基于NXP S32K平台的车载一体式中控屏幕LED背光驱动探讨
发布时间:2019-03-27


项目描述:本项目专为车载多媒体显示器的LED背光系统设计,主芯片为NXP高性价比S32K144,使用SPI控制IW7038以驱动LED背光系统。
关键词:NXP S32K144 车载多媒体 LED背光驱动 一体式中控屏

1.引言

随着人们对车载多媒体娱乐的要求越来越高,车机上的中控屏的尺寸也越来越大,从最初的段码式LCD,到后来的点阵LCD,再到现在的大尺寸超高清显示,分辨率的提升,对处理器的要求越来越大,也加大了LCD背光显示的难度;
众所周知,传统的点阵式LCD屏幕本身并不发光,只能依靠背光驱动模块的光,才能被人眼识别;而LCD的背光源也从最初的CCFL(冷阴极荧光灯管)发展到现在的LED背光源;相对传统的CCFL液晶显示器背光源而言,LED背光源以其功耗低、寿命长、更环保、屏厚度低等优点在各种尺寸的显示产品上得到更多应用。尤其是它超强的色彩表现力更是CCFL背光源无法比拟的,LED背光源的色彩饱和度达到甚至超过Adobe RGB和NTSC色彩标准要求, 可以达到NTSC ratio100%以上平面光源特性, 而CCFL背光只能实现NTSC色彩区域的78%。另外,LED的高刷新频率使其在视频方面有更好的性能表现,LED背光显示屏的单个元素反应速度是CCFL背光液晶屏的1 000倍,更重要的是,工作温度最低可以达到零下40℃,这对车机应用来说至关重要。
随着LED背光源越来越广泛地应用,其驱动电路的良好设计也就显得格外重要。对于消费类的液晶显示器而言,其工作环境相对宽松,因此对驱动电路的要求也较低。而对于中大型液晶显示器,尤其是工业,车机应用而言,常需要在复杂的电磁环境下,需要几十、上百个的LED灯,对电路驱动能力的设计要求就更高。
本文旨在探讨一种可以在车机上应用,时下越来越流行的一体式大尺寸LCD中控屏幕的LED背光驱动电路,经过慎重选择,我们的电路选择了基于IW7038 LED驱动IC和NXP公司出品的S32K144平台。此电路可以适用于工业和车机类应用中的中大型液晶显示器,比如一体式中控屏幕(同样也可适用于小型液晶屏背光源的驱动),且此电路经测试和试验验证,能满足各种背光驱动控制电路的要求。

2.NXPS32K144一体式中控屏LED背光电机驱动方案的特点
2.1 NXP车规级通用微处理器S32K144简介
S32K 是恩智浦推出的新一代符合AEC-Q100规范、基于32位Arm Cortex-M4F和Cortex-M0+内核的MCU,最高主频可达112Mhz,其内核集成了浮点运算单元(FPU)、数字信号处理单元(DSP)、内存保护单元(MPU)等等,其特性适用于汽车和高可靠性工业应用,比如在车身控制,车载电机驱动,BMS电池管理,网关桥接等各种车载应用场合。集成- ISO CAN FD、CSEc硬件安全、ASIL-B ISO26262功能安全和超低功耗性能。相应的,其内部集成了QSPI,双硬件12bitADC,FlexCAN,IIC,UART,FlexIO等丰富的外设。
2.2 LED驱动IC IW7038;
IW7038是Dialog公司推出的新一代内部集成数字控制电路,支持16路高精度灌电流输入的LED驱动,并且在内部集成了MOSFET,可以节省相当的BOM成本。工作温度范围-20℃~85℃,符合汽车级的产品应用 

3.方案的总体项目介绍:

3.1     S32K144最小系统电路参考设计:
S32K144的最小电路系统主要由电源系统,复位电路,时钟电路组成,分述如下:
3.1.1 SBC电源供电电路:
电源部分我们选用了NXP公司的SBC产品UJA1169来实现,UJA1169既可以实现电源分配,又在片内集成了CAN总线的PHY功能,非常符合我们产品的应用;
3.1.2复位电路:
S32K144可以支持POR上电复位,系统复位,Debug调试复位等,系统复位又可以支持多种形式,包括外部管脚复位(RESET_B  PIN),低电压监测复位(LVD),看门狗复位,锁固复位,软件复位(SW)等等。一般我们都会用到POR复位和外部管脚复位,在片内已经有了完善的片内上电复位模块,外部并不需要额外的电路给系统复位,为了系统的兼容性,我们在片外也设计了简单的复位电路。
为了设计方便,NXP公司提供了专门针对时钟树设计的应用笔记和EXCEL表格,EXCEL表格可以图形化显示时钟树设置。修改时钟设置,并可以直接生成代码,方便用户使用。
初始上电,S32K144会启用内部低频IRC完成硬件复位,初始化等工作,进入系统稳定后,会跳转到用户指定的时钟源和运行频率运行。

3.2 IW7038系统电路参考设计:
本次设计需求为26英寸TFT显示器的LED背光驱动。由于LED的亮度是由通过其内部的电流决定的,因此在设计LED灯布局时,要考虑到整个液晶屏的亮度均匀性,同时要减小电路电压噪声波动给LED灯亮度带来的影响。
对于一般尺寸的LCD液晶屏,由于背光源大都用的是侧光式,LED灯组可采用串联和并联相结合的方式。对于大尺寸液晶屏来说背光源一般采用直下式,这样既可以提高亮度均匀性、减轻显示器重量,还能更好地实现对LED灯的保护且提高亮度的均匀性。因此,本设计采用了直下式矩阵布局,采用3片IW7038,每片IW7038可以支持并联最多16个LED灯,特别需要注意的是,在调试IW7038的SPI通信接口的时候,几次都是SPI的通信时序不匹配引起的通信错误,所以一定要注意在程序设计上的时序匹配问题。

4.小结

本文所介绍S32K144平台的的一体式车载多媒体LED背光驱动设计方案, 其LED驱动的效率可达93%以上。该电路设计上各相关外设都可精确控制,电路的保护措施齐全、控制效果好、抗干扰能力强,适用于大尺寸车载液晶仪表盘,车载中控屏等等应用场合,可以根据所需背光亮度和屏的大小灵活组合使用。经实际使用测试验证,是一款非常好的产品设计。

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