基于LIN通信的車內環境照明解決方案

　　更為有遠見的OEM汽車廠商已經意識到車內環境照明的價值，以在日益競爭激烈的市場中提升產品的差異化。進而由于電子設備已成為汽車組件中增長最快的部分，速度超過了機械裝置、氣動裝置和液壓裝置。隨著車內環境照明應用數量的不斷增多，OEM汽車廠商對不同顏色的LED環境照明方案進行了區分應用，現在主要是應用于其中的中級橋車模型，將來如何大規模擴展的唯一真正問題是怎樣在可接受的成本內實現所需的照明系統。

　　為了滿足上述應用要求并降低成本、縮短實現時間，選擇正確的解決方案至關重要。本文將從以下幾個方面對車內環境照明解決方案進行闡述：

　?。?）車內環境照明實現方法的選擇；

　?。?）使用控制算法實現對RGB LED顏色的混光，溫度補償以及LED之間的差異化補償；

　?。?）車內環境照明網絡實現方式的討論。

　　一、車內環境照明系統的發展

　　基本的環境照明機制大約在五年前開始應用于汽車。在這個階段，它們可支持的功能非常有限，并且實現方式也被認為是相當昂貴的。如果要將車內環境照明作為一個市場賣點，就需要增加終端客戶的調節靈便性。這導致了從傳統早期的被動方案到更智能化的環境氛圍燈系統。借助于完全可調節化環境氛圍燈的發展，車輛駕駛員將在不久的將來根據個人情緒或品味將車內氛圍燈調整為他們想要的任何顏色。在未來的車型中，車內氛圍燈非常有可能成為高級駕駛員信息系統的一部分。例如，汽車在城市

　　中，鄉村公路上或高速路上行駛時，環境氛圍燈顏色會有所不同，紅色可提高駕駛員的預警性，而黃色則有助于駕駛員在高速路上放松駕駛心情。在很多情況下，車內環境氛圍燈可與OEM汽車廠商的價值以及個性化定位聯系在一起，使其產品更加有獨特性。

　　二、環境照明的實現

　　為了使環境照明能在車載環境里有實際的影響，并真正讓到乘客和駕駛員體驗其舒適性，需要在車內布置大量的固態光源 ——可設置于腳部空間，沿儀表板，穿過車頂部下側，或是門板等，以及用于照亮車內特定部位（車內門把手、杯托等）。在光電領域對于單封裝發光器件的三原色混色并使其擴散于整個車內已經取得了進展，然而隨著需要將所有RGB LED互連的成本要求對環境氛圍光的實現方式有著非常大的制約，考慮到這個因素，現可能只會被用于豪華車內。這無疑是不幸的，因為如果價格適當，它完全可以被廣泛用于中檔或是入門級轎車。

　　圖1 應用車內環境照明的實際效果

　　1.LIN 控制

　　與考慮任何一種方案一樣，成本的要求是首當其沖的。在車內環境照明解決方案中實施本地互連網絡（LIN）通信是最佳的做法，可有助于降低開發成本和縮短開發周期，因此利用現有的總線設施，重量輕、單線LIN通信是對高性能，成本昂貴的CAN（控制器局域網絡）通信的補充。每個RGB LED模塊可以連接在LIN網絡而不需要額外的布線。因此，整體系統成本可保持在最低水平，再加上汽車總重量不會增加——從而避免了燃油損耗的增加，而且設計者也可以利用LED的封裝優勢進一步提升車內體驗。

　　2.恒流源驅動

　　LED必須使用恒流源驅動。大部分LED都有一個規定的電流級別，LED在這個電流級別可達到最大的亮度，且有助于LED壽命。另外LED的光能輸出和其流經的電流是成正比的。

　　控制LED亮度通常有兩種方式：一是改變LED電流；二是對LED驅動的恒流源電流采用脈寬調制（PWM）改變占空比。

　　第一種方式的主要缺點：隨著電流的降低，LED效率也隨之降低，對于高功率LED，電流的降低還會導致顏色偏差。然而PWM調光方式以全電流驅動LED，可避免效率降低和顏色偏差等問題。

　　邁來芯電子最新推出的MLX81106包含上述必要的內部驅動技術，芯片可利用內建恒流源直接驅動4顆LEDs（紅、綠、藍和白），并且使用MOS柵電壓幅值調整實現PWM占空比調制。

