本文轉(zhuǎn)載自電子設(shè)計(jì)與芯片應(yīng)用2025.4月第32卷。作者英飛凌 蘇星&Fragiacomo Fabio。

在現(xiàn)代汽車中，眾多電子控制單元（ECU）負(fù)責(zé)控制各種功能，如發(fā)動(dòng)機(jī)管理、傳動(dòng)控制、制動(dòng)系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)。每個(gè) ECU 通常都配備有自己的 MCU，這增加了汽車電氣架構(gòu)的總體復(fù)雜性和成本。

車燈的情況也是如此，前后左右的車燈通常都有各自獨(dú)立的 ECU。尤其在一些車燈包含成百上千個(gè)像素，或者燈是由多塊分散的印刷電路板（PCB）組成時(shí)，以市場(chǎng)現(xiàn)存大量量產(chǎn)的 LED 驅(qū)動(dòng)解決方案而言，每個(gè)燈板都需要使用一片 MCU 來(lái)作為控制的轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)來(lái)提升系統(tǒng)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 通訊接口來(lái)降本并且提升 EMC 性能的解決方案。

介紹

TLD7002-16ES 是一款 16 通道的汽車 LED 恒流源驅(qū)動(dòng)芯片，具有全面的保護(hù)和診斷功能，支持高達(dá) 2M 通訊速率 UART OVRE CAN。它旨在控制最高達(dá) 76.5 mA 電流的 LED 作為線性電流 sink（LCS）。并聯(lián)電源輸出級(jí)實(shí)現(xiàn)更高的負(fù)載電流。每個(gè)獨(dú)立的電源輸出級(jí)都配置了存儲(chǔ)在 OTP 中的 6 位電流設(shè)置值，并且可以設(shè)置 16 個(gè)獨(dú)立的 PWM 配置。高速照明接口用于設(shè)備OTP 編程、配置、控制和診斷反饋。該芯片可以直接驅(qū)動(dòng)多像素 LED，并且省去燈板上額外的 MCU。

此外，TLD7002-16ES 可以用作網(wǎng)關(guān)來(lái)控制其它的外置 LED 驅(qū)動(dòng)，例如：線性恒流源（英飛凌 LITIX Basic+ 家族） 或者 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（LITIX Power）。在不增加額外 MCU 的基礎(chǔ)上，可以沿用現(xiàn)有的方案，甚至減少 UART OVER CAN 線性 LED 驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)量，以支持更高的系統(tǒng)輸出電流。通過(guò)以上方式可以有效優(yōu)化系統(tǒng)成本。

基于 TLD7002-16ES 網(wǎng)關(guān)描述

TLD7002-16ES 是一款具有 HSLI 接口（CAN OVER UART）的智能 16 通道 LED 驅(qū)動(dòng)器。

在英飛凌 TLD7002-16ES 的參考設(shè)計(jì)中，該芯片被用作網(wǎng)關(guān)，以控制多個(gè)外部 LED 驅(qū)動(dòng)器，包括線性電流源（LITIX Basic+ 家族）或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（LITIX Power 家族）。

以下將這些不在 TLD7002-16ES 上集成的 LED 驅(qū) 動(dòng)器稱為外部 LED 驅(qū)動(dòng)器。這些外部驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)連接到外部 LED 驅(qū)動(dòng)器上的 LED，而直接負(fù)載則是指由 TLD7002-16ES 輸出直接驅(qū)動(dòng)的 LED。

網(wǎng)關(guān)方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

將 UART over CAN 接口帶到現(xiàn)有的 LED 驅(qū)動(dòng)器

從 LED 驅(qū)動(dòng)器單元中刪除微控制器

增加 TLD7002-16ES 的電流能力（通道數(shù)和最大電流）

通過(guò)在多個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器上分配熱量來(lái)改善熱管理

圖1 TLD7002-16ES網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)范例

使用 TLD7002-16ES 作為網(wǎng)關(guān)來(lái)控制外部 LED 驅(qū)動(dòng)器，需要以下連接：

TLD7002-16ES 的 OUTn 通道提供 PWM 信號(hào)給外部 LED 驅(qū)動(dòng)器

診斷基于外部 LED 驅(qū)動(dòng)器的 Fault/ERR 引腳。Fault 引腳由TLD7002-16ES 的 OUTn 通道或相鄰的OUTn+1 通道采樣，具體取決于應(yīng)用程序。

