的输出阻抗500 Ω，以抑制谐波，提高天线的效能。本设计采用气门嘴作为天线，通过软件仿真和反复测试验证，最佳匹配电路如图3所示。