CN101754875A - 具有降低功耗机构的轮胎气压检测器 - Google Patents

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Abstract

轮胎气压检测器，采用包括PLL电路的降低功耗机构，所述PLL电路包括响应输入数据流的逻辑状态而被操作的VCO，和配置成位于集成电路之外的功率放大器。输入数据流包括轮胎气压信息，并被编码，从而具有多个逻辑状态。采用微控制器来控制VCO，按照输入数据流的每个数据比特的模式，把VCO和/或放大器接通和断开一定时间，从而降低电流消耗。从而，这种轮胎气压检测器实现在功率效率方面优化的电路布置。

Description

具有降低功耗机构的轮胎气压检测器
技术领域
本发明总体上涉及轮胎气压检测器，尤其涉及采用降低功耗机构的轮胎气压检测器。
背景技术
在车辆中，轮胎气压检测器可以和轮胎气压监视系统(TPMS)一起用于测量轮胎中的气压。轮胎气压低的轮胎会存在安全问题。轮胎气压检测器可附着在轮胎上，或者安装轮胎的车轮上，可检测低轮胎气压。检测时，轮胎气压检测器可经TPMS等把该信息传送给驾驶员。轮胎气压信息的传输通常是以无线方式进行的。例如，可以使用射频传输来传送轮胎气压检测器读数。
在轮胎气压检测器中，除了压力传感器之外，还可以包括诸如温度传感器和/或速度传感器之类的传感器。另外通常使用电池对轮胎气压检测器的组件供电。轮胎气压检测器还可包括通信组件，比如锁相环(PLL)电路、晶体振荡器、向中央控制器发送无线电传输并且可能接收无线电传输的RF天线，等等。还可包括功率放大器，以致可放大轮胎气压信号，以便传输。
在常规的轮胎气压检测器中，PLL电路和功率放大器通常安装在单个集成电路(IC)芯片上。图1是常规PLL电路10的方框图。本领域的普通技术人员知道，常规的PLL电路10一般包括相位检测器20、电压受控振荡器(VCO)30和放大器40。PLL电路10可被构成为单个集成电路。尽管图1中未示出，不过功率放大器一般被布置在限定PLL电路10的同一IC芯片上。
常规的PLL电路10如下工作。相位检测器20比较两个输入的频率“fin”和“fvco”，并产生和这两个输入的频率的相差对应的输出。如果“fin”不等于“fvco”，那么产生相位误差信号。相位误差信号可被恰当的滤波器50滤波，并被放大器40放大。响应于相位误差信号，使“fvco”沿“fin”的方向偏离。如果“fin”确实等于“fvco”，那么VCO 30将锁定“fin”。两个输入频率“fin”和“fvco”的相位变成同相。
在常规的PLL电路10中，与输入数据比特的逻辑状态无关，VCO 30始终被通电。即使输入的数据比特具有零状态，VCO 30也保持通电状态，消耗电流。此外，IC芯片上的各个组件可能不是能够独立控制的。形成于单个IC芯片上的PLL电路10和功率放大器还会产生噪声。
发明内容
本发明的目的在于提供轮胎气压检测器的系统和方法，所述轮胎气压检测器采用降低功耗的机构。在本发明的实施例中，可响应于输入数据比特的逻辑状态，对采用的轮胎气压检测器VCO供电。例如，按照本发明，当输入数据比特具有零状态时，可不向轮胎气压检测器VCO供电。此外，轮胎气压检测器IC芯片上的各个组件是独立可控的。另外，按照本发明的实施例，轮胎气压检测器的PLL电路和功率放大器可不形成于同一IC芯片上。除了其它优点之外，这可降低往来于轮胎气压检测器的传输噪声。
仅仅作为例子，在本发明的一些实施例中，轮胎气压检测器包括压力传感器、集成电路、功率放大器和射频(RF)天线。压力传感器测量轮胎中的气压。集成电路接收轮胎气压信息，并把轮胎气压信息处理成RF信号以便传输。功率放大器从集成电路接收RF信号，并放大RF信号。功率放大器最好被配置成布置在集成电路之外。RF天线与功率放大器连接，并传送RF信号。
在其它实施例中，轮胎气压检测器包括压力传感器、数据处理电路、PLL电路和RF天线。同样，压力传感器测量轮胎中的气压。数据处理电路从压力传感器接收轮胎气压，产生输入数据流。输入数据流最好被编码，以表示第一逻辑状态和第二逻辑状态。数据处理电路调制输入数据流以便进行射频传输。PLL电路包括VCO。按照本发明，VCO可被配置成按照第一逻辑状态被通电，并按照第二逻辑状态被断电。同样，RF天线传送调制后的输入数据流。
