미국에서 새로 반포된 고속도로 안전법규는 타이어 압력 모니터링 시스템 (TPMS) 을 자동차 산업에서 가장 빠르게 성장하는 분야로 만들었다. 2005 년 4 월, 미국 국립도로교통안전관리국 (NHTSA) 은 총중량이 4,563KG 이하인 모든 차량 (일축 이륜차 제외) 에 TPMS 를 장착해야 한다는 최종 규정을 발표했습니다. 2007 년 9 월 1 일까지 제조업체가 생산하는 모든 경차량은 이 표준의 요구 사항을 충족해야 합니다. 미국은 매년 약 17 만 대의 자동차를 생산하여 TPMS 에 빠르게 성장하는 시장을 창출했다. 2008 년에는 세계 자동차 시장에서 TPMS 의 침투율이 30% 를 넘을 것으로 예상됩니다. 그림 1:TPMS 타이어 모듈 어셈블리 블록 다이어그램입니다.
이 규정이 직접과 간접제도에 대한 태도는 기술적으로 중립적이라는 점은 주목할 만하다. 하지만 시장연구기관인 Strategy Analytics 의 예측에 따르면 직접 시스템 기술은 2008 년 이후 95% 가 넘는 점유율을 차지할 것으로 전망된다. 직접 TPMS 에는 각 타이어에 타이어 압력 센서가 있어 무선 주파수 (RF) 신호를 통해 압력 및 기타 정보를 중앙 수신기로 전송합니다. 간접 TPMS 에는 압력 센서가 없으므로 ABS 시스템의 속도 센서에 의존하여 타이어 속도의 차이를 감지하고 비교해야 합니다. 직접 TPMS 의 비용은 높지만 이 시스템은 높은 감도, 제로 속도 측정 및 다중 타이어 수축 감지와 같은 상당한 성능 우위를 가지고 있습니다. 이 문서에서는 직접 TPMS 에 초점을 맞추고 구성 요소 선택, 전력 관리, 미디어 호환성, 시스템 비용, RF 설계 등 엔지니어가 직면한 설계 과제에 대해 설명합니다. TPMS 의 타이어 모듈은 MEMS 압력 센서, 온도 센서, 전압 센서, 가속도계, 마이크로컨트롤러, 무선 회로, 안테나, 저주파 인터페이스, 발열기 및 배터리로 구성됩니다. 자동차 제조사들은 직접 TPMS 배터리를 10 년 이상 사용할 것을 요구했다. 배터리의 작동 온도는-40 c 에서125 c 사이여야 합니다. 건전지는 무게가 가볍고, 부피가 작고, 전력이 높다. 이러한 제한으로 인해 일반적으로 큰 배터리 대신 단추 배터리를 선택합니다. 새로운 버튼 배터리는 무게가 6.8g 에 불과하여 표준 550mAh 전력에 달합니다. 배터리 외에 10 년 이상의 작동 수명을 위해 구성 요소에는 통합 기능과 저전력 소비가 모두 있어야 합니다. 영비링 SP30 은 압력 센서, 온도 센서, 전압 센서, 가속도계, LF 인터페이스, 마이크로컨트롤러, 발열기를 하나의 구성 요소로 통합하는 통합 제품입니다. 완전한 타이어 모듈 시스템에는 ——SP30, 무선 주파수 송신 칩 (예: 영비의 TDK5 10xF) 및 배터리라는 세 가지 구성 요소만 있습니다. 전력 관리 모듈이 출시되면 배터리를 교체하는 것은 비현실적이다. 이러한 제한으로 인해 전력 관리는 설계 엔지니어에게 특히 중요합니다. 전력 소비를 줄일 수 있는 네 가지 방법이 있습니다. 그 중 하나는 저전력 구성 요소를 선택하고 통합 기능이 있는 구성 요소를 사용하여 구성 요소 수를 줄이는 것입니다. 두 번째 방법은 소프트웨어를 사용하는 것입니다. 효율적인 알고리즘은 전송 및 측정 주파수를 조정할 수 있습니다. 소프트웨어 설계에서 효율적인 알고리즘은 이러한 문제를 고려해야 할 수 있습니다. 데이터 전송 및 측정 빈도는 얼마나 됩니까? 중복 데이터를 보낼 필요가 있습니까? 시스템 화면표시 모드란 무엇입니까? 