作者：Szukang Hsien 和 Nazzareno (Reno) Rossetti，Maxim Integrated

新車型越來越多地配備用于不同功能的多個顯示器（圖 1 ）。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。由于儀表板顯示器向駕駛員提供相關的安全信息，其電子設備必須足夠堅固，不僅能夠承受惡劣的汽車環境（冷/熱啟動、負載突降、啟動/停止），而且還包含滿足汽車安全所需的額外診斷功能完整性等級 (ASIL) 安全標準，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，并且足夠小以在同一空間內安裝其他電子設備。

該設計解決方案回顧了 TFT-LCD 背光設計的主要挑戰，重點是它們如何滿足 ASIL 安全標準。我們還研究了它們如何在電池電壓低（冷啟動）的情況下運行而不會顯示閃爍，同時保持低 EMI 和更小的尺寸。然后，它介紹了滿足這些標準的 TFT-LCD 背光驅動器 IC。

功能安全 (ASIL)

ISO-26262 是一項推動功能安全要求的法規。它解決了由電氣安全相關系統的故障行為引起的可能危害，包括這些系統的相互作用。系統所需的功能安全級別按系統的 ASIL 等級分類，范圍從 A 級到 D 級。D 級需要最穩健的系統。系統的 ASIL 等級取決于潛在傷害的嚴重程度、故障的可控性以及發生故障時所面臨的風險。符合 ASIL 標準的 IC 包括性能分析。他們使用更嚴格的保護和準確性，并有多余的參考。它們在開路引腳和監控電路上具有故障保護功能，以提供使系統合規所需的檢測、診斷和驗證。我的整合IC 的2 C 通信能力有助于控制和診斷。示例診斷包括：

輸出過壓/欠壓檢測

內部存儲器上的糾錯（如果存在）

用于錯誤檢測/糾正的任何接口上的奇偶校驗位或循環冗余校驗 (CRC)

將這些功能包含在單個 IC 中使系統能夠更輕松地達到 ASIL-B 完整性級別。

冷啟動規格

當環境溫度過低時會發生冷啟動，從而降低電池的供電能力，從而導致電池電壓低于啟動發動機所需的大電流。顯示器在冷啟動下的電子操作對于避免閃爍至關重要。

圖 2顯示了 ISO 16750-2 中的典型冷啟動時序圖。它規定電池在 2.8 V（最壞情況）下運行 15 毫秒，然后恢復到 6 V 值，該值可能會保持幾秒鐘。由于組合儀表顯示屏在啟動時已經可以運行，因此 TFT-LCD 背光燈在此精確點正確運行非常重要。

圖 2：符合 ISO 16750-2，III 級的冷啟動細節

滿足此規范具有挑戰性。TFT-LCD 背光驅動器需要持續的 5V 電壓來驅動外部升壓 MOSFET，但在冷車發動期間，電池電壓無法支持 5V 操作。一個典型的解決方案是將這個問題傳遞給其他人。

在一種解決方案中，背光芯片具有專用引腳，以便系統設計人員可以將外部 5 V 電壓饋送到驅動器。如果沒有可用的外部 5V 電源軌，則需要將另一個 IC（例如具有足夠保持能力的低壓差 (LDO) 穩壓器）添加到材料清單 (BOM) 中。這會導致額外的成本和更大的 PCB 面積。

如果存在外部電源軌但電壓太低，則提供內部電荷泵，但需要額外的硅片和必須執行升壓的額外外部電容器。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 曲柄規格，而不是 2.8V 的最低要求。

小尺寸

高度集成對于減小組件尺寸以在相同空間內安裝更多電子設備并降低成本是必要的。先進的單片工藝有助于減小管芯尺寸并允許使用更小的封裝。片上附加功能的集成減少了整體 BOM，并最大限度地減少了 PCB 尺寸和成本。

迎接挑戰

例如，圖 3中的MAX25024是一款四通道背光驅動 IC，帶有用于汽車顯示器的升壓控制器。四個集成 LED 電流輸出每個可吸收高達 150 mA 的電流，從而允許 IC 為 8 英寸電源供電。或 10 英寸。背光顯示。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，可承受高達 40V 的汽車拋負載事件。

