第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共9页车用TPMS专用传感器模块技术剖析(1)摘要：从技术角度剖析TPMS专用传感器的内部结构，分析MEMS压力和加速度传感器的架构和工作原理。TPMS是汽车轮胎压力监视系统“TirePressureMonitoringSystem”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，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。在欧美等发达国家由于TPMS已是汽车的标配产品，因而TPMS无论在产品品种还是在生产产量方面都在急速增长，其所用MEMS芯片和IC芯片的技术发展进步很快，TPMS最终产品技术也因此而得到迅速发展。TPMS的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）4-8位单片机（MCU）；（3）RF射频发射芯片；（4）锂亚电池；（5）天线。见图1，图2是成品的实物图。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足-40℃到+125℃的汽车级使用温度范围。图1TPMS发射器由五个部分组成第2页共9页第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共9页图2TPMS的轮胎压力监测模块成品的实物图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、加速度传感器芯片和一个包含温度传感器、电池电压检测、内部时钟和模数转换器（ADC）、取样/保持（S/H）、SPI口、传感器数据校准、数据管理、ID码等功能的数字信号处理ASIC芯片。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电路几块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的（图3）。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔（图4），将压力直接导入在压力传感器的应力薄膜上（图5），同时这个孔还将环境温度直接导入半导体温度传感器上。MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力硅薄膜内壁，采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路的，将压力这个物理量直接变换成电量,其测量精度能达0.01-0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图5所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。为了便于TPMS接收器的识别，每个压力传感器都具有32位独特的ID码，它可产生4亿个不重复的号码。第3页共9页第2页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共9页图3压力、加速度与ASIC/MCU组合封装在一个包装内图4压力/温度导入孔第4页共9页第3页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共9页图5硅压阻式压力传感器结构第5页共9页第4页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页共9页图6加速度传感器平面结构图图7加速度传感器切面结构图同样，加速度传感器也是用MEMS技术制作的，图6是MEMS加速度传感器平面结构图，图7是加速度传感器切面结构图，图中间是一块用MEMS技术制作的、可随运动力而上下可自由摆动的硅岛质量块，在其与周边固置硅连接的硅樑上刻制有一应变片，与另外三个刻制在固置硅上的应变片组成一个惠斯顿测量电桥，只要质量块随加速度力摆动，惠斯顿测量电桥的平衡即被破坏，惠斯顿测量电桥就输出一个与力大小成线性的变化电压△V。压力传感器、加速度传感器、ASIC/MCU是三个分别独立的裸芯片，它们通过芯片的集成厂商整合在一个封装的单元里，如图8美国GE公司NPX2，图9是去掉封装材料后能清晰地看到这三个裸芯片，三个芯片之间的联接、匹配也都做在其中了。第6页共9页第5页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页共9页图8美国GE公司NPX2图9是去掉封装材料后第7页共9页第6页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页共9页加速度传感器可使发射模块具有自动唤醒功能，SP12/30和NPX2系列的智能传感器都包含了加速度传感器，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...
