采用NXP（恩智浦）FXTH871x7传感器设计的汽车胎压监控系统

吴俊清

摘 要：NXP（恩智浦）FXTH871x7系列传感器是目前全球最小的TPMS解决方案芯片封装尺寸，该系列传感器的射频功耗在业界也是最低（Idd小于8 mA），超低功耗特性可以大幅延长电池使用寿命，对于不方便更换电池的胎压监测应用来说至关重要。本设计已经实现商用，测试结果可以精确反映汽车轮胎压力和温度情况，并能提供快速报警机制，提高车辆行驶安全性。

关键词：胎压监控;FXTH871x7系列传感器;胎压

随着2020年1月《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》强制性国家标准经国家标准委批准后正式发布实施;这意味着，胎压监控系统将成为未来车辆出厂时的强制性“标配”;而胎压监控系统的核心--传感器芯片是整个系统的关键技术，NXP（恩智浦）FXTH871x7系列传感器是目前全球最小的TPMS解决方案芯片封装尺寸，FXTH87系列传感器的射频功耗在业界也是最低，仅7mAldd，超低功耗特性可以大幅延长电池使用寿命，对于不方便更换电池的胎压监测应用来说至关重要。

1 芯片主要功能介绍

（1）校准压力范围为100  kPa～1 500  kPa的压力传感器。

（2）芯片封装如附图1，为24 PIN的7x7 mmQFN。

（3）自带温度传感器。

（4）可选XZ或Z轴加速计，带可调偏移选项。

（5）专用测量参考电压的ADC10。

（6）六通道10位模数转换器（ADC10），带两个外部I/O输入。

（7）内建8位MCU：

1）带SIM和中断功能的S08内核;2）512RAM;3）-8K闪存（除了提供出厂固件和微调的8K外的空间）;4）64字节，低功耗，参数寄存器。

（8）专用状态机，用于排序常规测量和降低功耗的传输过程。

（9）内置315-/434 MHz射频发射机：

1）外接晶体振荡器;2）基于PLL的分数分频输出;3）OOK和FSK调制能力;4）可编程的数据速率发生器;5）曼彻斯特，双相或NRZ数据编码格式;6）256位射频数据缓冲可变长度中断;7）MCU可以直接访问射频发射机，获得独特的数据格式;8）低功耗（434 MHz时小于8 mA，5 dBM时3.0伏，25摄氏度）。

（10）独立的差分输入LF检测器/解码器的信号引脚。

（11）七个多用途GPIO引脚：1）四个引脚可以连接到可选的内部上拉/下拉和STOP4唤醒中断;2）七个引脚中的两个可以连接到ADC10上的通道;3）七个引脚中的两个可以连接到TPM1上的通道。

（12）LFO驱动的实时中断，中断间隔为：8、16、32、64、128、256、512或1 024毫秒。

（13）低功耗，唤醒定时器和LFO驱动的定期复位。

（14）看门狗超时，可选择时间和时钟源。

（15）双通道通用定时器/PWM模块（TPM1）。

从芯片功能看出，该芯片的集成功能完全满足了胎压传感器的需求，从压力、温度的检测到数据的传输、处理、功能控制的一体化架构。

采用NXP（恩智浦）FXTH871x7传感器设计的胎压监控系统原理框图如下图2所示：

2 胎压监控系统的原理

设计思路：

（1）整体系统设计考虑了独立主机显示和通过CAN BUS进行仪表端集成显示的需求;同时在数据传输链路上还增加了中继功能，以便数据传输更远。

（2）如果需要接入车辆配套的显示系统，如仪表或者中控屏幕的，可以通过CAN的总线方式进行数据链的传输。

（3）中继系统的无线收发部分采用差频配置进行无线通信，即接收传感器的频率为433 MHz，而发送的频率为315 MHz，这样可以避免无线信号间的相互干扰，保证无线信号质量。

（4）主机接收配置双频率射频参数，根据系统的组成情况，如果没有采用中继器的状态，能保证主机直接接收传感器的射频信号。

（5）接收和发射天线采用螺旋封装，可以兼容不同频率点天线在PCB板上的安装，同时适当控制天线高度，以保证谐振频率点。

3 传感器的设计思路

传感器的功能划分为图3所示的几个部分：

（1）RF发送模块：可根据需要设计不同的发射頻率，一般为433M或315M，RF模块在mcu进入低功耗时候是关掉的，每次发送之前需要重新初始化。

（2）LF接收模块：用来触发唤醒mcu并发送低频信息，所以它在mcu休眠时候是正常工作的，但为了降低LF工作带来功耗大的问题，设置LF打开和关闭的时间周期。这样有助于降低功耗又不影响用户使用。

（3）定时器模块：定时器模块主要用来定时唤醒mcu 发送胎压sensor信息。

（4）其他模块：adc用来读取胎压sensor的温度，电池电压等;胎压传感器用来读取压力，Gsensor用来读取X轴和Z轴的加速度信息，用来设定定时器的周期。

各个功能模块的具体操作这里不做进一步分解，主要从整体流程上进行介绍，由于FXTH871x7系列的这颗胎压sensor的RAM和ROM都非常小，不可能设计比较系统的软件框架。基于芯片rom容量小的原因基本使用寄存器操作来完成软件编程。由于实际使用时在轮胎里面的FXTH871x7

系列传感器是使用固定容量的电池设备，而且一般用户要求使用年限比较长，所以功耗是FXTH871x7系列传感器的软件设计最主要因素。基于功耗的影响，软件设计流程基本是让FXTH871x7系列传感器处于低功耗状态，通过定时器或者LF功能来唤醒sensor，然后在让sensor去读取胎压、温度、电压、Z轴发送给主机显示出来，并通过Z轴的数据来更新定时器的周期，达到降低功耗的效果;其中LF接收模块的功能在实际生产和维护保养中起到很大的作用，所以系统设计时要考虑好其应用的场景。

4 结束语

以上设计流程在实际产品设计中已经实现了550 mAH的锂电理论待机时间能达到三年（24小时）的工作状态，基本满足车辆正常使用需求。

参考文献：

[1]宋健.某汽车胎压监控系统的故障排除[J].汽车工程师，2020（12）：58-59.

[2]朱洪翔，董青，闫利军.基于无线传输的机轮胎压测试系统的设计[J].计算机测量与控制，2020，28（2）：28-32.