圖 3：帶升壓控制器的四通道背光驅動器

背光驅動器 IC 具有 I 2 C 控制的脈寬調制 (PWM) 調光和混合調光功能。在任何一種情況下，最小脈沖寬度都是 500 ns。結合了串的相移調光和擴頻以降低 EMI。該 IC 采用 24 引腳 TQFN 或 24 引腳側面可濕性 TQFN (SWTQFN) 封裝，工作溫度范圍為 –40°C 至 125°C。

符合 ASIL-B 規范

全面的診斷信息可通過 MAX25024 I 2 C 接口獲得，以簡化在需要 ASIL-B 合規性的系統中的集成。ASIL-B 系統的功能包括電壓參考冗余、每個燈串上的單個 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。

超過冷啟動規格

MAX25024 接受 2.5-V 至 36-V 的寬輸入電壓范圍，滿足并超過 2.8-V 最小冷啟動規范。獨特的電路架構（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，為驅動器 (DR) 提供 5 V 電壓。當檢測到欠壓尖峰時，LDO 輸入切換到輸出（BOOST 引腳）。輸出電容器 (C OUT ) 現在可以在 15 毫秒的指定冷啟動期間維持 LDO 操作。

圖 4：冷啟動期間的 5V LDO 偏置

圖 5顯示了一個 2.5V、100ms 的冷啟動尖峰（見黃色曲線），它不影響輸出電壓 (V BOOST ) 和 LED 電流。因此，故障標志 (FLTB) 保持無效。

圖 5：冷啟動測試：9 個 LED/燈串，100 mA/燈串 × 4，400 kHz，V IN = 2.5 V (100 ms)

板載 LDO 消耗最少的功率，并且封裝的低熱阻確保了非常低的結溫。在圖 6中，左圖顯示曲柄前的 IC 溫度為 39.8°C，電池電壓為 12V。右圖顯示 IC 溫度在 100 毫秒內降至 2.5 V 后立即為 40.3°C，凈溫升小于 1°C。

圖 6：每串 9 個 LED、100 mA/串 × 4、400 kHz 的 IC 溫度在 100-ms 啟動前后

低 EMI

MAX25024還根據EMI CISPR25 Class 5規范進行了電磁輻射測試。例如，圖 7顯示了使用 200-MHz 至 1-GHz 對數周期（水平）天線執行的眾多 EMI 測試之一。IC 的發射水平遠低于限值。

圖 7：滿足 CISPR25 Class 5 EMI 規范

減小尺寸和成本

高集成度可在小型 4 × 4-mm TQFN 封裝中實現多種功能。競爭對手的器件采用 7 × 7-mm 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 開關會斷開電池與輸出的連接。NMOS 通過集成電荷泵開啟，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 相比，這里使用了小型且具有成本效益的 NMOSFET，以最小化 BOM 尺寸和成本。這些優勢使 PCB 尺寸比其他解決方案小 45%。

結論

TFT-LCD 顯示器在現代汽車中無處不在。它們的背光必須在惡劣的條件下工作，滿足功能安全要求，并且尺寸要小。我們討論了現有解決方案的缺點，并展示了一種新的經濟高效的背光驅動器 IC，即 MAX25024，它不僅滿足 ASIL-B 功能，而且超過冷啟動規范，并且具有低 EMI，所有這些都在一個小封裝中。

關于作者：

Szukang Hsien 是 Maxim Integrated 的汽車顯示電源和手勢解決方案執行業務經理。在加入 Maxim 之前，他在德州儀器 (TI) 工作了 9 年，首先擔任混合信號設計師，然后擔任汽車信息娛樂系統營銷工程師和高壓 DC/DC 產品戰略營銷經理。他擁有六項美國專利，并發表了八篇技術/會議論文。“重新定義可能性”是他的座右銘。

Nazzareno (Reno) Rossetti 是 Maxim Integrated 的模擬和電源管理專家。他是一位出版作家，并擁有該領域的多項專利。Reno 擁有意大利都靈理工大學的電氣工程博士學位。

審核編輯 黃昊宇