Jun . 2025
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在現代汽車中，眾多電子控制單元（ECU）負責控制各種功能，如引擎管理、傳動控制、煞車系統和資訊娛樂系統。每個 ECU 通常都配備自己的 MCU，這增加了汽車電氣架構的整體複雜性和成本。
車燈的情況也是如此，前後左右的車燈通常都有各自獨立的 ECU。尤其在一些車燈包含成百上千個像素，或者燈是由多塊分散的印刷電路板（PCB）組成時，以市場現存大量量產的 LED 驅動解決方案而言，每個燈板都需要使用一片 MCU 來作為控制的轉發點來提升系統的可靠性，通訊速度以及電磁兼容（EMC）性能。
本文以 TLD7002-16ES 為例，提出了一種使用 UART OVER CAN 通訊介面來降本並且提升 EMC 效能的解決方案。
TLD7002-16ES 是一款 16 頻道的汽車 LED 恆定電流源驅動晶片，具有全面的保護和診斷功能，支援高達 2M 通訊速率 UART OVRE CAN。它旨在控制最高達 76.5 mA 電流的 LED 作為線性電流 sink（LCS）。並聯電源輸出級實現更高的負載電流。每個獨立的電源輸出級都配置了儲存在 OTP 中的 6 位元電流設定值，並且可以設定 16 個獨立的 PWM 配置。高速照明介面用於設備OTP 編程、配置、控制和診斷回饋。該晶片可以直接驅動多像素 LED，並且省去燈板上額外的 MCU。
此外，TLD7002-16ES 可以用作網關來控制其它的外部 LED 驅動，例如：線性恆定電流源（英飛凌 LITIX™ Basic+ 家族） 或 DC/DC 轉換器（LITIX™ Power）。再不增加額外 MCU 的基礎上，可以沿用現有的方案，甚至減少 UART OVER CAN 線性 LED 驅動晶片數量，以支援更高的系統輸出電流。透過以上方式可以有效優化系統成本。
圖1 TLD7002-16ES網關實作範例
TLD7002-16ES 是一款具有 HSLI 介面（CAN OVER UART）的智慧型 16 通道 LED 驅動器。
在英飛凌 TLD7002-16ES 的參考設計中，該晶片被用作網關，以控制多個外部 LED 驅動器，包括線性電流源（LITIX™ Basic+ 家族）或 DC/DC 轉換器（LITIX™ Power 家族）。
以下將這些不在 TLD7002-16ES 上整合的 LED 驅動器稱為外部 LED 驅動器。這些外部驅動器負責驅動連接到外部 LED 驅動器上的 LED，而直接負載則是指由 TLD7002-16ES 輸出直接驅動的 LED。
網關方法具有以下優點：
圖2 外部的LED驅動和TLD7002-16ES的臨近的2個通道連接
使用 TLD7002-16ES 作為網關來控制外部 LED 驅動器，需要以下連接：
TLD7002-16ES 的 OUTn 通道提供 PWM 訊號給外部 LED 驅動器
診斷基於外部 LED 驅動器的 Fault/ERR 引腳。 Fault 引腳由TLD7002-16ES 的 OUTn 通道或相鄰的OUTn+1 通道取樣，具體取決於應用程式。
因此，一個「網關通道」可能佔用 TLD7002-16ES 的兩個輸出：一個用於 PWM，一個用於診斷。
圖3 PWM和診斷合併在TLD7002-16ES的單一輸出
當多個線性電流源連接到單一 PWM 輸出，且 Fault 接腳收集到一個 TLD7002-16ES 輸出時，TLD7002-16ES 的總輸出通道使用量可以減少一半。
在某些情況下，單一 TLD7002-16ES 通道可以透過簡單的變通方法同時服務 PWM 和診斷目的。
圖4 TLD7002-16ES PWM訊號整形
