低靜態(tài)功耗TFT液晶汽車儀表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李菲　王飛　王蒙　王斌

摘要：為使TFT液晶汽車儀表在整車長(zhǎng)時(shí)間停放后仍能正常啟動(dòng)，該文提出了一種低靜態(tài)功耗的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，靜態(tài)功耗約為1.53mA，滿足整車對(duì)儀表提出來(lái)的小于3mA的靜態(tài)功耗要求。此硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案性能可靠穩(wěn)定、成本較低，已在多款TFT液晶汽車儀表中廣泛應(yīng)用，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：TFT液晶汽車儀表;硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì);低靜態(tài)功耗

中圖分類號(hào)：TN495? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）06-0229-02

Abstract： In order to enable the TFT liquid crystal vehicle instrument to work normally after the vehicle is parked for a long time， a new hardware system design with low static power is proposed.The static power of the TFT liquid crystal vehicle instrument is about 1.53mA， which meets the static power consumption of less than 3mA.The hardware system design with reliable and stable performance and low cost， has been widely used in a variety of TFT liquid crystal vehicle instrument， and has high application value.

Key words： TFT liquid crystal vehicle instrument; hardware system design; low static power

1 引言

汽車儀表是反映車輛各系統(tǒng)工作狀況的裝置，是人與汽車的交互界面，為駕駛員提供所需的運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。一般由前框、后殼、顯示屏、指針、印制電路板、蜂鳴器等部件組成[1-2]。隨著科技的發(fā)展，TFT（Thin Film Transistor）液晶汽車儀表已普遍使用，在整車電氣系統(tǒng)日趨復(fù)雜的情況下，汽車儀表所接收和處理的信息日趨增多，為了滿足儀表乃至車輛長(zhǎng)時(shí)間停放后仍能正常工作的要求，靜態(tài)電流是一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。本文基于MB91F594設(shè)計(jì)了一款低靜態(tài)功耗的TFT液晶汽車儀表，此硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案性能可靠穩(wěn)定，滿足乘用車量產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

2 TFT液晶汽車儀表的系統(tǒng)描述

汽車儀表正常工作電壓在8V～16V，當(dāng)電壓小于低壓值，進(jìn)入低壓保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)揚(yáng)聲器靜音，指針背光燈、表盤背光燈、LCD顯示屏背光燈均熄滅，步進(jìn)電機(jī)指針凍結(jié)，報(bào)警指示燈變暗直至熄滅。當(dāng)電壓大于高壓值，進(jìn)入高壓保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)揚(yáng)聲器靜音，指針背光燈、表盤背光燈、LCD顯示屏背光燈均熄滅，步進(jìn)電機(jī)指針凍結(jié)，報(bào)警指示燈熄滅。當(dāng)電壓低于6V或者大于18V，汽車儀表處于無(wú)法工作狀態(tài)。汽車儀表的靜態(tài)功耗需要控制在3mA以內(nèi)。

整車上電（KL30上電）時(shí)，各指針歸零，儀表進(jìn)行自檢;自檢未完成時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火（KL15上電），儀表需完成自檢，再進(jìn)入正常工作模式;自檢未完成時(shí)，引擎運(yùn)行，則自檢終止，儀表進(jìn)入正常工作狀態(tài);指示燈在點(diǎn)亮數(shù)秒后，根據(jù)輸入信號(hào)狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài);LCD顯示屏在經(jīng)過(guò)數(shù)秒開機(jī)動(dòng)畫后，進(jìn)入正常顯示狀態(tài);步進(jìn)電機(jī)的指針從零位平緩?fù)街赶蜃畲笾甘疚恢?，而后平緩?fù)椒祷亓阄?，進(jìn)入正常指示狀態(tài);指針和表盤的背光亮度從最低平緩上升至最高，而后平緩返回最低亮度，進(jìn)入正常工作狀態(tài);LCD顯示屏背光保持固定亮度亮數(shù)秒后，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3 TFT液晶汽車儀表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

TFT液晶汽車儀表硬件電路主要包括核心電路MCU控制器、電源轉(zhuǎn)換電路、KL30和KL15的電壓信號(hào)檢測(cè)電路、硬件指示燈控制電路、燃油采樣電路、CAN信號(hào)通信電路、指針和表牌背光顯示電路、Flash存儲(chǔ)器通訊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路、LED指示燈顯示電路、LCD顯示屏背光顯示電路以及顯示控制電路，本方案詳細(xì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示[3-4]。

