基于集成壓力傳感器的無源胎壓監控系統設計

該系統的基本工作原理如下，把輪胎模塊裝置在輪胎內，壓力和溫度傳感器檢測輪胎內部當前的應力和溫度信息，獲得的模擬信號經過A/D變換器轉換成數字信號，然后通過射頻發射器發送出去。車載接收模塊裝置在駕駛室內，射頻接收器接收來自輪胎模塊的應力和溫度信息，當輪胎壓力過高或者過低時，通過顯示和報警裝置發出報警信息。

在車載接收模塊，射頻接收解碼芯片采用摩托羅拉的MC33594芯片，該芯片是和射頻發射芯片MC33493芯片配套的射頻接收芯片，其工作電壓是5 V。控制器采用摩托羅拉的MC9S08AW16單片機，該芯片的內核為S08，可以與輪胎模塊的單片機MC6S08QG8采用同樣的開發環境，另外該芯片為5 V供電，與射頻接收芯片以及LCD顯示芯片電平兼容。

5 新型的胎壓監控傳感器分析

壓力傳感器和溫度傳感器是輪胎壓力監控系統的關鍵部件，設計并制作了一種新型傳感器，它包含壓阻式壓力傳感器和溫度傳感器兩部分。

其中，壓阻式壓力傳感器主要是利用半導體的壓阻效應，把一個惠斯通電橋做在一個硅杯上，如圖4所示。當硅杯受到壓力后發生形變，惠斯通電橋的四個橋臂電阻就會發生變化，打破了電橋的電平衡，從而會有一個電信號的輸出。

溫度傳感器采用單電阻結構，在n型硅襯底上制作一個p型電阻。囚為p型注入電阻有一個正的溫度系數，當溫度發生變化時，電阻的阻值就會發生相應的變化。通過給電阻以電流源供電，就可以通過測量電阻上的電壓來檢測溫度的變化。

圖5是本文制作的傳感器芯片的電鏡照片。圖5(a)為器件正面全貌；圖5(b)為薄膜正面；圖5(c)為薄膜背面。其中壓敏元件采用比常規更厚的50μm 硅杯薄膜(500 μm×500μm)，增大了體硅上高應力區的面積，在降低工藝要求的同時提高了線性測量范圍和過載壓力。

初步的測試結果表明集成傳感器具有良好的性能。壓力傳感器的滿量程輸出為150 mV，壓力測量范圍為0～500 kPa，靈敏度為0.3 mV/kPa。溫度傳感器的靈敏度為1.24 mV/℃，非線性為1.6％。壓力溫度集成傳感器完全適用于胎壓監控系統的要求。

6 結 語

在分析了輪胎壓力監摔系統的原理及各種不同解決方案的基礎上，設計了一種新型的輪胎壓力監控系統解決方案。根據TPMS的要求，設計制作了一種壓力溫度集成傳感器，該器件工藝簡單，成品率高，與標準IC工藝兼容。