무선 주파수 전송은 전력 소비량이 가장 크므로 전송 간격을 늘리고 계산 횟수를 줄이며 데이터 전송을 반복하면 배터리 수명이 연장됩니다. 그러나 이러한 모든 요소, 데이터 신뢰성 및 사용자가 적시에 정보를 얻을 수 있도록 균형을 맞춰야 합니다. 전력 소비를 줄이는 세 번째 방법은 SP30 과 같은 내장 가속도계의 센서를 사용하여 바퀴의 작동을 감지하는 것입니다. 차량이 주차되면 TPMS 는 작동을 중지하고 전기를 절약할 수 있다. 대부분의 경우 차량이 주차하는 시간이 실제 주행시간보다 훨씬 길다. 따라서 이 방법은 전기를 크게 절약할 수 있다. 저주파 (LF) 인터페이스를 사용하는 것도 전력 소비를 줄이는 한 가지 방법입니다. 저주파 인터페이스를 통해 중앙 수신기 모듈은 항상 대기 모드에 있는 타이어 모듈에 명령과 데이터를 전송할 수 있습니다. 타이어 모듈은 "웨이크업" 신호를 받을 때까지 데이터를 측정하고 전송하지 않습니다. 이런 식으로 타이어 모듈의 배터리 수명이 크게 연장 될 수 있습니다. 절전 기능 외에도 저주파 인터페이스는 유연한 디자인과 추가 기능을 제공합니다. 예를 들어, 저주파 통신을 통해 시스템이 타이어를 자동으로 식별할 수 있습니다. 저주파 입력 인터페이스가 있는 SP30 은 이 설계 문제를 해결할 수 있습니다. 미디어 호환성 그림 2: 영비의 TPMS 솔루션.
센서의 미디어 호환성과 신뢰성은 TPMS 에 매우 중요합니다. 이러한 주요 기능이 없으면 전체 시스템의 정확성과 신뢰성이 문제가 됩니다. 타이어 모듈은 타이어 내부에 위치하기 때문에 전자 부품은 타이어 내부의 열악한 환경을 마주하고 있다. 전자 부품은-40 C 부터125 C 까지의 온도 범위 내에서 작동하며 수분, 먼지, 브레이크 오일 등 기타 매체의 공격을 받는다. 미디어 호환성은 센서가 완벽하게 보호되도록 보장합니다. TPMS 의 센서는 주변 압력을 모니터링하기 위해 압력 입구가 공기와 접촉해야 하기 때문에 부식하기 쉽다. 영비링 센서에는 압력 감지 요소와 가속 감지 요소 (선택 사항) 가 포함됩니다. 센서 모듈은 3 층 스택 모듈 (유리-실리콘-유리) 입니다. 절대 압력 참조 값은 상단 유리의 진공 챔버에서 가져옵니다. 센서 구성요소는 압력 입구가 실리콘 층의 뒷면을 향하기 때문에 미디어 호환성이 우수합니다. 이 특허받은 3 계층 스태킹 기술을 사용하여 SP30 과 같은 영비링 센서는 미디어 호환성이 매우 뛰어납니다. 시스템 비용 이 시스템은 수신기 모듈 1 개와 타이어 모듈 4 개로 구성되며 상업적 성공에 중요한 역할을 합니다. 좋은 솔루션은 통합 기능이 있는 구성 요소를 사용하여 구성 요소 수, 전력 소비량 및 PCB 크기를 줄이고 결국 시스템 비용을 절감하는 것입니다. TPMS 와 RKE 수신기가 동일한 플랫폼을 공유하도록 하면 시스템 비용도 절감할 수 있습니다. 그러나, 이것은 상업적으로 항상 가능한 것은 아니다. 무선 주파수 설계 1 세대 TPMS 의 송신 칩은 ASK 변조 기술을 사용하여 설계되었으며 적절한 송신 주파수는 SAW*** 진자에 의해 생성됩니다. 이러한 ASK 시스템은 매우 저렴하지만 송신기를 휴대하는 바퀴의 회전으로 인해 수신된 전계 강도가 변경될 수 있습니다. 이를 위해 현재 TPMS 는 결정질 발열기와 고정 루프 주파수 합성기를 기반으로 FSK 변조를 사용하여 중심 주파수와 주파수 견인을 생성합니다. 많은 OEM 어플리케이션에서 FSK 는 바퀴가 고속으로 돌아가더라도 신뢰할 수 있는 RF 통신을 제공합니다. 