本發(fā)明涉及汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)TPMS (Tire Pressure Monitoring System)電路領(lǐng)域，特別涉及一種不需要加速度傳感器，而充分利用壓力傳感器在汽車滾動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)下表現(xiàn)出的不同的噪聲特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)集成電路。本發(fā)明針對(duì)采用電阻壓敏式壓力傳感器的汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著汽車的迅速普及，交通事故不斷增多，汽車高速行駛時(shí)輪胎故障是駕駛員最難以預(yù)料的危險(xiǎn)，輪胎故障造成了大量的交通事故。橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的分析指出，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)發(fā)現(xiàn)車胎氣壓異常是防止爆胎的關(guān)鍵。另外在經(jīng)濟(jì)因素方面，如果汽車輪胎氣壓不足，滾動(dòng)阻力增大，致使油耗和二氧化碳_二排放增加；如果汽車輪胎氣壓過高，輪胎和地面接觸面積減小，致使輪胎磨損增加。

近年來，充分的調(diào)查研究結(jié)果使得世界各國(guó)十分重視強(qiáng)制安裝使用汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，紛紛推出相應(yīng)的法規(guī)，明確規(guī)定汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝限期。汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)輪胎內(nèi)壓力和溫度進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，對(duì)壓力和溫度異常進(jìn)行警報(bào)，讓駕駛員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，達(dá)到確保行車安全、減少輪胎磨損和降低油耗的目的。

因?yàn)槭袌?chǎng)的推動(dòng)，汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)相對(duì)快速的演變過程，從最初采用間接式的胎壓監(jiān)測(cè)方式，逐漸過渡到目前普遍采用的直接式的胎壓監(jiān)測(cè)方式，才滿足了汽車電子零配件市場(chǎng)日趨集成化，專業(yè)化的需求。

直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括胎壓傳感器和無線接收器兩個(gè)部分。無線接收器主要作用是接受胎壓傳感器發(fā)射的無線信號(hào)，并且進(jìn)行信號(hào)處理，對(duì)壓力和溫度異常進(jìn)行警報(bào)。胎壓傳感器是安裝在汽車內(nèi)胎里面，完全密封封裝的電子數(shù)據(jù)采集，放射裝置，一般采用電池供電，是汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)最為關(guān)鍵的部分。胎壓傳感器工作在相對(duì)復(fù)雜惡劣工作環(huán)境下，它的性能決定了系統(tǒng)的精度和可靠性。

胎壓傳感器除了讀出，校正傳感器的數(shù)據(jù)，還需要充當(dāng)無線發(fā)射器的角色，及時(shí)精確的發(fā)送胎壓，溫度信息和傳感器的位置信息給無線接收器。在電池供電而且無法更換電池的情況下,這對(duì)傳感器的功耗提出了嚴(yán)格的要求。傳感器的平均靜態(tài)工作電流很大程度上決定了產(chǎn)品的使用壽命。

大部分汽車的行車時(shí)間要顯著少于閑置怠車時(shí)間,汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)傳感器發(fā)射控制芯片的工作狀態(tài)做充分的優(yōu)化，以達(dá)到降低功耗的目的。例如，在汽車靜止怠車的狀態(tài)下，可以大幅減少對(duì)車胎壓力測(cè)量的頻率和信息發(fā)送頻率；在監(jiān)測(cè)到汽車轉(zhuǎn)入行車狀態(tài)的時(shí)候，再回復(fù)到正常偵測(cè)頻率。

直接式汽車胎壓監(jiān)測(cè)傳感器一般包括三個(gè)器件,壓力傳感器，加速度傳感器和發(fā)射控制芯片。大多采用系統(tǒng)封裝（System In Package），單片集成。壓力傳感器一般采用電阻壓敏式壓力傳感器，特征是響應(yīng)時(shí)間快，尺寸小，抗震性好，而且生產(chǎn)成本低。電阻壓敏式壓力傳感器利用硅膜片上的應(yīng)變電阻的阻值與壓力成正比的特性，以惠斯通電橋方式連接，把壓力變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因?yàn)檩敵鲭娦盘?hào)微弱，需要后端監(jiān)測(cè)電路進(jìn)行放大處理。

