在此設(shè)計解決方案中，我們展示了TFT-LCD顯示屏背光如何滿足汽車最嚴格的要求。我們演示MAX25024汽車背光驅(qū)動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)計使MAX25024滿足并超過無閃爍汽車顯示器操作的冷啟動規(guī)格。高集成度可實現(xiàn)小型 IC、更低的 BOM 成本和更小的 PCB 尺寸。

介紹

新車型越來越多地配備多個顯示器以實現(xiàn)不同功能。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)備必須足夠堅固，不僅能夠承受惡劣的汽車環(huán)境（冷/熱曲柄、拋負載、啟動/停止），而且還包含滿足 ASIL（汽車安全完整性等級）安全標準所需的其他診斷，具有低電磁干擾 （EMI） 以減少對車輛中多個射頻接收器的干擾， 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)計解決方案回顧了TFT-LCD背光設(shè)計的主要挑戰(zhàn)，重點介紹了它們?nèi)绾螡M足ASIL安全標準。我們還研究了它們?nèi)绾卧诘碗姵仉妷海ɡ鋯樱┫聼o顯示屏閃爍的情況下運行，同時保持低EMI和更小的尺寸。然后，本文介紹了一款符合這些標準的TFT-LCD背光驅(qū)動器IC。

功能安全

ISO（國際標準化組織）-26262 是一項推動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，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重程度、故障的可控性以及發(fā)生故障時的風險敞口決定。符合ASIL標準的集成電路（IC）包括性能分析。它們使用更嚴格的保護和準確性，并具有冗余的參考。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)部存儲器糾錯（如果存在）

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

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

冷啟動規(guī)格

當環(huán)境溫度過低時，就會發(fā)生冷啟動，從而降低電池的供電能力，從而導(dǎo)致電池電壓低于啟動發(fā)動機的大電流。顯示器在冷啟動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中的典型冷啟動時序圖。它規(guī)定電池在低至 2.8V（最壞情況下）的工作時間為 15 毫秒，然后恢復(fù)到 6V 的值，該值可能會保持幾秒鐘。由于儀表盤顯示器在起動時已經(jīng)可以運行，因此TFT-LCD背光燈在此精確點正確工作非常重要。

滿足此規(guī)范具有挑戰(zhàn)性。TFT LCD背光驅(qū)動器需要一個連續(xù)的5V來驅(qū)動外部升壓MOSFET，但在冷啟動期間，電池電壓無法支持5V工作。一個典型的解決方案是將此問題傳遞給其他人。

圖2.冷啟動細節(jié)符合 ISO 16750-2 III 級標準。

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)計人員可以為驅(qū)動器饋送一個外部5V電壓。如果沒有外部 5V 電源軌，則需要在 BOM 中添加另一個 IC，例如具有足夠保持能力的 LDO。這會導(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)動器IC，帶有升壓控制器，用于汽車顯示器。四個集成 LED 電流輸出每個可吸收高達 150mA 的電流，使 IC 能夠為 8 英寸或 10 英寸背光顯示器供電。輸出引腳 （BOOST） 可承受高達 52V 的電壓。該器件還接受寬輸入電壓范圍，并可承受高達 40V 的汽車拋負載事件。

圖3.冷啟動細節(jié)符合 ISO 16750-2 III 級標準。

背光驅(qū)動器 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 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)的特性包括基準電壓冗余、每串單獨的 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，以及升壓輸出欠壓和過壓。

超過冷啟動規(guī)格

MAX25024可接受2.5V至36V寬輸入電壓范圍，滿足并超過2.8V最小冷啟動規(guī)格。獨特的電路架構(gòu)（見圖4）使IC能夠達到這種性能水平。板載 LDO 通常由電池 （IN 引腳） 供電，為驅(qū)動器 （DR） 提供 5V 電壓。當檢測到欠壓尖峰時，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 冷啟動期間維持 LDO 操作。

圖4.冷啟動期間的 5V LDO 偏置。

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

圖5.冷啟動測試： 9 個 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100ms低至2.5V時，當凈溫升小于1°C時，IC溫度立即為40.3°C。

圖6.IC 溫度，9 個 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)射水平遠低于限值。

圖7.IC 溫度，9 個 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。與競爭對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來最小化BOM尺寸和成本。這些優(yōu)勢使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。我們討論了現(xiàn)有方案的缺點，并提出了一種新型高性價比背光驅(qū)動器IC，即MAX25024，它不僅滿足ASIL-B功能，而且超越冷啟動規(guī)格，具有低EMI，全部采用小封裝。

審核編輯：郭婷