在此設(shè)計(jì)解決方案中，我們展示了TFT-LCD顯示屏背光如何滿足汽車(chē)最嚴(yán)格的要求。我們演示MAX25024汽車(chē)背光驅(qū)動(dòng)器如何提供全面的診斷，I2C 功能和關(guān)鍵電路冗余，符合 ASIL-B 功能安全要求。巧妙的設(shè)計(jì)使MAX25024滿足并超過(guò)無(wú)閃爍汽車(chē)顯示器操作的冷啟動(dòng)規(guī)格。高集成度可實(shí)現(xiàn)小型 IC、更低的 BOM 成本和更小的 PCB 尺寸。

介紹

新車(chē)型越來(lái)越多地配備多個(gè)顯示器以實(shí)現(xiàn)不同功能。這些“信息娛樂(lè)”顯示器可能包括儀表盤(pán)、中央信息顯示器、后視鏡更換顯示器和多個(gè)后座娛樂(lè)顯示器。由于儀表盤(pán)顯示器為駕駛員提供相關(guān)的安全信息，因此其電子設(shè)備必須足夠堅(jiān)固，不僅能夠承受惡劣的汽車(chē)環(huán)境（冷/熱曲柄、拋負(fù)載、啟動(dòng)/停止），而且還包含滿足 ASIL（汽車(chē)安全完整性等級(jí)）安全標(biāo)準(zhǔn)所需的其他診斷，具有低電磁干擾 （EMI） 以減少對(duì)車(chē)輛中多個(gè)射頻接收器的干擾， 并且足夠小，可以在同一空間內(nèi)安裝其他電子設(shè)備。

該設(shè)計(jì)解決方案回顧了TFT-LCD背光設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)，重點(diǎn)介紹了它們?nèi)绾螡M足ASIL安全標(biāo)準(zhǔn)。我們還研究了它們?nèi)绾卧诘碗姵仉妷海ɡ鋯?dòng)）下無(wú)顯示屏閃爍的情況下運(yùn)行，同時(shí)保持低EMI和更小的尺寸。然后，本文介紹了一款符合這些標(biāo)準(zhǔn)的TFT-LCD背光驅(qū)動(dòng)器IC。

功能安全

ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）-26262 是一項(xiàng)推動(dòng)功能安全要求的法規(guī)。它解決了電氣安全相關(guān)系統(tǒng)的故障行為可能造成的危險(xiǎn)，其中包括這些系統(tǒng)的相互作用。系統(tǒng)所需的功能安全級(jí)別按系統(tǒng)的ASIL等級(jí)分類(lèi)，范圍從A級(jí)到D級(jí)。系統(tǒng)的 ASIL 評(píng)級(jí)由潛在傷害的嚴(yán)重程度、故障的可控性以及發(fā)生故障時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)敞口決定。符合ASIL標(biāo)準(zhǔn)的集成電路（IC）包括性能分析。它們使用更嚴(yán)格的保護(hù)和準(zhǔn)確性，并具有冗余的參考。它們?cè)陂_(kāi)路引腳和監(jiān)控電路上具有故障安全功能，可提供使系統(tǒng)合規(guī)所需的檢測(cè)、診斷和驗(yàn)證。I 的集成2C 通信能力與 IC 便于控制和診斷。樣品診斷包括：

輸出端過(guò)壓/欠壓檢測(cè)

內(nèi)部存儲(chǔ)器糾錯(cuò)（如果存在）

任何接口上的奇偶校驗(yàn)位或CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)），用于錯(cuò)誤檢測(cè)/糾正

將這些功能集成到單個(gè)IC中，使系統(tǒng)能夠更輕松地達(dá)到ASIL-B的完整性水平。

冷啟動(dòng)規(guī)格

當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，就會(huì)發(fā)生冷啟動(dòng)，從而降低電池的供電能力，從而導(dǎo)致電池電壓低于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的大電流。顯示器在冷啟動(dòng)下的電子操作對(duì)于避免閃爍至關(guān)重要。

圖2顯示了ISO 16750-2中的典型冷啟動(dòng)時(shí)序圖。它規(guī)定電池在低至 2.8V（最壞情況下）的工作時(shí)間為 15 毫秒，然后恢復(fù)到 6V 的值，該值可能會(huì)保持幾秒鐘。由于儀表盤(pán)顯示器在起動(dòng)時(shí)已經(jīng)可以運(yùn)行，因此TFT-LCD背光燈在此精確點(diǎn)正確工作非常重要。

滿足此規(guī)范具有挑戰(zhàn)性。TFT LCD背光驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)連續(xù)的5V來(lái)驅(qū)動(dòng)外部升壓MOSFET，但在冷啟動(dòng)期間，電池電壓無(wú)法支持5V工作。一個(gè)典型的解決方案是將此問(wèn)題傳遞給其他人。

圖2.冷啟動(dòng)細(xì)節(jié)符合 ISO 16750-2 III 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

在一種解決方案中，背光芯片具有專(zhuān)用引腳，以便系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以為驅(qū)動(dòng)器饋送一個(gè)外部5V電壓。如果沒(méi)有外部 5V 電源軌，則需要在 BOM 中添加另一個(gè) IC，例如具有足夠保持能力的 LDO。這會(huì)導(dǎo)致額外的成本和更大的PCB面積。如果存在外部電源軌但過(guò)低，則提供內(nèi)部電荷泵，但代價(jià)是額外的硅和額外的外部電容器，這些電容器必須執(zhí)行電壓升壓。在所有情況下，可用的解決方案似乎最多只能滿足典型的3V曲柄規(guī)格，而不是2.8V的最低要求。

