低靜態功耗TFT液晶汽車儀表的硬件系統設計

李菲　王飛　王蒙　王斌

摘要：為使TFT液晶汽車儀表在整車長時間停放后仍能正常啟動，該文提出了一種低靜態功耗的硬件系統設計，靜態功耗約為1.53mA，滿足整車對儀表提出來的小于3mA的靜態功耗要求。此硬件系統設計方案性能可靠穩定、成本較低，已在多款TFT液晶汽車儀表中廣泛應用，具有較高的應用價值。

關鍵詞：TFT液晶汽車儀表;硬件系統設計;低靜態功耗

中圖分類號：TN495? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：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行參數、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]。隨著科技的發展，TFT（Thin Film Transistor）液晶汽車儀表已普遍使用，在整車電氣系統日趨復雜的情況下，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時間停放后仍能正常工作的要求，靜態電流是一個關鍵性指標。本文基于MB91F594設計了一款低靜態功耗的TFT液晶汽車儀表，此硬件系統設計方案性能可靠穩定，滿足乘用車量產產品設計需求。

2 TFT液晶汽車儀表的系統描述

汽車儀表正常工作電壓在8V～16V，當電壓小于低壓值，進入低壓保護狀態，此時揚聲器靜音，指針背光燈、表盤背光燈、LCD顯示屏背光燈均熄滅，步進電機指針凍結，報警指示燈變暗直至熄滅。當電壓大于高壓值，進入高壓保護狀態，此時揚聲器靜音，指針背光燈、表盤背光燈、LCD顯示屏背光燈均熄滅，步進電機指針凍結，報警指示燈熄滅。當電壓低于6V或者大于18V，汽車儀表處于無法工作狀態。汽車儀表的靜態功耗需要控制在3mA以內。

整車上電（KL30上電）時，各指針歸零，儀表進行自檢;自檢未完成時發動機點火（KL15上電），儀表需完成自檢，再進入正常工作模式;自檢未完成時，引擎運行，則自檢終止，儀表進入正常工作狀態;指示燈在點亮數秒后，根據輸入信號狀態，進入正常工作狀態;LCD顯示屏在經過數秒開機動畫后，進入正常顯示狀態;步進電機的指針從零位平緩同步指向最大指示位置，而后平緩同步返回零位，進入正常指示狀態;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，進入正常工作狀態;LCD顯示屏背光保持固定亮度亮數秒后，進入正常工作狀態。

3 TFT液晶汽車儀表的硬件系統設計

3.1 硬件系統設計概述

TFT液晶汽車儀表硬件電路主要包括核心電路MCU控制器、電源轉換電路、KL30和KL15的電壓信號檢測電路、硬件指示燈控制電路、燃油采樣電路、CAN信號通信電路、指針和表牌背光顯示電路、Flash存儲器通訊電路、電機驅動顯示電路、蜂鳴器報警電路、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，本方案詳細硬件系統設計框圖如圖1所示[3-4]。

3.2 主要元器件選型

本方案均選用車規級電子元器件，選用富士通MB91F594作為MCU控制器，32位處理器，內部集成圖像處理器GDC，支持雙屏顯示，對TFT液晶顯示屏具有強大的圖像處理功能，CPU主頻為80MHz，GDC頻率為81MHz，內置Flash為1MB，內置RAM為64KB，多路A/D轉換接口、I/O通信接口、步進電機驅動端口、聲音驅動端口以及CAN、LIN通訊端口，供電電壓為5V和3.3V，內置多個穩壓器和優化的待機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的頁面訪問速度以及90ns的快速隨機訪問速度，3.3V電壓供電，最大刷寫功耗為100mA，最大靜態電流功耗為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，最大靜態電流功耗為10mA。

選用NXP TJA1042高速CAN信號收發器，該芯片具有低電磁干擾以及較高的電磁抗擾能力，具有欠壓保護功能，5V電壓供電，最大15uA的靜態電流功耗，同時外圍結構簡單，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是一款低靜態功耗、高轉化率的Buck電源芯片，用于輸出5V電壓，最大負載為2A，最大靜態功耗為35uA，具有過流、過壓、欠壓等保護功能。BD33IC0MEFJ-M是一款無靜態功耗的LDO芯片，用于輸出3.3V電壓，最大負載電流為1A。電源芯片的選擇滿足本方案的電源供給。

3.3 電源架構方案設計

車身電池KL30主要給5V DC-DC電源芯片、LCD屏的背光驅動芯片[5]，以及少數的外圍硬件報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電源芯片是本設計方案的主電源芯片，用于給3V LDO電源芯片、MCU控制器、CAN收發器、Speaker功放芯片、LED驅動芯片、恒流源電路運放芯片以及LED背光燈等供電[6]。本方案多數模塊電路由5V電源電壓供電，當KL30上電，發動機KL15未點火時，5V電源電壓下的負載均處于不工作狀態，靜態功耗為0，實現了低靜態功耗的需求，本設計方案的電源架構框圖如圖2所示。

本硬件設計方案應用于汽車儀表中，并對硬件系統的靜態電流進行了測量，測量結果如表1所示。每款元器件芯片的使用手冊均注明了該款芯片的典型靜態電流值以及最大靜態電流值，經過實際測量，每款元器件芯片的實際靜態電流值均在規定范圍內，整個儀表硬件系統的靜態電流值約為1530uA，即1.53mA，滿足該款汽車儀表靜態電流在3mA以內的要求。

4 結論

本文闡述的TFT液晶汽車儀表的硬件系統設計已在多個量產產品上進行應用，滿足低靜態功耗要求;硬件系統設計成本較低、性能穩定;采用車規級元器件，滿足整車及汽車儀表的法規要求和整車對汽車儀表的實驗要求。本方案不僅可以支持汽車儀表具有基本的行車電腦功能，同時支持軟件系統帶來的較高的整車科技感和較強的用戶體驗。

參考文獻：

[1] 白小愛，張曉敏，張曉宇，等.基于TFT顯示技術的組合儀表設計[J].汽車電器，2015（2）：26-28.

[2] 譚麗蕊，董加付，張雪蓮.低成本高可靠性的TFT液晶汽車儀表設計開發[J].電子器件，2019，42（3）：788-792.

[3] 王衛忠.MCU+GDC雙系統的汽車虛擬儀表設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2019，19（7）：68-70，85.

[4] 王濤，曹峰，楊粵濤，等.基于i.MX6Q的車載全液晶虛擬儀表硬件設計[J].電子技術與軟件工程，2019（13）：94-95.

[5] 李靜，蔡祥寶，陶志闊.汽車儀表背光燈的恒流源電路設計[J].微型機與應用，2016，35（24）：30-33.

[6] 鐘龍平，陳建清，繆傳杰，等.基于CAN總線的組合汽車儀表盤的設計[J].傳感器世界，2010，16（4）：32-36.

【通聯編輯：代影】