对IC整合度和可靠性提出新要求
由于汽车轮胎现在大多都是没有内胎的真空子午胎，因此，将T
PMS的远程轮胎压力监测模块安装在轮毂上是十分方便和容易的。但
是汽车在高速跑动时轮胎内环境和温度是十分恶劣的，压力、温度、
湿度变化特别大，所以该模块的设计要按军品的要求来选用元器件，
按工业产品的要求来制订生产工艺，作为一个量大面广的汽车通用安
全产品，它还要按消费电子产品来定价。
适用于TPMS的智能传感器
远程轮胎压力监测模块由五个部分组成：(1)具有压力、温度、
加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器SOC；(2)
4位-8位单片机(MCU)；(3)RF射频发射芯片；(4)锂亚电池；(5)
天线。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足-40℃到+1
25℃的使用温度范围。
智能传感器是整合了硅显微机械加工(MEMS)技术制作的压力
传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包
含模数转换器(ADC)、取样/保持(S/H)、SPI口、校准(Cali
-bration)、数据管理(Data)、ID码的数字信号处理ASIC单
元，模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。它
是由MEMS传感器和ASIC电路两块芯片，用集成电路工艺做在一个封装
里的。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔，将压力直接导入在
压力传感器的应力薄膜上，周边固定的圆形应力薄膜内壁由半导体应
变片组成惠斯顿测量电桥，同时这个孔还将环境温度直接导入半导体
温度传感器上。为了便于TPMS接收器的识别，每个压力传感器都具有
16位-32位独特的ID码。
适用于TPMS的智能传感器主要有硅集成电容式压力传感器，如Freescale
的MPXY8020、MPXY8040和硅压阻式压力传感器，如GE NovaSensor
的NPX1、NPX2，Infineon SensoNor的SP12、SP12T、SP30。
硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥
作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗。
NPX和SP12系列的智能传感器都包含了加速度计，加速度传感器
利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车移动即时开机，进入系统自
检、自动唤醒，汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时间周
期，用软件设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期
和提高预警能力，节省电能。NPX2还将8位MCU封装在智能传感器中。
电源管理是关键
随着TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性的要求，目前已经有
了如GE NPX2那样的将所需测试各物理量的传感器与MCU合二为一的
智能传感器模块，在未来几年内还会开发出包含RF发射芯片三合一的
模块，包含利用运动的机械能自供电的四合一的模块，届时远程轮胎
压力监测模块只有一个模块和一个天线组成，客户的二次设计变得十
分简便。
TPMS的工作频率北美标准为315MHz，欧洲标准为433.92MHz，
韩国为448MHz，已有人建议新标准为868MHz。其发射功率不能超
过10dBm，否则要接受无线电管制。工作模式有ASK(振幅变换调制)、
FSK(频率变换调制)，FSK抗干扰较好。因此，对RF芯片选用的要
求是：(1)发射功率尽可能大；(2)芯片外形尺寸尽可能小；(3)具有
比较好的性能价格比。ATMEL的T5754、Infineon的TDK5110
的标称发射功率都达10dBm。
电池选用锂亚电池，以保证远程轮胎压力监测模块在高低温环境
中都能正常工作。传统的锂电池在-40℃低温时丧失电能，在+100℃
高温时会自动放电。TADIRAN LTH2450锂亚电池能满足TPMS宽温度
范围的要求。
天线是远程轮胎压力监测模块发射功率提升的关键，天线技术涉
及天线的几何形状、材料、介质等诸多因素。
远程轮胎压力监测模块的整体电源管理是十分重要的，一个锂亚
电池要向这个模块提供3年-5年的工作能源，做好电源管理和如何省
电是关键所在。
发射模块在汽车轮胎内的安装有两种方式，一是利用气门嘴安装，
这是目前使用最多的；二是利用紧箍扣安装在轮毂上，这是最早的办
法，但振动后会移位。无论采用哪种方式，安装完TPMS发射模块都必
须对轮胎重新做动平衡检验。
中央监视器即TPMS接收器主要由UHFASK/FSK RF接收IC和信
号处理MCU、键盘、LCD显示器组成。RF接收IC和信号处理MCU安装在
一个盒子里，可安装在汽车仪表箱内，带控制键盘的LCD显示器可安
装在驾驶台上，LCD显示器能实时显示每个轮胎的压力、温度和每一
个轮胎的ID识别码以及声光报警。由于接收系统是工作在汽车车厢内，
其环境温度是常温而且变化不大，电源可以使用汽车的12V或24V电源，
因此对器件选用只要是工业级即可，省电的要求也不高。
RF接收IC选用时一般需要考虑较高的接收灵敏度，以提高TPMS的
工作效率和降低整个系统的生产成本，ATMEL的T5743、Infineon
