一般的ABS除可改善煞車系統的強制性控制性能之外，也可運用輪胎與地面的摩擦力資訊減少停車距離，由於目前的ABS無法直接量測到摩擦力，往往須間接靠監測各個輪胎的轉速而造成時間上的延遲效應與量測誤差，因此只有直接監測輪胎應變才能直接量測精確的摩擦力，進而提升ABS的效能。
然而，在胎壓感測器裝載到智慧型輪胎上仍受諸多必要的規範限制。首先，在輪胎轉動下難以採用接線式感測器，使無線監測成為無可避免的方式；其次，由於輪胎上的橡膠具有較低的硬度，倘若直接在上面以鑲嵌或貼上感測器容易造成輪胎應力量測上的干擾與形變問題；第三，由於感測器與輪胎橡膠的硬度差異性較大，往往會造成在長期使用下的脫落問題，故須設法降低兩者之間的硬度差異性；最後，只有低價的感測器才能搭配低價的輪胎。
實際上，通常搭配智慧型輪胎上的感測器總是無法完全滿足上述各項規格上的需求，如採用表面聲波感測器的胎壓偵測往往由於在不易控制輪胎形變量下產生輪胎形變而引起的干擾問題；而微機電的無線應變量測系統則是鑲嵌於智慧型的複合式結構中，由於感測器與輪胎橡膠的硬度差異性較大，往往造成在長期使用下的脫落問題，故其耐用性備受考驗。
利用頻譜分析儀測量TPMS工作訊號
長間隔高頻暫態訊號廣泛應用於無線感測器、無線通訊等領域。由於數位頻譜分析儀受掃描時間的制約，在擷取2毫秒(ms)以下的暫態訊號時往往遇到很大困難，掃描時間越短的數位頻譜分析儀價格越昂貴。工業生產講求高品質、低成本、高效率(QCE)，運用性價比高的頻譜分析儀完成這類長間隔高頻暫態訊號在生產線上的測試則相當重要。本文以TPMS工作訊號為例，首先介紹此類訊號特性，而後從單一的對訊號功率、頻率分別測試的方法入手，介紹測試儀器的基本設置；最後介紹生產線上實用的綜合測試方案。
TPMS主要用於汽車行駛時，即時的對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣和低氣壓進行警報，以保障行車安全。目前，TPMS主要分為兩種類型，一種是間接式TPMS(Wheel-Speed Based TPMS, WSB TPMS)，這種系統是透過汽車ABS系統的輪速感測器比較輪胎之間的轉速差別，以達到監視胎壓的目的，此類型系統的主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過每小時100公里的情況進行判斷。
另一種是直接式TPMS(Pressure-Sensor Based TPMS, PSB TPMS)(圖1)，從功能和性能上均優於間接式TPMS。直接式TPMS系統在每一個輪胎裡安裝壓力感測器直接測量輪胎的氣壓，並對各輪胎氣壓進行顯示及監視，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統會自動提出警告。安裝在每一個輪胎裡的遠端輪胎壓力監測模組由智慧感測器系統單晶片(SoC)、微控制器(MCU)、射頻(RF)發射晶片、鋰電池、天線等部分組成，完成測量後，透過無線電頻率調製發射一個暫態訊號給安裝在駕駛台的中央監視器。中央監視器接收遠程輪胎壓力監測(RTPM)模組發射的訊號，將各個輪胎的壓力和溫度資料顯示在螢幕上，監視器隨時顯示各輪胎氣壓、溫度，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當輪胎氣壓太低、滲漏、太高、或溫度太高時，系統就會自動提出警告。
 |
| 圖1 直接式TPMS工作狀態示意 |
RTPM與中央監視器之間透過RF訊號通訊，此訊號的良莠直接關係TPMS的安全品質，透過頻譜分析儀對此訊號進行擷取、測量和分析是在TPMS產品的設計和生產檢測中必不可少的。TPMS的RTPM並非不間斷地對輪胎胎壓進行檢測並向中央監視器發送RF訊號，而是有一定的時間間隔，在某些TPMS中，此時間間隔可以人為設定，但最快的不低於800毫秒，一般為2秒以上，大多為幾秒到幾十秒。RTPM每次發送的訊號持續時間卻短得多，一般在2毫秒以內，所以TPMS工作訊號的特點是間歇長、發送時間短，同時頻率較高，其工作頻率北美標準為315MHz，歐洲標準為433.92MHz，韓國為448MHz，另有新標準為868MHz，其發射功率不能超過10dBm，否則要接受無線電管制，工作模式有幅度鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)，其中FSK抗干擾較好。
訊號擷取與基本測量循序漸進
