借力LIN网路控制个别LED 车内环境光照明系统更精简

固态照明(SSL)在汽车设计中愈来愈常见，它正在取代价格更加昂贵、能源效率更低以及可靠性不高的白炽灯照明系统。虽然固态照明做为停车灯、煞车灯、车侧灯和车前灯等外部照明是最近才开始的现象，但这种技术应用于汽车内照明其实已超过10年。现在，通过采用更先进、整合度更高的半导体方案，汽车制造商能够透过车内照明系统改善总体驾驶经验。
部分汽车品牌厂已开始认知到车内环境光的价值所在，并以此在竞争日益激烈的汽车市场中实现更大的差异化优势。这些汽车厂商现正考虑在许多中阶车型中采用固态照明技术，所须要解决的唯一问题是如何实现这样的照明系统，同时确保所涉及的费用并不是很高。

早期的环境光照明系统大概是在4年前第一次被纳入车辆设计，但在当时这种环境光照明系统所能够支援的功能有所局限，同时，实现这种照明系统的成本也相当昂贵。如果这样的照明系统要对市场产生真正的号召力，其根据客户需求而可调的弹性须要显著增强。这种趋势导致早期的被动照明方式转向更智慧化的环境照明系统，以具备更高层次的功能。  

通过完全可调的环境光照明系统，汽车乘客将能够调节并任意选择车内照明的颜色，也可以在他们需要的时候任意改变颜色，同时能够设定一些具体的灯光配置方案，以适应不同的品味需求。乘客将能够为车内的不同部分设置特定的照明特性，打造特定的照明启动序列，也可以改变照明的模式，例如，当汽车CD播放机/收音机在播放某特定艺术家的音乐改变照明模式。这也意味着驾驶或乘客可以根据外部照明中的阳光变化和季节变化，调整车内照明系统，以便最大限度地提高整体照明效果(图1)。  


图1　品牌车厂将透过车内环境光设计提供更舒适的乘车经验。
环境光照明提高驾驶舒适度

为使环境光照明系统能够对车内环境产生真正的效果，并提高乘客/驾驶的舒适性，须要使用大量的固态光源部署在整个车舱内部，如脚舱(Foot Well)内部、仪表板边缘、车顶内表面以及车门板等，也须对一些机械部件(如车内门把手、杯托等)进行照明。光电子学领域的技术进步，已经可以用单一封装发射元件产生红、绿、蓝(RGB)光组合，并使之分散在整个车厢的内部，因此能够产生广谱的颜色，而不须要再使用单独的发光二极体(LED)产生各种主色。然而，为所有RGB LED提供互连所导致的相关成本，将可能极大地限制环境光照明的实现，其结果是它仅可能在豪华车中实现，因此这个高成本方案并不可行，反之，若价格合理，环境光照明系统在中档和入门级车型中也有很大的机会被采用。  

[@B]以LIN控制汽车内环境光[@C] 以LIN控制汽车内环境光

有鉴于控制环境光照明系统的实施成本成为首要目标，区域互连网路(LIN)已成为控制环境光照明系统LED灯阵列的一种方式，其好处是可采用现有的汽车通讯设施。重量轻、单线实现的LIN汇流排在通讯方面可以与高性能、但昂贵的控制区域网路(CAN)互相弥补。因为每个RGB LED模组可以连接到LIN网路，不须再增加汽车布线，其结果是整个系统的成本可保持在最低水准，加上车辆的整体重量并没有增加，从而避免燃油消耗增大，而如果采用当前的点至点(Point-to-point)有线阵列，势必增加燃油消耗。  

汽车制造商正在寻找一种高性价比实施环境光照明系统的方式，为满足这种市场需求，业界厂商已推出高整合、可自由程式设计的LIN RGB LED从属介面(Slave Interface)积体电路(IC)，其具备内置恒流源(Constant Current Source)，能够直接驱动多达四个LED(红，绿，蓝及额外的白色)。此外，该颗晶片整合多种功能，包括一个实体层的LIN收发器、一个19.2kbit/s的LIN控制器(支持LIN 2.x和SAE J2602)、一个带有整合式前置分频器(除法器)的10位元类比数位转换器(ADC)、一个稳压器和16位元微控制器(MCU)(图2)。透过该颗微控制器，四路输出中的每一个都可通过程式设计提供高达35毫安培(mA)的驱动电流(带内部升压功能的最高可达48毫安培)。如果可选的白通道需要更大的输出电流，该颗晶片在其输入/输出(I/O)端也支援高电压能力，只用一个外部元件即可支援更高的电流，总共可产生2.7×1,014种不同的颜色，以满足客户的广泛选择。  


图2　LIN RGB LED从属介面IC功能框图
此外，16位元电流控制和具有恒流高电压能力输出等重要功能特性也整合在晶片内部。对于LED而言，只要所采用的制程不同，其光强度也有所差别，这可导致输出色彩搭配的变化。为避免这些情形，LED从属介面IC的电子式可清除可编程唯读记忆体(EEPROM)可用于模组生产过程中生产线终端(EOL)校准LED。这种整合式LED门槛值监控功能，可为LED发射器不断变化的颜色值提供老化和温度补偿，且毋须增加任何外部元件。  

由于在车舱内部须要部署大量的固态光源，出于物流等考虑，有一点至关重要，那就是所有的模组在硬体和软体方面都应该是相同的。为简化汽车生产制程，同时也为了单独控制单个模组需求，必须建立一个系统以便检测某特定模组在汽车中的位置。这一点可以通过已现场验证的自动配置机制来完成，这样实现的系统可以在汽车的生产线终端检测出模组的位置，其结果是，虽然车内所有模组在物理形状上是相同的，但它们可以通过LIN汇流排实现对每个模组的个别处理。  

高整合型单晶片方案所具有的大量内置功能，可创建精简、高度优化的环境光照明系统，而毋须再包括大量的外部元件。这意味着，RGB环境光模组可以通过车辆的LIN系统进行互连，不需要漫长的开发过程或大量使用工程资源。从发展的角度看，这种先进技术无疑对汽车制造商是一大利多，透过更具吸引力和娱乐性的环境光照明功能，可以使车型更加个性化，从竞争产品中脱颖而出，且更重要的是，这种功能将不再局限于高端汽车，而适用于所有汽车。  

(本文作者任职于迈来芯)