汽車胎壓監(jiān)測(cè)傳感器的加速度傳感器作用是監(jiān)測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：在汽車滾動(dòng)的時(shí)候，加速度傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電壓，傳感器發(fā)射控制芯片上的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路對(duì)感應(yīng)的電壓和預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，或者通過發(fā)射控制芯片上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)感應(yīng)的電壓進(jìn)行閾值比較，進(jìn)而判斷汽車是在行車狀態(tài)還是在靜止?fàn)顟B(tài)。這種汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法最大的缺點(diǎn)是因?yàn)橐M(jìn)加速度傳感器而增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單易行、效果顯著、可有效降低汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和系統(tǒng)成本的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路。主要解決了現(xiàn)有的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路由于引入加速度傳感器而引起的系統(tǒng)復(fù)雜度增加和成本增加的技術(shù)問題。

本發(fā)明的創(chuàng)新思路是：汽車在行駛狀態(tài)下，因?yàn)檐囂L動(dòng)與地面的接觸以及汽車車身自身的震動(dòng)，電阻壓敏式壓力傳感器會(huì)產(chǎn)生與汽車行駛速度關(guān)聯(lián)的噪聲。相比汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下，汽車行駛狀態(tài)下壓力傳感器產(chǎn)生的噪聲幅度會(huì)有明顯變化，而且和汽車行駛速度關(guān)聯(lián)。在這種狀態(tài)下，不需要加速度傳感器，而是利用已有的壓力傳感器在汽車靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下不同的噪聲擾動(dòng)特性，采用獨(dú)特的低功耗電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種無需加速度傳感器的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路，其特征是：所有電路芯片內(nèi)集成實(shí)現(xiàn)；包括采樣保持電路、比較器、放電電路、時(shí)序控制器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)處理器；采樣保持電路與比較器連接，比較器的正向輸入端連接放電電路，比較器的輸出信號(hào)分別進(jìn)入時(shí)序控制器和計(jì)數(shù)器，時(shí)序控制器與計(jì)數(shù)器連接，時(shí)序控制器還與數(shù)據(jù)處理器相連。

采樣保持電路實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器的差分橋臂電壓的采樣功能,包含兩路采樣開關(guān)和兩個(gè)采樣電容；壓力傳感器的差分輸出正極通過采樣開關(guān)連接比較器的正向輸入端；壓力傳感器的差分輸出負(fù)極通過采樣開關(guān)連接比較器的倒向輸入端，采樣電容的正極連接在采樣開關(guān)上，采樣電容的負(fù)極接地；比較器對(duì)采用電容上的電壓進(jìn)行比較，比較器的正向輸入端和倒相輸入端連接在兩個(gè)采樣電容的正極上；在正端輸入端的電壓大于負(fù)端輸入端的電壓時(shí)，輸出數(shù)字信號(hào)“1”；在正端輸入端的電壓等于或者小于負(fù)端輸入端的電壓時(shí)，輸出數(shù)字信號(hào)“0”；放電電路包括恒定電流源和放電開關(guān)，對(duì)連接在壓力傳感器的差分輸出正極采的用電容進(jìn)行恒定電流放電；時(shí)序控制器控制放電開關(guān)的通斷時(shí)間，在系統(tǒng)采樣完畢的時(shí)候，采樣開關(guān)關(guān)斷，采樣電容上的電壓值分別為橋臂電阻的正端輸出電壓和負(fù)端輸出電壓，時(shí)序控制器接著導(dǎo)通放電開關(guān)，對(duì)正端采樣電容進(jìn)行放電，放電電流為恒定電流源的電流值；負(fù)端采樣電容保持不變（忽略負(fù)端采樣電容的漏電流）。