體積小

為了減小組件尺寸以在同一空間內(nèi)安裝其他電子設(shè)備并降低成本，需要高度集成。先進(jìn)的單片工藝有助于減小芯片尺寸，并允許使用更小的封裝。片上集成附加功能可降低整體BOM，并最大限度地減小PCB尺寸和成本。

迎接挑戰(zhàn)

例如，圖3中的MAX25024為4通道背光驅(qū)動(dòng)器IC，帶有升壓控制器，用于汽車(chē)顯示器。四個(gè)集成 LED 電流輸出每個(gè)可吸收高達(dá) 150mA 的電流，使 IC 能夠?yàn)?8 英寸或 10 英寸背光顯示器供電。輸出引腳 （BOOST） 可承受高達(dá) 52V 的電壓。該器件還接受寬輸入電壓范圍，并可承受高達(dá) 40V 的汽車(chē)拋負(fù)載事件。

圖3.冷啟動(dòng)細(xì)節(jié)符合 ISO 16750-2 III 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

背光驅(qū)動(dòng)器 IC 具有 I2C 控制脈寬調(diào)制 （PWM） 調(diào)光和混合調(diào)光。無(wú)論哪種情況，最小脈沖寬度均為500ns。集成了串和擴(kuò)頻的相移調(diào)光功能，以降低 EMI。該 IC 采用 24 引腳 TQFN 或 24 引腳側(cè)面可潤(rùn)濕 TQFN （SWTQFN） 封裝，工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C。

符合 ASIL B 規(guī)范

通過(guò)MAX25024 I提供全面的診斷信息2C 接口，便于在需要 ASIL-B 合規(guī)性的系統(tǒng)中集成。ASIL-B 系統(tǒng)的特性包括基準(zhǔn)電壓冗余、每串單獨(dú)的 LED 電流測(cè)量、升壓輸入電流測(cè)量、升壓輸出電壓測(cè)量、LED 開(kāi)路/短路檢測(cè)和保護(hù)，以及升壓輸出欠壓和過(guò)壓。

超過(guò)冷啟動(dòng)規(guī)格

MAX25024可接受2.5V至36V寬輸入電壓范圍，滿足并超過(guò)2.8V最小冷啟動(dòng)規(guī)格。獨(dú)特的電路架構(gòu)（見(jiàn)圖4）使IC能夠達(dá)到這種性能水平。板載 LDO 通常由電池 （IN 引腳） 供電，為驅(qū)動(dòng)器 （DR） 提供 5V 電壓。當(dāng)檢測(cè)到欠壓尖峰時(shí)，LDO輸入切換到輸出（BOOST引腳）。輸出電容（C外） 現(xiàn)在可以在指定的 15ms 冷啟動(dòng)期間維持 LDO 操作。

圖4.冷啟動(dòng)期間的 5V LDO 偏置。

圖5顯示了一個(gè)不影響輸出電壓（V提高） 和 LED 電流。因此，故障標(biāo)志 （FLTB） 保持取消斷言狀態(tài)。

圖5.冷啟動(dòng)測(cè)試： 9 個(gè) LED/串， 100mA/串 x 4， 400kHz， V在= 2.5V （100ms）。

板載LDO功耗極低，封裝的低熱阻確保了極低的結(jié)溫。在圖6中，左圖顯示了曲柄前的IC溫度為39.8°C，電池電壓為12V。右圖顯示，當(dāng)100ms低至2.5V時(shí)，當(dāng)凈溫升小于1°C時(shí)，IC溫度立即為40.3°C。

圖6.IC 溫度，9 個(gè) LED/串，100mA/串 x 4，100ms 曲柄前后為 400kHz。

低電磁干擾

MAX25024還根據(jù)EMI CISPR25 Class 5規(guī)范進(jìn)行電磁輻射測(cè)試。例如，圖7顯示了使用200MHz至1GHz對(duì)數(shù)周期（水平）天線執(zhí)行的眾多EMI測(cè)試之一。IC的發(fā)射水平遠(yuǎn)低于限值。

圖7.IC 溫度，9 個(gè) LED/串，100mA/串 x 4，100ms 曲柄前后為 400kHz。

減小尺寸和成本

高集成度在小型 4mm x 4mm TQFN 封裝中適合多種功能。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的器件采用 7mm x 7mm 封裝，PCB尺寸占用率增加了 3 倍。在輸出短路的情況下，外部NMOS開(kāi)關(guān)將電池與輸出斷開(kāi)。NMOS 通過(guò)集成電荷泵導(dǎo)通，避免使用額外的引腳或外部電容器。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手解決方案中的大型PMOSFET相反，這里使用小型且具有成本效益的NMOSFET來(lái)最小化BOM尺寸和成本。這些優(yōu)勢(shì)使PCB尺寸比其他解決方案小45%。

結(jié)論

TFT-LCD顯示器在現(xiàn)代汽車(chē)中無(wú)處不在。它們的背光必須在惡劣的條件下工作，滿足功能安全要求，并且尺寸小。我們討論了現(xiàn)有方案的缺點(diǎn)，并提出了一種新型高性?xún)r(jià)比背光驅(qū)動(dòng)器IC，即MAX25024，它不僅滿足ASIL-B功能，而且超越冷啟動(dòng)規(guī)格，具有低EMI，全部采用小封裝。

審核編輯：郭婷