用于TMPS系統的RF集成電路

　　TPMS系統能夠通過(guò)向駕駛者警示輪胎問(wèn)題(比如釘子扎破輪胎，或隨著(zhù)周/月發(fā)生的漏氣現象)來(lái)避免事故，它是一種通過(guò)分析各輪胎間的轉速差(間接方法)或測量輪胎的溫度和壓力(直接方法)來(lái)監測輪胎壓力的車(chē)用嵌入式系統。

　　間接方法已存在10年以上了，這種方法的成本非常低，但因存在諸多缺點(diǎn) (如需要很長(cháng)的信任測試時(shí)間，而且只能測出一個(gè)輪胎漏氣，監測安全性不夠)而不被接受。

　　直接測量系統能夠在駐車(chē)和行駛時(shí)精確監測所有四個(gè)輪胎。當更換輪胎后，也只要很短時(shí)間的學(xué)習就能監測出漏氣的輪胎。采用直接測量方式的TPMS系統由裝在車(chē)上的UHF接收器和四個(gè)裝在輪圈上的傳感器構成；這些傳感器會(huì )完成數據采集，校準胎壓—溫度曲線(xiàn)，并向車(chē)內傳送數據。

　　采用電池供電和無(wú)電池的TPMS

　　·TPMS向低成本發(fā)展的強勁勢頭迫使汽車(chē)制造商采用低成本的傳感測量裝置(即電池供電)。

　　·首次出現了配備基于電池供電的雙向LF/RF POD系統的汽車(chē) (這種可隨時(shí)響應胎壓監測請求的POD (Pressure-on-demand) 系統具備自動(dòng)定位功能，胎壓監測的可信度達百分之百）。

　　·首次出現了自動(dòng)定位平臺，基于采用雙軸運動(dòng)傳感器(先進(jìn)的遠程系統) 的信任系統檢查。

　　·進(jìn)一步向集成度更高的RKE/TPMS混合模塊發(fā)展。

　　·目前還沒(méi)有采用無(wú)電池技術(shù)的平臺，各種方法仍在討論階段。

　　Atmel的RF集成電路可用于遙控無(wú)鑰門(mén)禁系統(RKE)、被動(dòng)門(mén)禁系統 (PEG) 和輪胎壓力監測系統 (TPMS) 中的無(wú)線(xiàn)數據傳輸產(chǎn)品。每年有上千萬(wàn)個(gè)接收器/收發(fā)器IC裝入小汽車(chē)或輕型卡車(chē)的車(chē)輛接收器單元中，主要在歐洲使用，并且大部分歐洲車(chē)輛在鑰匙、傳感器儀表或接收單元上至少使用了一種Atmel元件。

　　某些汽車(chē)制造商對RKE和TPMS信號使用統一的接收器硬件，這能夠優(yōu)化成本和重量, 并已成為一種增長(cháng)趨勢。為了支持這一成本優(yōu)化、硬件統一的重要發(fā)展趨勢，Atmel開(kāi)發(fā)了高集成度接收器IC，可用于要求在短時(shí)間幀中接收RKE和TPMS信號的接收器模塊中。這種產(chǎn)品一般可在1毫秒內完成ASK/FSK調制類(lèi)型轉換和不同數據率下的轉換，因而可實(shí)現不同應用間的快速轉換。

　　關(guān)于IC和應用方案的詳細信息

　　新的 UHF ASK/FSK 接收器 ATA5745 和 ATA5746 與Atmel現有的接收器產(chǎn)品系列相輔相成。在標準汽車(chē)環(huán)境中，ATA5745的工作頻率范圍是433~435MHz，ATA5746的是313~315MHz。這種單芯片解決方案專(zhuān)為UHF6S而設計，即嶄新的RF BiCMOS技術(shù)，并采用小尺寸的QFN24 封裝(5 mm×5 mm)。

　　這個(gè)解決方案可在統一的RKE和TPMS接收器應用中實(shí)現高集成度和低系統成本。設備支持在A(yíng)SK模式下的頭部和消隱周期，而在美國常用的Shark 和 Keeloq 協(xié)議就要求具備這一功能。這種IC的帶寬為420kHz，因此能夠從基于SAW的傳感器設備接收數據。

