MEMS传感器在TPMS系统中的信号调理与低功耗设计

本文主要探讨了基于MEMS传感器的轮胎压力监测系统(TPMS)的开发与实现，重点在于胎压传感模块系统的设计。该系统采用压阻式MEMS气压传感器，其输出信号需要经过调理和放大以适应后续处理。 在胎压传感模块系统设计中，关键在于信号放大调理电路和低功耗微控制器(MCU)的集成。由于MEMS气压传感器的输出信号通常只有数十毫伏，这个微弱的信号需要经过放大以确保能被精确地数字化。为了应对温度漂移和提高初始测量精度，系统需要具备相应的校正机制。图7展示了一个完整的胎压传感模块系统，其中包含专用芯片，集成了信号放大和MCU控制功能。 工作流程如图8所示，系统首先通过信号调理电路处理来自压力传感器、温度传感器以及电压监测器的信号。图9详细描绘了信号调理电路，它利用开关电容技术的低噪声放大器(LNA)，通过前级多路选择器在压力和温度信号之间切换，以优化ADC的输入动态范围，降低对ADC精度的要求。ADC的温度和压力测量精度均为13位。 系统中的微功耗MCU控制电路扮演着核心角色，它负责配合MEMS信号调理电路处理气压、温度和电池电压信号，同时控制MEMS传感器、RF传输芯片以及可能的加速度传感器。MCU还响应外部LF信号或加速度信号，适时调整系统的工作状态，如在不需要时进入休眠模式以节省能源。 胎压传感模块的RF发射芯片需具备特定性能，例如使用ASK或FSK调制方式，工作频率在433~435MHz，支持2.1~4.0V电源电压，并能在极端温度下(-40℃至125℃)正常工作。休眠模式下的功耗应低于100nA，而 PLL激活、发射模式下的电流分别为小于4.0mA和10.2mA。其434MHz输出功率在50Q负载下可达3.0~7.5dBm。 与RF发射芯片配套的接收芯片则负责接收和解调胎压传感模块的无线信号，保证信号的有效传输。这些接收芯片同样需要具有相应的性能指标，以确保在各种环境条件下可靠地接收和处理来自TPMS系统的数据。 总结来说，基于MEMS传感器的TPMS系统通过精密的信号处理和低功耗设计，实现了对轮胎压力、温度及电池状态的实时监控，为汽车安全提供重要保障。其核心技术在于信号调理电路和MCU的优化，以及高效能的RF通信组件，以满足系统高精度、低功耗和稳定通信的需求。