用于TMPS系統(tǒng)的RF集成電路

　　TPMS系統(tǒng)能夠通過向駕駛者警示輪胎問題(比如釘子扎破輪胎，或隨著周/月發(fā)生的漏氣現(xiàn)象)來避免事故，它是一種通過分析各輪胎間的轉(zhuǎn)速差(間接方法)或測量輪胎的溫度和壓力(直接方法)來監(jiān)測輪胎壓力的車用嵌入式系統(tǒng)。

　　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 (如需要很長的信任測試時間，而且只能測出一個輪胎漏氣，監(jiān)測安全性不夠)而不被接受。

　　直接測量系統(tǒng)能夠在駐車和行駛時精確監(jiān)測所有四個輪胎。當更換輪胎后，也只要很短時間的學(xué)習(xí)就能監(jiān)測出漏氣的輪胎。采用直接測量方式的TPMS系統(tǒng)由裝在車上的UHF接收器和四個裝在輪圈上的傳感器構(gòu)成；這些傳感器會完成數(shù)據(jù)采集，校準胎壓—溫度曲線，并向車內(nèi)傳送數(shù)據(jù)。

　　采用電池供電和無電池的TPMS

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

　　·首次出現(xiàn)了配備基于電池供電的雙向LF/RF POD系統(tǒng)的汽車 (這種可隨時響應(yīng)胎壓監(jiān)測請求的POD (Pressure-on-demand) 系統(tǒng)具備自動定位功能，胎壓監(jiān)測的可信度達百分之百）。

　　·首次出現(xiàn)了自動定位平臺，基于采用雙軸運動傳感器(先進的遠程系統(tǒng)) 的信任系統(tǒng)檢查。

　　·進一步向集成度更高的RKE/TPMS混合模塊發(fā)展。

　　·目前還沒有采用無電池技術(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?zé)o鑰門禁系統(tǒng)(RKE)、被動門禁系統(tǒng) (PEG) 和輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) (TPMS) 中的無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品。每年有上千萬個接收器/收發(fā)器IC裝入小汽車或輕型卡車的車輛接收器單元中，主要在歐洲使用，并且大部分歐洲車輛在鑰匙、傳感器儀表或接收單元上至少使用了一種Atmel元件。

　　某些汽車制造商對RKE和TPMS信號使用統(tǒng)一的接收器硬件，這能夠優(yōu)化成本和重量, 并已成為一種增長趨勢。為了支持這一成本優(yōu)化、硬件統(tǒng)一的重要發(fā)展趨勢，Atmel開發(fā)了高集成度接收器IC，可用于要求在短時間幀中接收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(nèi)完成ASK/FSK調(diào)制類型轉(zhuǎn)換和不同數(shù)據(jù)率下的轉(zhuǎn)換，因而可實現(xiàn)不同應(yīng)用間的快速轉(zhuǎn)換。

　　關(guān)于IC和應(yīng)用方案的詳細信息

　　新的 UHF ASK/FSK 接收器 ATA5745 和 ATA5746 與Atmel現(xiàn)有的接收器產(chǎn)品系列相輔相成。在標準汽車環(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為UHF6S而設(shè)計，即嶄新的RF BiCMOS技術(shù)，并采用小尺寸的QFN24 封裝(5 mm×5 mm)。

　　這個解決方案可在統(tǒng)一的RKE和TPMS接收器應(yīng)用中實現(xiàn)高集成度和低系統(tǒng)成本。設(shè)備支持在ASK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(shè)備接收數(shù)據(jù)。

　　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波長天線或印刷的環(huán)路天線。

　　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。這意味著接收的數(shù)據(jù)被解調(diào)并直接傳送至專門的數(shù)據(jù)輸出端；數(shù)據(jù)的確認是由一個外部微控制器負責(zé), 例如Atmel的AVR 8位微控制器, 微控制器還可進行位校驗和模式選擇, 以及在使用 RKE 時采用輪詢模式來控制。若要在不同的電源模式 (關(guān)機、待機和活動模式) 間切換，就需要一個外部控制。

