主頁（http://www.by236.com）：基于集成壓力傳感器的無源胎壓監控系統研究(2)

　　直接胎壓監控系統設計與分析

　　本文設計了一種直接式TPMS，其原理如圖1所示。該系統由兩部分組成，輪胎模塊和車載接收模塊。其中，輪胎模塊包括壓力和溫度傳感器、A/D變換器、控制器及射頻發射器等，如圖2所示。車載接收模塊包括了射頻接收器、控制器以及顯示報警裝置等，如圖3所示。

　　該系統的基本工作原理如下，把輪胎模塊裝置在輪胎內，壓力和溫度傳感器檢測輪胎內部當前的應力和溫度信息，獲得的模擬信號經過A/D變換器轉換成數字信號，然后通過射頻發射器發送出去。車載接收模塊裝置在駕駛室內，射頻接收器接收來自輪胎模塊的應力和溫度信息，當輪胎壓力過高或者過低時，通過顯示和報警裝置發出報警信息。

　　在輪胎模塊，設計了一種新型的壓力溫度集成傳感器作為輪胎壓力監控傳感器。該傳感器集成了壓力和溫度兩種傳感器，具有體積小、成本低、測量精度高等特點。采用低噪聲四通道放大器，可以方便實現對壓力和溫度兩種信號的放大。控制器采用摩托羅拉的MC6S08QG8芯片，該單片機的工作電壓為3 V，與傳感器的工作電壓一致。射頻發射芯片采用摩托羅拉的MC33493芯片，該芯片具有3 V供電以及功耗低等特點。

　　在車載接收模塊，射頻接收解碼芯片采用摩托羅拉的MC33594芯片，該芯片是和射頻發射芯片MC33493芯片配套的射頻接收芯片，其工作電壓是5 V。控制器采用摩托羅拉的MC9S08AW16單片機，該芯片的內核為S08，可以與輪胎模塊的單片機MC6S08QG8采用同樣的開發環境，另外該芯片為5 V供電，與射頻接收芯片以及LCD顯示芯片電平兼容。

　　新型的胎壓監控傳感器分析

　　壓力傳感器和溫度傳感器是輪胎壓力監控系統的關鍵部件，設計并制作了一種新型傳感器，它包含壓阻式壓力傳感器和溫度傳感器兩部分。

　　其中，壓阻式壓力傳感器主要是利用半導體的壓阻效應，把一個惠斯通電橋做在一個硅杯上，如圖4所示。當硅杯受到壓力后發生形變，惠斯通電橋的四個橋臂電阻就會發生變化，打破了電橋的電平衡，從而會有一個電信號的輸出。

　　溫度傳感器采用單電阻結構，在n型硅襯底上制作一個p型電阻。囚為p型注入電阻有一個正的溫度系數，當溫度發生變化時，電阻的阻值就會發生相應的變化。通過給電阻以電流源供電，就可以通過測量電阻上的電壓來檢測溫度的變化。

　　圖5是本文制作的傳感器芯片的電鏡照片。圖5(a)為器件正面全貌;圖5(b)為薄膜正面;圖5(c)為薄膜背面。其中壓敏元件采用比常規更厚的50μm硅杯薄膜(500 μm×500μm)，增大了體硅上高應力區的面積，在降低工藝要求的同時提高了線性測量范圍和過載壓力。壓敏電阻設計為折線結構，采用優化的幾何尺寸，并將其部分制作在高應力體硅上以獲得更高靈敏度。體硅上的溫敏電阻隨壓敏電阻利用同步注入工藝制作，減小了工藝復雜度。該器件工藝簡單，成品率高，與標準IC工藝兼容。

　　初步的測試結果表明集成傳感器具有良好的性能。壓力傳感器的滿量程輸出為150 mV，壓力測量范圍為0～500 kPa，靈敏度為0.3 mV/kPa。溫度傳感器的靈敏度為1.24 mV/℃，非線性為1.6%。壓力溫度集成傳感器完全適用于胎壓監控系統的要求。

　　結 論

　　在分析了輪胎壓力監摔系統的原理及各種不同解決方案的基礎上，設計了一種新型的輪胎壓力監控系統解決方案。根據TPMS的要求，設計制作了一種壓力溫度集成傳感器，該器件工藝簡單，成品率高，與標準IC工藝兼容。