的TDK5210的标称灵敏度都达-100dBm以上。
向高集成方向发展
汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警
系统，在汽车电子领域，TPMS是一个永恒的主题。TPMS发射模块将向
高度集成化、单一化、无线无源化方向发展。
米其林集团公司、固特异轮胎橡胶公司将压力、温度监测和信号
发射装置埋入轮胎胎壁内，这些装置在轮胎的整个寿命期间(一般为1
年～7年)发挥作用。
以RFID技术作为研发智能轮胎的基础，美国固特异轮胎橡胶公司
就是其中的一员。该公司和西门子VDO汽车配件公司合作，成功研发
出一种纽扣电池般大小的带RFID卡的传感器。该传感器除了能够感知
轮胎内的气压、胎体温度的变化并发射反映这种变化的信号外，还具
有标识轮胎的功能，也就是说，它既可用于轮胎气压监测，还可以用
于轮胎历程可追溯性记录。
上海交通大学也在进行TPMS的开发研究，他们推出的SAW传感器
能同时测量轮胎内压力、温度和发射数据，不仅实现了智能轮胎信息
的无源测量和无线发送，而且将拥有中国人自主的知识产权。
制造正在转向中国
中国正在成为全球最大的汽车市场，中国汽车需求量和
保有量出现了加速增长的趋势，汽车保有量已突破2600万辆，未来5
年中国将成为仅次于美国的全球第二大汽车销售国。汽车安全产品将
成为市场热点，今后每年的增长速度可达50%。其中，仅TPMS技术产
品2005年底的市场容量就将达20万套，近7亿元人民币；2006将达到
50万套，近17亿元。
美国、欧洲已先后立法，要求在今后几年内实现汽车全部安装TPMS，
因此，对TPMS的需要量与日俱增，面对量大的产品需要降低生产成
本，TPMS的生产正在转向中国。今后几年内我国必将成为TPMS的生产
大国。目前国内已有数百家设计公司、生产厂家开始开发、设计、生
产TPMS。
美国加速发展TPMS
据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万起交通事
故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75%的轮胎故障是由于
轮胎渗漏或充气不足引起的。由于每年造成的经济损失巨大，美国政
府要求汽车制造商加速发展TPMS系统，以求减少轮胎事故的发生。因
此，在2000年美国国会通过了TREAD法案。TREAD法案的要求之一是到
2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统。美国
公路交通安全局(NTHTSA)要求到2007年，所有在美国销售的汽车都必
须安装轮胎压力监视系统，并提出了汽车生产商的执行时间表：美国
市场出售的汽车，2004年占10%，2005年占35%，2006年占65%，2007年
将达100%。
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TPMS的含义
TPMS是汽车轮胎压力监视系统"Tire Pressure Monitoring System"
的英文缩写，主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动
监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全，TPMS系统是
驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。
TPMS主要类型
目前，TPMS主要分为两种类型：一种是间接式TPMS，它通过汽车
ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目
的，其缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公
里/小时的情况进行判断。另一种是直接式TPMS，它利用安装在每一
个轮胎里的以锂亚电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，
并通过无线电频率调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时
显示各轮胎气压、温度，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，
当轮胎气压太低、渗漏、太高、或温度太高时，系统就会自动报警。
直接式TPMS从功能和性能上均优于间接式TPMS。许多欧洲的汽车厂商
已将直接式TPMS配装于自己的车型之中。国内多数汽车厂家目前已开
始进行这方面的研究。
TPMS系统的组成
TPMS系统主要由两部分组成：安装在汽车轮胎里的远程
轮胎压力监测模块(Remote Tire Pressure Monitoring)和
安装在汽车驾驶台上的中央监视器(LCD显示器)。直接安装在每个轮
胎里测量轮胎压力和温度模块，将测量得到的信号调制后通过高频无
线电波(RF)发射出去。一个TPMS系统有4个或5个(包括备用胎)RTPM
模块。中央监视器接收RTPM模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温
度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异
常，中央监视器根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采
取必要的措施。
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