因此，一個(gè)“網(wǎng)關(guān)通道”可能占用 TLD7002-16ES 的兩個(gè)輸出：一個(gè)用于 PWM，一個(gè)用于診斷。

圖2 外部的LED驅(qū)動(dòng)和TLD7002-16ES的臨近的2個(gè)通道連接

當(dāng)多個(gè)線性電流源連接到單個(gè) PWM 輸出，并且 Fault 引腳收集到一個(gè) TLD7002-16ES 輸出時(shí)，TLD7002-16ES 的總輸出通道使用量可以減少一半。

在某些情況下，單個(gè) TLD7002-16ES 通道可以通過(guò)簡(jiǎn)單的變通方法同時(shí)服務(wù) PWM 和診斷目的。

圖3 PWM和診斷合并在TLD7002-16ES的單個(gè)輸出

基于 TLD7702-16ES 的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

使用TLD7002-16ES產(chǎn)生PWM

TLD7002-16ES 是一個(gè)低側(cè)開(kāi)漏電流沉，因此它生成的 PWM 是反向。這個(gè)反轉(zhuǎn)的 PWM 信號(hào)可以通過(guò)軟件輕松，但更優(yōu)的方法是在TLD7002-16ES 拉電流時(shí)產(chǎn)生高電平PWM（即TLD7002-16ES 輸出使能時(shí)）。保持反向的PWM 可能會(huì)在外部 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸出端產(chǎn)生非期望的毛刺。

PWM 信號(hào)的反向可以通過(guò)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的 BJT 晶 體管來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(shè)置為最小值（5.6 mA）。此外，通過(guò)在基極上使用 10 kΩ 電阻，可以進(jìn)一步減少功率損耗。但是，這可能會(huì)導(dǎo)致虛假的開(kāi)路（OL）檢測(cè)和 OUT12 通道的電流警告，應(yīng)用軟件必須忽略這些警告?；蛘?，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，從而防止出現(xiàn) CUR_WRN 或 OL 警告。

圖4 TLD7002-16ES PWM信號(hào)整形

用一個(gè)TLD7002-16ES輸出來(lái)覆蓋外置LED驅(qū)動(dòng)

器PWM和診斷

圖5 粘合邏輯以提供PWM并監(jiān)控故障引腳

使用單個(gè) TLD7002-16ES 引腳和簡(jiǎn)單的粘合邏輯電路，可以執(zhí)行 PWM 并檢索外部 LED 驅(qū)動(dòng)器的診斷信息。該電路有以下主要任務(wù)：

當(dāng) TLD7002-16ES OUTn 引腳流出電流時(shí)，生成反向的 PWM 信號(hào)到外部 LED 驅(qū)動(dòng)器的 PWM 輸入端。

如果外部 LED 驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障，生成開(kāi)路 OL 或 正向壓降警告 VFWD_WRN 故障信號(hào)在 TLD7002-16ES OUTn 引腳上。

具體工作原理為：

Q9晶體管實(shí)際上為TLD5191ES 提供了一個(gè)清晰的（邏輯電平 HIGH/LOW）PWM 信號(hào)。如果TLD5191ES 檢測(cè)到故障，則 FAULT_H 線將被拉低， 從而打開(kāi) Q90 晶體管，導(dǎo)致 OUTn 引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）存儲(chǔ)器中設(shè)置為1.25 V， 那么在外部 LED 驅(qū)動(dòng)器故障期間降低的 VFWD 電壓將在TLD7002-16ES OUTn引腳上產(chǎn)生VFWD_WRN信號(hào)。

需要注意的是，TLD7002-16ES 的 VLED 引腳和粘合邏輯的供電電壓都是連接到 IVCC_H（5 V），該電壓由 TLD5191ES 提供。這是必要的，因?yàn)?TLD7002-16ES 的診斷是基于差分電壓讀取 VLED-OUTn（或 VS-OUTn）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此外，外部LED 驅(qū)動(dòng)器（TLD5191ES）的 PWM 信號(hào)必須在典型的邏輯電平上工作?；蛘?，也可以使用 TLD7002-16ES的VDD引腳作為 PWM 粘合邏輯的供電電壓，但需注意 VDD 引腳最多只能提供 10mA 的電流。

圖 5 顯示了粘合邏輯，具有以下要求：

當(dāng) OUTn 流出電流時(shí)，PWM > max PWM(H) 閾值

當(dāng) OUTn 不流出電流時(shí)，PWM < max PWM(L) 閾值

規(guī)則 1：在錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)，OUTn 應(yīng)該產(chǎn)生 VFWD（OUTn-VLED）< VFWD_WRN 閾值。計(jì)算該要求時(shí)， 假設(shè) OUTn 流出的電流為 IOUTn(max)?

