汽車輪胎壓力實時監視系統（TPMS）已經成為中國汽車電子產業的研發熱點，在今后的五年里，全球預計會有七億一百萬只輪胎需要安裝胎壓監測傳感器。美國法律要求從2007年8月起在美國銷售的所有乘用車和輕型卡車必須安裝胎壓監測系統歐洲也頒布了相應的法規。中國是汽車消費大國，相信不久將來政府也會制定類似法規。TPMS的需求使一個新興產業正在興起。 TPMS是汽車輪胎壓力實時監視系統“Tire Pressure Monitoring System”的英文縮寫，主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全，是駕車者、乘車人的生命安全保障預警系統。 在汽車的高速行駐過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發性交通事故發生的重要原因。據統計，在高速公路上發生的交通事故有70％至80％因爆胎引起。如何防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。TPMS是目前科學防爆和預警的有效手段之一。 TPMS系統 TPMS系統主要有二個部分組成安裝在汽車輪胎上的遠程輪胎壓力監測模塊和安裝在汽車駕駛臺上的中央監視器（LCD／LED顯示器）。直接安裝在每個輪胎里測量輪胎壓力和溫度模塊，將測量得到的信號調制后通過高頻無線電波（RF）發射出去。一輛轎車或面包車TPMS系統有4個或5個（包括備用胎）TPMS監測模塊，一輛卡車有8-36個TPMS監測模塊。中央監視器接收TPMS監測模塊發射的信號，將各個輪胎的壓力和溫度數據顯示在屏幕上，供駕駛者參考。如果輪胎的壓力或溫度出現異常，中央監視器根據異常情況，發出報警信號．提醒駕駛者采取必要的措施。 由于汽車輪胎現在大多都是沒有內胎的真空子午胎，因此，將TPMS的輪眙壓力監測模塊安裝在輪胎里十分方便和容易，但是汽車在高速跑動時輪胎內環境和溫度條件十分惡劣，壓力，溫度、濕度變化特別大，所以該模塊的設計要按軍級產品的要求來選用元器件，按工業產品的要求來制訂生產工藝，然而它是一個量大面廣的汽車通用安全產品，要按消費電子產品來定價。 輪胎壓力監測模塊由五個部分組成具有壓力、溫度，加速度電壓檢測和后信號處理ASIC芯片組合的智能傳感器MCM；8-16位單片機（MCU）；RF射頻發射芯片；鋰亞電池；天線。外殼選用高強應ABS塑料。所有器件、材料都要滿足-40℃到+125℃的使用溫度范圍（圖1）。 輪胎壓力監測模塊是安裝在輪胎上的輪胎壓力、溫度實時監測和數據發送系統裝置，它的內部結構如圖2所示。由輪胎壓力監測模塊構成的TPMS發射器分為車胎內內置和車胎外外置兩種。 TPMS智能傳感器是整合了硅顯微機械加工（MEMS）技術制作的壓力傳感器溫度傳感器加速度計、電池電壓檢測、內部時鐘和一個包含模數轉換器（ADC）、取樣/保持（S/H）、SPI口、校準、數據管理、ID碼的數字信號處理ASIC單元或MCU的SOC，模塊具有掩膜可編程性即可以利用客戶專用軟件進行配置。它是由MEMS傳感器和ASIC/MCU電路二塊芯片，用集成電路工藝做在一個封裝里的。智能傳感器是一個MCM模塊，它將壓力／溫度、加速度和MCU集成在一起（圖3），為了便于TPMS接收器的識別，每個壓力傳感器都具有16-32位獨特的ID碼。 TPMS的MEMS傳感器 TPMS使用的傳感器十分細小輕巧、功能要求高，因此只能用MEMS技術來設計、制造。目前TPMS使用的MEMS傳感器主要有二大類，即硅壓阻式傳感器，如GE NovaScnsor的NPX1、NPX2，Infincon SensoNor的SPl2、SP30、SP35；以及硅集成電容式傳感器，如Freescale的MPXY8020、MPXY8040，MPXY8300系列。