在現(xiàn)代汽車中，大量的電子控制單元（ECU）負(fù)責(zé)掌控各種功能，如發(fā)動機(jī)管理、傳動控制、制動系統(tǒng)以及信息娛樂系統(tǒng)等。每個(gè) ECU 通常都會配備屬于自己的微控制器（MCU），這無疑增加了汽車電氣架構(gòu)的整體復(fù)雜性和成本。車燈的情況亦是如此，前后左右的車燈一般都設(shè)有各自獨(dú)立的 ECU。特別是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)，就市場上現(xiàn)存的大量量產(chǎn)的 LED 驅(qū)動解決方案而言，每個(gè)燈板都需要使用一片 MCU 作為控制的轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)，以此來提升系統(tǒng)的可靠性、通訊速度以及電磁兼容（EMC）性能。本文將以 TLD7002 - 16ES 為例，提出一種運(yùn)用 UART OVER CAN 通訊接口來降低成本并且提升 EMC 性能的解決方案。

一、TLD7002 - 16ES 芯片介紹

TLD7002 - 16ES 是一款具備 16 通道的汽車 LED 恒流源驅(qū)動芯片，擁有全面的保護(hù)和診斷功能，支持高達(dá) 2M 通訊速率的 UART OVER CAN。它的設(shè)計(jì)目的是將達(dá) 76.5 mA 電流的 LED 作為線性電流沉（LCS）進(jìn)行控制。通過并聯(lián)電源輸出級，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的負(fù)載電流。每個(gè)獨(dú)立的電源輸出級都配置了存儲在性可編程（OTP）中的 6 位電流設(shè)置值，并且可以設(shè)置 16 個(gè)獨(dú)立的脈沖寬度調(diào)制（PWM）配置。其高速照明接口可用于設(shè)備 OTP 編程、配置、控制和診斷反饋。該芯片能夠直接驅(qū)動多像素 LED，并且可以省去燈板上額外的 MCU。此外，TLD7002 - 16ES 還可以用作網(wǎng)關(guān)來控制其他的外置 LED 驅(qū)動，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，它可以沿用現(xiàn)有的方案，甚至減少 UART OVER CAN 線性 LED 驅(qū)動芯片的數(shù)量，以支持更高的系統(tǒng)輸出電流，從而有效優(yōu)化系統(tǒng)成本。

二、基于 TLD7002 - 16ES 網(wǎng)關(guān)描述

TLD7002 - 16ES 是一款具有高速照明接口（HSLI，即 CAN OVER UART）的智能 16 通道 LED 驅(qū)動器。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)動器，包括線性電流源（LITIX? Basic + 家族）或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（LITIX? Power 家族）。我們將這些不在 TLD7002 - 16ES 上集成的 LED 驅(qū)動器稱為外部 LED 驅(qū)動器。這些外部驅(qū)動器負(fù)責(zé)驅(qū)動連接到其上的 LED，而直接負(fù)載則是指由 TLD7002 - 16ES 輸出直接驅(qū)動的 LED。

網(wǎng)關(guān)方法具有以下顯著優(yōu)勢：

• 接口適配：將 UART over CAN 接口引入現(xiàn)有的 LED 驅(qū)動器，使其能夠更好地融入系統(tǒng)。
• 簡化設(shè)計(jì)：從 LED 驅(qū)動器單元中刪除微控制器，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
• 增強(qiáng)能力：增加 TLD7002 - 16ES 的電流能力，包括通道數(shù)和電流。
• 熱管理優(yōu)化：通過在多個(gè) LED 驅(qū)動器上分配熱量，改善了熱管理。

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

使用 TLD7002 - 16ES 作為網(wǎng)關(guān)來控制外部 LED 驅(qū)動器，需要進(jìn)行以下連接：

• TLD7002 - 16ES 的 OUTn 通道提供 PWM 信號給外部 LED 驅(qū)動器。
• 診斷基于外部 LED 驅(qū)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 通道可以通過簡單的變通方法同時(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

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

1. 使用 TLD7002 - 16ES 產(chǎn)生 PWM
   TLD7002 - 16ES 是一個(gè)低側(cè)開漏電流沉，因此它生成的 PWM 是反向的。這個(gè)反轉(zhuǎn)的 PWM 信號可以通過軟件輕松處理，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 可能會在外部 LED 驅(qū)動器的輸出端產(chǎn)生非期望的毛刺。

