一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路制造技术

本发明专利技术涉及一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路,主要解决现有的汽车胎压监测系统中由于引入加速度传感器而引起的系统复杂度增加和成本增加的技术问题。技术方案为：一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是：所有电路芯片内集成实现；包括采样保持电路、比较器、放电电路、时序控制器、计数器和数据处理器；采样保持电路与比较器连接，比较器的正向输入端连接放电电路，比较器的输出信号分别进入时序控制器和计数器，时序控制器与计数器连接，时序控制器还与数据处理器相连。本发明专利技术提供一种简单易行、效果显著、可有效降低汽车胎压监测系统复杂度和系统成本的集成电路芯片方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车轮胎气压监测TPMS (Tire Pressure Monitoring System)电路领域，特别涉及一种不需要加速度传感器，而充分利用压力传感器在汽车滚动状态和静止状态下表现出的不同的噪声特性，实现对汽车的运动状态监测的监测集成电路。本专利技术针对采用电阻压敏式压力传感器的汽车胎压监测系统。
技术介绍
随着汽车的迅速普及，交通事故不断增多，汽车高速行驶时轮胎故障是驾驶员最难以预料的危险，轮胎故障造成了大量的交通事故。橡胶轮胎质量监督中心的分析指出，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎气压异常是防止爆胎的关键。另外在经济因素方面，如果汽车轮胎气压不足，滚动阻力增大，致使油耗和二氧化碳二排放增加；如果汽车轮胎气压过高，轮胎和地面接触面积减小，致使轮胎磨损增加。近年来，充分的调查研究结果使得世界各国十分重视强制安装使用汽车胎压监测系统，纷纷推出相应的法规，明确规定汽车胎压监测系统的安装限期。汽车胎压监测系统通过对轮胎内压力和温度进行实施监测，对压力和温度异常进行警报，让驾驶员能够及时发现，达到确保行车安全、减少轮胎磨损和降低油耗的目的。因为市场的推动，汽车胎压监测系统经历了一个相对快速的演变过程，从最初采用间接式的胎压监测方式，逐渐过渡到目前普遍采用的直接式的胎压监测方式，才满足了汽车电子零配件市场日趋集成化，专业化的需求。直接式胎压监测系统包括胎压传感器和无线接收器两个部分。无线接收器主要作用是接受胎压传感器发射的无线信号，并且进行信号处理，对压力和温度异常进行警报。胎压传感器是安装在汽车内胎里面，完全密封封装的电子数据采集，放射装置，一般采用电池供电，是汽车胎压监测系统中一个最为关键的部分。胎压传感器工作在相对复杂恶劣工作环境下，它的性能决定了系统的精度和可靠性。胎压传感器除了读出，校正传感器的数据，还需要充当无线发射器的角色，及时精确的发送胎压，温度信息和传感器的位置信息给无线接收器。在电池供电而且无法更换电池的情况下,这对传感器的功耗提出了严格的要求。传感器的平均静态工作电流很大程度上决定了产品的使用寿命。大部分汽车的行车时间要显著少于闲置怠车时间,汽车胎压监测系统需要根据汽车的运动状态对传感器发射控制芯片的工作状态做充分的优化，以达到降低功耗的目的。例如，在汽车静止怠车的状态下，可以大幅减少对车胎压力测量的频率和信息发送频率；在监测到汽车转入行车状态的时候，再回复到正常侦测频率。直接式汽车胎压监测传感器一般包括三个器件,压力传感器，加速度传感器和发射控制芯片。大多采用系统封装（System In Package），单片集成。压力传感器一般采用电阻压敏式压力传感器，特征是响应时间快，尺寸小，抗震性好，而且生产成本低。电阻压敏式压力传感器利用硅膜片上的应变电阻的阻值与压力成正比的特性，以惠斯通电桥方式连接，把压力变化转换成电信号。因为输出电信号微弱，需要后端监测电路进行放大处理。汽车胎压监测传感器的加速度传感器作用是监测汽车的运动状态：在汽车滚动的时候，加速度传感器产生感应电压，传感器发射控制芯片上的汽车运动状态监测集成电路对感应的电压和预先设定的阈值进行比较，或者通过发射控制芯片上的模数转换器对感应的电压进行阈值比较，进而判断汽车是在行车状态还是在静止状态。这种汽车运动状态监测方法最大的缺点是因为引进加速度传感器而增加了系统成本和复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单易行、效果显著、可有效降低汽车胎压监测系统的复杂度和系统成本的汽车运动状态监测集成电路。主要解决了现有的汽车运动状态监测集成电路由于引入加速度传感器而引起的系统复杂度增加和成本增加的技术问题。本专利技术的创新思路是：汽车在行驶状态下，因为车胎滚动与地面的接触以及汽车车身自身的震动，电阻压敏式压力传感器会产生与汽车行驶速度关联的噪声。相比汽车在静止状态下，汽车行驶状态下压力传感器产生的噪声幅度会有明显变化，而且和汽车行驶速度关联。在这种状态下，不需要加速度传感器，而是利用已有的压力传感器在汽车静止状态和运动状态下不同的噪声扰动特性，采用独特的低功耗电路，实现对汽车运动状态的监测功能。