中心議題：

• TPMS專用傳感器的係統組成
• TPMS專用傳感器的製作工藝
• TPMS專用傳感器的硬件架構

TPMS是汽車輪胎壓力監視係統“TirePressureMonitoringSystem”的英文縮寫，主要用於在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全，是駕車者、乘車人的生命安全保障預警係統。
　　
在歐美等發達國家由於TPMS已是汽車的標配產品
，因而TPMS無論在產品品種還是在生產產量方麵都在急速增長
，其所用MEMS芯片和IC芯片的技術發展進步很快，TPMS最終產品技術也因此而得到迅速發展。
　　
TPMS的輪胎壓力監測模塊由五個部分組成：（1）具有壓力、溫度、加速度、電壓檢測和後信號處理ASIC芯片組合的智能傳感器SoC；（2）4-8位單片機（MCU）
；（3）RF射頻發射芯片；（4）鋰亞電池；（5）天線。見圖1，圖2是成品的實物圖。外殼選用高強度ABS塑料。所有器件、材料都要滿足-40℃到+125℃的汽車級使用溫度範圍。


圖1TPMS發射器由五個部分組成

圖2TPMS的輪胎壓力監測模塊成品的實物圖
　　
智能傳感器是整合了矽顯微機械加工（MEMS）技術製作的壓力傳感器
、加速度傳感器芯片和一個包含溫度傳感器
、電池電壓檢測

、內部時鍾和模數轉換器（ADC）
、取樣/保持（S/H）、SPI口、傳感器數據校準、數據管理
、ID碼等功能的數字信號處理ASIC芯片。具有掩膜可編程性
，即可以利用客戶專用軟件進行配置。它是由MEMS傳感器和ASIC電路幾塊芯片
，用集成電路工藝做在一個封裝裏的（圖3）。在封裝的上方留有一個壓力/溫度導入孔（圖4），將壓力直接導入在壓力傳感器的應力薄膜上（圖5），同時這個孔還將環境溫度直接導入半導體溫度傳感器上。
　　
MEMS矽壓阻式壓力傳感器采用周邊固定的圓形的應力矽薄膜內壁

，采用MEMS技(ji)術(shu)直(zhi)接(jie)將(jiang)四(si)個(ge)高(gao)精(jing)密(mi)半(ban)導(dao)體(ti)應(ying)變(bian)片(pian)刻(ke)製(zhi)在(zai)其(qi)表(biao)麵(mian)應(ying)力(li)最(zui)大(da)處(chu)，組(zu)成(cheng)惠(hui)斯(si)頓(dun)測(ce)量(liang)電(dian)橋(qiao)
，作(zuo)為(wei)力(li)電(dian)變(bian)換(huan)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)的(de)，將(jiang)壓(ya)力(li)這(zhe)個(ge)物(wu)理(li)量(liang)直(zhi)接(jie)變(bian)換(huan)成(cheng)電(dian)量(liang),其測量精度能達0.01-0.03%FS。矽壓阻式壓力傳感器結構如圖5所示
，上下二層是玻璃體，中間是矽片，其應力矽薄膜上部有一真空腔
，使之成為一個典型的絕壓壓力傳感器。
　　
為了便於TPMS接收器的識別，每個壓力傳感器都具有32位獨特的ID碼，它可產生4億個不重複的號碼。


圖3壓力、加速度與ASIC/MCU組合封裝在一個包裝內[page]