在其它实施例中，提供轮胎气压检测器的降低功耗机构。轮胎气压检测器被配置成检测并处理轮胎气压信息。降低功耗机构包括输入数据流、PLL电路和功率放大器。输入数据流包括轮胎气压信息，并被编码，从而具有多个逻辑状态。PLL电路包括响应输入数据流的逻辑状态而被操作的电压受控振荡器。用集成电路实现PLL电路。功率放大器最好被配置成位于集成电路之外。
上面相当粗略地概述了本发明的特征和技术优点，以便更好地理解本发明的下述详细说明。后面将说明本发明的附加特征和优点，所述附加特征和优点构成本发明的权利要求的主题。本领域的技术人员应认识到公开的原理和具体实施例可被容易地用作修改或设计其它结构，以实现本发明的相同目的的基础。本领域的技术人员还应了解这样的等同结构并不脱离在附加权利要求中陈述的本发明的精神和范围。结合附图，根据下面的说明，将更好地理解就其组织和操作方法而论，本发明特有的新特征。但是，应特别了解的是所提供的每个附图只是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。
附图说明
包含在其中相同的数字表示相同部分的说明书中，并构成该说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，并且和下述说明一起用于解释本发明的原理，其中：
图1是常规的锁相环电路的方框图。
图2是按照本发明的一个实施例的轮胎气压检测器的方框图。
图3是供图2的轮胎气压检测器使用的PLL电路的方框图。
图4是图解说明降低功耗机构的方框图。
具体实施方式
图2是本发明的轮胎气压检测器100的一个实施例的方框图。轮胎气压检测器实施例100包括压力传感器160、主IC芯片150、晶体振荡器170、电池180、功率放大器200、和RF天线250。作为替换，检测器100可以自己供电，从而不包括电池。晶体振荡器170、功率放大器200和电池180与主IC芯片150连接。功率控制电路110、锁相环(PLL)电路120、微控制器125和存储器130最好形成于主芯片IC 150上。在本实施例中，晶体振荡器170被布置在主IC芯片150之外。在另一个实施例中，晶体振荡器170可被布置在主IC芯片150上。在这些实施例中，功率放大器200最好位于主IC芯片150之外。
检测轮胎中的各种物理参数，包括轮胎温度、速度、旋转、旋转方向、倾斜等的其它传感器165可包括在主IC芯片150上。例如，其它传感器165可包括温度传感器、速度传感器、加速度传感器、冲击传感器等。电路块140表示可形成于主IC芯片150上的各种其它电路，比如计时器、低功率检测电路、调制器等。
轮胎气压检测器可被安装在车辆的每个轮胎上。尽管未示出，不过可以在车辆上的适当位置设置中央控制器。中央控制器可与轮胎气压检测器通信，可把轮胎的各种物理参数，包括低轮胎气压通知给驾驶员。
RF天线250在轮胎气压检测器100和其它装置，比如中央控制器之间接收和发送信息。RF天线250可以是平面RF天线。另一方面，RF天线250可以是阀杆RF天线。阀杆RF天线可以使用轮胎阀作为RF天线。只是为了举例说明，在图2中，RF天线250被表示成形成在轮胎气压检测器100内部。
压力传感器160测量或检测轮胎气压。在图解说明的轮胎气压检测器100中，压力传感器160是独立的传感器。在其它实施例中，压力传感器160可被集成到主IC芯片150上。压力传感器160把压力信息发送给主IC芯片150以便处理。当主IC芯片150上包括其它传感器165时，这些传感器检测到的物理参数信息可以和来自压力传感器160的压力信息一起被处理。物理参数信息可被用于识别发送轮胎气压信息的轮胎的安装位置等。这样的信息被传送给主IC芯片150以便处理。可呈带有或不带物理参数的原始数据形式的轮胎气压信息变成主IC芯片150的输入数据流。可在主IC芯片150内部处理输入数据流，并且最好在主IC芯片150内部生成输入数据流。主IC芯片150可把输入数据流传递给微控制器125。
