其中,LTOTAL和CTOTAL包括L2、C9以及PCB板引线、封装引脚的寄生电感和电容,混频器输入阻抗和LNA输出阻抗。为了提高灵敏度,谐振频率需尽可能接近所希望的RF输入频率。在本设计中,RF输入频率为433.92 MHz,当L2=15 nH,C9=3.0 pF时,接收灵敏度最高。LNASRC引脚与参考地之间的外部电感L3用于改善芯片外部的电感效应,并将LNAIN输入阻抗的实部设置为50 Ω。这时LNA的输入端等效于一个50Ω电阻与一个2.5 pF电容串联,输入阻抗为:
。当RF输入频率为433.92 MHz时,Z=50-j145。为消除输入阻抗的虚部,匹配50 Ω天线,可算出匹配电感L4约为73 nH。对于315 MHz系统,晶振G1频率为4.754 7 MHz;对于433.92 MHz系统,晶振G1频率为6.612 8 MHz,串联电容C1、C2用于修正因电路板寄生电容导致的晶振频率偏移。
3 系统软件方案设计
如何节能是轮胎压力传感器模块软件设计的关键问题。一个传感器模块要在一节几百毫安时的电池下工作2年以上,而射频发送数据帧时耗电最大,因此在保证数据传输正确的前提下应尽量减少发送次数。发射模块软件流程如图5所示,本设计采用了基于素数的动态时延算法,即各轮胎上的传感器模块在完成温度、压力的测量以后,分别按1 000ms×N1(N1为小于20的随机素数)延时后再将数据发送出去。与采用固定周期的延时算法相比,这种动态时延算法能大大降低数据发送冲突的概率。此外,如果传感器检测到轮胎静止超过1 h,则会自动进入休眠模式,即不再发送数据,直到被加速度信号唤醒。胎压控制器即接收模块的软件流程如图6所示。
4 性能测试
本设计方案样机已研制出,经反复测试具体性能指标如下:
1)可监测胎压范围为0~4.5 bar,分辨率25 mbar,通常轿车的轮胎气压在2.2~2.8 bar之间;
2)可监测温度范围:-40~125℃,分辨率2℃,轿车的轮胎温度一般约75℃;
3)轮胎压力传感器发射功率用频谱分析仪测得在-40 dBm左右,胎压控制器接收灵敏度在-100 dBm;
4)采用500 mAh的电池,若每天正常行车12 h,发射模块可正常工作6年以上。
5 结束语
目前,轮胎压力监测系统的强制标准已送交国家有关部门审核,汽车标配TPMS安全系统成为必然的趋势。本文基于SP37集成度高、可靠性强、功耗低的优点,选用MAX1473设计实现了一种新的无线胎压监测系统,该系统工作稳定可靠,具有很好的市场前景。
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