用于TMPS系统的RF集成电路

　　TPMS系统能够通过向驾驶者警示轮胎问题(比如钉子扎破轮胎，或随着周/月发生的漏气现象)来避免事故，它是一种通过分析各轮胎间的转速差(间接方法)或测量轮胎的温度和压力(直接方法)来监测轮胎压力的车用嵌入式系统。

　　间接方法已存在10年以上了，这种方法的成本非常低，但因存在诸多缺点 (如需要很长的信任测试时间，而且只能测出一个轮胎漏气，监测安全性不够)而不被接受。

　　直接测量系统能够在驻车和行驶时精确监测所有四个轮胎。当更换轮胎后，也只要很短时间的学习就能监测出漏气的轮胎。采用直接测量方式的TPMS系统由装在车上的UHF接收器和四个装在轮圈上的传感器构成；这些传感器会完成数据采集，校准胎压—温度曲线，并向车内传送数据。

　　采用电池供电和无电池的TPMS

　　·TPMS向低成本发展的强劲势头迫使汽车制造商采用低成本的传感测量装置(即电池供电)。

　　·首次出现了配备基于电池供电的双向LF/RF POD系统的汽车 (这种可随时响应胎压监测请求的POD (Pressure-on-demand) 系统具备自动定位功能，胎压监测的可信度达百分之百）。

　　·首次出现了自动定位平台，基于采用双轴运动传感器(先进的远程系统) 的信任系统检查。

　　·进一步向集成度更高的RKE/TPMS混合模块发展。

　　·目前还没有采用无电池技术的平台，各种方法仍在讨论阶段。

　　Atmel的RF集成电路可用于遥控无钥门禁系统(RKE)、被动门禁系统 (PEG) 和轮胎压力监测系统 (TPMS) 中的无线数据传输产品。每年有上千万个接收器/收发器IC装入小汽车或轻型卡车的车辆接收器单元中，主要在欧洲使用，并且大部分欧洲车辆在钥匙、传感器仪表或接收单元上至少使用了一种Atmel元件。

　　某些汽车制造商对RKE和TPMS信号使用统一的接收器硬件，这能够优化成本和重量, 并已成为一种增长趋势。为了支持这一成本优化、硬件统一的重要发展趋势，Atmel开发了高集成度接收器IC，可用于要求在短时间帧中接收RKE和TPMS信号的接收器模块中。这种产品一般可在1毫秒内完成ASK/FSK调制类型转换和不同数据率下的转换，因而可实现不同应用间的快速转换。

　　关于IC和应用方案的详细信息

　　新的 UHF ASK/FSK 接收器 ATA5745 和 ATA5746 与Atmel现有的接收器产品系列相辅相成。在标准汽车环境中，ATA5745的工作频率范围是433~435MHz，ATA5746的是313~315MHz。这种单芯片解决方案专为UHF6S而设计，即崭新的RF BiCMOS技术，并采用小尺寸的QFN24 封装(5 mm×5 mm)。

　　这个解决方案可在统一的RKE和TPMS接收器应用中实现高集成度和低系统成本。设备支持在ASK模式下的头部和消隐周期，而在美国常用的Shark 和 Keeloq 协议就要求具备这一功能。这种IC的带宽为420kHz，因此能够从基于SAW的传感器设备接收数据。

　　这种芯片还包括了全集成的低相位噪声 VCO、IF滤波器、PLL 和环路滤波器，而不需要外接这些功能模块。整个集成RF电路的镜像干扰抑制能力达到30-dB。

　　ATA5745与ATA5746的抗干扰能力基于其较高的最大RF输入电平 (典型值为+5 dBm)。在接收模式下电流消耗约为6.5mA，而且是基于单端RF输入，以适于l/4波长天线或印刷的环路天线。

　　与Atmel先前的接收器IC相比，ATA5745和ATA5746采用的是全透明的接收器概念。这意味着接收的数据被解调并直接传送至专门的数据输出端；数据的确认是由一个外部微控制器负责, 例如Atmel的AVR 8位微控制器, 微控制器还可进行位校验和模式选择, 以及在使用 RKE 时采用轮询模式来控制。若要在不同的电源模式 (关机、待机和活动模式) 间切换，就需要一个外部控制。

　　这种IC能够在ASK与FSK之间转换调制类型及不同数据率之间转换而无须改变元件，这种能力对于接收不同的RKE/TPMS调制机理和数据率十分重要。

　　这种IC的XTAL启动最大串联电阻在最坏情况下是1.4 kW。IC运行电压为3V或5V (±10%)，正常温度范围是 -40℃至 +105℃。

　　对于那些使用单独的低功率微控制器来实现看门狗功能的应用，甚至在那些需要CAN 或 LIN 收发器设备的应用，推荐使用透明接收器IC。由于一般带有一个16位或32位微控制器的ECU都可覆盖好几种应用，那么用超低功耗的4位或8位微控制器来实现整个接收器单元并作为ECU看门狗也是可能的。并可将单独封装的CAN或LIN收发器IC(ATA6602/03)与ATA5745/46集成在一起，以获得最大的集成度。

