當(dāng)前，針對汽車安全的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)TPMS(Tire Pressure Monitoring System)正逐步走向市場，成為汽車?yán)锩娴臉?biāo)準(zhǔn)配置，為保護(hù)駕車人以及行人的生命安全發(fā)揮著不可替代的作用。

在主動式的TPMS中，需要把監(jiān)測到的壓力、溫度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳到控制臺去。壓力監(jiān)測模塊通常是安裝在氣門嘴上或者是利用緊箍扣安裝在輪轂上，故這兩種安裝方式監(jiān)測到的數(shù)據(jù)都只有通過無線通信才能傳輸?shù)今{駛室內(nèi)的接收裝置，以便及時(shí)提醒駕駛員注意輪胎壓力的變化，避免可能發(fā)生的事故。

在TPMS實(shí)際使用過程中，不可能頻繁地拆卸輪胎來為發(fā)射模塊更換電池，故需要做到壓力監(jiān)測模塊與輪胎同壽命。這就對發(fā)射模塊的功耗提出了很苛刻的要求，既要求具有盡可能大的發(fā)射功率，能夠把信號及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸?shù)浇邮斩耍挥忠蟀l(fā)射時(shí)所需要的能量盡可能的小，少消耗電池的能量，相應(yīng)地延長發(fā)射模塊的使用壽命。這樣，就要求在實(shí)際的設(shè)計(jì)中盡可能地選擇發(fā)射效率高的芯片，并且外圍接口電路越少越好，多方面地綜合降低系統(tǒng)的功耗。

由于輪胎內(nèi)惡劣的運(yùn)行環(huán)境，給信號的發(fā)射和接收都帶來許多困難，這對芯片的功耗、溫度等參數(shù)要求很高。目前市場上能夠提供此類無線發(fā)射、接收芯片的廠家主要有MAXIM、ATMEL、Infineon、freescale等公司，根據(jù)實(shí)際的使用需要，綜合考慮幾類產(chǎn)品在功耗、抗干擾等方面的因素，本設(shè)計(jì)選擇Infineon公司的發(fā)射芯片TDK5110和接收芯片TDA5210，傳感器芯片選擇Infineon公司的SP12。

1 發(fā)射芯片電路設(shè)計(jì)

單片ASK/FSK發(fā)射芯片TDK5110的工作頻段為433MHz～435MHz，此為 ISM(Industrial Scientific Medical Band)頻段。TDK5110內(nèi)部集成了PLL，且具有一個(gè)高效的功率放大器來驅(qū)動發(fā)射天線，芯片的工作溫度范圍為-40～125℃，電源電壓范圍為 2.1～4V[2]，完全滿足汽車輪胎上要求的溫度及電壓范圍。

TDK5110提供了ASK和FSK兩種數(shù)據(jù)調(diào)制方式。ASK非常容易受到噪聲干擾，F(xiàn)SK在抗干擾方面要優(yōu)于ASK，而輪胎所處的特殊運(yùn)行環(huán)境，受到的干擾很多。所以本設(shè)計(jì)采用FSK的數(shù)據(jù)調(diào)制方式。TDK5110的芯片內(nèi)部主要包含發(fā)射功率放大器(PA)、晶體振蕩器(OSC)、壓控振蕩器 (VCO)、相位檢波(PD)電路、分頻器、回路濾波器(LF)、FSK開關(guān)等[2]。芯片的外圍設(shè)備元器件較少，有利于系統(tǒng)成本的降低，也方便了系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與調(diào)試。

本設(shè)計(jì)中發(fā)射芯片的中心頻率為434MHz，采用13.56MHz的外接晶振，通過鎖相環(huán)32倍頻得到434MHz。發(fā)射天線的選擇既可以是單端天線，也可以是PCB印制天線，由于輪胎內(nèi)對整個(gè)發(fā)射模塊的重量有所限制，所以最好選擇PCB 印制天線。為獲得好的性能，設(shè)計(jì)電路板時(shí)，天線環(huán)包圍的面積應(yīng)盡可能大，越靠近環(huán)的邊沿，場的密度越高，所以設(shè)計(jì)的形狀近似于一個(gè)正方形[6]。

TDK5110提供三種功率模式：低功耗模式(Power Down Mode)、PLL使能模式(PLL Enable Mode)和發(fā)射模式(Transmit Mode)[2]。在低功耗模式下，整個(gè)芯片都停止工作，電流消耗的典型值在85℃時(shí)為14nA；在PLL使能模式下，PLL開始工作而功放(PA)并未啟動，PLL的啟動時(shí)間主要取決于外接的晶振大小，一般小于1毫秒，電流的消耗為4mA；在發(fā)射模式下，芯片的所有部分都開始工作，電流消耗的典型值為 14mA。當(dāng)然，在實(shí)際的使用過程中，芯片大部分時(shí)間處于低功耗模式，就是在汽車的行駛過程中，數(shù)據(jù)也是間歇傳出來的。所以可以通過軟件設(shè)置一些發(fā)送模式及發(fā)射數(shù)據(jù)的頻率，以期有效地降低系統(tǒng)的功耗。本設(shè)計(jì)采用FSK的數(shù)據(jù)調(diào)制方式，所以根據(jù)圖1所示的FSK調(diào)制的時(shí)序邏輯圖，整個(gè)芯片的外圍電路連接如圖 2所示。其中，CLKOUT是與單片機(jī)同步的時(shí)鐘信號，F(xiàn)SKDATA是與單片機(jī)的TXD引腳相連的信號，而PDWN和ASKDATA引腳則和單片機(jī)的兩個(gè)I/O引腳相連，通過軟件可控制數(shù)據(jù)的發(fā)送模式。