　　這種IC能夠在ASK與FSK之間轉(zhuǎn)換調(diào)制類型及不同數(shù)據(jù)率之間轉(zhuǎn)換而無須改變元件，這種能力對于接收不同的RKE/TPMS調(diào)制機理和數(shù)據(jù)率十分重要。

　　這種IC的XTAL啟動最大串聯(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實現(xiàn)看門狗功能的應(yīng)用，甚至在那些需要CAN 或 LIN 收發(fā)器設(shè)備的應(yīng)用，推薦使用透明接收器IC。由于一般帶有一個16位或32位微控制器的ECU都可覆蓋好幾種應(yīng)用，那么用超低功耗的4位或8位微控制器來實現(xiàn)整個接收器單元并作為ECU看門狗也是可能的。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門接口，能夠訪問Atmel的汽車微控制器(ATmega48和ATmega88)。ATA5745/ATA5746的時鐘輸出可作為ATmega88的一個時鐘輸入；還可在內(nèi)部測量RF數(shù)據(jù)脈沖間隔寬度時用作時間參考。這樣就可實現(xiàn)單晶體設(shè)計。

　　微控制器的時鐘參考

　　針對一般的應(yīng)用方案，ATA5745和ATA5746可通過六腳連接方式 (ENABLE、Rx、ASK_NFSK、BR0、BR1、DATA) 與外部微控制器相連。時鐘在待機和活動模式下都是可用的，頻率可通過兩個時鐘輸出控制引腳來調(diào)節(jié)。

　　數(shù)據(jù)率和靈敏度

　　在ASK調(diào)制模式下，ATA5745和ATA5746支持的數(shù)據(jù)率范圍是1 k波特至10 k波特，而在FSK調(diào)制模式下為1k波特至20 k波特，并可通過微控制器來選擇4個不同的波特率范圍。一般情況下，ATA5745和ATA5746在ASK 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(shù)據(jù)基于FSK模式下315MHz可用信號，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位編碼類型，諸如PWM，曼徹斯特調(diào)制以及流行的Keeloq 和 Shark加密協(xié)議。

　　在RKE/TPMS混合型系統(tǒng)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。

　　一個關(guān)于頻率偏差最壞情況的計算的典型例子見于ATA5745/46數(shù)據(jù)手冊，給出了315 MHz (433MHz的應(yīng)用是類似的) 下的詳細情形。

　　在一個胎壓測量系統(tǒng)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，晶振在整個溫度范圍40°C至125°C，以及老化時會有一個頻率誤差, 大約誤差范圍在 ±80 ppm(在 315 MHz下 ±25.2 kHz)。XTO 的公差、FSK 調(diào)制下所用的電容以及雜散電容會引起額外的頻率誤差，約為 ±30 ppm (在315 MHz下 ±9.45 kHz)。這樣一個發(fā)射器的頻率偏差在 ±16 kHz 至 ±24 kHz之間波動; 由于一個較高的頻率偏差相當于一個頻率誤差，這里就不得不考慮一個額外的 ±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。

　　對于汽車中的接收器來說，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(wěn)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；而這實際上實現(xiàn)了具有容限能力的系統(tǒng)。

　　對于433.92MHz TPMS系統(tǒng)，由于RF頻率較高，晶振的每一ppm偏差就會導(dǎo)致較高的頻率偏置，從而使系統(tǒng)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(nèi)部與一個參考閾值電壓相比較，這個閾值電壓由外部連接在 SENSE 和 VS3V_AVCC 兩個引腳上的電阻阻值決定。比較器的輸出反饋進數(shù)字控制邏輯中，并導(dǎo)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(shè)為高電平，盡管靈敏度是由Rsense的值來定義的。降低的靈敏度依賴于RSSI放大器輸出的信號強度。