在现代汽车中，众多电子控制单元（ECU）负责控制各种功能，如发动机管理、传动控制、制动系统和信息娱乐系统。每个ECU通常都配备有自己的MCU，这增加了汽车电气架构的总体复杂性和成本。LED车灯的情况也是如此，前后左右的LED车灯通常都有各自独立的ECU。尤其在一些LED车灯包含成百上千个像素，或者灯是由多块分散的印刷电路板（PCB）组成时，以市场现存大量量产的LED驱动解决方案而言，每个灯板都需要使用一片MCU来作为控制的转发点来提升系统的可靠性，通讯速度以及电磁兼容（EMC）性能。本文以TLD7002-16ES为例，提出了一种使用UART OVER CAN通讯接口来降本并且提升EMC性能的解决方案。

1. 介绍

TLD7002-16ES是一款16通道的汽车LED恒流源驱动芯片，具有全面的保护和诊断功能，支持高达2M通讯速率UART OVRE CAN。它旨在控制最高达76.5mA电流的LED作为线性电流sink（LCS）。并联电源输出级实现更高的负载电流。每个独立的电源输出级都配置了存储在OTP中的6位电流设置值，并且可以设置16个独立的PWM配置。高速照明接口用于设备OTP编程、配置、控制和诊断反馈。该芯片可以直接驱动多像素LED，并且省去灯板上额外的MCU。此外， TLD7002-16ES可以用作网关来控制其它的外置LED驱动，例如：线性恒流源（英飞凌LITIX™ Basic+家族）或者DC/DC转换器（LITIX™ Power）。再不增加额外MCU的基础上，可以沿用现有的方案，甚至减少UART OVER CAN线性LED驱动芯片数量，以支持更高的LED系统输出电流。通过以上方式可以有效优化LED系统成本。

2. 基于TLD7002-16ES网关描述

TLD7002-16ES是一款具有HSLI接口（CAN OVER UART）的智能16通道LED驱动器。

在英飞凌TLD7002-16ES的参考设计中，该LED系统芯片被用作网关，以控制多个外部LED驱动器，包括线性电流源（LITIX™ Basic+家族）或DC/DC转换器（LITIX™ Power家族）。

以下将这些不在TLD7002-16ES上集成的LED驱动器称为外部LED驱动器。这些外部驱动器负责驱动连接到外部LED驱动器上的LED，而直接负载则是指由TLD7002-16ES输出直接驱动的LED。

LED系统网关方法具有以下优势：

· 将UART over CAN接口带到现有的LED驱动器

· 从LED驱动器单元中删除微控制器

· 增加TLD7002-16ES的电流能力（通道数和最大电流）

· 通过在多个LED驱动器上分配热量来改善热管理

图1：TLD7002-16ES网关实现范例

使用TLD7002-16ES作为网关来控制外部LED驱动器，需要以下连接：

· TLD7002-16ES的OUTn通道提供PWM信号给外部LED驱动器

· 诊断基于外部LED驱动器的Fault/ERR引脚。Fault引脚由TLD7002-16ES的OUTn通道或相邻的 OUTn+1通道采样，具体取决于应用程序。

因此，一个“网关通道”可能占用TLD7002-16ES的两个输出：一个用于PWM，一个用于诊断。

图2：外部的LED驱动和TLD7002-16ES的临近的2个通道连接

当多个LED系统线性电流源连接到单个PWM输出，并且Fault引脚收集到一个TLD7002-16ES输出时，TLD7002-16ES的总输出通道使用量可以减少一半。

在某些情况下，单个TLD7002-16ES通道可以通过简单的变通方法同时服务PWM和诊断目的。

图3：PWM和诊断合并在TLD7002-16ES的单个输出

3. 基于TLD7702-16ES的网关设计要点

3.1 使用TLD7002-16ES产生PWM

TLD7002-16ES是一个低侧开漏电流沉，因此它生成的PWM是反向。这个反转的PWM信号可以通过软件轻松，但更优的方法是在TLD7002-16ES拉电流时产生高电平PWM（即TLD7002-16ES输出使能时）。保持反向的PWM可能会在外部LED驱动器的输出端产生非期望的毛刺。

