文档介绍：传感器技术在 TPMS的核心攻略
来源:计测网日期:2010-3-31 点击:6 所属分类:离散传感器
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1TPMS发射器由五个部分组成
图2TPMS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,-%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
图6加速度传感器平面结构图
图7加速度传感器切面结构图
同样,加速度传感器也是用MEMS技术制作的,图6是MEMS加速度传感器平面结构图,图7是加速度传感器切面结构图,图中间是一块用MEMS技术制作的、可随运动力而上下可自由摆动的硅岛质量块,在其与周边固置硅连接的硅樑上刻制有一应变片,与另外三个刻制在固置硅上的应变片组成一个惠斯顿测量电桥,只要质量块随加速度力摆动,惠斯顿测量电桥的平衡即被破坏,惠斯顿测量电桥就输出一个与力大小成线性的变化电压△V。压力传感器、加速度传感器、ASIC/MCU是三个分别独立的裸芯片,它们通过芯片的集成厂商整合在一个封装的单元里,如图8美国GE公司NPX2,图9是去掉封装材料后能清晰地看到这三个裸芯片,三个芯片之间的联接、匹配也都做在其中了。