本专利技术的技术方案是：一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是：所有电路芯片内集成实现；包括采样保持电路、比较器、放电电路、时序控制器、计数器和数据处理器；采样保持电路与比较器连接，比较器的正向输入端连接放电电路，比较器的输出信号分别进入时序控制器和计数器，时序控制器与计数器连接，时序控制器还与数据处理器相连。采样保持电路实现对压力传感器的差分桥臂电压的采样功能,包含两路采样开关和两个采样电容；压力传感器的差分输出正极通过采样开关连接比较器的正向输入端；压力传感器的差分输出负极通过采样开关连接比较器的倒向输入端，采样电容的正极连接在采样开关上，采样电容的负极接地；比较器对采用电容上的电压进行比较，比较器的正向输入端和倒相输入端连接在两个采样电容的正极上；在正端输入端的电压大于负端输入端的电压时，输出数字信号“1”；在正端输入端的电压等于或者小于负端输入端的电压时，输出数字信号“0”；放电电路包括恒定电流源和放电开关，对连接在压力传感器的差分输出正极采的用电容进行恒定电流放电；时序控制器控制放电开关的通断时间，在系统采样完毕的时候，采样开关关断，采样电容上的电压值分别为桥臂电阻的正端输出电压和负端输出电压，时序控制器接着导通放电开关，对正端采样电容进行放电，放电电流为恒定电流源的电流值；负端采样电容保持不变（忽略负端采样电容的漏电流）。在放电开关导通的同时，计数器开始计数；当两个采样电容的电压相等的时候，计数器停止计数；计数器采用双向计数：在第i（i=1,3,5…n+2,n为奇数）次数据采样前，计数器先做清零；放电开关导通后，计数器做正向计数，Xi为计数器第i次的输出数值，计数器保持输出数值Xi；在第i+1次数据采样时，计数器做倒向计数，从Xi数值开始做递减；利用正向计数/反向计数的计数器实现(Xi –Xi+1)；数据处理器对计数器的输出进行均方差数值计算：∑(Xi –Xi+1)2，样本数根据采样时间，放电时间，功耗预算折衷选值；进一步，均方差的结果与设定的经验阈值进行比较，如果均方差结果高于阈值，数据处理器做出汽车“滚动”的状态判断；如果均方差结果低于阈值，数据处理器做出汽车“静止”的状态判断。所述的汽车运动状态监测集成电路集成在发射控制芯片上。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对电阻压敏式压力传感器在汽车静止状态和运动状态下不同的噪声扰动特性，采用低功耗电路，可以方便的集成在发射控制芯片上，实现对汽车运动状态的监测功能。本专利技术去除了加速度传感器，把胎压传感器的集成器件数目从三个减少到两个。在不影响系统性能的基础上，显著降低了汽车胎压监测系统的复杂度和系统成本。附图说明图1为本专利技术汽车运动状态监测集成电路图。图2为本专利技术汽车运动状态监测集成电路集成在发射控制芯片电路图。图3为装置于汽车轮胎内的电阻压敏式压力传感器的典型噪声特性。图4为本专利技术汽车运动状态监测集成电路的工作时序图。图1中：1-采样保持电路；2-比较器；3-放电电路；4-时序控制器，5-计数器，6-数据处理器，S2-压力传感器正端采样开关；S3-压力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是：所有电路在芯片内集成实现；包括采样保持电路、比较器、放电电路、时序控制器、计数器和数据处理器；采样保持电路与比较器连接，比较器的正向输入端连接放电电路，比较器的输出信号分别进入时序控制器和计数器，时序控制器与计数器连接，时序控制器还与数据处理器相连。

【技术特征摘要】
1.一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是：所有电路在芯片内集成实现；包括采样保持电路、比较器、放电电路、时序控制器、计数器和数据处理器；采样保持电路与比较器连接，比较器的正向输入端连接放电电路，比较器的输出信号分别进入时序控制器和计数器，时序控制器与计数器连接，时序控制器还与数据处理器相连。2.根据权利要求1所述的一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是所述采样保持电路实现对压力传感器的差分桥臂电压的采样功能,包含两路采样开关和两个采样电容；压力传感器的差分输出正极通过采样开关连接比较器的正向输入端；压力传感器的差分输出负极通过采样开关连接比较器的倒向输入端，采样电容的正极连接在采样开关上，采样电容的负极接地。3.根据权利要求1所述的一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是所述比较器对采用电容上的电压进行比较，比较器的正向输入端和倒相输入端连接在两个采样电容的正极上；在正端输入端的电压大于负端输入端的电压时，输出数字信号“1”；在正端输入端的电压等于或者小于负端输入端的电压时，输出数字信号“0”。4.根据权利要求1所述的一种无需加速度传感器的汽车运动状态监测集成电路，其特征是所述放电电路包括恒定电流源和放电开关，对连接在压力传感器的差分输出正极采的用电容进行恒定电流放电。5.根据权利要求1所述的一种无需加速度传感器的汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙光，徐红如，
申请(专利权)人：李曙光，
类型：发明
国别省市：上海;31