在放電開關(guān)導(dǎo)通的同時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)兩個(gè)采樣電容的電壓相等的時(shí)候，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器采用雙向計(jì)數(shù)：在第i（i=1,3,5…n+2,n為奇數(shù)）次數(shù)據(jù)采樣前，計(jì)數(shù)器先做清零；放電開關(guān)導(dǎo)通后，計(jì)數(shù)器做正向計(jì)數(shù)，X_i為計(jì)數(shù)器第i次的輸出數(shù)值，計(jì)數(shù)器保持輸出數(shù)值X_i；在第i+1次數(shù)據(jù)采樣時(shí)，計(jì)數(shù)器做倒向計(jì)數(shù)，從X_i數(shù)值開始做遞減；利用正向計(jì)數(shù)/反向計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)(X_i –X_i+1)；數(shù)據(jù)處理器對(duì)計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行均方差數(shù)值計(jì)算：∑(X_i –X_i+1)²，樣本數(shù)根據(jù)采樣時(shí)間，放電時(shí)間，功耗預(yù)算折衷選值；進(jìn)一步，均方差的結(jié)果與設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)閾值進(jìn)行比較，如果均方差結(jié)果高于閾值，數(shù)據(jù)處理器做出汽車“滾動(dòng)”的狀態(tài)判斷；如果均方差結(jié)果低于閾值，數(shù)據(jù)處理器做出汽車“靜止”的狀態(tài)判斷。

所述的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路集成在發(fā)射控制芯片上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對(duì)電阻壓敏式壓力傳感器在汽車靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下不同的噪聲擾動(dòng)特性，采用低功耗電路，可以方便的集成在發(fā)射控制芯片上，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)功能。本發(fā)明去除了加速度傳感器，把胎壓傳感器的集成器件數(shù)目從三個(gè)減少到兩個(gè)。在不影響系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，顯著降低了汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和系統(tǒng)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路圖。

圖2為本發(fā)明汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路集成在發(fā)射控制芯片電路圖。

圖3為裝置于汽車輪胎內(nèi)的電阻壓敏式壓力傳感器的典型噪聲特性。

圖4為本發(fā)明汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路的工作時(shí)序圖。

圖1中：1-采樣保持電路；2-比較器；3-放電電路；4-時(shí)序控制器，5-計(jì)數(shù)器，6-數(shù)據(jù)處理器，S2-壓力傳感器正端采樣開關(guān)；S3-壓力傳感器負(fù)端采樣開關(guān)；CS-壓力傳感器采樣電容；VP-比較器正向輸入端；VN-比較器倒向輸入端；S4-放電電路電流開關(guān)；IS-放電電路電流開關(guān)。

圖2中：S1-壓力傳感器激勵(lì)端開關(guān)；S2-壓力傳感器正端采樣開關(guān)；S3-壓力傳感器負(fù)端采樣開關(guān)；CS-壓力傳感器采樣電容；CK1-低頻振蕩器（4KHz）輸出時(shí)鐘；CK2-高頻振蕩器（4MHz）輸出時(shí)鐘。

圖3中：中間密集帶為汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)下電阻壓敏式壓力傳感器的噪聲特性；震蕩帶為汽車處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下電阻壓敏式壓力傳感器的噪聲特性。橫軸為時(shí)間，單位為秒；縱軸為采樣電壓，單位為伏(V)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖3顯示了汽車分別在靜止?fàn)顟B(tài)下和在行駛速度為30公里每小時(shí)的狀態(tài)下，裝置在汽車輪胎內(nèi)的壓力傳感器的采樣數(shù)據(jù)。在汽車靜止?fàn)顟B(tài)下，汽車車胎內(nèi)的壓力傳感器的噪聲峰值在10微伏。在汽車行駛狀態(tài)下，壓力傳感器的噪聲幅度峰值在50微伏。上述測(cè)試條件為平滑道路，電阻壓敏式壓力傳感器的橋臂電阻典型值為5千歐姆，采樣時(shí)間間隔為1秒，噪聲幅度定義為在一定采樣次數(shù)內(nèi)，每次壓力傳感器的輸出電壓值和平均值的差值。如果計(jì)算均方差，汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下壓力傳感器的噪聲幅度為3微伏，汽車在行駛速度為30公里每小時(shí)的狀態(tài)下壓力傳感器的噪聲幅度為15微伏。圖3可以看出，如果對(duì)壓力傳感器的噪聲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)采樣和后處理，就可以對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出判斷。

在汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，功耗是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)一般要求內(nèi)置于汽車輪胎內(nèi)的胎壓監(jiān)測(cè)傳感器使用壽命達(dá)到10年以上，因此汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路必須盡可能簡(jiǎn)化電路，達(dá)到低功耗的目的，但是同時(shí)又能夠保證監(jiān)測(cè)集成電路的低噪聲和高靈敏度特性。汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路需要處理的信號(hào)都在微伏級(jí)別，在非常有限的功耗預(yù)算下，對(duì)系統(tǒng)和具體電路模塊的優(yōu)化非常關(guān)鍵。

參考圖1，本發(fā)明提出的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路本質(zhì)上需要實(shí)現(xiàn)的功能是高精度，低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換加上均方差求值。對(duì)應(yīng)的集成電路方案是：簡(jiǎn)化的雙斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Dual Slop ADC）加上雙向計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的均方差求值電路。這里簡(jiǎn)化的雙斜率意思是，模數(shù)轉(zhuǎn)換器不需要參考電壓，沒有針對(duì)參考電壓的積分斜率，而只有針對(duì)輸入電壓的積分斜率。采用低速，精簡(jiǎn)的模擬前端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。

如圖1所示，一種無需加速度傳感器的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路，其特征是：所有電路芯片內(nèi)集成實(shí)現(xiàn)；包括采樣保持電路1、比較器2、放電電路3、時(shí)序控制器4、計(jì)數(shù)器5和數(shù)據(jù)處理器6；采樣保持電路1實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器的差分橋臂電壓的采樣功能,包含兩路采樣開關(guān)和兩個(gè)采樣電容；壓力傳感器的差分輸出正極通過采樣開關(guān)連接比較器2的正向輸入端；壓力傳感器的差分輸出負(fù)極通過采樣開關(guān)連接比較器2的倒向輸入端，采樣電容的正極連接在采樣開關(guān)上，采樣電容的負(fù)極接地；比較器2對(duì)采用電容上的電壓進(jìn)行比較，比較器2的正向輸入端和倒相輸入端連接在兩個(gè)采樣電容的正極上；在正端輸入端的電壓大于負(fù)端輸入端的電壓時(shí)，輸出數(shù)字信號(hào)“1”；在正端輸入端的電壓等于或者小于負(fù)端輸入端的電壓時(shí)，輸出數(shù)字信號(hào)“0”；放電電路3包括恒定電流源和放電開關(guān)，對(duì)連接在壓力傳感器的差分輸出正極采的用電容進(jìn)行恒定電流放電；比較器2的輸出信號(hào)分別進(jìn)入時(shí)序控制器4和計(jì)數(shù)器5，時(shí)序控制器4與計(jì)數(shù)器5連接，時(shí)序控制器4還與數(shù)據(jù)處理器6相連，時(shí)序控制器4控制放電開關(guān)的通斷時(shí)間，在系統(tǒng)采樣完畢的時(shí)候，采樣開關(guān)關(guān)斷，采樣電容上的電壓值分別為橋臂電阻的正端輸出電壓和負(fù)端輸出電壓，時(shí)序控制器4接著導(dǎo)通放電開關(guān)，對(duì)正端采樣電容進(jìn)行放電，放電電流為恒定電流源的電流值；負(fù)端采樣電容保持不變（忽略負(fù)端采樣電容的漏電流）。在放電開關(guān)導(dǎo)通的同時(shí)，計(jì)數(shù)器5開始計(jì)數(shù)；當(dāng)兩個(gè)采樣電容的電壓相等的時(shí)候，計(jì)數(shù)器5停止計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器采用雙向計(jì)數(shù)：在第i（i=1,3,5…n+2,n為奇數(shù)）次數(shù)據(jù)采樣前，計(jì)數(shù)器5先做清零；放電開關(guān)導(dǎo)通后，計(jì)數(shù)器5做正向計(jì)數(shù)，X_i為計(jì)數(shù)器第i次的輸出數(shù)值，計(jì)數(shù)器5保持輸出數(shù)值X_i；在第i+1次數(shù)據(jù)采樣時(shí)，計(jì)數(shù)器5做倒向計(jì)數(shù)，從X_i數(shù)值開始做遞減；利用正向計(jì)數(shù)/反向計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)(X_i –X_i+1)；數(shù)據(jù)處理器6對(duì)計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行均方差數(shù)值計(jì)算：∑(X_i –X_i+1)²，樣本數(shù)N根據(jù)采樣時(shí)間，放電時(shí)間，功耗預(yù)算折衷選值；進(jìn)一步，均方差的結(jié)果與設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)閾值進(jìn)行比較，如果均方差結(jié)果高于閾值，數(shù)據(jù)處理器做出汽車“滾動(dòng)”的狀態(tài)判斷；如果均方差結(jié)果低于閾值，數(shù)據(jù)處理器做出汽車“靜止”的狀態(tài)判斷。