영비링 초고주파 송신기 시리즈인 TDK5 10xF 는 이러한 TPMS 어플리케이션에 가장 적합한 솔루션을 제공합니다. TDK5 10xF 시리즈 장치는 ASK 및 FSK 변조가 가능한 다양한 대역 (3 15, 434, 868 및 9 15MHz) 에서 사용할 수 있습니다. 이 장치에는 원형 안테나를 구동하는 완전 통합형 PLL 주파수 합성기와 고효율 전력 증폭기가 포함되어 있습니다. 무선 출력 전력이 5dBm 이고 저항이 50ω인 경우 일반 전력 소비량은 7mA (최소 전력 소비량으로 간주) 입니다. 이 부품은 작동 온도 범위가-40 C 에서125 C 사이이며 소형 P-TSSOP- 10 패키지로 되어 있습니다. 송신기 제품 외에도 Yingfeiling 에는 TDA52 1x 수신기 칩과 같은 다양한 주파수 대역의 수신기와 송수신 칩이 있어 TPMS 및 RKE 어플리케이션에 널리 사용됩니다. 영비링의 무선 칩은 외부 구성 요소가 거의 필요하지 않으며 루프 필터와 VCO 회로가 통합되어 있습니다. 낮은 작동 전류와 좋은 감도도 특징이다. 영비의 TPMS 솔루션 영비링은 통합 센서와 무선 무선 칩을 통해 완벽한 TPMS 시스템 솔루션을 제공합니다. 그림 2 에서 볼 수 있듯이 SP30 또는 SP 12 (MCU 없음) 는 타이어 모듈의 TDK5 10x 송신 칩과 함께 사용할 수 있습니다. 수신기측에서 TDA52 1x 는 모든 8 비트 또는 16 비트 MCU 와 함께 사용할 수 있습니다. 1997 년, 영비링의 TPMS 센서가 생산에 투입되어 현재까지 총 생산량이 수천만에 달했다. 대량의 제품이 시장에서 사용되고 테스트됨에 따라 영비의 대규모 생산 능력이 인정받았다. 영비 TPMS 센서는 디지털 인터페이스 (SPI) 가 독립적인 TPMS 센서 (SP 12/SP 12T) 에 유연한 설계를 제공한다는 점을 포함하여 많은 장점을 가지고 있습니다.
다양한 OEM 응용 프로그램에 대한 대규모 배포
우수한 미디어 호환성 및 신뢰성
생산 과정에서 종합적인 보상 및 교정을 수행합니다.
저전력 소비 ：
쉽게 식별 할 수있는 고유 한 센서 id;
초폭 작동 온도 범위 (-40 c ~125 c); );
칩 가속도계는 휠 회전을 모니터링합니다 (선택 사항).
온칩 마이크로 컨트롤러는 PCB 크기 및 시스템 비용 (SP30) 을 줄입니다.
온칩 온도 및 전압 센서;
온칩 LF (저주파) 입력 인터페이스는 양방향 통신을 달성합니다.
정확한 기압 측정 (7 킬로파);
비용을 줄이기 위해 대량 생산에 EROM 사용
비정상적인 온도에서 전원을 꺼서 부정확한 데이터 측정을 방지합니다.
무선 주파수 무선 칩과 함께 사용하여 완벽한 TPMS 솔루션을 만들 수 있습니다.
통합 RF 송신기 및 저전력 미래 솔루션;
이 문서에서는 엔지니어가 직접 TMPS 를 설계할 때 직면하는 주요 과제 (구성 요소 선택, 전원 관리, 미디어 호환성, 시스템 비용, 무선 주파수 설계 등) 를 요약합니다. SP30 및 TDK5 10xF 기반 솔루션은 컴포넌트 수 및 PCB 크기에 대한 벤치마크를 설정합니다. 자동차 산업 10 수명 요구 사항을 동시에 충족합니다. 차세대 TPMS 에는 혁명적인 돌파구가 있을 것이다. 성능 향상과 함께 전력, 크기, 무게, 비용도 지속적으로 절감됩니다. Yingfeiling 은 2007 년 SP35 라는 단일 전자 모듈을 출시할 계획입니다. 이 모듈에는 감지 및 전송 기능이 통합되어 있습니다. 즉, MCU, 센서 및 무선 송신기가 통합됩니다. 20 10 까지 영비링은 전력 소비량이 낮은 시스템을 출시할 것으로 예상됩니다.