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(zhí)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(fā)展,我們可以預期未來的汽車將配備多個顯示器(圖1),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(tǒng)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(fā)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(xié)議的動態(tài)編排,同時滿足汽車安全水平。
液晶顯示器
汽車系統(tǒng)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(zhàn)性的汽車環(huán)境中表現(xiàn)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(tǒng)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,源極驅動器提供兩個電壓:V收銀機和 V地中海.柵極驅動器的電壓為 VGVDD和 V格維,>用于打開和關閉每個子像素中的 TFT 開關。
源極驅動器施加的電壓介于 V 之間收銀機(+7V) 和 V地中海(-7V)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 關閉時 (VDGVEE= -10V),像素保持其電荷并“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
典型的TFT-LCD電源IC(圖4),帶V型在= 3.3V 產生 V>收銀機(+7V) 帶升壓轉換器和 V地中海(-7V) 帶逆變器。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,但作為一對用于V的雙二極管包含在圖7的完整PCB布局中。DGVDD(D3、D6 和 D7、D9)和一對 VDGVEE(D5、D6和D11、D12)。
圖4.TFT-LCD 電壓軌生成。
背光源
由于LCD不是自發(fā)光顯示器,因此需要白光源來使彩色圖像可見?,F(xiàn)代顯示器使用白光LED(發(fā)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(qū)域。LED 通常排列成“串”,由多個串聯(lián)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)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?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器位控制各個輸出。圖7顯示了整個LCD-TFT電源系統(tǒng),僅限于僅3.45cm的PCB區(qū)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(xiàn)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(zhí)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
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