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1月1日TPMS国家强标生效,是时候给你的BOM添几颗好料了

2018-02-01
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根据国家标准化管理委员会2017年第26号中国国家标准公告,强制性国家标准《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》已于2018年1月1日起开始实施。通俗地讲,从今往后胎压监测系统(TPMS)将成为汽车的标配,需要强制安装。


实际上TPMS国家强制标准从2013年起就开始起草酝酿,考虑到TPMS的重要性以及其他国家和地区TPMS强标实施的先例,中国启用该标准只是一个时间问题。所以各技术公司在TPMS上的布局早已开始。今天我们从两个典型TPMS方案出发,与大家共同审视强标落地的背景下,当今TPMS产品的设计思路以及技术水平,为大家产品的研发选型提供一些参考。

两个典型TPMS方案

这两个方案都来自与安富利,代表了目前TPMS主流设计思路。得益于高集成度的核心芯片,方案一(图1)的设计十分简洁:由一个TPMS传感器芯片(英飞凌SP40)采集数据,之后经由低功耗蓝牙(Dialog DA14580)芯片将数据传输至智能手机,通过手机的专用APP实现数据的显示和存储。

 

图1,基于英飞凌SP40的TPMS方案一


与方案一相比,方案二(图2)多了一个数据处理和显示单元,来自TPMS传感器的数据先通过专用Sub-GHz协议传输至该单元,再由其中的BLE芯片与手机连接,同样可以支持手机APP中的数据显示和存储备份。

图2,基于恩智浦FXTH87的TPMS方案二


开发者可以根据实际应用场景的不同,选用不同的TPMS方案——前者更为简约,后者则可以提供更丰富的显示和人机交互功能。但是在一些核心的设计理念和特性上,两个方案又是一致的,比如:选用高集成度的核心器件、利用BLE实现智能化扩展、功耗低、外形紧凑、生产就绪等等。我们可以围绕两个方案BOM中的核心元器件做进一步的分析。

关键的TPMS传感器

胎压传感器当然是整个TPMS产品和方案的核心。上述安富利的两个方案中,对TPMS传感器的选型颇为讲究,不但性能上要出类拔萃,还都是久经沙场、历经市场验证的“老战士”。


方案一中的SP40是在英飞凌十分成功的SP37的基础上,根据中国市场的特点进行全新优化的一款胎压传感器芯片。从SP37的框图看,该系列产品具有极高的集成度,内置8位MCU、传感器、ADC、Flash、电源管理和无线通信功能,因此只需很少的外围元器件即可构成TPMS模块(见图3)。与上一代产品相比,SP40在体积上更是缩小59%;待机静态电流从550nA降至245nA;集成了更大存储容量Flash(从6K提高至12K),以及更高精度的ADC(从10-bit提高至13-bit);一个26MHz的晶振可同时支持两个工作频率……所以SP40在TPMS市场上的竞争力不言而喻。

 

图3,SP37 TPMS传感器系统框图


方案二中选用的恩智浦FXTH87胎压传感器也同样出色,在一个7mm×7mm×2mm的封装中,FXTH87集成了丰富的片上资源(见图4),包括双轴加速器架构、压力和温度传感器、MCU、RF发射器和LF接收器等。FXTH87低功耗特性也很优秀,RF功耗仅为7mA ldd,还采用了可降低功耗的专用状态机和其他电源管理技术。有国内客户基于FXTH87开发出了仅重8克的TPMS模块,该器件在降低BOM成本、实现小型化方面给客户带来的价值可见一斑,在前装和后装市场都有施展拳脚的空间。

 

图4,FXTH87 TPMS传感器框图

不能缺席的BLE芯片

从安富利的两个TPMS方案中我们可以发现,BLE低功耗蓝牙成了标配。这是因为通过BLE将TPMS和手机等智能终端连为一体之后,会给前者带来显著的扩展性,TPMS的数据无论是在手机本地还是在云端进行处理后,可以引发出更具想象空间的智能应用。因此给TPMS方案挑选合适的BLE芯片也是一个重点。


方案一的BLE芯片选择的是Dialog公司的DA14580,这也是Dialog标杆性的产品,号称是全球功率最低、体积最小的BLE SoC。在低功耗方面,DA14580确实颇下功夫:其无线收发电流仅为3.8mA,比业界其它BLE解决方案低50%;深度睡眠模式下电流低于600nA;同时内置的电源管理模块和精准的供电模式切换,进一步优化了DA14580的低功耗特性;低至0.9V的工作电压使得DA14580甚至可以从环境中采集能量,支持其运行。DA14580集成了ARM Cortex-M0处理器、存储器和丰富的外设,只需5个外围元器件,封装尺寸只有2.5mm x 2.5mm x 0.5mm。方案一中犹豫需要将BLE和TMPS传感器模块整合在一起,所以空间受限、功耗敏感,DA14580确实是一个不错的选择。

 

图5,DA14580系统框图


方案二的BLE芯片选择的是恩智浦最具代表性的蓝牙无线MCU QN902x。由于该方案中BLE芯片是集成在数据处理和显示单元中,所以对于功耗和外形的要求相对宽松一些,但实际上QN902x在集成度和低功耗上的表现并不含糊。QN902x的系统框图中(图6)显示,它集成了性能更高的ARM Cortex-M0+处理器,同样有丰富的功能电路和外设接口,该产品系列中最小的器件尺寸仅有5mm x 5mm。低功耗方面,QN902x深度睡眠电流为2μA,即使是在32kHz RC振荡器工作时的睡眠电流也仅为3μA,接收和发射电流分别为9.25mA和8.8mA。由此看来,由QN902x去完成TMPS与其他智能设备的无线互连和数据传输,也是游刃有余。


图6,QN902x系统框图

BOM中的其他成员

在安富利两个TPMS方案中,我们还能够发现其他一些特色器件,他们的特性也是可圈可点,比如:

  • Pulse Electronics的天线W3043(方案一)

  • Panasonic的纽扣锂电池(方案一)

  • NXP Kinetis KL46超低功耗MCU(方案二中用作数据处理和显示单元主控)

  • Infineon增强型无线接收器TDA5235(方案二,低功耗用途广,支持车用TPMS协议)


随着TPMS强标的推进实施,用户数量的增加,未来TPMS产品的形态必然会发生新的演变,此时多“认识”几款好料,需要时你就可以信手拈来,从容地加到BOM中了。



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