SP37
LF-应用笔记
导言
1 导言
SP37是一种高度集成并经优化的压力传感器，用于汽车电子胎压监测系统（TPMS)。SP37包含了一个完整的TPMS 车轮模块所需的所有基本构件，仅仅只需少量的外部元件。图1是SP37的简图。器件包含一个兼容8051的单片机，可以从6 kByte 大小的片上闪存执行用户应用代码。器件上的很多功能由特殊功能寄存器（SFR)控制，而用户代码又可操控特殊功能寄存器（SFR ）。一旦器件复位，SFR 便赋默认值。此
文件仅仅讨论那些需要更换的寄存器和位。然而，在讨论低频接收器时（LF receiver ），为了使其更为完整，也列举了一些不必更换的特殊功能寄存器（SFR)。
图1  SP37简图
此应用笔记讲述范围是低频接收器部件，以及如何以最低功耗应用它。低频（LF)接口的目的是为了实现与车轮模块的双向通信，具体原因如下：
∙  触发压力测量（在接到指令时上报压力） ∙  触发特定ID 号传输（车轮定位特征）
∙  触发操作模式，如生产和维护时的诊断模式 ∙  更新用户配置数据，如压力电报传输的频率等
车轮模块的功耗对其使用寿命至关重要。由于射频接收器（RF receiver)的功耗相对较高，因此无法通过射频实现从车辆电子器件到车轮模块的通信。而，低频接收器（LF receiver ）却能以极低的功耗，实现上述通信。相反，由于射频发射器（RF transmitter ）的功耗远远低于低频发射器（LF transmitter ），因此射频是实现从车轮模块返回车辆电子器件通信的最佳方式。
低频接收器(LF receiver ）有若干配置选项，由特殊功能寄存器（SFR)控制，可决定以下系统参数：
LF 接收器
∙平均低频电流消耗，如模块运行寿命等 ∙低频灵敏度
∙低频信号类型，如未经调频的或已被调频的载波
∙低频信号长度（载波脉冲宽度，电文长度以及信号重复的必要条件）
2 低频接收器
图 2 所示为低频接收器简图。接收器载波频率设计为125 kHz ，且典型的波特率值为3.9 kbit/sec 。
图2  低频接收器简图
2.1 AGC 衰减器
为了防止低频数据分割器超负荷，使用一个自动增益控制环（AGC 环）。峰值检波器部件是AGC 控制
环的组成部分。AGC 阈值，衰减时间，和增高时间都是可被编程的。
表1 配备AGC 衰减器的重要SFR
2.2 分压器
此组件容许低频输入信号的衰减。可以粗略控制SP37的低频灵敏度。
表2 配备分压器的重要SFR
2.3  RSSI发生器
电路可提供模拟信号，此模拟信号随125 kHz 输入信号的振幅成对数式波动。
2.4 数据滤波器和数据分割器
这些组件组成了一个ASK解调器。数据滤波器是一种低通滤波器，可以减少RSSI信号的带宽。数据分割器可将过滤的信号转换为能被数字基带电路处理的数字信号。
重要SFR配备：
汽车的传感器
表3  配备数据滤波器和数据分割器的重要SFR
2.5 数据解码器和波特率发生器
数字电路可解码曼彻斯特编码的低频电文。它检查数据分割器的数字输出，识别同步模式，解码曼彻斯特编码的数据，检测唤醒模式匹配，并从位流中提取数据字节（也可见LF-电文章节）。只要识别出同步模式或唤醒模式，SFR WUF里的唤醒位立即置1。请注意WUF寄存器里所有位都可被WUM寄存器里
相应的位所屏蔽。
表4 配备数据解码器和波特率发生器的重要SFR
2.6 载波检测器
此电路可检测出LF载波。LF载波检测器的灵敏度取决于载波阈值，分压器及AGC电路的设置。SP37为载
波检测提供3级校准的灵敏度水平。为了满足此三级水平，生产期间需合理地设置寄存器，并将其保存在闪存以
下存储位置：
∙0x5810:LF-sensitivity = 0.33 ...3.35 mVpp
∙0x580F:LF-sensitivity = 2 ...11 mVpp