汽車運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)集成電路工作原理如下：在時(shí)序控制器4節(jié)拍控制下，采樣開關(guān)S2，S3在采樣相時(shí)間內(nèi)閉合，采樣電容CS對(duì)壓力傳感器同時(shí)進(jìn)行采樣；在采樣結(jié)束的時(shí)候，采樣開關(guān)S2和S3斷開，兩個(gè)采樣電容上的電壓值等于壓力傳感器兩個(gè)橋臂輸出端的電壓值。然后時(shí)序電路控制放電開關(guān)S4閉合，對(duì)壓力傳感器正端采樣電容進(jìn)行放電；比較器2也在S4閉合之時(shí)開始工作，計(jì)數(shù)器5開始計(jì)數(shù)。一旦VP點(diǎn)電壓高于VN點(diǎn)電壓，比較器2翻轉(zhuǎn)，時(shí)序控制器4斷開S4，停止放電；同時(shí)計(jì)數(shù)器5停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器5的輸出數(shù)值和壓力傳感器的輸出電壓成線性關(guān)系，既包含壓敏電阻的形變壓力值，也包含壓力噪聲值。在相對(duì)短時(shí)間內(nèi)，形變壓力保持恒定，而壓力噪聲隨汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化呈現(xiàn)不同分布特性。如果在系統(tǒng)要求的運(yùn)動(dòng)偵測(cè)頻率對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)對(duì)壓力傳感器采樣一定的點(diǎn)數(shù)，可以計(jì)算出壓力傳感器的噪聲分布特性，并以此判斷出汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

因?yàn)閴毫鞲衅鞯撵`敏度的要求和工藝參數(shù)的關(guān)系，壓力傳感器的壓敏橋臂電阻阻值一般在5千歐姆左右?？紤]到系統(tǒng)的噪聲要求和在采用時(shí)間內(nèi)因?yàn)槁╇姰a(chǎn)生的電壓損失的限制要求，采用電容的取值必須足夠大；但是另外一方面，因?yàn)閷?duì)采樣電容的放電的時(shí)間受限于系統(tǒng)偵測(cè)頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的要求，采樣電容又不能太大。其典型取值為2.5納法拉（2.5nF），通過兩個(gè)PIN管腳片外實(shí)現(xiàn)。

參考圖2是汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路針對(duì)圖1的框架原理圖的具體電路實(shí)現(xiàn)。整個(gè)實(shí)線方框代表汽車胎壓傳感器內(nèi)的發(fā)射控制芯片；左下角的虛線方框內(nèi)代表汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路。需要指出的是，圖1中的圖例并沒有大小和面積比例關(guān)系，這里只是為了清楚列出功能劃分和連接關(guān)系。在實(shí)際的發(fā)射控制芯片內(nèi)，汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路只是占了小部分面積。