　　這種芯片還包括了全集成的低相位噪聲 VCO、IF濾波器、PLL 和環(huán)路濾波器，而不需要外接這些功能模塊。整個(gè)集成RF電路的鏡像干擾抑制能力達到30-dB。

　　ATA5745與ATA5746的抗干擾能力基于其較高的最大RF輸入電平 (典型值為+5 dBm)。在接收模式下電流消耗約為6.5mA，而且是基于單端RF輸入，以適于l/4波長(cháng)天線(xiàn)或印刷的環(huán)路天線(xiàn)。

　　與Atmel先前的接收器IC相比，ATA5745和ATA5746采用的是全透明的接收器概念。這意味著(zhù)接收的數據被解調并直接傳送至專(zhuān)門(mén)的數據輸出端；數據的確認是由一個(gè)外部微控制器負責, 例如Atmel的AVR 8位微控制器, 微控制器還可進(jìn)行位校驗和模式選擇, 以及在使用 RKE 時(shí)采用輪詢(xún)模式來(lái)控制。若要在不同的電源模式 (關(guān)機、待機和活動(dòng)模式) 間切換，就需要一個(gè)外部控制。

　　這種IC能夠在A(yíng)SK與FSK之間轉換調制類(lèi)型及不同數據率之間轉換而無(wú)須改變元件，這種能力對于接收不同的RKE/TPMS調制機理和數據率十分重要。

　　這種IC的XTAL啟動(dòng)最大串聯(lián)電阻在最壞情況下是1.4 kW。IC運行電壓為3V或5V (±10%)，正常溫度范圍是 -40℃至 +105℃。

　　對于那些使用單獨的低功率微控制器來(lái)實(shí)現看門(mén)狗功能的應用，甚至在那些需要CAN 或 LIN 收發(fā)器設備的應用，推薦使用透明接收器IC。由于一般帶有一個(gè)16位或32位微控制器的ECU都可覆蓋好幾種應用，那么用超低功耗的4位或8位微控制器來(lái)實(shí)現整個(gè)接收器單元并作為ECU看門(mén)狗也是可能的。并可將單獨封裝的CAN或LIN收發(fā)器IC(ATA6602/03)與ATA5745/46集成在一起，以獲得最大的集成度。

　　ATA5745 與 ATA5746 有針對標準微控制器的專(zhuān)門(mén)接口，能夠訪(fǎng)問(wèn)Atmel的汽車(chē)微控制器(ATmega48和ATmega88)。ATA5745/ATA5746的時(shí)鐘輸出可作為ATmega88的一個(gè)時(shí)鐘輸入；還可在內部測量RF數據脈沖間隔寬度時(shí)用作時(shí)間參考。這樣就可實(shí)現單晶體設計。

　　微控制器的時(shí)鐘參考

　　針對一般的應用方案，ATA5745和ATA5746可通過(guò)六腳連接方式 (ENABLE、Rx、ASK_NFSK、BR0、BR1、DATA) 與外部微控制器相連。時(shí)鐘在待機和活動(dòng)模式下都是可用的，頻率可通過(guò)兩個(gè)時(shí)鐘輸出控制引腳來(lái)調節。

　　數據率和靈敏度

　　在A(yíng)SK調制模式下，ATA5745和ATA5746支持的數據率范圍是1 k波特至10 k波特，而在FSK調制模式下為1k波特至20 k波特，并可通過(guò)微控制器來(lái)選擇4個(gè)不同的波特率范圍。一般情況下，ATA5745和ATA5746在A(yíng)SK 下靈敏度為 -114dBm (2.4k波特，315MHz)，在FSK下為-105dBm(9.6k波特，315MHz)，比特錯誤率是10-3。

　　抑制功能與選擇性

　　圖2所示為窄帶抑制特性；圖3所示為寬帶抑制特性，數據基于FSK模式下315MHz可用信號，數據速率10k波特，并采用曼徹斯特編碼 (±38 kHz)。

　　帶寬和IF頻率

　　為改善鏡像抑制和選擇能力，IF頻率固定在440 kHz。IF模塊使用一個(gè)8階帶通濾波器，獲得的接收帶寬是420 kHz，因此能夠接收基于SAW和PLL的發(fā)射器的信號，并支持各種的數據位編碼類(lèi)型，諸如PWM，曼徹斯特調制以及流行的Keeloq 和 Shark加密協(xié)議。

