你必须了解的汽车显示模块的背光控制设计

跨阻抗或光电二极管配置的运算放大器(运算放大器)经常用于整个汽车的背光控制，以便为驾驶员提供舒适的观看体验并节省电力。使用运算放大器代替更复杂的光传感器可带来更大的灵活性和定制。汽车显示系统 - 头部单元，远程显示器，集群或平视显示器(HUD) - 利用电路检测到的环境光水平，根据光强度或一天中的时间调整背光亮度，通常通过模拟 - 数字转换器(ADC)或微控制器单元(MCU)。

光电二极管放大器电路的目标是将来自光电二极管的低电平电流转换成有用的电压。为此，运算放大器采用光电二极管配置，如下图所示。光电二极管可以检测许多不同的光源，包括可见光，红外线和紫外线。当光电二极管暴露在更多光线下时会产生更大的电流，从而增加电路的输出电压。选择最佳的电流 - 电压运算放大器对系统的性能至关重要。互阻抗放大器将光电二极管与运算放大器的输出电压隔离开来，并降低光电二极管看到的阻抗。通常，此设计实现了具有低偏置电流的JFET或CMOS输入运算放大器，以减少DC误差并降低由于降低的输入电流噪声引起的噪声。

最简单的跨阻抗放大器仅由反馈电阻和反馈电容组成，如下图所示。反馈电阻设置运算放大器的增益，可以使用所需的最大和最小电压以及 从光电二极管看到的最大电流。 始终需要一个反馈电容来维持电路的稳定性，从而补偿运算放大器反相输入端的光电二极管电容。 所用电容的值应基于所选的反馈电阻值和放大器所需的带宽。 由于反馈电阻和反馈电容的组合，将形成极点，并且放大将在该极点频率之上下降。因此非常有必要测量运放的增益带宽以保证电路的稳定，该增益带宽取决于光电二极管的结电容，运算放大器的差分输入电容，反相输入的共模输入电容以及反馈电阻和电容的选择值。

对于汽车功能，必须在运算放大器的非反相输入端施加一个较小的偏置电压，以便在没有输入电流时输出不会在负电源轨上饱和，就像在黑暗中一样。通常，正电压电源的电阻分压器用于偏置地上的同相输入，如下图所示。通常，0.1 V偏置电压被认为是可接受的，偏置网络电阻可以设计为实现非反相运算放大器输入端的电压。另外，需要另外一个电容器来滤除Vref电压，并且与直接连接到地的电阻器并联放置。电容器的值直接影响转角频率，应设计得足够低，以防止电源噪声传递到输出端。该反向偏置将导致从零反向偏置情况下减小的光电二极管结电容，但电路的响应将更快。另外，反向偏压改善了高频性能。在该光电二极管放大器电路设计中可以找到用于正确设计电路的其他方法。还可以对以前的光电二极管放大器电路进行深入分析。

光电二极管放大器允许设计人员根据需要定制电路。 通过战略性地选择任何汽车级运算放大器或修改电路中的元件，设计人员可以控制增益，确保正确的输入偏置电流，或增加补偿以解决任何独特的稳定性问题。例如，设计人员可以定制光电二极管放大器电路的增益用于扩展ADC的输入范围。此外，还有许多汽车级运算放大器适用于每种特定应用。例如，TI的TLV6001-Q1专为75μA的极低电平光电二极管电流而设计，可在1MHz的扩展带宽上工作。另外，TI的LM2904-Q1由两个独立的频率补偿运算放大器组成，增益带宽积为0.7 MHz。使用运算放大器为自动调节提供了经济的解决方案：这些运算放大器的成本低于每1千美元0.25美元，而执行相同功能的集成电路每1千克成本为1.14美元，性能几乎没有增加。 TI提供各种运算放大器解决方案，以满足各种特定需求。光电二极管放大器电路是一种简单而灵活的方式，可自动调节许多汽车系统的背光。 TI广泛的运算放大器和资源库有助于正确的电路设计，使您能够为背光控制量身定制完美的解决方案。汽车显示系统中的跨阻抗配置将导致自动背光控制，其简单，便宜且有效。