規(guī)則 2：在 ERRN 不流出電流時(shí)，OUTn 引腳不應(yīng)產(chǎn)生 VFWD（OUTn-VLED)> VFWD_WRN 閾值。計(jì)算該要求時(shí)，假設(shè) OUTn 流出的電流IOUTn(min)

可選規(guī)則：確保 OUTn > OL（0.5 V），以避免誤觸發(fā) OL 檢測(cè)。

診斷檢測(cè)機(jī)制：

當(dāng) ERRN 流出電流（錯(cuò)誤出現(xiàn)）時(shí)，R4 被旁路， 由 OUTn 讀 取 VFWD=VBE (Q9) +VSAT(Q90)， 在這種情況下，會(huì)將產(chǎn)生一個(gè) VFWD_WRN（小 VFWD）。

當(dāng) ERRN 不流出電流（ 錯(cuò)誤不出現(xiàn)） 時(shí)，R4 的壓降必須足夠大，以防止 OUTn 檢測(cè) VFWD_WRN 或 SLS。然而，這個(gè)壓降又不能過(guò)大，以免觸發(fā) OL 警告。

OTP設(shè)置

IOUTn = 5.6 mA 。這是 TLD7002-16 上可能的最小輸出電流，用于減少功率損耗。

VFWD_WRN = 1.25 V 。在 R4 被旁路時(shí)，該值必須大于VBE(Q9)（低溫）+ VSAT(Q90) =>，只有在這種情況下，錯(cuò)誤才會(huì)被檢測(cè)到。

網(wǎng)關(guān)控制LED驅(qū)動(dòng)器的診斷小技巧

對(duì)于指令應(yīng)用程序，例如 BCM，要檢測(cè)外部 LED 驅(qū)動(dòng)器通道中的故障，需要一個(gè) TLD7002-16ES 輸出采樣外部驅(qū)動(dòng)器的 Fault（或 ERR）引腳。

為了利用 TLD7002-16ES 的 診斷功能， 例如去抖動(dòng)功能，當(dāng)外部LED 驅(qū)動(dòng)器的故障引腳活動(dòng)時(shí)，觸發(fā)TLD7002-16ES 的警告標(biāo)志是一種便捷的方法。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方法是使用外部驅(qū)動(dòng)器的故障引腳來(lái)觸發(fā)TLD7002-16ES 的 OL 警告或 VFWD_WRN 警告。這通常是通過(guò)外部粘合邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 9 和圖 10 所示。

OL 和 VFWD 警告檢測(cè)機(jī)制在 TLD7002-16ES 數(shù)據(jù)手冊(cè)中有詳細(xì)解釋。

網(wǎng)關(guān)通道上PWM順序和相移的考慮

如果在兩個(gè)不同的 TLD7002-16 通道上執(zhí)行 PWM 和診斷（見(jiàn)圖 6），那么正確地分配 PWM 和 DIAG TLD7002- 16 通道號(hào)碼并了解其 PWM 約束是非常重要的。在網(wǎng)關(guān)通道上的 PWM診斷序列應(yīng)該按照以下順序進(jìn)行：

TLD7002-16ES OUTn 通道將通過(guò) PWM 引腳打開(kāi)外部 LED 驅(qū)動(dòng)器

TLD7002-16ES OUTn+1 通道將采樣外部 LED 驅(qū)動(dòng)器的 FAULT 引腳

在診斷 ADC 讀取之前提供 PWM 是有利的，以確保外部 LED驅(qū)動(dòng)器已被激活，從而使其故障引腳能夠被 TLD7002-16正確采樣。但是，通過(guò)適當(dāng)?shù)娜ザ秳?dòng)設(shè)置， 這個(gè)順序要求可以被忽略。為了實(shí)現(xiàn)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(kāi) 啟 時(shí) 間 約 束， 以 確 保 準(zhǔn) 確 的 診 斷 讀 取， 因 為 大 多 數(shù) 診 斷 標(biāo) 志 在 TLD7002-16 上都是基于 VFWD 讀取的。這些約束在此 簡(jiǎn)要概述，并在TLD7002-16數(shù)據(jù)手冊(cè) [5] 中有詳細(xì)描述。

如果啟用相移：tOUTnPW > tdiag_dly + tDIAG_ON

如 果 禁 用 相 移：tOUTnPW > tdiag_dly + (2+N)* tDIAG_ON

其中，N 等于禁用相移的前一個(gè)通道的數(shù)量。因此， 網(wǎng)關(guān) DIAG 和 PWM 通道必須遵守適當(dāng)?shù)淖钚≌伎毡取?/p>

