一种低功耗TPMS接收器的设计

2014-04-25史卫华

汽车电器 2014年4期

关键词：接收器电平低功耗

史卫华，柯焱，周敏

（上海保隆汽车科技股份有限公司，上海 201619）

轮胎压力监测系统因其安全性和经济性，如今已经越来越受到市场和用户的关注，国内外整车厂纷纷将其作为整车标配。然而由于整车对熄火以后的暗电流消耗有严格限制，这就对熄火以后仍需监控胎压的TPMS接收器的电流消耗提出了苛刻要求。

基于整车厂的要求，本文采用Freescale的S9S12G128单片机和MC33596的射频接收芯片实现车辆熄火模式下的TPMS接收器仍可监控胎压，且满足暗电流要求。

1 接收器的主要电路组成

接收器主要是接收到无线信息，进行处理后，通过CAN总线将胎压数据发送给仪表进行显示，它由电源模块、射频接收模块、MCU、CAN通信以及存储模块组成。电路组成如图1所示。

1.1 电源模块

电源模块负责将车载电源转换成各模块正常工作的电压。Infineon公司的TLE42994线性稳压器，其输入电压最大可达45 V，输出5 V，带载能力为150mA，且具有短路保护、电流限制、超温关机等功能。另外，其特别适用于需要在发动机断开后的汽车应用，自身内部消耗电流极低，在带载10 mA的情况下，内部消耗只有0.17mA，见表1。

表1 TLE42994自身电流消耗

1.2 射频接收模块

射频接收模块负责对胎压传感器传送的高频信号进行解码，然后将数据传输给中央处理器MCU。MC33596是Freescale公司一款适合低电压应用的高度集成的接收芯片，将接收到的数据解调后通过串行同步接口（SPI）总线发送到MCU，它支持FSK调制的Manchester编码数据解码。在2400Band时的RF接收灵敏度为-108 dBm。可通过自带的SPI接口对MC33596配置，在运行模式下电流的典型值为9.2mA。可通过选通震荡器的设置，实现自动快速唤醒功能，在strobe ratio=1／10时，接收模式功耗小于1mA。

1.3 控制芯片

控制芯片负责接收射频接收电路传输过来的数据，进行分析处理后，根据车辆的工况，选择是否通过CAN总线传送给车辆显示系统。控制芯片内部自带的EEPROM用于存储传感器的ID等标定信息。本系统控制芯片选择Freescale的16位单片机S9S12G128， 128 K的Flash、4 K的EEPROM、 8 K的RAM，同时自带CAN控制器以及SPI、SCI等通信接口。电流消耗在Full stop模式时为200μA。

1.4 CAN通信

CAN总线用于和仪表、BCM以及诊断工具通信，为了降低熄火状态的功耗，选择可总线唤醒的低功耗高速CAN收发器TJA1042。该收发器专为汽车行业的高速CAN应用设计，传输速率高达1Mbit／s，具有如下特性：①收发器在断电或处于低功耗模式时，在总线上不可见；②极低功耗的待机模式，可通过总线唤醒。正常工作模式电流消耗5mA，待机电流消耗为10μA。

2 软件设计

接收器的软件主要有3部分功能，分别是：数据处理、功耗管理以及CAN通信。数据处理和CAN通信较为成熟，功耗管理则是系统的关键。

2.1 功耗管理的程序设计

电源接通后，初始化外设，并检测ACC_check的电平，低则断开外部IRQ中断使能，进入正常模式，监听传感器的数据并通过CAN总线发送给显示设备。如果ACC_check电平为高，则表示车辆熄火，保存好当前的信息后，断开所有外设，并将接收芯片设置为内部strobe控制模式。最后接通外部IRQ中断使能，控制芯片自己进入Stop模式，系统进入低功耗休眠模式。功耗管理软件流程如图2所示。

当有IRQ中断产生后，系统接通外设，并进入正常工作状态。在主循环中，再次检测ACC状态，并作出是否进入低功耗休眠模式的响应。

2.2 MC33596的ON／OFF配置

为了保证在低功耗模式下依然可靠接收胎压传感器发出的信号，MC33596提供了一个间隔接通接收的数据接收模式，即ON／OFF模式。通过配置其内部寄存器（SOE=1），使能内部的strobe oscillator。配置RXONOFF寄存器，控制接收断开时间（off time）和接通时间（on time）占比。计算公式如下：ONtime=RON［3：0］×512×Td， OFFtime=（ROFF［2：0］+1／2） ×Ts， Ts=106×C21， RON 和 ROFF 是寄存器RXONOFF定义。占比的选择，直接关系到信号接收效果以及电流消耗。

该项目工作频率为433 MHz，参数计算如下：Td=1.65μs； C21采用1nF的电容： Ts=1ms。

3 硬件电路设计

3.1 系统电路

控制芯片通过检测车辆点火状态，进行判定正常工作还是低功耗工作。正常工作时，控制芯片将外部中断源断开，同时将CAN通信、接收电路全部配置为正常模式。低功耗工作时，控制芯片将CAN通信、接收电路配置为低功耗模式，接通外部中断源，自身进入Stop模式。系统电路原理图如图3所示。

3.2 外部中断检测电路

接收器有2个外部中断源，即负责检测车辆的钥匙位置的点火检测电路和负责低功耗模式下的接收信号唤醒检测电路。正常工作时，钥匙处于非OFF位置，点火检测电路输入端ACC为12 V，光耦U4导通，控制芯片外部中断Wake为低电平，且ACC_check也为低电平。控制器控制所有外围设备处于正常工作模式，断开接收信号唤醒外部中断使能电路。当钥匙处于OFF档时，检测电路的输入端为0V，光耦处于关断状态，控制芯片外部中断检测I／O口Wake为高电平，接收器软件处理，将所有外围设备均置于低功耗模式，接通接收芯片信号接收的唤醒使能电路。之后控制芯片进入Stop模式，等待外部中断唤醒，整个接收器处于低功耗模式。

外部中断除了ACC唤醒之外，还可以通过来自接收电路的SCLK进行唤醒，一旦有数据，那么SCLK电平变化，导致控制器唤醒处理数据，处理完数据后，控制器根据ACC_check的电平高低进行模式转换，如果为高，则为正常模式，否则，为低功耗模式。

3.3 接收电路

RF接收电路由MC33596负责，正常工作时，控制芯片控制STROBE引脚，使得MC33596一直工作在Receive模式，并且断开Wake中断使能，使得SCLK的电平变化不产生中断。进入低功耗模式后，MC33596利用STROBE引脚的电容自振荡，工作在ON／OFF的Receive模式，并且一旦接受到数据后，SCLK输出的电平跳变引起控制芯片的外部中断，唤醒控制芯片处理接收到的数据。通过改变STORBE引脚的电容C21的参数，可以改变ON／OFF的时间。