　　在RKE/TPMS混合型系統中的晶體頻率精度

　　ATA5745與ATA5746適用于接收頻率偏差范圍為±18kHz~±50kHz的發(fā)射器模塊的發(fā)射信號。

　　一個(gè)關(guān)于頻率偏差最壞情況的計算的典型例子見(jiàn)于A(yíng)TA5745/46數據手冊，給出了315 MHz (433MHz的應用是類(lèi)似的) 下的詳細情形。

　　在一個(gè)胎壓測量系統中使用ATA5756作為發(fā)射器，ATA5746作為接收器，要考慮發(fā)射器較高的頻率公差和頻偏的寬容度。

　　在TPMS發(fā)射器中，晶振在整個(gè)溫度范圍40°C至125°C，以及老化時(shí)會(huì )有一個(gè)頻率誤差, 大約誤差范圍在 ±80 ppm(在 315 MHz下 ±25.2 kHz)。XTO 的公差、FSK 調制下所用的電容以及雜散電容會(huì )引起額外的頻率誤差，約為 ±30 ppm (在315 MHz下 ±9.45 kHz)。這樣一個(gè)發(fā)射器的頻率偏差在 ±16 kHz 至 ±24 kHz之間波動(dòng); 由于一個(gè)較高的頻率偏差相當于一個(gè)頻率誤差，這里就不得不考慮一個(gè)額外的 ±24kHz-±19.5kHz= ±4.5kHz的頻率公差 (19.5kHz =常量)。所有公差相加后，發(fā)射機就有了最壞情況下的頻率偏移，為 ±39.15 kHz。

　　對于汽車(chē)中的接收器來(lái)說(shuō)，還剩下 ±160 kHz-±39.15 kHz =±120.85 kHz (±383.6 ppm) 的容限。在溫度變化及老化的情況下，晶振所需的頻率穩定度為 ±383.6 ppm-±5 ppm =±378.6 ppm?？紤]到晶振的老化造成 ±10 ppm公差，因此，對于汽車(chē)中晶振頻率隨溫度變化可允許的合理公差為 ±368.6 ppm。

　　由于汽車(chē)的接收器能夠接收這些帶有較大頻率偏移置的TPMS發(fā)射器的信號，對鑰匙部件指標的要求就寬松多了；而這實(shí)際上實(shí)現了具有容限能力的系統。

　　對于433.92MHz TPMS系統，由于RF頻率較高，晶振的每一ppm偏差就會(huì )導致較高的頻率偏置，從而使系統在該頻率下必須有較低的公差或較低的容限。

　　RSSI 輸出

　　圖4所示為典型器件在315MHz 時(shí)的RSSI特性；其中VS3V_AVCC= VS5V=2.7V~3.3V，Tamb =-40℃~+105℃，并采用了50Ω匹配輸入。



　　RSSI放大器可用的動(dòng)態(tài)范圍是65 dB。RSSI腳的輸出電壓是與輸入功率成正比的模擬電壓。位于前后車(chē)輪輪骨的傳感器的信號強度可以測量和分析，以獲得關(guān)于車(chē)輪位置的有用信息，輸入功率范圍是P(RFIN)-110dBm~-45dBm，增益是15 mV/dB。

　　降低靈敏度

　　RSSI 放大器的輸出電壓在內部與一個(gè)參考閾值電壓相比較，這個(gè)閾值電壓由外部連接在 SENSE 和 VS3V_AVCC 兩個(gè)引腳上的電阻阻值決定。比較器的輸出反饋進(jìn)數字控制邏輯中，并導入 IC較低靈敏度的模式。

　　在降低靈敏度的情況下，SENS_CTRL引腳必須設為高電平，盡管靈敏度是由Rsense的值來(lái)定義的。降低的靈敏度依賴(lài)于RSSI放大器輸出的信號強度。