PWM 信號的反向可以通過使用一個(gè)簡單的雙極結(jié)型晶體管（BJT）來實(shí)現(xiàn)，如圖 4 所示。為了減少功率損耗，可以將 TLD7002 - 16ES 的 OUT12 通道的電流設(shè)置為值（5.6 mA）。此外，通過在基極上使用 10 kΩ 電阻，可以進(jìn)一步減少功率損耗。但是，這可能會導(dǎo)致虛假的開路（OL）檢測和 OUT12 通道的電流警告，應(yīng)用軟件必須忽略這些警告。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，從而防止出現(xiàn) CUR_WRN 或 OL 警告。

圖 4：TLD7002 - 16ES PWM 信號整形

2. 用一個(gè) TLD7002 - 16ES 輸出來覆蓋外置 LED 驅(qū)動器 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 引腳和簡單的粘合邏輯電路，可以執(zhí)行 PWM 并檢索外部 LED 驅(qū)動器的診斷信息。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 信號到外部 LED 驅(qū)動器的 PWM 輸入端。
• 如果外部 LED 驅(qū)動器出現(xiàn)故障，生成開路 OL 或正向壓降警告 VFWD_WRN 故障信號在 TLD7002 - 16ES OUTn 引腳上。

具體工作原理如下：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。如果 TLD5191ES 檢測到故障，則 FAULT_H 線將被拉低，從而打開 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 閾值在性可編程（OTP）存儲器中設(shè)置為 1.25 V，那么在外部 LED 驅(qū)動器故障期間降低的 VFWD 電壓將在 TLD7002 - 16ES OUTn 引腳上產(chǎn)生 VFWD_WRN 信號。

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）來實(shí)現(xiàn)的。此外，外部 LED 驅(qū)動器（TLD5191ES）的 PWM 信號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 流出的電流為 IOUTn (min)。
• 可選規(guī)則：確保 OUTn > OL（0.5 V），以避免誤觸發(fā) OL 檢測。

診斷檢測機(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 VFWD_WRN 或短路負(fù)載檢測（SLS）。然而，這個(gè)壓降又不能過大，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)誤才會被檢測到。

3. 網(wǎng)關(guān)控制 LED 驅(qū)動器的診斷小技巧
   對于指令應(yīng)用程序，例如車身控制模塊（BCM），要檢測外部 LED 驅(qū)動器通道中的故障，需要一個(gè) TLD7002 - 16ES 輸出采樣外部驅(qū)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(dāng)外部 LED 驅(qū)動器的故障引腳活動時(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)動器的故障引腳來觸發(fā) TLD7002 - 16ES 的 OL 警告或 VFWD_WRN 警告。這通常是通過外部粘合邏輯來實(shí)現(xiàn)的。

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

4. 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（見圖 6），那么正確地分配 PWM 和 DIAG TLD7002 - 16 通道號碼并了解其 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 PWM 引腳打開外部 LED 驅(qū)動器。
• TLD7002 - 16ES OUTn + 1 通道將采樣外部 LED 驅(qū)動器的 FAULT 引腳。

在診斷模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）讀取之前提供 PWM 是有利的，以確保外部 LED 驅(qū)動器已被激活，從而使其故障引腳能夠被 TLD7002 - 16 正確采樣。但是，通過適當(dāng)?shù)娜ザ秳釉O(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 PWM 開啟時(shí)間約束，以確保準(zhǔn)確的診斷讀取，因?yàn)榇蠖鄶?shù)診斷標(biāo)志在 TLD7002 - 16 上都是基于 VFWD 讀取的。這些約束在此簡要概述，并在 TLD7002 - 16 數(shù)據(jù)手冊中有詳細(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)恼伎毡取?/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，這減少了接下來兩個(gè)通道的 PWM 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 PWM 占空比等于：tOUTnPW > tdiag_dly + (2 + 1) * tDIAG_ON。

四、驅(qū)動外部的 LITIX Basic + 線性芯片來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流

1. TLD2331 - 3EP 與 TLD7002 - 16ES 的連接
   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。

2. TLD1173 - 1ET 與 TLD7002 - 16ES 的連接
   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。

五、網(wǎng)關(guān)應(yīng)用 OTP 配置范例

網(wǎng)關(guān)通道的相關(guān) OTP 配置如下：

• 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)檢測到 VFWD_WRN。