胎壓傳感器的發(fā)射控制芯片由200毫安時(shí)的紐扣電池供電，供電電壓范圍在2.1伏到3.6伏。作為發(fā)射控制芯片的子電路，汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路的供電電壓也是2.1伏到3.6伏。圖1中壓力傳感器作為獨(dú)立器件以惠斯通電橋表示，和發(fā)射控制芯片有三個(gè)接口，分別是激勵(lì)端，正端和負(fù)端。激勵(lì)端接壓力傳感器的激勵(lì)電壓；正端和負(fù)端是壓力傳感器的差分電壓輸出，和壓力傳感器的激勵(lì)電壓，環(huán)境氣壓，以及傳感器件的靈敏度成線性關(guān)系。

在汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在壓力測(cè)量周期，壓力傳感器的激勵(lì)端電壓由片上電源管理電路產(chǎn)生，由帶隙基準(zhǔn)源電路產(chǎn)生一個(gè)不隨電源電壓，溫度，工藝參數(shù)變化的穩(wěn)定電壓參考源。壓力傳感器的差分輸出直接連接到發(fā)射控制芯片內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入，用作壓力測(cè)量。

在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)周期，壓力傳感器的激勵(lì)端電壓通過開關(guān)S1連接到電池供電端。而壓力傳感器的差分輸出連接到汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路的采樣開關(guān)S2和S3，用來判斷汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這里壓力傳感器的激勵(lì)端沒有接到參考電壓源的原因是,在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，參考電壓源處于斷電狀態(tài)，無法提供激勵(lì)偏置；而且壓力傳感器的激勵(lì)端在這種情況下并不需要精確穩(wěn)定的絕對(duì)電壓參考，只是需要一個(gè)在偵測(cè)時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的電壓即可。根本原因是在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，只是做汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷，而不做具體的測(cè)量或者校準(zhǔn)。

如前述所提到，汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路一個(gè)重要設(shè)計(jì)考慮因素是，必須盡可能的在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)減少電池電流消耗：胎壓發(fā)射控制芯片內(nèi)主要的電路模塊如微處理器，用于壓力和溫度測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，無線發(fā)射模塊，低頻接收模塊，甚至提供參考電壓的電源管理模塊，都處于關(guān)停狀態(tài)。唯一例外的是胎壓傳感器發(fā)射控制芯片的內(nèi)部振蕩器在汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)是處于工作狀態(tài)的，包括始終處于工作狀態(tài)的4KHz低頻振蕩器和部分時(shí)間處于工作狀態(tài)的4MHz高頻振蕩器。其中4KHz低頻振蕩器還提供汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路內(nèi)部的偏置電路的偏置電流。進(jìn)一步，該偏置電路產(chǎn)生比較器，放電電流源的偏置電流。在對(duì)壓力傳感器進(jìn)行采樣的的采樣周期內(nèi)，時(shí)序控制器的工作時(shí)鐘來至于4KHz低頻振蕩器。在比較器發(fā)生反轉(zhuǎn)之后，工作時(shí)鐘切換到4MHz高頻振蕩器：計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn) (X_i –X_i+1)；監(jiān)測(cè)算法電路進(jìn)行平方計(jì)算(X_i –X_i+1)²；監(jiān)測(cè)算法電路給出汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷：置位或者清零運(yùn)動(dòng)(靜止)標(biāo)志位；時(shí)序控制器接受胎壓傳感器系統(tǒng)給出的開始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)指令：在完成監(jiān)測(cè)后給出判斷完成標(biāo)志，提示運(yùn)動(dòng)(靜止)標(biāo)志位有效。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明基于經(jīng)驗(yàn)閾值判斷汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止?fàn)顟B(tài)還是行駛狀態(tài)（速度大于30公里每小時(shí)），采用均方差∑(X_i –M)²（這里M是對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)數(shù)內(nèi)壓力的平均值）作為變化量和采用鄰方差∑(X_i –X_i+1)²作為變化量給出的結(jié)果是趨同的。鄰方差∑(X_i –X_i+1)²顯然更適合數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)：利用雙向計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器加上移位電路和加法電路，就可以實(shí)現(xiàn)∑(X_i –X_i+1)²而無需乘法電路。在芯片面積和功耗上都實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。

