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随着驾驶员信息技术的快速发展,我们可以期待未来的汽车配备多个显示器,每辆车可能有十几个甚至更多(图1)。 这些“信息娱乐”显示器将包括一个仪表板,一个中央信息显示器,镜子更换显示器,以及可选的多个后排座椅娱乐显示器。
1.典型的智能车将有多个显示器。
虽然汽车显示器的尺寸和分辨率已经增长,但它们的电子设备变得更加复杂,但PCB尺寸和成本都受到限制。 在电源轨阵列中发现了增加复杂性的一个例子,该电源轨偏置TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)面板并为其背光供电。 另一个例子是显示系统所需的严格诊断,将安全相关信息传递给驾驶员。
本文回顾了用于不断发展的汽车信息娱乐集群的典型电源管理解决方案的缺点。 然后,它提供了尺寸问题的解决方案,同时促进了在满足汽车安全水平的同时操作显示器所需的复杂协议的动态编排。
液晶显示屏
汽车系统中使用的标准显示器是有源矩阵彩色TFT-LCD,由于其高亮度,高分辨率,合理的成本以及在具有挑战性的汽车环境中
展示的可靠性而变得无处不在。 液晶能够通过施加的电压改变其透射率。 有源矩阵TFT-LCD显示器中的每个子像素通过用作开关的TFT晶体管接收其偏置电压(其设置其透射率)。 像素由三个子像素组成,每个子像素对应一种原色:红色,绿色和蓝色。
图2显示了TFT-LCD显示器电源系统的主要元件。 电源(PS)模块TFT_LCD PS通过微控制器驱动的所有电源排序为源极和栅极驱动器供电。 向栅极驱动器提供电压VPGVDD和VDGVEE,它们用于接通和断开每个子像素中的TFT开关。
2. TFT-LCD显示器包括背光。
源极驱动器将VPOS(+ 7 V)和VNEG(-7 V)之间的电压施加到子像素(由电容器,CPIX和存储电容器CS电气表示),从而设置其透射率。 当TFT关闭(VDGVEE = -10V)时,像素保持其电荷并“记住”其透射率设置,直到在下一个视频帧期间更新为止。
为了避免显示“老化”并改善液晶材料的寿命,有源矩阵LCD的晶体由反转方法驱动,该方法使施加到子像素的电压的极性相对于公共电极交替。 背面电极(如图3所示)。
3. TFT-LCD像素电压轨。
TFT-LCD电压轨
VIN = 3.3 V的典型TFT-LCD电源IC(图4)通过升压转换器产生VPOS(+ 7 V),使用逆变器产生VNEG(-7 V)。 两个电荷泵产生正(VDGVDD)和负(VDGVEE)栅极驱动电压。 为简单起见,省略了每个电荷泵所需的四个外部二极管,但它们包含在完整的PCB布局中(如图7所示),作为VDGVDD(D3,D6和D7,D9)的一对双二极管和一个 用于VDGVEE(D5,D6和D11,D12)。
4. TFT-LCD电压轨生成。
LED背光
由于LCD不是发光显示器,因此需要白光源来使彩色图像可见。 现代显示器使用白色LED(发光二极管)作为光源。 LED放置在
显示器的一侧或多侧,并借助扩散器照亮显示区域。 LED通常布置在由串联的多个LED组成的“串”中。
由于白色LED的高正向电压(3 V至4 V),驱动每个串所需的总电压通常需要使用升压转换器。 多个字符串用于获得所需的总亮
度,以使显示器阳光下可读。 在图5中,典型的升压控制器IC驱动TFT-LCD背光的LED矩阵。
5.LED背光系统必须驱动多个LED。
这种低集成度解决方案采用两个独立的集成电路和相关的无源元件为TFT-LCD显示器和背光供电,但从PCB空间利用和完全控制
所有电压轨的角度来看,这不是最佳选择。 在LCD显示器中,必须控制各种电源IC的所有使能输入,以获得所需的供电轨顺序和时序。 低集成解决方案中的这种控制需要微控制器上的大量GPIO引脚,并增加了软件开销。
综合解决方案
图6显示了集成解决方案。 TFT-LCD导轨和LED背光控制器都集成在一个PMIC中,可实现严密控制并减少PCB空间。
具有串行控制接口的集成PMIC解决方案可以具有单独的位来控制每个内部转换器,从而释放微控制器上的许多引脚。 这允许通过使用外部微控制器完全控制输出的顺序和它们之间的时序。 或者,通过提供内部预设序列,可以进一步减轻外部微控制器的负担。
符合ASIL-B标准
将I2C通信功能集成到PMIC中有助于控制和诊断。 汽车系统需要额外的诊断来获得安全等级,例如,为驾驶员提供安全相关信息的仪表组显示器。 样品诊断包括:
输出上的过压/欠压检测
内存中的错误纠正(如果存在)
用于错误检测/纠正的任何接口上的奇偶校验位或CRC(循环冗余校验)
将这些功能包含在单个集成电路中使系统能够更轻松地达到ASIL-B级别的完整性。
7.集成TFT-LCD和LED背光PMIC PCB(2.65 cm x 1.3 cm = 3.45 cm2)。
结论
TFT-LCD显示器在现代汽车中无处不在,在未来的汽车中更是如此。 驱动显示器所需的电子元件必须减少到最小,以限制PCB尺寸和成本。 这包括复杂的电源轨阵列,偏置TFT-LCD面板并为其背光供电。
我们回顾了低集成度电源管理解决方案的缺点,并推出了单芯片PMIC解决方案,该解决方案紧密集成了各种电压轨和串行通信。这种新型解决方案可轻松执行所需的诊断,以满足严格的ASIL-B安全等级,同时减少紧凑型汽车应用所需的PCB空间。