NPX和SP30、SP35、 MPXY8300系列的智能傳感器都包含了壓力傳感器和加速度計，壓力傳感器主要用來測量輪胎的壓力變化，加速度傳感器利用其質量塊對運動的敏感性，實現汽車移動實時開機，進入系統自檢、自動喚醒，汽車高速行駛時按運動速度自動智能確定檢測時間周期，用軟件設定安全期、敏感期和危險期，以逐漸縮短巡回檢測周期和提高預警能力節省電能等功能。 壓阻式MEMS傳感器 硅壓阻式傳感器是用硅片經微機械加工而做成周邊固支圓膜壓力傳感器，在TPMS傳感器模塊封裝的上方留有一個壓力/溫度導入孔，將外界壓力直接導入在壓力傳感器的應力薄膜上周邊固定的圓形應力薄膜內壁由半導體應變片組成惠斯頓測量電橋（圖4）；硅壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，具有較高的測量精度、較低的功耗，惠斯頓電轎的壓阻式傳感器，如無壓力變化，其輸出為零，幾乎不耗電。 同時這個孔還將環境溫度直接導入半導體溫度傳感器上，基于同樣原理的加速度傳感器，其質量塊需要一定的運動空間，相比之下略大一點，采用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路。加速度傳感器利用其質量塊對運動的敏感性、實現汽車移動實時開機，進入系統自檢。 拆除模塊的封裝，傳感器模塊內部結構如圖3所示。 電容式MEMS傳感器 最近幾年電容式傳感器技術有很大的發展，Freescale的新產品MPXY8300系列采用了新一代電容式傳感器技術，完全不同于前一代，功耗更低、集成能力更高。MPXY8300集成了硅電容式壓力傳感器、雙軸加速度傳感器、MCU和RF發射器（圖5）。 電容式壓力傳感器利用MEMS技術在硅片上制造出橫隔柵狀，上下二根橫隔柵成為一組電容式壓力傳感器，上橫隔柵受壓力作用向下位移，改變了上下二根橫隔柵的間距，也就改變了板間電容量的大小，即△壓力=△電容量（圖6）。其MEMS照片如圖7。 [align=center] [/align] 同樣，電容式X軸、Z軸加速度傳感器也是用MEMS技術制造的。以電容式Z軸傳感器為例，汽車運動時使Z軸傳感器懸浮扭矩梁因向心力的作用而發生旋轉，旋轉引起了可旋轉梁與硅底間的電容量變化，即△旋轉速度=△電容量（圖8）。其MEMS照片如圖9。 [align=center] [/align] X軸傳感器在汽車運動時使X軸傳感器中間懸浮可動板因加速度的作用而發生左右位移，左右位移引起中間可動板與左右固定板間的電容量變化，即△加速度=△電容量（圖10）。其MEMS照片如圖11。 [align=center] [/align] X、Z二個軸向加速度計同時使用，可用于輪胎位置識別。 圖12是采用Freescale MPXY8300的輪胎壓力監測模塊主板，已顯十分簡潔，PCB板上面主要是MEMS傳感器+MCU+RF三合一的MPXY8300，以PCB板上的閉環天線和125KHz的低頻喚醒天線，下面則是一顆鋰亞電池。 常用TPMS傳感器性能分析 新一代的TPMS設計應采用最新的、集成度高、性能、價格比好、有生命力的器件，特別是發射模塊器件的選用，壓力、加速度、溫度傳感器和MCU的分列器件組合的方式是絕不可選的，因發射模塊的空間有限。一些過渡產品因生產廠家停產也不宜采用，如SP12。選用合適的器件和方案至關重要。表1 是常用TPMS傳感器性能分析表，可供設計選型參考。 TPMS市場預測 中國正在成為全球最大的新興汽車市場，中國汽車需求量和保有量出現了加速增長的趨勢，汽車保有量已突破2600萬輛，年銷售汽車將賽破600萬輛，未來五年將成為僅次于美國的全球第二大汽車銷售國。汽車安全產品將成為中國生機勃勃的新興市場熱點，今后每年的增長速度可達50％。其中，僅TPMS技術產品2005年底的市場容量就達20萬套，近7億元人民幣；2006達到50萬套，近17億元；2007年將達70萬套，近23億元。根據2003-2010年汽車需求預測；汽車年增長16％-20％；轎車年增長19.2％-24％。綜合以上分析，預計，2005-2010年。中國汽車保有量將以16％以上的速度增長（圖13，圖14）。 [align=center] [/align]