最好，微控制器125控制IC芯片150上的各个电路元件以处理轮胎气压信息，以致轮胎气压信息可被编码。例如，可利用Manchester编码技术编码轮胎气压信息。Manchester编码技术涉及在每一比特的比特宽度的一半，从高到低或者从低到高的逻辑转换。从高到低的逻辑转换对应于逻辑1，从低到高的逻辑转换对应于逻辑0。此外，轮胎气压信息可被格式化和模式化，以便与轮胎、车辆等的标识相关联。另外，轮胎气压信息可被加密。
微控制器125还可控制比如包含在其它电路块140中的调制器，以用轮胎气压信息调制RF载频，以便进行RF传输。在一个实施例中，轮胎气压信息的输入数据流可被用于调制433.92MHz的RF载频，而在另一个实施例中，可以使用诸如315MHz的RF载频。最好，RF载频由包括在PLL电路120中的VCO 320产生，如图3中所示。输入数据流最好具有预定的数据速率，比如4KHz，输入数据流在主IC芯片150内部产生。
此外，微控制器125最好控制和监督形成于主IC芯片150上的电路元件。轮胎气压信息和来自其它传感器165的其它物理参数信息可被存储在存储器130中。功率控制电路110可把来自电池180或其它电源的电力分配给主IC芯片150上的电路元件。
图3是本PLL电路120的一个实施例的方框图。PLL电路120包括相位检测器310、VCO 320，分频器330和滤波放大器340。PLL电路120与晶体振荡器170和功率放大器200通信。相位检测器310接收两个输入频率，一个来自晶体振荡器170，另一个经分频器330来自VCO 320。晶体振荡器170产生输入基准频率。如果这两个输入频率的相位不相等，那么相位检测器310产生相位误差信号。滤波放大器340对相位误差信号进行滤波和放大。使VCO 320的频率朝着来自晶体振荡器170的输入频率偏离。分频器330被布置在相位检测器310和VCO 320的输出端之间。分频器工作，以致产生输入基准频率的倍频。
如图3中所示，VCO 320从微控制器125接收控制信号。该控制信号可使VCO 320按照每个数据比特的转变而接通和断开。如上所述，可按照Manchester编码对轮胎气压信息的输入数据流进行编码。每个数据比特在比特宽度的一半经历逻辑转换。轮胎气压信息的输入数据流是在轮胎气压检测器100内部产生的。该数据流的格式和模式可以已为微控制器125所知。从而，微控制器125可按照输入数据流的转换来控制VCO 320被接通和断开。
最好实现VCO 320和PLL电路120供特殊的输入数据流配置之用。另一方面，对输入数据编码格式和数据速率来说通用的PLL电路可不启动或不被启动以接通和断开电压受控振荡器。接通和断开VCO 320可显著降低电流消耗。例如，在输入数据流中每次从逻辑1转换到逻辑0时，VCO 320最好被断开。在输入数据流中每次从逻辑0到逻辑1的转换之前，VCO最好被接通。在现有的PLL设计中，对于输入数据流中逻辑0的各个时段，VCO一般保持接通状态。按照本发明的实施例，对于输入数据流中的逻辑0的各个时段，VCO 320最好被断开。通过消除当VCO被通电时，VCO消耗的电流，这可降低电流消耗。如上所述，Manchester编码是一种利用在数据比特的比特宽度的一半的逻辑状态变化的编码方法。从而，与在常规的轮胎气压检测器中，当VCO保持接通状态时使用的电流相比，在本发明的实施例中，VCO电流消耗最高可被降低50％。
返回参见图2，功率放大器200最好被配置成在主IC芯片150之外。由于功率放大器200在外部，因此可以使用任意种类的放大器。例如，可以使用诸如A类放大器或B类放大器之类的放大器。另外，可以使用C类放大器。A类放大器或B类放大器可提供输入信号和输出信号的良好线性关系，但是功率效率较差。在常规的轮胎气压检测器中，尽管具有其它优点，但是由于功率效率较差，一般不使用A类和B类放大器。