PWM信号的反向可以通过使用一个简单的BJT晶体管来实现，如图4所示。为了减少功率损耗，可以将TLD7002-16ES的OUT12通道的电流设置为最小值（5.6mA）。此外，通过在基极上使用10kΩ电阻，可以进一步减少功率损耗。但是，这可能会导致虚假的开路（OL）检测和OUT12通道的LED系统电流警告，应用软件必须忽略这些警告。或者，基极电阻R78可以使用较低的欧姆值（例如330Ω），这样可以允许输出保持在较高的电平，从而防止出现CUR_WRN或OL警告。

图4：TLD7002-16ES PWM信号整形

3.2 用一个TLD7002-16ES输出来覆盖外置LED驱动器PWM和诊断

图5：粘合逻辑以提供PWM并监控故障引脚

使用单个TLD7002-16ES引脚和简单的粘合逻辑电路，可以执行PWM并检索外部LED驱动器的诊断信息。该LED系统电路有以下主要任务：

· 当TLD7002-16ES OUTn引脚流出电流时，生成反向的PWM信号到外部LED驱动器的PWM输入端。

· 如果外部LED驱动器出现故障，生成开路OL或正向压降警告VFWD_WRN故障信号在TLD7002-16ES OUTn引脚上。

LED系统具体工作原理如下：Q9晶体管实际上为TLD5191ES提供了一个清晰的（逻辑电平 HIGH/LOW）PWM信号。如果TLD5191ES检测到LED系统故障，则FAULT_H线将被拉低，从而打开Q90晶体管，导致OUTn引脚的前向电压降低到VBE(Q9)+0.2V（Q90饱和电压）。如果VFWD_WRN阈值在一次性可编程（OTP）存储器中设置为1.25V，那么在外部LED驱动器故障期间降低的VFWD电压将在TLD7002-16ES OUTn引脚上产生VFWD_WRN信号。

需要注意的是，TLD7002-16ES的VLED引脚和粘合逻辑的LED系统供电电压都是连接到IVCC_H（5V），该电压由TLD5191ES提供。这是必要的，因为TLD7002-16ES的诊断是基于差分电压读取VLED-OUTn（或VS-OUTn）来实现的。此外，外部LED驱动器（TLD5191ES）的PWM信号必须在典型的逻辑电平上工作。或者，也可以使用TLD7002-16ES的VDD引脚作为PWM粘合逻辑的LED系统供电电压，但需注意VDD引脚最多只能提供10mA的电流。

图5显示了粘合逻辑，具有以下要求：

· 当OUTn流出电流时， PWM>max PWM(H)阈值

· 当OUTn不流出电流时，PWM<max PWM(L)阈值

· 规则1：在错误出现时，OUTn应该产生VFWD（OUTn-VLED）<VFWD_WRN阈值。计算该要求时，假设OUTn流出的电流为IOUTn(max)

· 规则2：在ERRN不流出电流时，OUTn引脚不应产生VFWD（OUTn-VLED）>VFWD_WRN阈值。计算该要求时，假设OUTn流出的电流为IOUTn(min)

· 可选规则：确保OUTn>OL（0.5V），以避免误触发OL检测

诊断检测机制：

当ERRN流出电流（错误出现）时，R4被旁路，由OUTn读取VFWD=VBE(Q9)+VSAT(Q90)，在这种情况下，会将产生一个VFWD_WRN（小VFWD）。

当ERRN不流出电流（错误不出现）时，R4的压降必须足够大，以防止OUTn检测VFWD_WRN或SLS。然而，这个压降又不能过大，以免触发OL警告。

OTP设置：

· IOUTn=5.6mA

这是TLD7002-16上可能的最小输出电流，用于减少LED功率损耗。

· VFWD_WRN=1.25V

在R4被旁路时，该值必须大于VBE(Q9)（低温）+VSAT(Q90)=>，只有在这种情况下，错误才会被检测到。

3.3 网关控制LED驱动器的诊断小技巧

对于指令应用程序，例如BCM，要检测外部LED驱动器通道中的故障，需要一个TLD7002-16ES输出采样外部LED驱动器的Fault（或ERR）引脚。

为了利用TLD7002-16ES的诊断LED系统功能，例如去抖动功能，当外部LED驱动器的故障引脚活动时，触发TLD7002-16ES的警告标志是一种便捷的方法。实现这一点的一种方法是使用外部LED驱动器的故障引脚来触发TLD7002-16ES的OL警告或VFWD_WRN警告。这通常是通过外部粘合逻辑来实现的，如图9和图10所示。

