基于A(yíng)SK調制模式的胎壓監測系統設計
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
根據以上特點(diǎn)，并經(jīng)過(guò)分析比較，我們最終選用了MAX7044這款性?xún)r(jià)比高的發(fā)射芯片。MAX7044是MAXIM公司生產(chǎn)的300MHz～450MHz頻率范圍內ASK調制芯片，最大輸出功率+13dBm（50Ω負載)，電源電壓最低2.1V工作。應用電路如圖3所示，主要包括電源去耦電路、晶振電路和天線(xiàn)匹配電路三部分。由于RF芯片對電源的噪音非常敏感，恰當有效的電源去耦電路能很好的抑制噪音，提高可靠性，因而靠近3V電源引腳配置了去耦電容C5。MAX7044常用調制頻率有315MHz和433.92MHz兩種，不同調制頻率所選用的晶振也不同。若調制頻率為315MHz，那么外部晶振頻率G1應為9.84375MHz，輸出頻率CLK-OUT為615.2kHz；若調制頻率為433.92MHz，那么外部晶振頻率G1應為13.56MHz，輸出頻率CLK-OUT為847.5kHz。輸出頻率CLK-OUT用于給壓力溫度傳感器SP30內部的MCU提供操作時(shí)序。L1、L2、C1、C2和C3組成了天線(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)優(yōu)化這些參數可以將特定阻抗的天線(xiàn)匹配到MAX7044功率放大器的輸出阻抗125Ω，以抑制諧波，提高天線(xiàn)的效能。本設計采用氣門(mén)嘴作為天線(xiàn)，通過(guò)軟件仿真和反復測試驗證，最佳匹配電路如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/197601.htm
圖3 MAX7044應用電路
2 MAX1473射頻應用設計
因為胎壓控制器直接從車(chē)載電源取電，對功耗的要求不是很?chē)栏?。而由于胎壓控制器安裝于車(chē)廂內，考慮到車(chē)身對無(wú)線(xiàn)信號的屏蔽效應，在選擇射頻接收芯片時(shí)高靈敏度成為非常重要的因素。此外，與FSK（frequency-shift-keyed，頻移鍵控）制式的接收芯片相比，ASK制式的接收芯片具有更高的靈敏度，成本也較低。因此，我們最終選用MAXIM公司的超外差接收機MAX1473來(lái)完成胎壓監測數據的可靠接收，其應用電路如圖4所示。MAX1473具有-114～0dBm的信號輸入范圍，調制頻率范圍300～450MHz，接收數據速率最大為100kbps，內部集成了低噪聲放大器、全差分鏡頻抑制混頻器、帶壓控的片上鎖相環(huán)、10.7MHz中頻限幅放大器以及模擬基帶數據恢復電路，只需少量的外部器件即可構成胎壓接收器的射頻前端。
圖4 MAX1473應用電路圖
MAX1473外圍電路主要包括三部分：LNA調諧電路、輸入匹配和晶振電路。LNA調諧電路由連接在LNAOUT引腳的L2和C9組成，諧振頻率
。其中，LTOTAL和CTOTAL包括L2、C9以及PCB板引線(xiàn)、封裝引腳的寄生電感和電容，混頻器輸入阻抗和LNA輸出阻抗。為了提高靈敏度，諧振頻率需盡可能接近所希望的RF輸入頻率。在本設計中，RF輸入頻率為433.92MHz，當L2=15nH，C9=3.0pF時(shí)，接收靈敏度最高。
LNASRC引腳與參考地之間的外部電感L3用于改善芯片外部的電感效應，并將LNAIN輸入阻抗的實(shí)部設置為50Ω。這時(shí)LNA的輸入端等效于一個(gè)50Ω電阻與一個(gè)2.5pF電容串聯(lián)，輸入阻抗為:
。當RF輸入頻率為433.92MHz時(shí)，Z=50-j145。為消除輸入阻抗的虛部，匹配50Ω天線(xiàn)，可算出匹配電感L4約為73nH。對于315MHz系統，晶振G1頻率為4.7547MHz；對于433.92MHz系統，晶振G1頻率為6.6128MHz，串聯(lián)電容C1、C2用于修正因電路板寄生電容導致的晶振頻率偏移。
系統軟件方案設計
如何節能是輪胎壓力傳感器模塊軟件設計的關(guān)鍵問(wèn)題。一個(gè)傳感器模塊要在一節幾百毫安時(shí)的電池下工作2～5年，而射頻發(fā)送數據幀時(shí)耗電最大，因此在保證數據傳輸正確的前提下應盡量減少發(fā)送次數。發(fā)射模塊軟件流程如圖5所示，本設計采用了基于素數的動(dòng)態(tài)時(shí)延算法，即各輪胎上的傳感器模塊在完成溫度、壓力的測量以后，分別按1000ms×N1（N1為小于20的隨機素數）延時(shí)后再將數據發(fā)送出去。與采用固定周期的延時(shí)算法相比，這種動(dòng)態(tài)時(shí)延算法能大大降低數據發(fā)送沖突的概率。此外，如果傳感器檢測到輪胎靜止超過(guò)1小時(shí)，則會(huì )自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，即不再發(fā)送數據，直到被加速度信號喚醒。胎壓控制器即接收模塊的軟件流程如圖6所示。
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