在现代汽车中，大量的电子控制单元（ECU）负责掌控各种功能，如发动机管理、传动控制、制动系统以及信息娱乐系统等。每个 ECU 通常都会配备属于自己的（MCU），这无疑增加了汽车电气架构的整体复杂性和成本。车灯的情况亦是如此，前后左右的车灯一般都设有各自独立的 ECU。特别是在一些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，就市场上现存的大量量产的 LED 驱动解决方案而言，每个灯板都需要使用一片 MCU 作为控制的转发点，以此来提升系统的可靠性、通讯速度以及电磁兼容（EMC）性能。本文将以 TLD7002 - 16ES 为例，提出一种运用 UART OVER CAN 通讯接口来降低成本并且提升 EMC 性能的解决方案。

一、TLD7002 - 16ES 芯片介绍

TLD7002 - 16ES 是一款具备 16 通道的汽车 LED 恒流源驱动芯片，拥有全面的保护和诊断功能，支持高达 2M 通讯速率的 UART OVER CAN。它的设计目的是将达 76.5 mA 电流的 LED 作为线性电流沉（LCS）进行控制。通过并联电源输出级，能够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性可编程（OTP）中的 6 位电流设置值，并且可以设置 16 个独立的脉冲宽度调制（PWM）配置。其高速照明接口可用于设备 OTP 编程、配置、控制和诊断反馈。该芯片能够直接驱动多像素 LED，并且可以省去灯板上额外的 MCU。此外，TLD7002 - 16ES 还可以用作网关来控制其他的外置 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）。在不增加额外 MCU 的基础上，它可以沿用现有的方案，甚至减少 UART OVER CAN 线性 LED 驱动芯片的数量，以支持更高的系统输出电流，从而有效优化系统成本。

二、基于 TLD7002 - 16ES 网关描述

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 驱动器。在英飞凌 TLD7002 - 16ES 的参考设计中，该芯片被用作网关，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）。我们将这些不在 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其上的 LED，而直接负载则是指由 TLD7002 - 16ES 输出直接驱动的 LED。

网关方法具有以下显著优势：

• 接口适配：将 UART over CAN 接口引入现有的 LED 驱动器，使其能够更好地融入系统。
• 简化设计：从 LED 驱动器单元中删除微控制器，降低了系统的复杂性。
• 增强能力：增加 TLD7002 - 16ES 的电流能力，包括通道数和电流。
• 热管理优化：通过在多个 LED 驱动器上分配热量，改善了热管理。

使用 TLD7002 - 16ES 作为网关来控制外部 LED 驱动器，需要进行以下连接：

• 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。

当多个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。

三、基于 TLD7702 - 16ES 的网关设计要点

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 是反向的。这个反转的 PWM 信号可以通过软件轻松处理，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双极结型（BJT）来实现，如图 4 所示。为了减少功率损耗，可以将 TLD7002 - 16ES 的 OUT12 通道的电流设置为值（5.6 mA）。此外，通过在基极上使用 10 kΩ 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 330 Ω），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。

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

使用单个 TLD7002 - 16ES 引脚和简单的粘合，可以执行 PWM 并检索外部 LED 驱动器的诊断信息。该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。

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) + 0.2 V（Q90 饱和电压）。如果 VFWD_WRN 阈值在性可编程（OTP）中设置为 1.25 V，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 引脚和粘合逻辑的供电电压都是连接到 IVCC_H（5 V），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 粘合逻辑的供电电压，但需注意 VDD 引脚多只能提供 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（0.5 V），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 或短路负载检测（SLS）。然而，这个压降又不能过大，以免触发 OL 警告。

OTP 设置：

• IOUTn = 5.6 mA：这是 TLD7002 - 16 上可能的输出电流，用于减少功率损耗。
• VFWD_WRN = 1.25 V：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. 网关控制 LED 驱动器的诊断小技巧
   对于指令应用程序，例如车身控制模块（BCM），要检测外部 LED 驱动器通道中的故障，需要一个 TLD7002 - 16ES 输出采样外部驱动器的 Fault（或 ERR）引脚。

为了利用 TLD7002 - 16ES 的诊断功能，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。

OL 和 VFWD 警告检测机制在 TLD7002 - 16ES 数据手册中有详细解释。

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。

在诊断模拟数字转换器（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 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。这些约束在此简要概述，并在 TLD7002 - 16 数据手册中有详细描述。

• 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占空比。

例如，在图 6 中，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 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 PWM 占空比等于：tOUTnPW > tdiag_dly + (2 + 1) * tDIAG_ON。

四、驱动外部的 LITIX Basic + 线性芯片来实现扩流

1. TLD2331 - 3EP 与 TLD7002 - 16ES 的连接
   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，用于故障诊断。

2. TLD1173 - 1ET 与 TLD7002 - 16ES 的连接
   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。

五、网关应用 OTP 配置范例

网关通道的相关 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 5 V（如果 PWM 和 ERR 粘合逻辑连接到 5 V）。
• 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 1.25 V。这将在 ERRN 拉低时检测到 VFWD_WRN。