汽車氛圍燈方案，都在用哪些芯片？

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01前言

之前的文章系統(tǒng)性的介紹了汽車前燈和尾燈的方案，也簡單提及了氛圍燈方案，今天系統(tǒng)性的介紹下汽車氛圍燈的驅(qū)動(dòng)方案。

02需求概述

汽車氛圍燈按照架構(gòu)和功能分為靜態(tài)氛圍燈和動(dòng)態(tài)氛圍燈，靜態(tài)氛圍燈指的是一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)芯片控制一顆RGB燈珠或者一個(gè)PCB上放一顆RGB燈珠，通過導(dǎo)光條實(shí)現(xiàn)簡單線條照明。動(dòng)態(tài)氛圍燈指的是一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)芯片控制多顆RGB燈珠或者一個(gè)PCB上放多顆RGB燈珠，可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)照明。

• 氛圍燈的功能需求如下思維導(dǎo)圖所示：

• 氛圍燈驅(qū)動(dòng)芯片的資源需求如下思維導(dǎo)圖所示：

下面對(duì)這些需求進(jìn)行詳細(xì)描述。

03靜態(tài)氛圍燈

靜態(tài)氛圍燈主要指一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)芯片控制一顆RGB燈珠或者一個(gè)PCB上放一顆RGB燈珠，通過導(dǎo)光條實(shí)現(xiàn)簡單線條照明。靜態(tài)氛圍燈主流的方案為一顆集成LIN和恒流源驅(qū)動(dòng)的MCU加上RGB燈珠，整個(gè)PCB的尺寸非常小，嵌在門板框里。
3.1 需求

靜態(tài)氛圍燈的需求主要從整個(gè)方案的功能需求和驅(qū)動(dòng)芯片的資源需求進(jìn)行描述。

3.1.1 功能需求

靜態(tài)氛圍燈的功能需求如下：

LIN

• 常規(guī)的LIN通信，用于和主機(jī)通信。需要提供基于LIN的bootloader，因?yàn)镻CB尺寸很小，不一定會(huì)留出調(diào)試接口。有些客戶（特別是海外車廠）還需要LIN自動(dòng)尋址功能，減少組裝的難度。

• 有時(shí)車廠放了方便氛圍燈節(jié)點(diǎn)的軟件升級(jí)，不希望拆卸零部件，造成器件損傷，會(huì)要求氛圍燈節(jié)點(diǎn)支持LIN UDS Bootloader，該功能需要MCU的Flash最少64KB，如果還需要A/B分區(qū)，那MCU的Flash就需要128KB，同時(shí)RAM也需要相應(yīng)增大。

• 因?yàn)椴煌腞GB燈珠，色域頂點(diǎn)會(huì)有偏差，單純的按顏色的RGB混合比例調(diào)整占空比方式不適用，需要先標(biāo)定每個(gè)RGB燈珠的色坐標(biāo)三個(gè)頂點(diǎn)，再根據(jù)所需點(diǎn)亮顏色的色坐標(biāo)使用相關(guān)的混光算法得到RGB三個(gè)通道的占空比，最后進(jìn)行輸出。

• 因?yàn)闇囟葧?huì)影響RGB燈珠的發(fā)光強(qiáng)度，所以還需要通過檢測(cè)PN結(jié)電壓來計(jì)算當(dāng)前燈珠的溫度，再使用溫度補(bǔ)償算法，修改RGB三個(gè)通道的占空比。芯片自帶的溫度傳感器精度較差，一般不使用。有些海外客戶對(duì)于成本要求沒那么高，會(huì)在PCB放置一個(gè)NTC電阻用于計(jì)算溫度。

• 部分客戶對(duì)于氛圍燈的效果有更進(jìn)一步的需求，需要無極調(diào)光。當(dāng)整車ZCU通過LIN給了無極調(diào)光的命令之后，需要氛圍燈節(jié)點(diǎn)根據(jù)LIN報(bào)文傳輸?shù)膕RGB坐標(biāo)信息，進(jìn)行溫和的顏色變換。

一般車廠提供的LIN報(bào)文列表里會(huì)預(yù)留LED開短路的信號(hào)，有些高端的車型需要氛圍燈節(jié)點(diǎn)上報(bào)診斷信息。同時(shí)氛圍燈驅(qū)動(dòng)芯片的硬件一般也會(huì)提供供電電壓的過欠壓保護(hù)和過溫關(guān)斷功能。