3.4 网关通道上PWM顺序和相移的考虑

如果在两个不同的TLD7002-16通道上执行PWM和诊断（见图6），那么正确地分配PWM和DIAG TLD7002-16通道号码并了解其PWM约束是非常重要的。在网关通道上的PWM-诊断序列应该按照以下顺序进行：

· TLD7002-16ES OUTn通道将通过PWM引脚打开外部LED驱动器

· TLD7002-16ES OUTn+1通道将采样外部LED驱动器的FAULT引脚

在诊断ADC读取之前提供PWM是有利的，以确保外部LED驱动器已被激活，从而使其LED系统故障引脚能够被TLD7002-16正确采样。但是，通过适当的去抖动设置，这个顺序要求可以被忽略。为了实现上述序列，建议将TLD7002-16 OUTn通道指定为PWM通道，将OUTn+1通道指定为诊断通道。

TLD7002-16ES具有最小PWM开启时间约束，以确保准确的诊断读取，因为大多数诊断标志在TLD7002-16上都是基于VFWD读取的。

· 如果启用相移：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个通道的数量。因此，网关DIAG和PWM通道必须遵守适当的最小占空比。

例如，在图6中，LED系统网关函数在OUT1和OUT2上实现，同时考虑以下情况，并将OUT0分配给不同的LED灯串：

· 在网关PWM通道之前的通道OUT0启用相移，这减少了接下来两个通道的PWM最小占空比约束

· 网关函数PWM和DIAG通道（OUT1, OUT2）禁用相移，这减少了PWM和DIAG读取之间的时间，导致最小PWM占空比等于：tOUTnPW>tdiag_dly+(2+1)*tDIAG_ON

图6：TLD7002-16ES网关通道时序：PWM产生和诊断采样

4. LED驱动外部的LITIX Basic+线性芯片来实现扩流

TLD2331-3EP作为一个3通道的高边恒流源，可以与TLD7002-16ES以如下的方式连接：

TLD2331-3EP的3条SET信号分别连接到TLD7002-16ES的3个输出端，这些输出端分别控制3个IN_SET通道。每个通道可以独立控制，实现高精度的电流调节和出色的动画效果。

TLD2331-3EP芯片的ERRN引脚连接到下一个可用的TLD7002-16ES输出端，用于LED系统故障诊断。

图7：驱动外部线性恒流源TLD2331-3EP

TLD1173-1ET与TLD7002-16ES之间的连接如下：

一个TLD7002-16ES输出端同时连接到TLD1173-1ET的PWM和ERRN/DEN引脚。PWM和ERRN/DEN胶合逻辑电路在之前章节中详述过。

图8：驱动单通道低边线性恒流源芯片TLD1173-1ET

5. 网关应用OTP配置范例

LED系统网关通道的最相关OTP配置如下：

· 将诊断输出组设置为VLED，并将TLD7002-16的VLED引脚连接到5V（如果PWM和ERR粘合逻辑连接到5V）

· 如果电路测试时模拟TLD7002-16的OTP，或者将SLS阈值锁定为“锁定”，否则TLD7002-16将选择默认的SLS阈值

· 如果PWM和ERRN粘合逻辑如图5所示，将VFWD_WRN阈值设置为1.25V。这将在ERRN拉低时检测到VFWD_WRN

· 将诊断去抖动配置设置为4-6个周期，以减少虚假错误检测

· 在每个LED系统网关函数的第一个通道之前启用相移，在同一个LED系统网关函数的通道之间禁用相移

这允许降低最小占空比

例如，对于图5中的电路，启用OUT0的相移，禁用OUT1, 2, 3, 4的相移

· 将SLS设置为0，以便只关心VFWD_WRN标志

6. 结论

TLD7002-16ES智能网关芯片通过UART OVER CAN通讯口线，实现车灯ECU的MCU-Less架构。这种设计减少了40%硬件复杂度及25%线束需求，推动了域集中式电气设计的革新。同时，它能更好满足软件定义汽车（SDV）对LED车灯系统的动态配置需求。单芯片集成方案替代传统分立设计，降低30% BOM成本。作为高性价比车灯控制平台，TLD7002-16ES兼顾了功能安全、灵活扩展与可靠性升级，为智能车灯系统提供了坚实的硬件基础支撑。