∙0x580E:LF-sensitivity = 10 ...50 mVpp
SFR LFRX0必须装载在用户代码里，并包含三个存储器其中一个的位置信息，以便选择相应的灵敏度水平。
这里执行了一个硬接线功能，以自动校准载波检测器阈值。此功能可自动将最小检测阈值转变到噪声级以上，以防止意外唤醒。如被使能，每当开启LF-接收器，此功能便执行阈值校准（请见开-关-定时器和LF-接收器章节）。自动校准完成之后，必须通过对LFENFCTC位置1冻结阈值。否则，阈值会随着输入的LF信号平均值变动，而导致不必要的低LF灵敏度。
表5 配备载波检测器的重要SFR
表6 配备自动校准功能的重要SFR
2.7 载波检测器滤波器
此组件可阻止短载波脉冲，以降低噪声所产生的唤醒次数。如果使能检测器滤波器，在载波检测器唤醒
位置1之前，载波脉冲宽度必须为最小值。至于其灵敏度，有可从闪存加载到SFR LFCDFLT的预定义滤波
器设置：
∙0x580D:Detector Filter Time = 62...240µs
∙0x580C:Detector Filter Time = 500 ...800µs
∙0x580B:Detector Filter Time = 800 ...1150 µs
注释：为了禁用滤波器，LFCDFLT 必须加载0x00。
表7 配备载波检测器的重要SFR
2.8 RC振荡器
此组件提供一个90 kHz系统时钟的LF基带电路。
2.9 开-关定时器和LF-接收器
定时器使得LF接收器可工作在轮询模式，以便在掉电模式时进一步降低电流消耗。开-关定时器有一个可编程时基及可调节导通和关断时间。可用ROM库将开-关定时器的时基校准至50ms。此功能可将合理的校准值写入至SFR LFOOTP。如果需要另外一个时基，可将LFOOTP更换至用户自定的数据，而时基为(LFOOTP+1)/2000Hz。请注意2000Hz RC振荡器没有校准，它随着温度和供电电压而变化。
实际导通时间由SFR LFOOT (ONTIM) 较低的半字节确定：
On-time = Int (LFOOP/4+1) * (ONTIM+1) * time-base / (LFOOTP +1)  (ONTIM+1) * time-base / 4.
实际关断时间由SFR LFOOT (OFFTIM) 较高的半字节确定：
OFF-time = (OFFTIM+1) * time-base * 4
表8 配备开-关-定时器和LF-接收器的重要SFR
2.10 LF基带
为了降低掉电电流，可关断LF基带，而LF模拟前端仍保持上电状态。在这种模式下，SP37无法分析LF电
文内容，一旦LF载波足够强，即被唤醒。
表9 配备LF-基带的重要SFR
3  LF操作模式
此应用笔记所要探讨的LF操作模式会在下表中列举出来。在此表中也列举了典型的电流消耗以及每个模式的优缺点。请注意电流消耗仅针对掉电模式，且LF接收器正在监听。正常操作模式期间（执行用户代码）电流消耗会极高。然而，由于在典型的TPMS应用中，车轮模块99%的时间都处于掉电模式，因此掉电模式下消耗的电流决定了电池使用寿命。
请高度注意如因干扰源而在每小时内多次发生意外的唤醒事件，那么器件的功耗将大幅提高。这一点对于载波检测模式和混合模式尤为至关重要，而执行用户代码只能被出现的LF载波所触发。因此一般不建议将这些模式应用到所有的应用中。事实上必须确保在系统层级上，每小时意外的唤醒不得超过某个特
定次数（也可见“示例3-混合模式操作”计算公式）。可通过使能载波检测器滤波器降低错误唤醒的概率。不过，这样又增加了电流消耗，使其升高至电文检测模式下的消耗电量。因此，若要在高干扰水平环境下实现低电流消耗，建议采用电文检测模式，并使能开-关定时器。
表10  LF操作模式