　　圖2 MLX81106驅動RGB LED電路圖

　　3.RGB LED 顏色控制算法以及補償

　　使用集成MCU微控制器方式可檢測并控制RGB LED顏色，產生特定的顏色，以及混合的顏色。如，可以混合RGB的成分來產生特定的白光。

　　通過采用紅色、綠色和藍色的顏色值以及亮度值可產生所需的顏色，對應地采用三個PWM通道或是四個PWM通道實現，本文討論的是采用三個PWM通道實現將顏色和亮度控制結合在一起的方式，因此需要更高的PWM分辨率以及功能強大的MCU。

　　MLX81106 本身集成了MCU，其4路輸出能實現最高到30mA （使用內部電路增強功能可達48mA）的驅動電流驅動外部RGB LED（如果需要輸出更大電流來驅動白色LED，可以采用芯片本身高邊IOs驅動外接器件來實現）混光產生2.7 x 1014不同的顏色—— 從而使用戶有更加廣泛的選擇。

　　另外LED的溫度和差異性是影響LED顏色因素的一部分，因此需要對這兩者的影響進行補償。

　　對于溫度補償，低成本且有效的方式是采用芯片內部集成的溫度傳感器和比較器；或是檢測LED的正向壓降，MLX81106可提供上述兩種方式的實現硬件，其集成的LED閾值檢測能力不僅對LED溫度進行補償，也可對LED老化實現補償，而不需要任何外部元器件。

　　由于LEDs 通常因為生產過程會造成的光強度的差異，這會引起輸出混光顏色的差異。為了彌補該效應MLX81106集成的128字節EEPROM可用來在模塊生產線上對LEDs進行終端校準，從而實現LED差異性補償。

　　4.網絡實現方式

　　由于整個車內部需要大量的固態光源，基于物流原因，重要的一點是確保所有模塊都是相同的（硬件和軟件方面）。為了簡化汽車的生產過程，需要對單個模塊進行單獨的控制，就需要實現一個系統來檢測汽車內每個模塊的具體位置。此外，對汽車內照明節點聯網以及診斷的要求，都需要使用適合的低成本通信協議，如之前討論 OEM汽車廠商最新開發的車內照明采用的最經濟有效方式是LIN/J2602通信協議，進而考慮到需要檢測每個模塊并對其實現診斷，現在一些OEM汽車廠商正考慮采用具有自動尋址功能的LIN通信。該方式基于總線并聯（已用于空調系統）方式實現。雖然與標準LIN通信相比增加了硅的成本，但是該系統提供在整車EOL過程中對所有模塊實現檢測的功能，降低OEM汽車廠商和一級供應商的物流成本。

　　邁來芯電子對此方案提供了簡單的參考電路設計，包含RGB LED、驅動電路和自動尋址功能，全都置于一塊僅有9mm x 9mm大小的PCB上。

　　圖3 LIN網絡中總線并聯實現自動尋址示意圖

　　三、MLX81106解決方案介紹

　　為應對汽車廠商OEM的實際需求，且為實現成本有效的環境照明方案，邁來芯電子推出了MLX81106車用級芯片。該芯片借助 0.18μm高壓CMOS工藝，是顆高度集成、可自由編程的LIN RGB LED 從節點器件。芯片本身采用SOIC8小尺寸封裝方式，可滿足客戶PCB設計的大小以及空間要求。其次集成了多種功能，包括物理層LIN收發器，19.2kbit/s LIN 控制器（支持 LIN 2.x 和 SAE J2602），預分頻的10-位模數轉換器（ADC） ，電壓調節器和16位微控制器 （有24/32K字節大小的Flash， 512字節的 RAM， 128字節 EEPROM存儲）。

　　另外為了滿足汽車廠商OEM對車內環境照明節點個數的要求，研發人員對芯片內部電路做了特殊設計，使得LIN總線上最多可連接25個從節點，遠大于LIN總線規定的16個從節點。

　　圖4 MLX81106參考PCB設計

　　結論

　　該文主要闡述了高度集成單芯片實現的環境照明系統解決方案。意味著RGB 氛圍燈模塊可通過車內LIN網絡實現互連，同時該方案也不需要花費長時間研發過程或是大量的人力資源。這樣的技術勢必會成為OEM汽車廠商的主要賣點。通過LIN網絡實現的環境氛圍燈功能，會使汽車廠商的車型更具個性化，進而使得他們從競爭對手中脫穎而出。因此未來該功能將不再局限于高端汽車，而將變得更加適用于OEM汽車廠商的大批量暢銷車型中。