为什么功能安全对汽车显示器很重要

在特斯拉Model 3内部，方向盘右侧的15英寸触摸屏可以访问所有驾驶员控制，取代了目前许多其他汽车中常见的各种物理机构和面板。随着越来越多的汽车制造商转向以显示器为中心的设计，这些显示器的功能安全性变得更加重要。本应用笔记讨论了汽车显示器中的底层组件如何符合功能安全标准。®®

介绍

当今的高分辨率车辆显示屏显示大量数据，从车速到导航，再到盲点中是否有另一辆车。分析师预计，大于8英寸的显示器市场将强劲增长，12.3英寸显示器在全数字仪表盘中将获得更多牵引力。分辨率也将继续提高，4K和最终8K将成为常态。

未来的汽车显示器将具有局部调光等功能，可提高对比度，使色彩更加清晰生动。例如，显示屏的黑色部分将是真正的黑色，使仪表盘更易于阅读。预计车内显示器的数量将增加。我们已经可以在现代车辆中数出多达 10 个显示器：仪表盘、中央信息显示器 （CID） （1-2）、智能后视镜、后视镜更换 （2）、平视显示器 （HUD）、头部支架上的后座支架 （2） 和车顶上的后座支架。

由于这些汽车显示器中的大多数都通过高级驾驶辅助系统（ADAS）和数字仪表板提供安全关键信息，因此它们必须符合功能安全标准。功能安全是显示器的一个重要考虑因素，因为特别是对于ADAS等应用，显示器必须可靠地运行，同时为驾驶员提供清晰的视觉效果。例如，图像冻结或太亮而无法清晰查看的显示器是无效的。汽车电子/电气系统的功能安全由ISO 26262指导。汽车安全完整性等级（ASIL）对汽车系统中的固有安全风险进行分类，是该标准的组成部分。ASIL 有四个级别：ASIL A、ASIL B、ASIL C 和 ASIL D，其中 ASIL D 是最严格的。

对于汽车显示器，包括仪表板、后视镜更换和HUD，ASIL B合规性通常是目标。仪表盘显示屏内有各种模块，应符合 ASIL B 概述的标准。在本应用笔记中，我们将探讨如何设计其中两个模块，即用于电源管理的薄膜晶体管（TFT）偏置和发光二极管（LED）背光驱动器，以实现ASIL B合规性。

ASIL 合规性

TFT 偏置通常由 TFT 源极驱动器的 AVDD 和 NAVDD 电压、TFT 栅极驱动器的 VGON 和 VGOFF 电压以及液晶显示器 （LCD） 背板的 VCOM 电压组成（图 1）。一个我2C 接口和故障引脚用于与主机微控制器单元 （MCU） 通信。为了达到ASIL B合规性（图2），TFT偏置模块理想情况下应具有以下特性：

我2用于设备设置调整以及每个导轨诊断的 C 接口

故障引脚，用于提醒MCU发生故障

每个电源轨上的欠压和过压检测

通过 I 具有固定或可调电压的内部电阻器2C 接口（外部电阻意味着更多的故障点，因此设计人员通常会避免使用它们）

冗余基准，可防止单个故障导致系统崩溃

打开使能引脚以增加冗余。（当使能引脚打开时，芯片将查看另一个引脚以确定它是打开还是关闭。

图1.典型的TFT偏置应用。

图2.TFT偏置，ASIL B特征。

以下是需要考虑的三种典型TFT偏置故障场景：

当 VCOM 电压超出范围时

当 VGON/OFF 电压处于过压状态时

在故障安全操作期间，使用使能引脚开路

在涉及VCOM和VGON/OFF电压的前两种情况下，故障引脚将向MCU发出警报。然后，MCU将读取寄存器以验证情况并使用I2C 以相应地调整电压。在故障安全操作场景中，当使能引脚开路而FEN仍然很高时，输出电压将回落到默认设置。MCU可以通过I调节电压2C 接口。

LED 背光驱动器标准

LED应用电路的输入通常直接连接到汽车电池，当输出短路时，汽车电池具有电压保护功能。输出可以是升压或单端初级电感转换器（SEPIC），具体取决于每串的LED数量。一个我2需要 C 接口和故障引脚才能与 MCU 通信。典型应用电路中的LED驱动器参见图3。

图3.典型应用电路中的LED驱动器。

为了符合 ASIL B 标准，LED 驱动器理想情况下应具有以下特性：

我2用于设备设置调整和诊断的 C 接口

故障引脚，用于提醒 MCU 发生故障

每串 LED 开路或短路检测

升压输出电压测量

每串 LED 电流测量

具有固定输出或通过 I 可调输出的内部电阻器2C 接口

打开启用

用于监视输出的冗余参考

有关具有ASIL B功能的LED驱动器，请参见图4。

图4.具有 ASIL B 功能的 LED 驱动器。

对于LED驱动器，与我们的TFT偏置应用一样，还需要注意以下故障场景：

字符串 1 的 LED 打开。在这种情况下，故障引脚将向MCU发出警报，MCU将读取I2C 寄存器以了解哪个 LED 串有开路。然后，MCU将向其他串泵送更多电流，以实现相同的亮度。

字符串 2 有一个 LED 短路。与前面的情况一样，故障引脚将向MCU发出警报，MCU将读取I2C 寄存器以了解哪个 LED 串短路。为了节省功耗，LED驱动器将关闭短路的灯串。然后，MCU将向其他串泵送更多电流以产生相同的亮度。

升压输出电压较低。故障引脚再次向MCU发出警报，MCU读取I2C 寄存器知道升压电压很低。通常，输出电容接地短路，或LED接地短路。前端保护器件（如 p 沟道驱动 （PGATE） 引脚）将断开。在这种情况下，仪表板上只会显示速度或发动机温度等重要消息。

具有使能引脚开路的故障安全操作。当使能引脚开路而FEN仍为高电平时，LED驱动器电流回落到默认设置。MCU可以通过I调节电流2C 接口。

TFT 偏置解决方案

许多TFT偏置IC没有通信机制。但是，MAX20067 TFT-LCD偏置IC具有VCOM缓冲器、电平转换器和I。2C 接口。该PMIC为TFT-LCD提供了业界首个集成电源解决方案，具有同步升压、栅极着色和I功能。2C 协议。它的 I2C 接口提供设置控制，以及诊断和监控。其 AVDD 升压转换器还包括扩频调制功能，可降低峰值干扰并优化电磁干扰 （EMI） 性能。

LED驱动器解决方案

背光产品包括MAX20444 4通道、130mA背光驱动器，带升压/SEPIC控制器和I2C 接口。该 IC 可接受 4.5V 至 36V 的宽输入电压范围，可承受直接的汽车抛负载事件。其内部电流模式开关 DC-DC 控制器支持升压或 SEPIC 拓扑，同时工作在 400kHz 至 2.2MHz 频率范围。该 IC 提供完整的诊断、多功能调光方案和增强的 EMI 性能。

总结

显示器在车辆操作中发挥着越来越重要的作用。因此，必须确保显示器符合功能安全标准。对于符合ASIL B标准的汽车级IC，工程师可以简化设计流程，以实现高性能、可靠的显示应用。

审核编辑：郭婷