參考圖4，是本發(fā)明所涉及的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路的工作時(shí)序圖。監(jiān)測(cè)電路有兩種工作時(shí)鐘模式：在對(duì)壓力傳感器進(jìn)行采樣的采樣周期內(nèi)，系統(tǒng)的工作時(shí)鐘由4KHz低頻振蕩器提供，在后面的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)周期以及監(jiān)測(cè)算法周期，系統(tǒng)的工作時(shí)鐘由4MHz高頻振蕩器提供。汽車胎壓傳感器對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求的典型監(jiān)測(cè)頻率為0.1赫茲，即每10秒鐘做一次汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷。在這10秒鐘的時(shí)間周期內(nèi)，我們并不希望汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路始終處于工作狀態(tài)，這樣的電流消耗過于巨大，無法滿足系統(tǒng)要求，而且我們必須留出時(shí)間給系統(tǒng)做壓力和溫度測(cè)量。策略是，汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成電路工作時(shí)間工作僅為1秒而且時(shí)序確定。監(jiān)測(cè)周期由發(fā)射控制芯片給出的“開始”信號(hào)脈沖觸發(fā)，在這 1秒時(shí)間內(nèi)，監(jiān)測(cè)電路對(duì)壓力傳感器進(jìn)行多次噪聲采樣，然后依據(jù)噪聲幅度均方差大小判定汽車是在行駛狀態(tài)或者靜止?fàn)顟B(tài)。噪聲采樣基于開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)；數(shù)字轉(zhuǎn)換基于雙向計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器的位數(shù)為16位，工作頻率為4MHz。鄰方差基于移位電路和加法電路實(shí)現(xiàn)，工作頻率同樣為4MHz。

基于統(tǒng)計(jì)方差考慮，采樣次數(shù)不能低于16次，否則做鄰方差計(jì)算的時(shí)候因?yàn)闃颖緮?shù)過少使得運(yùn)動(dòng)狀態(tài)邊界模糊；采樣次數(shù)高于64次使得總的采樣時(shí)間過長(zhǎng)，功耗增大；典型取值為32到48之間。這樣每個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間為20.8毫秒到31.25毫秒。采樣時(shí)間為2毫秒，主要考慮到采樣時(shí)間T和開關(guān)電容RC時(shí)間常數(shù)必須滿足2微伏的精度要求并給予一定的設(shè)計(jì)裕量；16位計(jì)數(shù)器在滿量程輸出時(shí)需要的時(shí)間為16.38毫秒，加上采樣電容的采樣時(shí)間，均能夠滿足單個(gè)采樣點(diǎn)小于20毫秒的時(shí)間要求。

比較器在使能信號(hào)開啟之后，相應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)間要比放電電路啟動(dòng)時(shí)間和4MHz高頻振蕩器啟動(dòng)時(shí)間要長(zhǎng)，在此啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，比較器的輸出會(huì)一直穩(wěn)定在低電平，直到比較器處于工作狀態(tài)。有鑒于此，圖4中比較器的使能信號(hào)會(huì)比4MHz高頻振蕩器的使能信號(hào)提前0.2毫秒，以使得在放電電路的電流源和放電開關(guān)S4閉合之時(shí)，比較器已經(jīng)處于正常工作狀態(tài)。

需要指出的是，如果因?yàn)槠囂罕O(jiān)測(cè)傳感器中的發(fā)射控制芯片采用了不同的振蕩器輸出頻率導(dǎo)致以上提出的設(shè)計(jì)典型值無法契合，那么必須做另外的設(shè)計(jì)推理和計(jì)算以符合相應(yīng)的性能要求。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的，一種無需加速度傳感器，同時(shí)能夠在汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的集成電路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明設(shè)計(jì)思想所做的任何改變都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。