4、TPMS发射端设计：轮胎模块硬件架构、MCU选型、传感器选型、射频芯片选型、电池选型与寿命估算
好，咱们进入TPMS最核心的部分——发射端设计。
说白了，就是那个装在轮胎里的黑疙瘩，到底怎么选料、怎么搭电路。
我见过不少新手工程师，一上来就盯着芯片参数看，结果做出来的模块要么功耗压不下去，要么射频打不远。嗯，这里头门道不少，咱们一个一个拆开讲。
4.1 轮胎模块硬件架构：麻雀虽小五脏俱全
先看整体架构。一个典型的TPMS发射模块，其实就五个部分：
- 传感器：测压力、温度，有的还带加速度
- MCU：大脑，处理数据、控制时序
- 射频芯片：把数据发出去
- 电池：能量来源
- 天线：最后那一下的辐射体
我个人习惯把架构分成两类：
- 分立方案：传感器、MCU、射频各用各的芯片。优点是灵活，哪家便宜用哪家。缺点是体积大、走线麻烦。
- 集成方案：比如英飞凌的SP40系列，把MCU和传感器封在一起。体积小，但价格贵，而且你被绑死在一家供应商上。
我在项目中遇到过最头疼的事，就是分立方案里传感器和MCU的I2C通信干扰。轮胎里高速旋转，电磁环境其实挺脏的。后来我加了一颗小电容在电源脚上，问题就解决了。有时候，一个电容就能救你一命。
4.2 MCU选型：别只看主频
MCU选型，很多人的第一反应是“主频越高越好”。
但在TPMS里，完全不是这么回事。
你想想看，TPMS发射模块99%的时间都在睡觉。只有到了发射窗口，才醒过来干几毫秒的活。所以，功耗才是第一指标。
我一般看这几个参数：
| 参数 | 我的要求 | 为什么 |
|---|---|---|
| 待机电流 | ＜1μA | 电池寿命全靠它 |
| 唤醒时间 | ＜100μs | 从睡到醒要快，不然错过发射窗口 |
| 工作电流 | ＜5mA @ 1MHz | 发射时功耗也不能太高 |
| 内置RC振荡器精度 | ±3%以内 | 省掉外部晶振，省成本省体积 |
我曾经踩过一个坑：选了一颗待机电流标称0.8μA的MCU，结果量产时发现有些批次跑到2μA。查了半天，是芯片内部LDO漏电。从那以后，我选MCU一定要求供应商提供全温度范围下的待机电流曲线，而不是只看25°C的典型值。
4.3 传感器选型：精度和量程的博弈
传感器是TPMS的眼睛。选错了，后面所有算法都是白搭。
主要看三个指标：
- 压力量程：乘用车一般100-900kPa，商用车要到1500kPa。我建议留20%余量，别卡着上限选。
- 精度：±10kPa是及格线，±5kPa算不错。但要注意，这是全温度范围下的精度，不是25°C的。
- 温度范围：-40°C到+125°C是基本要求。轮胎里夏天能到100°C以上，冬天零下二三十度很正常。
我个人比较喜欢用MEMS压阻式传感器。为什么？因为它线性度好，而且抗冲击能力强。轮胎在过坑时的加速度能到几百个g，电容式传感器容易出问题。
嗯，这里要注意：传感器和MCU的接口，我强烈建议用SPI而不是I2C。I2C在长距离（哪怕只有几厘米）和噪声环境下容易出错。SPI简单粗暴，抗干扰能力强得多。
4.4 射频芯片选型：频率、功率、调制方式
射频芯片是TPMS的嘴巴。话说得再清楚，嘴巴不好使也白搭。
主流频段就两个：
- 315MHz：北美、日本用得多
- 433.92MHz：欧洲、中国主流
我个人更倾向于433MHz。为什么？因为波长更短，天线可以做得更小。对于轮胎模块那点可怜的空间来说，天线尺寸每小1mm都是胜利。
发射功率方面，法规限制一般是10dBm（10mW）。别想着加大功率，那是违法的。真正该花心思的是接收灵敏度和天线匹配。
调制方式，现在主流是FSK（频移键控）。ASK虽然简单，但抗干扰能力差。我在项目里试过ASK，结果在加油站附近经常丢包。换成FSK后，稳得很。
| 输出功率 | 10dBm（典型） |
| 接收灵敏度 | -110dBm（FSK，1kbps） |
| 数据速率 | 9.6kbps 或 19.2kbps |
| 调制方式 | FSK（首选） |
| 频偏 | ±30kHz 到 ±50kHz |
4.5 电池选型与寿命估算：一切为了续航
电池是TPMS的命门。电池没电了，整个模块就废了。
主流选择是锂亚硫酰氯电池（Li-SOCl2）。为什么？因为它的能量密度极高，而且自放电率极低（每年不到1%）。
容量方面，常见的是400mAh到600mAh。别贪大，轮胎里空间有限，而且大电池的内阻也大，低温下更明显。
寿命估算，我一般用这个公式：
电池寿命（年） = 电池容量（mAh） / 平均功耗（μA） / 8760（小时/年）平均功耗怎么算？举个例子：
- 待机电流：1μA（占99.9%时间）
- 发射电流：15mA（每次发射持续10ms，每小时发射6次）
- 传感器采样电流：2mA（每次采样持续5ms，每小时采样6次）
算下来：
平均功耗 ≈ 1μA + (15mA * 10ms * 6 + 2mA * 5ms * 6) / 3600s
≈ 1μA + 0.25μA + 0.017μA
≈ 1.267μA用500mAh的电池：
寿命 ≈ 500 / 1.267 / 8760 ≈ 45年等等，45年？这显然不现实。为什么？因为电池有自放电，而且低温下容量会打折。实际上，-20°C时锂亚电池的容量可能只剩60%。再加上电池内阻老化、电路漏电等因素，实际寿命通常只有理论值的1/3到1/2。
4.6 总结一下
发射端设计，说白了就是一场功耗、体积、成本的三角博弈。
- MCU要低功耗，但别忽略唤醒时间
- 传感器要准，但更要稳（全温度范围）
- 射频要远，但别违法（功率上限）
- 电池要大，但更要能扛得住脉冲放电
嗯，这些就是我这些年摸爬滚打总结出来的经验。下一章咱们聊聊接收端设计，那又是另一番天地了。