由于如上所述，轮胎气压检测器100使用诸如PLL电路120之类的电流消耗降低机构和外部放大器200，因此，本轮胎气压检测器100的实施例可以采用A类和B类功率放大器。注意与IC芯片150分离的功率放大器200不会受主IC芯片150上的其它电路元件的启动或工作的影响。例如，把功率放大器200连同PLL电路120一起限定在单个IC芯片上的尝试可能是成问题的，会产生更多的噪声，往往会消耗更多的电流。此外，把功率放大器200部署在主IC芯片150之外可为配置和设计主IC芯片150提供更多的空间。
由于功率放大器200在主IC芯片150之外，因此对功率放大器200的选择和替换较灵活。消耗较高电流的功率放大器可被电流较低的放大器替换。另一方面，或者另外地，可用功率效率较好的放大器替换功率效率较差的功率放大器。按照本发明，最好选择功率放大器200以适应主IC芯片150和RF天线250之间最高效的功率传送。
类似于图3的VCO 320，可按照输入数据流接通和断开功率放大器200。对逻辑1来说，功率放大器200被接通，对逻辑0来说，功率放大器200被断开。从而，按照本发明的实施例的功率放大器200的操作允许只有当需要时，功率放大器200才被激活。从而，可降低功率放大器200的电流消耗。
图4是图解说明轮胎气压检测器100的降低功耗机制400的方框图。机构400可包括PLL电路中的VCO开/关操作410、片外(off-chip)功率放大器及其开/关操作420、以及片外功率放大器与RF天线之间的优化功率传送430。如上所述，按照每个数据比特的模式的VCO和功率放大器的开/关操作可充分使电流消耗降至最小。对片外功率放大器的使用可提供当设计轮胎气压检测器时，选择功率效率高的放大器等优点。例如，可考虑到与RF天线的高效功率传送来选择片外功率放大器。这种灵活性进而可有助于降低功率消耗。
如上所述，轮胎气压检测器采用如图4的机构400之类的电流消耗降低机构。可按照每个数据比特的模式，控制PLL的VCO以将其断开一定时间。此外，片外功率放大器可提供降低的电流消耗。此外，片外功率放大器可提供各种优点，包括功率放大器的选择灵活性和易于替换。功率放大器还可以是能够独立控制的。由于可以选择功率放大器以匹配RF天线的规范和功能，因此功率放大器和RF天线之间的更高效的功率传送是可能的。片外功率放大器可提供IC芯片和整个轮胎气压检测器的灵活配置和实现。因此，轮胎气压检测器可实现在功率效率和降低生产费用方面优化的电路布置。
尽管详细说明了本发明及其优点，不过应明白可做出各种改变、替代和变更，而不脱离由附加权利要求限定的本发明的精神和范围。此外，本申请的范围并不局限于说明书中描述的事物、装置、方法和步骤的过程、机器、制造、组成的特殊实施例。本领域的普通技术人员根据本发明的公开内容易于认识到，可按照本发明利用目前存在的，或者以后形成的实现或获得与这里描述的对应实施例一样的功能或结果的事物、装置、方法和步骤的过程、机器、制造、组成。因此，附加权利要求意图把事物、装置、方法或步骤的这种过程、机器、制造、组成包括在其范围内。

Claims (26)

1.一种轮胎气压检测器，包括：
测量轮胎的气压的压力传感器；
从所述压力传感器接收轮胎气压，并产生输入数据流的数据处理电路，所述输入数据流被编码，以表示第一逻辑状态和第二逻辑状态，其中所述数据处理电路调制所述输入数据流，以便进行射频传输；
包括电压受控振荡器的锁相环电路，所述电压受控振荡器被配置成按照所述第一逻辑状态被通电，并按照所述第二逻辑状态被断电；和
传送调制后的输入数据流的RF天线。
2.按照权利要求1所述的轮胎气压检测器，还包括布置在所述锁相环电路和所述RF天线之间的功率放大器，其中所述功率放大器按照所述第一逻辑状态被通电，并按照所述第二逻辑状态被断电。
3.按照权利要求2所述的轮胎气压检测器，其中所述数据处理电路和所述锁相环电路是用集成电路实现的，所述功率放大器在所述集成电路之外。
4.按照权利要求2所述的轮胎气压检测器，其中所述功率放大器包含A类放大器和B类放大器之一。
5.按照权利要求1所述的轮胎气压检测器，其中所述输入数据流被编码，以便在每个数据比特的比特宽度的一半经历从高到低或从低到高的转换。
