應(yīng)用于TPMS的壓力傳感器YAPS10*

畢向東，金 玲

（廣東省粵晶高科股份有限公司，廣州 510663）

應(yīng)用于TPMS的壓力傳感器YAPS10*

畢向東，金 玲

（廣東省粵晶高科股份有限公司，廣州 510663）

汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱TPMS）主要是由壓力傳感器、微處理器、天線、射頻芯片、電池組成。但由于市場(chǎng)需求的升級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)向小型化、多功能以及更高性能方向發(fā)展。這需要對(duì)片上系統(tǒng)進(jìn)行集成，在集成過程中需要應(yīng)用到SiP、SoC以及MEMS等先進(jìn)技術(shù)。文中介紹的壓力傳感器，使用了SiP技術(shù)，將壓力傳感器、微處理器和射頻芯片集成在一個(gè)產(chǎn)品中。

汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；壓力傳感器；系統(tǒng)級(jí)封裝

1 應(yīng)用于TPMS的壓力傳感器介紹

TPMS為汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitor System）的簡(jiǎn)稱。汽車輪胎獨(dú)特的工作環(huán)境條件決定了胎壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓力傳感器的高技術(shù)要求：要求寬溫區(qū)、寬電源電壓范圍內(nèi)較高的精度和可靠性，低功耗要求，惡劣環(huán)境無(wú)線信號(hào)傳輸穩(wěn)定性要求。因此輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是輪胎模塊，即微控制器芯片和壓力溫度傳感器，兩者一般集成在一起。

粵晶公司生產(chǎn)的YAPS10是針對(duì)輕型轎車使用的TPMS用壓力傳感器。使用SiP技術(shù)集溫度和壓力測(cè)量、射頻發(fā)射功能于一體，可以簡(jiǎn)化TPMS系統(tǒng)發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)并縮小體積。

2 對(duì)TPMS的要求

長(zhǎng)期以來(lái)，輪胎問題是造成和誘發(fā)交通事故的主要原因之一，尤其當(dāng)汽車在高速公路上行駛時(shí)更是如此。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，美國(guó)每年有26萬(wàn)起交通事故是由于輪胎氣壓不足造成的。而根據(jù)中國(guó)公安交管部門交通事故數(shù)據(jù)顯示，2005年1月—11月交通事故中，因爆胎引發(fā)的事故就占了將近20%。在高速公路，46%的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的，爆胎就占了70%。目前估計(jì)將近91%在道路上行駛的汽車胎壓不符合標(biāo)準(zhǔn)，在不符標(biāo)準(zhǔn)的情況下緊急煞車，車輛方向會(huì)偏，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)爆胎。保持胎壓于安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)及適時(shí)發(fā)現(xiàn)胎壓不足是防止爆胎的關(guān)鍵，所以輪胎壓力感應(yīng)器毫無(wú)疑問是非常理想的行車安全方案與工具。

由于出現(xiàn)多起輪胎故障引起的交通事故，美國(guó)國(guó)家高速公路交通安全管理局發(fā)布的最新規(guī)定，要求2007年9月1日以后在美國(guó)出售的全新輕型車輛必須配備輪胎壓力感應(yīng)器，這是繼安全帶、安全氣囊之后汽車安全的第三個(gè)立法產(chǎn)品。而這一新頒布的公路安全法規(guī)，同時(shí)使輪胎壓力感應(yīng)器一躍成為汽車電子行業(yè)發(fā)展最為迅猛的領(lǐng)域之一[1,2]。

3 壓力傳感器YAPS10

YAPS10為一款輪胎壓力監(jiān)測(cè)傳感器，包含壓力傳感器、溫度傳感器、微控制器和射頻芯片，外形為SOP14，發(fā)射頻率在315MHz～434MHz之間，需要外接諧振器。

