Szukang Hsien，Nazzareno （Reno） Rossetti

新車型越來越多地配備多個(gè)顯示器，以實(shí)現(xiàn)不同的功能。這些“信息娛樂”顯示器可能包括儀表盤、中央信息顯示器、后視鏡更換顯示器和多個(gè)后座娛樂顯示器。由于儀表盤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（汽車安全完整性等級）安全標(biāo)準(zhǔn)所需的其他診斷，具有低電磁干擾 （EMI） 以減少對車輛中多個(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。

在這篇博文中，我們將回顧TFT-LCD背光設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)，重點(diǎn)介紹它們?nèi)绾螡M足ASIL安全標(biāo)準(zhǔn)。我們還將研究它們?nèi)绾卧诘碗姵仉妷海ɡ鋯?dòng)）下無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。最后，我們將介紹一款滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的TFT-LCD背光驅(qū)動(dòng)器IC，用于汽車顯示器。

滿足功能安全 （ASIL） 要求

ISO（國際標(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)所需的功能安全級別按系統(tǒng)的ASIL等級分類，范圍從A級到D級。系統(tǒng)的 ASIL 評級由潛在傷害的嚴(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IC包括性能分析。它們的設(shè)計(jì)具有更嚴(yán)格的保護(hù)和更高的精度，并具有冗余參考。它們在開路引腳和監(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、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：

輸出端過壓/欠壓檢測

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/糾正

將這些功能集成到單個(gè)IC中，使系統(tǒng)更容易達(dá)到ASIL B級的完整性。

冷啟動(dòng)規(guī)格

當(dāng)環(huán)境溫度過低時(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。

圖2.冷起動(dòng)細(xì)節(jié)符合 ISO 16750-2 III 級標(biāo)準(zhǔn)

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來驅(qū)動(dòng)外部升壓MOSFET，但在冷啟動(dòng)期間，電池電壓無法支持5V工作。一個(gè)典型的解決方案是將此問題傳遞給其他人。

在一種解決方案中，背光芯片具有專用引腳，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。

對小尺寸的需求

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，同時(shí)最大限度地減小PCB尺寸和成本。

應(yīng)對挑戰(zhàn)的背光驅(qū)動(dòng)器IC

MAX25024是一款4通道背光驅(qū)動(dòng)器IC，帶有用于汽車顯示器的升壓控制器，可應(yīng)對我們討論過的挑戰(zhàn)（圖3）。四個(gè)集成 LED 電流輸出每個(gè)輸出可吸收高達(dá) 150mA 的電流，從而允許 IC 為 8 英寸供電。或 10 英寸。背光顯示。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 的汽車拋負(fù)載事件。

圖3.帶升壓控制器的 4 通道背光驅(qū)動(dòng)器

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MAX25024 I2C接口提供全面的診斷信息，便于集成到要求ASIL B標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中。ASIL B 系統(tǒng)的特性包括基準(zhǔn)電壓冗余、每串上的單獨(dú) LED 電流測量、升壓輸入電流測量、升壓輸出電壓測量、LED 開路/短路檢測和保護(hù)，以及升壓輸出欠壓和過壓。

超過冷啟動(dòng)規(guī)格

MAX25024可接受2.5V至36V寬輸入電壓范圍，滿足并超過2.8V最小冷啟動(dòng)規(guī)格。獨(dú)特的電路架構(gòu)（見圖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)檢測到欠壓尖峰時(shí)，LDO輸入切換到輸出（BOOST引腳）。輸出電容 （COUT） 現(xiàn)在可以在 15ms 指定的冷啟動(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)2.5V、100ms冷啟動(dòng)尖峰（見黃色曲線），不影響輸出電壓（VBOOST）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)40ms低至3.100V時(shí)，當(dāng)凈溫升小于2°C時(shí)，IC溫度立即為5.1°C。

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

低電磁干擾

MAX25024還根據(jù)EMI CISPR 25 Class 5規(guī)范進(jìn)行電磁輻射測試。例如，圖7顯示了使用200MHz至1GHz對數(shù)周期（水平）天線執(zhí)行的眾多EMI測試之一。IC的發(fā)射水平遠(yuǎn)低于限值。

圖7.符合 CISPR 25 5 類 EMI 規(guī)范

減小尺寸和成本

MAX25024具有高集成度，采用4mm x 4mm TQFN小封裝，提供多種功能。相比之下，競爭對手的器件采用 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開關(guān)將電池與輸出斷開。NMOS 通過集成電荷泵導(dǎo)通，避免使用額外的引腳或外部電容器。與競爭方案中的大型PMOSFET相反，MAX25024采用小尺寸、高性價(jià)比的NMOSFET，以最大限度地減小BOM尺寸和成本。這些優(yōu)勢使PCB尺寸比其他解決方案小45%。

總結(jié)

TFT-LCD顯示器在現(xiàn)代汽車中無處不在。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。MAX25024背光驅(qū)動(dòng)器IC不僅符合ASIL B功能，而且超越了冷啟動(dòng)規(guī)格，具有低EMI，全部采用小封裝。

采取下一步行動(dòng)

要了解MAX25024如何增強(qiáng)汽車顯示設(shè)計(jì)，請查看MAX25024EVKIT評估板。該套件采用 2.5V 至 36V 的直流電源電壓工作。其開關(guān)頻率可設(shè)置為 2.2MHz 或 400kHz，工作在 I2C 模式。

審核編輯：郭婷