用于汽車信息娛樂TFT-LCD顯示器的電子設備必須最小，以限制PCB尺寸和成本。在回顧了典型的低集成度解決方案的缺點之后，我們介紹了一種使用具有串行通信的PMIC的新方法，該方法緊密集成了復雜的電源軌陣列，這些電源軌偏置TFT-LCD面板并為其背光供電。這種新解決方案可輕松執行所需的診斷，以滿足嚴格的ASIL-B安全等級，同時減少緊湊的汽車應用所需的PCB空間。

介紹

隨著駕駛員信息技術的快速發展，我們可以預期未來的汽車將配備多個顯示器，每輛車可能配備十幾個甚至更多。這些“信息娛樂”顯示器將包括儀表盤、中央信息顯示器、后視鏡更換顯示器以及可選的后排座椅的多個娛樂顯示器。

雖然汽車顯示器的尺寸和分辨率不斷增長，但它們的電子器件變得更加復雜，但PCB尺寸和成本都受到限制。復雜性增加的一個例子是偏置TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）面板并為其背光供電的電源軌陣列。另一個例子是顯示系統需要嚴格的診斷水平，將安全相關信息傳遞給駕駛員。

該設計解決方案回顧了不斷發展的汽車信息娛樂集群的典型電源管理解決方案的缺點。然后，它為尺寸問題提供了解決方案，同時促進了操作顯示器所需的復雜協議的動態編排，同時滿足汽車安全水平。

液晶顯示器

汽車系統中使用的標準顯示器是有源矩陣彩色TFT-LCD，由于其高亮度，高分辨率，合理的成本以及在具有挑戰性的汽車環境中表現出的可靠性，它已變得無處不在。液晶能夠隨著施加的電壓而改變其透射率。有源矩陣TFT-LCD顯示器中的每個子像素通過充當開關的TFT晶體管接收其偏置電壓（設置其透射率）。像素由三個子像素組成，每個子像素對應一個原色：紅色、綠色和藍色。

圖2顯示了TFT-LCD顯示電源系統的主要元件。TFT_LCD PS的電源（PS）模塊通過微控制器驅動的所有電源排序為源極和柵極驅動器供電。

圖2.TFT-LCD顯示框圖。

圖3顯示了驅動顯示器所需的整套電壓軌，這需要LTPS（低溫多晶硅）顯示器等雙極性電源。在本例中，源極驅動器提供兩種電壓：VPOS和VNEG。柵極驅動器提供電壓VGVDD和VGVEE，>用于打開和關閉每個子像素中的TFT開關。

源驅動器將VPOS（+7V）和VNEG（-7V）之間的電壓施加到子像素（由電容器CPIX和存儲電容器CS表示），從而設置其透射率。當 TFT 關閉 （VDGVEE = -10V） 時，像素會保留其電荷并“記住”其透射率設置，直到在下一個視頻幀期間更新。

圖3.TFT-LCD顯示框圖。

為了避免顯示器“老化”并延長液晶材料的使用壽命，有源矩陣LCD的晶體由反轉方法驅動，該方法交替施加到子像素的電壓相對于公共背面電極的極性（如圖3中的接地所示）。

TFT 液晶顯示器電壓軌

VIN = 3.3V 的典型 TFT-LCD 電源 IC（圖 4）通過升壓轉換器產生 V>POS （+7V），通過逆變器產生 VNEG （-7V）。兩個電荷泵產生正（VDGVDD）和負（VDGVEE）柵極驅動電壓。為簡單起見，此處省略了每個電荷泵所需的四個外部二極管，但在圖7的完整PCB布局中，作為一對用于VDGVDD（D3，D6和D7，D9）的雙二極管和一對用于VDGVEE（D5，D6和D11，D12）的二極管。

圖4.TFT-LCD 電壓軌生成。

背光源

由于LCD不是自發光顯示器，因此需要白光源來使彩色圖像可見。現代顯示器使用白光LED（發光二極管）作為光源。LED放置在顯示器的一側或多側，并在擴散器的幫助下照亮顯示區域。LED 通常排列成“串”，由多個串聯的 LED 組成。

由于白光LED的高正向電壓（3V至4V），驅動每個燈串所需的總電壓通常需要使用升壓轉換器。多個字符串用于獲得所需的總亮度，以使顯示器在陽光下可讀。在圖5中，典型的升壓控制器IC驅動TFT-LCD背光的LED矩陣。

圖5.背光。

這種低集成度解決方案采用兩個獨立的集成電路和相關無源元件為TFT-LCD顯示器和背光供電，但從PCB空間利用率和完全控制所有電壓軌的角度來看，這不是最佳的。在LCD顯示器中，需要控制各種電源IC的所有使能輸入，以實現電源軌所需的順序和時序。低集成度解決方案中的這種控制需要在微控制器上安裝大量GPIO引腳，并增加軟件開銷。

集成解決方案

圖 6 顯示了一個集成解決方案。TFT-LCD 電源軌和 LED 背光控制器都集成在單個 PMIC 中，以實現嚴格控制并減少 PCB 空間。

圖6.TFT-LCD和LED背光PMIC。

具有串行控制接口的集成PMIC解決方案可以具有單獨的位來控制每個內部轉換器，從而釋放微控制器上的許多引腳。這允許使用外部微控制器完全控制輸出的時序和它們之間的時序。或者，可以通過提供內部預設序列來進一步減輕外部微控制器的負擔。

符合 ASIL-B 標準

I 的集成2與PMIC的C通信功能有助于控制和診斷。汽車系統需要額外的診斷才能獲得安全評級，例如，向駕駛員提供安全相關信息的儀表盤顯示屏。樣品診斷包括：

輸出端過壓/欠壓檢測。

內部存儲器上的糾錯（如果存在）。

將這些功能包含在單個集成電路中，使系統更容易達到ASIL-B的完整性水平。

示例設備

例如，MAX20069是一款高度集成的TFT電源和LED背光驅動器，適用于汽車TFT-LCD應用。該器件集成了一個降壓-升壓轉換器、一個升壓轉換器、兩個柵極驅動器電源和一個升壓/SEPIC轉換器，可為顯示器背光中的一至四串LED供電。芯片上所有轉換器的默認開關頻率為2.2MHz，這減小了外部無源元件的尺寸，并具有不會在AM無線電頻段引起電磁干擾的額外優勢。

PMIC 將所有這些功能集成在一個帶裸焊盤的小型 6mm x 6mm 40 引腳 TQFN 封裝中。所有電源域的啟動和關斷序列均使用七種預設模式之一進行控制，這些模式可通過 SEQ 上的電阻器或通過 I 進行選擇2C 接口。或者，可以使用適當的寄存器位控制各個輸出。圖7顯示了整個LCD-TFT電源系統，僅限于僅3.45cm的PCB區域2.

圖7.集成 TFT-LCD 和 LED 背光 PMIC PCB （2.65 厘米 x 1.3 厘米 = 3.45 厘米2).

結論

TFT-LCD顯示器在現代汽車中無處不在，在未來的汽車中將更加如此。驅動顯示器所需的電子設備必須減小到最低限度，以限制PCB尺寸和成本。這包括復雜的電源軌陣列，這些電源軌偏置TFT-LCD面板并為其背光供電。我們回顧了低集成度電源管理解決方案的缺點，并介紹了一種緊密集成各種電壓軌和串行通信的單芯片PMIC解決方案。這種新解決方案可輕松執行所需的診斷，以滿足嚴格的ASIL-B安全等級，同時減少緊湊的汽車應用所需的PCB空間。

審核編輯：郭婷