6.按照权利要求1所述的轮胎气压检测器，其中当所述输入数据流从高转换到低时，所述电压受控振荡器被通电，当所述输入数据流从低转换到高时，所述电压受控振荡器被断电。
7.一种轮胎气压检测器，包括：
测量轮胎中的气压的压力传感器；
从所述压力传感器接收轮胎气压信息，并将其处理成RF信号以便传输的集成电路；
从所述集成电路接收所述RF信号，并放大所述RF信号的功率放大器，所述功率放大器被布置在所述集成电路之外；以及
与所述功率放大器连接并传送所述RF信号的RF天线。
8.按照权利要求7所述的轮胎气压检测器，其中所述集成电路包括形成于其上的锁相环电路。
9.按照权利要求8所述的轮胎气压检测器，其中所述锁相环电路包括按照所述集成电路的输入数据流的模式被接通和断开的电压受控振荡器。
10.按照权利要求9所述的轮胎气压检测器，其中所述功率放大器按照所述集成电路的所述输入数据流的所述模式被接通和断开。
11.按照权利要求9所述的轮胎气压检测器，其中所述输入数据流被编码，从而在每个数据比特的比特宽度的一半经历从高到低或从低到高的转换。
12.按照权利要求11所述的轮胎气压检测器，其中当所述输入数据流从高转换到低时，所述电压受控振荡器被接通，当所述输入数据流从低转换到高时，所述电压受控振荡器被断开。
13.按照权利要求8所述的轮胎气压检测器，其中所述功率放大器包含A类放大器和B类放大器之一。
14.一种轮胎气压检测器的降低功耗机构，其中所述轮胎气压检测器被配置成检测和处理轮胎气压信息，所述机构包括：
输入数据流，所述输入数据流包括所述轮胎气压信息，并被编码，从而具有多个逻辑状态；和
锁相环电路，所述锁相环电路包括响应于所述输入数据流的逻辑状态而被操作的电压受控振荡器，其中用集成电路实现所述锁相环电路。
15.按照权利要求14所述的降低功耗机构，其中所述电压受控振荡器按照所述输入数据流的模式而被接通和断开。
16.按照权利要求15所述的降低功耗机构，其中所述输入数据流被编码，从而在每个数据比特的比特宽度的一半经历从高到低或从低到高的转换。
17.按照权利要求14所述的降低功耗机构，其中当所述输入数据流从高转换到低时，所述电压受控振荡器被通电，当所述输入数据流从低转换到高时，所述电压受控振荡器被断电。
18.按照权利要求14所述的降低功耗机构，还包括配置成位于所述集成电路之外的功率放大器。
19.一种方法，包括：
在车辆的多个轮胎中的每个轮胎收集代表至少一种轮胎特性的数据；
采用位于每个相应轮胎的数据处理电路，产生输入数据流，输入数据流包括对代表所述至少一种轮胎特性的所述数据作出响应的数据；
编码所述输入数据流，以包含多个数据比特，以致每个数据比特能够包含多个逻辑状态；
响应于包括在所述输入数据流中的所述数据比特内的所述逻辑状态，对包括在锁相环电路中的电压受控振荡器供电；
利用所述电压受控振荡器向功率放大器提供代表所述输入数据流的信号；和
利用包含在所述轮胎压力检测器中的附加电路，把所述输出信号从所述功率放大器传送给中央控制器。
20.按照权利要求19所述的方法，其中所述数据包含指示所述轮胎中的气压的数据。
21.按照权利要求19所述的方法，其中所述对电压受控振荡器供电包含按照所述输入数据流的模式，接通和断开所述电压受控振荡器。
22.按照权利要求19所述的方法，还包括：
通过按照所述输入数据流的模式，接通和断开所述功率放大器，来操作所述功率放大器。
23.按照权利要求19所述的方法，其中所述编码包括编码所述输入数据流，从而在每个数据比特的比特宽度的一半经历从高到低或从低到高的转换，以提供所述多个数据比特，以致每个数据比特包含多个逻辑状态。
24.按照权利要求23所述的方法，其中所述对电压受控振荡器供电包含当所述输入数据流从高转换到低时，使所述电压受控振荡器通电，当所述输入数据流从低转换到高时，使所述电压受控振荡器断电。
25.按照权利要求19所述的方法，还包括：
响应于包括在所述输入数据流中的所述数据比特内的所述逻辑状态，操作所述放大器。
26.按照权利要求19所述的方法，还包括：
使所述功率放大器位于所述集成电路之外。
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