例如，在圖6中，網(wǎng)關(guān)函數(shù)在 OUT1和OUT2 上實(shí)現(xiàn)， 同時(shí)考慮以下情況，并將 OUT0 分配給不同的 LED 燈串：

在網(wǎng)關(guān) PWM 通道之前的通道 OUT0 啟用相移，這減少了接下來(lái)兩個(gè)通道的 PWM 最小占空比約束

網(wǎng)關(guān)函數(shù) PWM 和 DIAG 通道（OUT1，OUT2） 禁用相移，這減少了 PWM 和 DIAG 讀取之間的時(shí)間，導(dǎo)致最小 PWM 占 空 比 等 于：

tOUTnPW > tdiag_dly + (2+1)* tDIAG_ON

圖6 TLD7002-16ES網(wǎng)關(guān)通道時(shí)序：PWM產(chǎn)生和診斷采樣

驅(qū)動(dòng)外部的 LITIX Basic + 線性芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流

TLD2331-3EP 作為一個(gè) 3 通道的高邊恒流源，可以與 TLD7002-16ES 以如下的方式連接：

TLD2331-3EP的3條SET信號(hào)分別連接到TLD7002- 16ES 的 3 個(gè)輸出端，這些輸出端分別控制 3 個(gè) IN_SET 通道。每個(gè)通道可以獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)高精度的電流調(diào)節(jié)和出色的動(dòng)畫效果。

TLD2331-3EP 芯片的 ERRN 引腳連接到下一個(gè)可用的 TLD7002-16ES 輸出端，用于故障診斷。

圖7 驅(qū)動(dòng)外部線性恒流源TLD2331-3EP

TLD1173-1ET 與 TLD7002-16ES 之間的連接如下：

一個(gè) TLD7002-16ES 輸出端同時(shí)連接到 TLD1173- 1ET 的 PWM 和 ERRN/DEN 引腳。PWM 和 ERRN/DEN 膠合邏輯電路在之前章節(jié)中詳述過(guò)。

圖8 驅(qū)動(dòng)單通道低邊線性恒流源芯片TLD1173-1ET

網(wǎng)關(guān)應(yīng)用 OTP 配置范例

將診斷輸出組設(shè)置為 VLED，并將 TLD7002-16 的VLED 引腳連接到 5 V（如果 PWM 和 ERR 粘合邏 輯連接到 5 V）

如果電路測(cè)試時(shí)模擬 TLD7002-16 的 OTP，或者將SLS 閾值鎖定為“鎖定”，否則 TLD7002-16 將選擇默認(rèn)的 SLS 閾值

如果 PWM 和 ERRN 粘合邏輯如圖 5 所示，將VFWD_WRN 閾值設(shè)置為 1.25 V。這將在 ERRN 拉低時(shí)檢測(cè)到 VFWD_WRN

將診斷去抖動(dòng)配置設(shè)置為 4-6 個(gè)周期，以減少虛假錯(cuò)誤檢測(cè)

在每個(gè)網(wǎng)關(guān)函數(shù)的第一個(gè)通道之前啟用相移，在同一個(gè)網(wǎng)關(guān)函數(shù)的通道之間禁用相移

這允許降低最小占空比（見(jiàn) TLD7002-16ES 數(shù)據(jù)手冊(cè) [5] 的第 7.2 章） 。例如，對(duì)于圖 5 中的電路，啟用 OUT0 的相移，禁 用 OUT1，2，3，4 的相移 ，將 SLS 設(shè)置為 0，以便只關(guān)心 VFWD_WRN 標(biāo)志 。

有 關(guān) OTP 模 擬 和 編 程 的 更 多 詳 細(xì) 信 息， 請(qǐng) 參 閱 TLD7002-16 OTP 編程 [3] 和OTP參數(shù)設(shè)置 [4] 應(yīng)用筆記。

結(jié)論

TLD7002-16ES 智能網(wǎng)關(guān)芯片通過(guò) UART OVER CAN 通訊口線，實(shí)現(xiàn)車燈 ECU 的 MCU-Less 架構(gòu)。這 種設(shè)計(jì)減少了 40% 硬件復(fù)雜度及 25% 線束需求，推動(dòng)了域集中式電氣設(shè)計(jì)的革新。同時(shí)，它能更好滿足軟件定義汽車（SDV）對(duì)車燈系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)配置需求。單芯片集成方案替代傳統(tǒng)分立設(shè)計(jì)，降低 30%BOM 成本。作為高性價(jià)比車燈控制平臺(tái)，TLD7002-16ES 兼顧了功能安全、靈活擴(kuò)展與可靠性升級(jí)，為智能車燈系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)支撐。