　　ATA5745 与 ATA5746 有针对标准微控制器的专门接口，能够访问Atmel的汽车微控制器(ATmega48和ATmega88)。ATA5745/ATA5746的时钟输出可作为ATmega88的一个时钟输入；还可在内部测量RF数据脉冲间隔宽度时用作时间参考。这样就可实现单晶体设计。

　　微控制器的时钟参考

　　针对一般的应用方案，ATA5745和ATA5746可通过六脚连接方式 (ENABLE、Rx、ASK_NFSK、BR0、BR1、DATA) 与外部微控制器相连。时钟在待机和活动模式下都是可用的，频率可通过两个时钟输出控制引脚来调节。

　　数据率和灵敏度

　　在ASK调制模式下，ATA5745和ATA5746支持的数据率范围是1 k波特至10 k波特，而在FSK调制模式下为1k波特至20 k波特，并可通过微控制器来选择4个不同的波特率范围。一般情况下，ATA5745和ATA5746在ASK 下灵敏度为 -114dBm (2.4k波特，315MHz)，在FSK下为-105dBm(9.6k波特，315MHz)，比特错误率是10-3。

　　抑制功能与选择性

　　图2所示为窄带抑制特性；图3所示为宽带抑制特性，数据基于FSK模式下315MHz可用信号，数据速率10k波特，并采用曼彻斯特编码 (±38 kHz)。

　　带宽和IF频率

　　为改善镜像抑制和选择能力，IF频率固定在440 kHz。IF模块使用一个8阶带通滤波器，获得的接收带宽是420 kHz，因此能够接收基于SAW和PLL的发射器的信号，并支持各种的数据位编码类型，诸如PWM，曼彻斯特调制以及流行的Keeloq 和 Shark加密协议。

　　在RKE/TPMS混合型系统中的晶体频率精度

　　ATA5745与ATA5746适用于接收频率偏差范围为±18kHz~±50kHz的发射器模块的发射信号。

　　一个关于频率偏差最坏情况的计算的典型例子见于ATA5745/46数据手册，给出了315 MHz (433MHz的应用是类似的) 下的详细情形。

　　在一个胎压测量系统中使用ATA5756作为发射器，ATA5746作为接收器，要考虑发射器较高的频率公差和频偏的宽容度。

　　在TPMS发射器中，晶振在整个温度范围40°C至125°C，以及老化时会有一个频率误差, 大约误差范围在 ±80 ppm(在 315 MHz下 ±25.2 kHz)。XTO 的公差、FSK 调制下所用的电容以及杂散电容会引起额外的频率误差，约为 ±30 ppm (在315 MHz下 ±9.45 kHz)。这样一个发射器的频率偏差在 ±16 kHz 至 ±24 kHz之间波动; 由于一个较高的频率偏差相当于一个频率误差，这里就不得不考虑一个额外的 ±24kHz-±19.5kHz= ±4.5kHz的频率公差 (19.5kHz =常量)。所有公差相加后，发射机就有了最坏情况下的频率偏移，为 ±39.15 kHz。

　　对于汽车中的接收器来说，还剩下 ±160 kHz-±39.15 kHz =±120.85 kHz (±383.6 ppm) 的容限。在温度变化及老化的情况下，晶振所需的频率稳定度为 ±383.6 ppm-±5 ppm =±378.6 ppm。考虑到晶振的老化造成 ±10 ppm公差，因此，对于汽车中晶振频率随温度变化可允许的合理公差为 ±368.6 ppm。

　　由于汽车的接收器能够接收这些带有较大频率偏移置的TPMS发射器的信号，对钥匙部件指标的要求就宽松多了；而这实际上实现了具有容限能力的系统。

　　对于433.92MHz TPMS系统，由于RF频率较高，晶振的每一ppm偏差就会导致较高的频率偏置，从而使系统在该频率下必须有较低的公差或较低的容限。

　　RSSI 输出

　　图4所示为典型器件在315MHz 时的RSSI特性；其中VS3V_AVCC= VS5V=2.7V~3.3V，Tamb =-40℃~+105℃，并采用了50Ω匹配输入。



　　RSSI放大器可用的动态范围是65 dB。RSSI脚的输出电压是与输入功率成正比的模拟电压。位于前后车轮轮骨的传感器的信号强度可以测量和分析，以获得关于车轮位置的有用信息，输入功率范围是P(RFIN)-110dBm~-45dBm，增益是15 mV/dB。

　　降低灵敏度

　　RSSI 放大器的输出电压在内部与一个参考阈值电压相比较，这个阈值电压由外部连接在 SENSE 和 VS3V_AVCC 两个引脚上的电阻阻值决定。比较器的输出反馈进数字控制逻辑中，并导入 IC较低灵敏度的模式。

　　在降低灵敏度的情况下，SENS_CTRL引脚必须设为高电平，尽管灵敏度是由Rsense的值来定义的。降低的灵敏度依赖于RSSI放大器输出的信号强度。