3.2 主要元器件選型

本方案均選用車規(guī)級(jí)電子元器件，選用富士通MB91F594作為MCU控制器，32位處理器，內(nèi)部集成圖像處理器GDC，支持雙屏顯示，對(duì)TFT液晶顯示屏具有強(qiáng)大的圖像處理功能，CPU主頻為80MHz，GDC頻率為81MHz，內(nèi)置Flash為1MB，內(nèi)置RAM為64KB，多路A/D轉(zhuǎn)換接口、I/O通信接口、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端口、聲音驅(qū)動(dòng)端口以及CAN、LIN通訊端口，供電電壓為5V和3.3V，內(nèi)置多個(gè)穩(wěn)壓器和優(yōu)化的待機(jī)模式可使該芯片工作在低功耗模式下。

選用Spansion公司的S29GL256S Flash，256Mbit，15ns的頁(yè)面訪問(wèn)速度以及90ns的快速隨機(jī)訪問(wèn)速度，3.3V電壓供電，最大刷寫功耗為100mA，最大靜態(tài)電流功耗為100uA。

選用AUO 3.5寸TFT液晶顯示屏，分辨率為320*240，對(duì)比度為1000：1，視角范圍為左右70度、上下70度，兩路LCD背光電流，每路80mA，3.3V電壓供電，最大靜態(tài)電流功耗為10mA。

選用NXP TJA1042高速CAN信號(hào)收發(fā)器，該芯片具有低電磁干擾以及較高的電磁抗擾能力，具有欠壓保護(hù)功能，5V電壓供電，最大15uA的靜態(tài)電流功耗，同時(shí)外圍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

本方案需要給各模塊電路提供5V和3.3V電源電壓，故選用ROHM公司的DC-DC電源芯片BD99011EFV和LDO 電源芯片BD33IC0MEFJ-M。BD99011EFV是一款低靜態(tài)功耗、高轉(zhuǎn)化率的Buck電源芯片，用于輸出5V電壓，最大負(fù)載為2A，最大靜態(tài)功耗為35uA，具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)功能。BD33IC0MEFJ-M是一款無(wú)靜態(tài)功耗的LDO芯片，用于輸出3.3V電壓，最大負(fù)載電流為1A。電源芯片的選擇滿足本方案的電源供給。

3.3 電源架構(gòu)方案設(shè)計(jì)

車身電池KL30主要給5V DC-DC電源芯片、LCD屏的背光驅(qū)動(dòng)芯片[5]，以及少數(shù)的外圍硬件報(bào)警指示燈控制電路供電，其他模塊電路則由5V電源芯片供電。5V DC-DC電源芯片是本設(shè)計(jì)方案的主電源芯片，用于給3V LDO電源芯片、MCU控制器、CAN收發(fā)器、Speaker功放芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片、恒流源電路運(yùn)放芯片以及LED背光燈等供電[6]。本方案多數(shù)模塊電路由5V電源電壓供電，當(dāng)KL30上電，發(fā)動(dòng)機(jī)KL15未點(diǎn)火時(shí)，5V電源電壓下的負(fù)載均處于不工作狀態(tài)，靜態(tài)功耗為0，實(shí)現(xiàn)了低靜態(tài)功耗的需求，本設(shè)計(jì)方案的電源架構(gòu)框圖如圖2所示。

本硬件設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于汽車儀表中，并對(duì)硬件系統(tǒng)的靜態(tài)電流進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示。每款元器件芯片的使用手冊(cè)均注明了該款芯片的典型靜態(tài)電流值以及最大靜態(tài)電流值，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，每款元器件芯片的實(shí)際靜態(tài)電流值均在規(guī)定范圍內(nèi)，整個(gè)儀表硬件系統(tǒng)的靜態(tài)電流值約為1530uA，即1.53mA，滿足該款汽車儀表靜態(tài)電流在3mA以內(nèi)的要求。

4 結(jié)論

本文闡述的TFT液晶汽車儀表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)已在多個(gè)量產(chǎn)產(chǎn)品上進(jìn)行應(yīng)用，滿足低靜態(tài)功耗要求;硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本較低、性能穩(wěn)定;采用車規(guī)級(jí)元器件，滿足整車及汽車儀表的法規(guī)要求和整車對(duì)汽車儀表的實(shí)驗(yàn)要求。本方案不僅可以支持汽車儀表具有基本的行車電腦功能，同時(shí)支持軟件系統(tǒng)帶來(lái)的較高的整車科技感和較強(qiáng)的用戶體驗(yàn)。

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