圖4壓力/溫度導入孔

圖5矽壓阻式壓力傳感器結構

圖6加速度傳感器平麵結構圖

圖7加速度傳感器切麵結構圖
　　
同樣，加速度傳感器也是用MEMS技術製作的，圖6是MEMS加速度傳感器平麵結構圖，圖7是加速度傳感器切麵結構圖

，圖中間是一塊用MEMS技術製作的、可(ke)隨(sui)運(yun)動(dong)力(li)而(er)上(shang)下(xia)可(ke)自(zi)由(you)擺(bai)動(dong)的(de)矽(gui)島(dao)質(zhi)量(liang)塊(kuai)，在(zai)其(qi)與(yu)周(zhou)邊(bian)固(gu)置(zhi)矽(gui)連(lian)接(jie)的(de)矽(gui)樑(樑)上(shang)刻(ke)製(zhi)有(you)一(yi)應(ying)變(bian)片(pian)
，與(yu)另(ling)外(wai)三(san)個(ge)刻(ke)製(zhi)在(zai)固(gu)置(zhi)矽(gui)上(shang)的(de)應(ying)變(bian)片(pian)組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)惠(hui)斯(si)頓(dun)測(ce)量(liang)電(dian)橋(qiao)
，隻(zhi)要(yao)質(zhi)量(liang)塊(kuai)隨(sui)加(jia)速(su)度(du)力(li)擺(bai)動(dong)，惠(hui)斯(si)頓(dun)測(ce)量(liang)電(dian)橋(qiao)的(de)平(ping)衡(heng)即(ji)被(bei)破(po)壞(huai)，惠(hui)斯(si)頓(dun)測(ce)量(liang)電(dian)橋(qiao)就(jiu)輸(shu)出(chu)一(yi)個(ge)與(yu)力(li)大(da)小(xiao)成(cheng)線(xian)性(xing)的(de)變(bian)化(hua)電(dian)壓(ya)△V。[page]
　　
壓力傳感器、加速度傳感器、ASIC/MCU是三個分別獨立的裸芯片
，它們通過芯片的集成廠商整合在一個封裝的單元裏，如圖8美國GE公司NPX2，圖9是去掉封裝材料後能清晰地看到這三個裸芯片，三個芯片之間的聯接、匹配也都做在其中了。


圖8美國GE公司NPX2

圖9是去掉封裝材料後
　　
加速度傳感器可使發射模塊具有自動喚醒功能

，SP12/30和NPX2係列的智能傳感器都包含了加速度傳感器，加速度傳感器利用其質量塊對運動的敏感性

，實現汽車移動即時開機
，進入係統自檢、自動喚醒，汽車高速行駛時按運動速度
　　
自動智能確定檢測時間周期
，用軟件設定安全期
、敏感期和危險期，以逐漸縮短巡回檢測周期和提高預警能力、節省電能等功能。可以利用加速度傳感器+MCU+軟件設計完成喚醒的功能設定
，不再需要用其它芯片，以免增加成本。


圖10SP30整合使用PHILPS的P2SC

圖11NPX2整合使用PHILPS的P2SC
　　
智能傳感器模塊還整合了ASIC/MCU，NPX2和SP30都是使用PHILPS的P2SC的傳感器信號調理的ASIC芯片（圖10、圖11），在NPX2的電原理圖中能清晰地看到這個單元，它包括一個作運算處理控製的8位RISC單片機、用於安置係統固化程序的4KEROM或FLASH、用於存放客戶應用程序的4KROM、用於存儲傳感器校準參數和用戶自定義數據的128ByteEEPROM
、RAM
、定時調製器

、中斷控製器、RC振蕩器
，以及將來自傳感器信號進行放大的低噪音放大器LNA
、繼而將傳感器信號轉化為數字信號的ADC

、與外界聯係的I/O口
、電源管理和看門狗、斷續定時器、1-3維的LF接口。


圖12TPMS傳感器模塊技術發展趨勢
　　
TPMS傳感器模塊技術發展趨勢是將發射模塊向高度集成化

、單一化、無線無源化方向發展（圖12）。隨著TPMS產品市場對IC高整合度和高可靠性的要求，目前已經有了如InfineonSP12/SP30
、GENPX那樣的將所需測試各物理量的傳感器與MCU合二為一的智能傳感器模塊
，在未來幾年內還會開發出包含RF發(fa)射(she)芯(xin)片(pian)三(san)合(he)一(yi)的(de)模(mo)塊(kuai)，包(bao)含(han)利(li)用(yong)運(yun)動(dong)的(de)機(ji)械(xie)能(neng)自(zi)供(gong)電(dian)的(de)四(si)合(he)一(yi)的(de)模(mo)塊(kuai)，屆(jie)時(shi)胎(tai)壓(ya)力(li)監(jian)測(ce)發(fa)設(she)器(qi)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai)和(he)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)組(zu)成(cheng)
，客(ke)戶(hu)的(de)二(er)次(ci)設(she)計(ji)變(bian)得(de)十(shi)分(fen)簡(jian)便(bian)。