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如何為未來(lái)的汽車TFT-LCD顯示器供電

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:ADI ? 作者:ADI ? 2022-12-15 11:01 ? 次閱讀
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用于汽車信息娛樂(lè)TFT-LCD顯示器的電子設(shè)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(diǎn)之后,我們介紹了一種使用具有串行通信PMIC的新方法,該方法緊密集成了復(fù)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(yán)格的ASIL-B安全等級(jí),同時(shí)減少緊湊的汽車應(yīng)用所需的PCB空間。

介紹

隨著駕駛員信息技術(shù)的快速發(fā)展,我們可以預(yù)期未來(lái)的汽車將配備多個(gè)顯示器(圖1),每輛車可能配備十幾個(gè)甚至更多。這些“信息娛樂(lè)”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(gè)娛樂(lè)顯示器。

雖然汽車顯示器的尺寸和分辨率不斷增長(zhǎng),但它們的電子器件變得更加復(fù)雜,但PCB尺寸和成本都受到限制。復(fù)雜性增加的一個(gè)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(gè)例子是顯示系統(tǒng)需要嚴(yán)格的診斷水平,將安全相關(guān)信息傳遞給駕駛員。

該設(shè)計(jì)解決方案回顧了不斷發(fā)展的汽車信息娛樂(lè)集群的典型電源管理解決方案的缺點(diǎn)。然后,它為尺寸問(wèn)題提供了解決方案,同時(shí)促進(jìn)了操作顯示器所需的復(fù)雜協(xié)議的動(dòng)態(tài)編排,同時(shí)滿足汽車安全水平。

液晶顯示器

汽車系統(tǒng)中使用的標(biāo)準(zhǔn)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(wú)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(gè)子像素通過(guò)充當(dāng)開關(guān)的TFT晶體管接收其偏置電壓(設(shè)置其透射率)。像素由三個(gè)子像素組成,每個(gè)子像素對(duì)應(yīng)一個(gè)原色:紅色、綠色和藍(lán)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(guò)微控制器驅(qū)動(dòng)的所有電源排序?yàn)樵礃O和柵極驅(qū)動(dòng)器供電。

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圖2.TFT-LCD顯示框圖。

圖3顯示了驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器提供兩個(gè)電壓:V收銀機(jī)和 V地中海.柵極驅(qū)動(dòng)器的電壓為 VGVDD和 V格維,>用于打開和關(guān)閉每個(gè)子像素中的 TFT 開關(guān)。

源極驅(qū)動(dòng)器施加的電壓介于 V 之間收銀機(jī)(+7V) 和 V地中海(-7V)到子像素(由電容器CPIX和存儲(chǔ)電容器CS表示),從而設(shè)置其透射率。當(dāng) TFT 關(guān)閉時(shí) (VDGVEE= -10V),像素保持其電荷并“記住”其透射率設(shè)置,直到在下一個(gè)視頻幀期間更新。

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圖3.TFT-LCD顯示框圖。

為了避免顯示器“老化”并延長(zhǎng)液晶材料的使用壽命,有源矩陣LCD的晶體由反轉(zhuǎn)方法驅(qū)動(dòng),該方法交替施加到子像素的電壓相對(duì)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(chǎn)生 V>收銀機(jī)(+7V) 帶升壓轉(zhuǎn)換器和 V地中海(-7V) 帶逆變器。兩個(gè)電荷泵產(chǎn)生正(VDGVDD) 和負(fù) (VDGVEE) 柵極驅(qū)動(dòng)電壓。為簡(jiǎn)單起見,此處省略了每個(gè)電荷泵所需的四個(gè)外部二極管,但作為一對(duì)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(duì) VDGVEE(D5、D6和D11、D12)。

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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(lái)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(cè)或多側(cè),并在擴(kuò)散器的幫助下照亮顯示區(qū)域。LED 通常排列成“串”,由多個(gè)串聯(lián)的 LED 組成。

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

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圖5.背光。

這種低集成度解決方案采用兩個(gè)獨(dú)立的集成電路和相關(guān)無(wú)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(lái)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(shí)現(xiàn)電源軌所需的順序和時(shí)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(gè)集成解決方案。TFT-LCD 電源軌和 LED 背光控制器都集成在單個(gè) PMIC 中,以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格控制并減少 PCB 空間。

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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(dú)的位來(lái)控制每個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)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(shí)序和它們之間的時(shí)序?;蛘?,可以通過(guò)提供內(nèi)部預(yù)設(shè)序列來(lái)進(jìn)一步減輕外部微控制器的負(fù)擔(dān)。

符合 ASIL-B 標(biāo)準(zhǔn)

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(píng)級(jí),例如,向駕駛員提供安全相關(guān)信息的儀表盤顯示屏。樣品診斷包括:

輸出端過(guò)壓/欠壓檢測(cè)。

內(nèi)部存儲(chǔ)器上的糾錯(cuò)(如果存在)。

將這些功能包含在單個(gè)集成電路中,使系統(tǒng)更容易達(dá)到ASIL-B的完整性水平。

示例設(shè)備

例如,MAX20069是一款高度集成的TFT電源和LED背光驅(qū)動(dòng)器,適用于汽車TFT-LCD應(yīng)用。該器件集成了一個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器電源和一個(gè)升壓/SEPIC轉(zhuǎn)換器,可為顯示器背光中的一至四串LED供電。芯片上所有轉(zhuǎn)換器的默認(rèn)開關(guān)頻率為2.2MHz,這減小了外部無(wú)源元件的尺寸,并具有不會(huì)在AM無(wú)線電頻段引起電磁干擾的額外優(yōu)勢(shì)。

PMIC 將所有這些功能集成在一個(gè)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(dòng)和關(guān)斷序列均使用七種預(yù)設(shè)模式之一進(jìn)行控制,這些模式可通過(guò) SEQ 上的電阻器或通過(guò) I 進(jìn)行選擇2C 接口?;蛘?,可以使用適當(dāng)?shù)?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器位控制各個(gè)輸出。圖7顯示了整個(gè)LCD-TFT電源系統(tǒng),僅限于僅3.45cm的PCB區(qū)域2.

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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(jié)論

TFT-LCD顯示器在現(xiàn)代汽車中無(wú)處不在,在未來(lái)的汽車中將更加如此。驅(qū)動(dòng)顯示器所需的電子設(shè)備必須減小到最低限度,以限制PCB尺寸和成本。這包括復(fù)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(diǎn),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(yán)格的ASIL-B安全等級(jí),同時(shí)減少緊湊的汽車應(yīng)用所需的PCB空間。

審核編輯:郭婷

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