TLD7002-16ES 是一個低側開漏電流沉，因此它產生的 PWM 是反向。這個反轉的 PWM 訊號可以透過軟體輕鬆，但更優的方法是在TLD7002-16ES 拉電流時產生高電平PWM（即TLD7002-16ES 輸出啟用時）。保持反向的PWM 可能會在外部 LED 驅動器的輸出端產生非期望的毛邊。
PWM 訊號的反向可以透過使用一個簡單的 BJT 晶 體管來實現，如圖 4 所示。為了減少功率損耗，可以TLD7002-16ES 的 OUT12 通道的電流設定為最小值（5.6 mA）。此外，透過在基極上使用 10 kΩ 電阻，可以進一步減少功率損耗。但是，這可能會導致虛假的開路（OL）偵測和 OUT12 通道的電流警告，應用軟體必須忽略這些警告。或者，基極電阻 R78 可以使用較低的歐姆值（例如 330 Ω），這樣可以允許輸出保持在較高的電平，從而防止 CUR_WRN 或 OL 警告。
圖5 黏合邏輯以提供PWM並監控故障引腳
使用單一 TLD7002-16ES 引腳和簡單的黏合邏輯電路，可以執行 PWM 並檢索外部 LED 驅動器的診斷資訊。該電路有以下主要任務：
具體工作原理為：
Q9電晶體實際上為TLD5191ES 提供了一個清晰的（邏輯電平 HIGH/LOW）PWM 訊號。如果TLD5191ES 偵測到故障，則 FAULT_H 線將被拉低， 從而開啟 Q90 電晶體，導致 OUTn 接腳的前向電壓降低到 VBE(Q9) + 0.2 V（Q90 飽和電壓）。如果 VFWD_ WRN閾值在一次性可編程（OTP）記憶體中設定為1.25 V， 那麼在外部 LED 驅動器故障期間降低的 VFWD 電壓將在TLD7002-16ES OUTn引腳上產生VFWD_WRN訊號。
需要注意的是，TLD7002-16ES 的 VLED 引腳和黏合邏輯的供電電壓都是連接到 IVCC_H（5 V），由 TLD5191ES 提供。這是必要的，因為 TLD7002-16ES 的診斷是基於差分電壓讀取 VLED-OUTn（或 VS-OUTn）來實現的。此外，外部LED 驅動器（TLD5191ES）的 PWM 訊號必須在典型的邏輯電平上運作。或者，也可以使用 TLD7002-16ES的VDD接腳作為 PWM 黏合邏輯的供電電壓，但需注意 VDD 接腳最多只能提供 10mA 的電流。
圖 5 顯示了黏合邏輯，具有以下要求：
可選規則：確保 OUTn > OL（0.5 V），以避免誤觸發 OL 偵測。
診斷檢測機制：
當 ERRN 流出電流（錯誤出現）時，R4 被旁路， 由 OUTn 讀 取 VFWD=VBE (Q9) +VSAT(Q90)， 在這種情況下，會將產生一個 VFWD_WRN（小 VFWD）。
當 ERRN 不流出電流（ 錯誤不出現） 時，R4 的壓力降必須足夠大，以防止 OUTn 偵測 VFWD_WRN 或 SLS。然而，這個壓降又不能過大，以免觸發 OL 警告。
OTP設定
IOUTn = 5.6 mA 。這是 TLD7002-16 上可能的最小輸出電流，用於減少功率損耗。
VFWD_WRN = 1.25 V 。當 R4 被旁路時，該值必須大於VBE(Q9)（低溫）+ VSAT(Q90) =>，只有在這種情況下，錯誤才會被偵測到。
對於指令應用程序，例如 BCM，要檢測外部 LED 驅動器通道中的故障，需要一個 TLD7002-16ES 輸出採樣外部驅動器的 Fault（或 ERR）引腳。
為了利用 TLD7002-16ES 的 診斷功能， 例如去抖動功能，當外部LED 驅動器的故障引腳活動時，觸發TLD7002-16ES 的警告標誌是一種便捷的方法。實現這一點的一種方法是使用外部驅動器的故障引腳來觸發TLD7002-16ES 的 OL 警告或 VFWD_WRN 警告。這通常是透過外部黏合邏輯來實現的，如圖 9 和圖 10 所示。