目前，市場(chǎng)上在售的三款主流產(chǎn)品均采用SOP的封裝外形，如圖所1示。

圖1 與市場(chǎng)上主流產(chǎn)品的外形比較

表1 與市場(chǎng)上主流產(chǎn)品的性能比較

4 YAPS10的主要技術(shù)參數(shù)

4.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）壓力和溫度測(cè)量；

（2）壓力測(cè)量范圍100kPa～450kPa；

（3）8位處理器；

● 4k ROM（E-ROM）（應(yīng)用程序）

● 4k ROM（設(shè)備固件，DSSP算法）

● 128位 EERPOM（芯片校準(zhǔn)和設(shè)置）

● 128位 RAM

（4）內(nèi)置分?jǐn)?shù)型發(fā)射芯片；

● 工作頻率 315 MHz 和 434 MHz

● ASK 和 FSK 制式傳輸速度 40kBit/s

● 可編程的輸出發(fā)射功率3dBm～12dBm

（5）低壓監(jiān)測(cè)；

（6）低頻喚醒；

（7）外部動(dòng)作開關(guān)界面；

（8）微分傳感器界面；

（9）過熱關(guān)斷；

（10）可編程的低電池監(jiān)測(cè)；

（11）2.1V -3.6 V 工作電壓；

（12）-40 to 125°C 工作溫度；

（13）外形SOIC（W/B）-14。

4.2 管腳結(jié)構(gòu)及描述

管腳結(jié)構(gòu)及功能描述如圖2、表2所示，典型應(yīng)用電路如圖3所示。

圖 2 封裝外形圖及管腳排列

表2 管腳描述

圖3 YAPS10的典型應(yīng)用電路

5 YAPS10的可靠性

YAPS10的可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照美國(guó)汽車電子行業(yè)協(xié)會(huì)制定針對(duì)汽車電子的AEC-Q100。

根據(jù)AEC-Q100進(jìn)行的部分應(yīng)力可靠性測(cè)試如表3。經(jīng)過可靠性測(cè)試的驗(yàn)證，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)為可靠。

6 YAPS10的應(yīng)用

YAPS10應(yīng)用于TPMS的輪胎內(nèi)置發(fā)射端。用于感測(cè)氣壓與溫度，并將信號(hào)發(fā)射到駕駛室內(nèi)的接收端，其內(nèi)部功能如圖4所示。

圖4 YAPS10內(nèi)部功能示意圖

表3 YAPS10可靠性測(cè)試表

TPMS的發(fā)射端主要由傳感器、射頻芯片、電池及天線組成，如圖5所示。

圖5 YAPS10應(yīng)用圖

7 結(jié)束語(yǔ)

繼美國(guó)和歐洲先后頒布了輕型轎車強(qiáng)制安裝TPMS的法規(guī)之后，中國(guó)于2007年9月成立標(biāo)準(zhǔn)工作組開始籌劃TPMS的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并于2008年5月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，這將大大推動(dòng)TPMS以及汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1] Man-Lung SHAM, Tung-Chin LUI, Ziyang GAO,et al.FMEA of System-in-Package（SiP）-based Tire Pressure Monitoring System[C].ICEPT-HDP 2008∶ 17.

[2 ] Ivan M. L. SHAM, Carlos S. W. CHOW, Ling JIN,et al.Cost-effective System-in-Package（SiP）Development for Tire Pressure Monitoring System（TPMS）and its Pressure Calibration Method[C].ICEPT-HDP 2011.

TPMS Pressure Sensor YAPS10

BI Xiang-dong, JIN Ling
（Guangdong Yuejing High-Tech Co.,Ltd.,Guangzhou510663,China）

Tire pressure monitoring system（TPMS）usually composed by pressure sensor, MCU, antenna,RF and battery. But with the update of market demand, the system minimization is stay in developing,meanwhile, more functions and high quality is requested. SiP, SoC and MEMS such advanced technologies are applied in integrating process. This paper introduces a pressure sensor which integrates pressure sensor,MCU and RF using SiP technology.

TPMS; pressure sensor; SiP

TN706

A

1681-1070（2011）08-0043-04

2011-06-07

*基金支持：2008年國(guó)家集成電路研發(fā)資金

畢向東（1954—），男，廣東廣州人，工程師，廣東省粵晶高科股份有限公司總經(jīng)理助理，長(zhǎng)期從事半導(dǎo)體封裝與測(cè)試的技術(shù)研發(fā)工作；

金 玲（1981—），女，湖北黃石人，碩士，廣東省粵晶高科股份有限公司研發(fā)工程師。