由於目前大多數數位頻譜分析儀的掃描時間都比TPMS工作訊號的發送時間長，而掃描時間快到微秒級的頻譜分析儀價格相當昂貴，所以使用一般的頻譜分析儀對訊號進行準確的擷取須對頻譜分析儀進行一些設置，操作上要有一定的熟練度。以下先用訊號產生器類比一個類似TPMS工作訊號的長間隔高頻暫態訊號，然後具體介紹如何使用廠商生產的頻譜分析儀，以擷取、測量訊號，並輔助使用數位示波器。
| ‧ | 待測長間隔高頻暫態訊號 | ||
用訊號產生器產生一個FSK訊號，調製脈衝訊號的週期設為2秒，占空比為0.1%(即暫態訊號持續2毫秒，載波訊號頻率設為2MHz的正弦，在示波器上可以看到訊號的時域波形如圖2所示。圖2(a)(b)(c)三個圖是在不同大小的時基下觀察到的訊號波形，從圖中不難理解這種類似TPMS工作訊號的長間隔、高頻率、暫態特性，類似這樣的訊號，在無線感測器、無線射頻辨識系統(RFID)等許多領域都很常見。
|
| 將FSK訊號送進頻譜分析儀後，按下自動設定(Autoset)鍵，將發現訊號很難擷取；打開峰值保持，也看不到訊號擷取留下的波形，由於FSK訊號難於擷取，一次性較精準測得其頻率和功率有較大困難，因此先分別測量功率和頻率，從而較準確地獲得訊號的參數。
|
生產線上通過測試
生產線上的通過測試分為單一參數的通過測試與綜合測試兩種，以下將分別介紹：
| 若要通過測試，首要的要求是每一次訊號都要被擷取，亦即RBW須大於等於SPAN，若產線對頻率的準確度要求在幾十kHz的範圍內，而對功率要求較高，如零點幾dBm，則可設置對於訊號功率要求的通過測試。
|
一般產線對訊號的頻率和功率同時都有較嚴格的要求，分別進行功率、頻率通過測試的方法在實際運用中還是稍顯繁瑣，這裡推薦另外一種綜合測試的方法，其特點是首先將SPAN設置為零頻跨，將擷取的訊號的持續時間設為500微秒、頻率設為3MHz的訊號、功率1dBm與發送間隔為1秒，然後利用訊號產生器將訊號的頻率在3MHz附近調整。由於中心頻率3MHz，零頻跨的頻譜分析儀掃描的範圍只在3MHz這一點上，根據濾波器的特性，有微小頻率偏移的訊號擷取後的功率會被衰減，分別將訊號的頻率以3MHz為中心左右調偏50kHz、100kHz、200kHz和500kHz，訊號衰減後的功率幅度如圖7所示。
|
據此，產線上的通過測試可以按照圖7中的設置，將標準理想訊號的頻率設為中心頻率，將SPAN設為零頻跨，而後根據需要設置功率限制線，如此一來，頻率不夠準確的訊號在擷取後，功率會下降到下限制線以下，將會被判定為失敗，同時，若訊號本身的功率不夠準確，在上下限制線之外的，也會被判定為失敗，若需要更準確的頻率判定精度，可選取小一些的RBW，如圖8所示，30kHz的RBW可非常明顯的區分±5kHz的頻率誤差。
 |
| 圖8 利用30kHz的RBW區分正負5kHz頻率誤差 |
這種零SPAN的通過測試設置方法唯一有可能疏漏的訊號是功率偏大，同時又有頻偏的訊號。頻偏造成的擷取衰減若剛好將其功率過大的部分衰減到標準功率範圍，則會被測試判為通過，從而造成誤判，若能先用之前所述的單純測試功率方法判斷訊號功率，再用零頻跨的方法判斷其頻率，這樣就能將所有在功率或頻率上不符合標準的訊號全部被判為失敗，使通過測試高效而準確。
然而，並不須在產線上用兩台頻譜分析儀先後做測試，廠商推出的頻譜分析儀為用戶提供了一套簡便實用的自動測量系統(SEQ)，只須從前面板設置好測量順序設定，再經過一鍵操作，儀器會方便地單次或連續運行不同的測量設定，抑或由使用者指令一步步地運行整個測量步驟。
如圖9所示，畫面所顯示的內容即是頻譜分析儀SEQ功能表下的編輯介面。在介面下方的編輯方塊中，可以逐步設定頻譜儀測量的具體步驟及每一步的參數設置，並通過延遲時間的設置設定每一步測量等待時間。由於本文範例須做產線上的通過測試，所以在進行SEQ測量之前首先要將設置好的限制線打開。圖9中編輯完成SEQ的測試程式後，點擊執行按鈕，選擇重複測試並立即執行，頻譜儀就開始運行自動測量。
 |
| 圖9 SEQ功能表下之編輯介面 |
在TPMS的測試中，訊號的頻率比本文的範例高，但實際的測量方法沒有區別，測量的功率精度可以達到0.1dBm、頻率精度可以達到1kHz。在幾百兆Hz頻率的訊號測量中，kHz級別的精度一般能滿足絕大多數測量需求，在工業生產和日常生活當中，類似TPMS工作訊號的長間隔高頻暫態訊號很常見，應用也非常廣泛。如何利用射頻工程師手邊常見的頻譜分析儀對此類訊號進行準確可靠的測量，在產線上能低成本、高效率地完成相關產品此類訊號的品質檢測，本文從參數測量、單一量測試、直至綜合測試，提出一系列操作的參考方法，所涉及的大都是諸如RBW、SPAN等常用設置，較為實用也較易操作。
(本文作者任職於固緯電子)