OL 和 VFWD 警告偵測機制在 TLD7002-16ES 資料手冊中有詳細解釋。
圖6 TLD7002-16ES閘道通道時序：PWM產生與診斷取樣
如果在兩個不同的 TLD7002-16 通道上執行 PWM 和診斷（見圖 6），那麼正確地分配 PWM 和 DIAG TLD7002- 16 通道號碼並了解其 PWM 約束是非常重要的。在網關通道上的 PWM診斷序列應該按照以下順序進行：
在診斷 ADC 讀取之前提供 PWM 是有利的，以確保外部 LED驅動器已被激活，從而使其故障引腳能夠被 TLD7002-16正確取樣。但是，透過適當的去抖動設置， 這個順序要求可以被忽略。為了實現上述序列，建議將 TLD7002-16 OUTn 通道指定為 PWM 通道，將 OUTn+1 通道指定為診斷通道。
TLD7002-16ES 具有最小 PWM 開 啟動 時 間 約 束， 以 的確 保 準 確 的 診 斷 讀 取， 因 為 大 多 數 診 斷 標 志 在 TLD7002-16 上都是基於 VFWD 數 診 斷 標 志 在 TLD7002-16 上都是基於 VFWD 數 診 斷 標 志 在 TLD7002-16 上都是基於 VFWD 的讀取的。這些限制在此 簡要概述，並在TLD7002-16資料手冊 [5] 中有詳細描述。
其中，N 等於禁用相移的前一個通道的數量。因此， 網關 DIAG 和 PWM 通道必須遵守適當的最小佔空比。
例如，在圖6中，網關函數在 OUT1和OUT2 上實現， 同時考慮以下情況，並將 OUT0 分配給不同的 LED 燈串：
tOUTnPW > tdiag_dly + (2+1)* tDIAG_ON
圖7 驅動外部線性恆定電流源TLD2331-3EP
TLD2331-3EP 作為一個 3 通道的高邊恆流源，可以與 TLD7002-16ES 以如下的方式連接：
TLD2331-3EP的3條SET訊號分別連接到TLD7002- 16ES 的 3 個輸出端，這些輸出端分別控制 3 個 IN_SET 通道。每個通道可以獨立控制，實現高精度的電流調節和出色的動畫效果。
TLD2331-3EP 晶片的 ERRN 接腳連接到下一個可用的 TLD7002-16ES 輸出端，用於故障診斷。
圖8 驅動單通道低邊線性恆定電流源晶片TLD1173-1ET
TLD1173-1ET 與 TLD7002-16ES 之間的連接如下：
一個 TLD7002-16ES 輸出端同時連接到 TLD1173- 1ET 的 PWM 和 ERRN/DEN 接腳。 PWM 和 ERRN/DEN 膠合邏輯電路在先前章節中曾詳述。
這允許降低最小佔空比（請參閱 TLD7002-16ES 資料手冊 [5] 的第 7.2 章） 。例如，對於圖 5 中的電路，啟用 OUT0 的相移，禁 用 OUT1，2，3，4 的相移 ，將 SLS 設定為 0，以便只關心 VFWD_WRN 標誌 。
有 關 OTP 模 擬 和 編 程 的 更 多 詳 細 信 息， 請 參 閱 TLD7002-16 OTP 編程 [3] 和OTP參數設定 [4] 應用筆記。
TLD7002-16ES 智慧閘道晶片透過 UART OVER CAN 通訊口線，實現車燈 ECU 的 MCU-Less 架構。這 種設計減少了 40% 硬體複雜度及 25% 線束需求，推動了域集中式電氣設計的革新。同時，它更能滿足軟體定義汽車（SDV）對車燈系統的動態配置需求。單晶片整合方案取代傳統分立設計，降低 30%BOM 成本。作為高性價比車燈控制平台，TLD7002-16ES 兼顧了功能安全、靈活擴展與可靠性升級，為智慧車燈系統提供了堅實的硬體基礎支撐。
文章來源：英飛凌汽車電子生態圈
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