3.1.2 芯片資源需求

靜態(tài)氛圍燈對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片的資源需求如下：

主系統(tǒng)

• 主頻：需要最少16MHz的主頻，當(dāng)前主流廠商的驅(qū)動(dòng)芯片主頻都在48MHz

• 存儲(chǔ)：Flash需要64KB，如果本身自帶SysROM并且內(nèi)部集成LIN協(xié)議棧、Bootloader等功能，32KB的Flash也能滿足需求。RAM需要2-8KB，主要看客戶的代碼功能。EEPROM一般需要0.5KB左右，主要用來存放RGB燈珠的標(biāo)定數(shù)據(jù)。

• 需要硬件乘除法器，因?yàn)檎{(diào)光里面涉及到很多矩陣運(yùn)算，純粹靠軟件運(yùn)算的話，需要MCU主頻比較高。

• 輸出通道一般使用恒流源，20-60mA的驅(qū)動(dòng)能力就足夠使用。恒流源相比恒壓源，對(duì)于RGB燈珠的控制更精確，當(dāng)前主流的方案都是低邊恒流源。國內(nèi)需要3路的輸出通道，海外客戶因?yàn)楦嗍褂肦GBW燈珠，所以需要4路輸出通道。

• 輸出通道同時(shí)也需要PWM發(fā)生器，頻率700Hz，分辨率16-bit，用于實(shí)時(shí)調(diào)整輸出通道的電流。有些場景下，車主會(huì)聽到輸出旁路電容的嘯叫，導(dǎo)致有些高端車會(huì)要求PWM頻率提高到20KHz，但是這會(huì)增加EMC實(shí)驗(yàn)的難度，具體看和車廠溝通的最終要求。

當(dāng)前靜態(tài)氛圍燈基本都是LIN通信，需要滿足LIN 2.2規(guī)范。有時(shí)為了自帶的bootloader升級(jí)速度加快，會(huì)需要支持100K波特率的高速LIN，但是高速LIN只局限于升級(jí)場景使用，正常整車運(yùn)行時(shí)不會(huì)用到。

測(cè)量

• 氛圍燈的ADC分辨率一般要求12-bit，采樣和轉(zhuǎn)換速率也盡量在400KSAS以上。同時(shí)需要支持差分采樣，主要目的是采集RGB燈珠的PN結(jié)電壓，和使用bus shunt方式的LIN自動(dòng)尋址工作時(shí)采集電阻兩端電壓。

• 另外氛圍燈需要采集的通道比較多，需要配合PWM模塊和定時(shí)器模塊進(jìn)行采樣任務(wù)的合理調(diào)度。

當(dāng)前靜態(tài)氛圍燈的驅(qū)動(dòng)芯片的主要廠家有英迪芯、邁來芯、艾爾默斯、泰矽微、納芯微等。各家的產(chǎn)品介紹下。

3.2.1 英迪芯

筆者認(rèn)為，英迪芯是當(dāng)前國內(nèi)靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)芯片的市場領(lǐng)導(dǎo)者，第一顆產(chǎn)品IND83209應(yīng)該是第一顆使用ARM內(nèi)核的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)芯片，解決了之前其他家產(chǎn)品調(diào)試工具貴、調(diào)試不方便的問題。同時(shí)，英迪芯也是第一家提供混光算法和溫補(bǔ)算法（以庫的形式提供，看不到源碼，提供接口函數(shù)）的LIN RGB集成芯片廠商，并和光色科技進(jìn)行合作，提供客戶從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)全貫通的解決方案，降低了靜態(tài)氛圍燈方案的開發(fā)難度。

英迪芯針對(duì)靜態(tài)氛圍燈的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表如下，也稱Realplum系列：

英迪芯靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表

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  IND83212是當(dāng)前客戶端使用最多的產(chǎn)品，英迪芯正在推動(dòng)客戶逐步向性價(jià)比更高的IND83216轉(zhuǎn)移。

• IND23224（屬于Rugby系列）是英迪芯在DVN展會(huì)重點(diǎn)介紹的產(chǎn)品，主要針對(duì)0.5W的氛圍燈，該功率的氛圍燈主要應(yīng)對(duì)高端車上白天開啟氛圍燈的應(yīng)用場景。

在英迪芯崛起之前，國內(nèi)靜態(tài)氛圍燈的市場份額主要由邁來芯和艾爾默斯占據(jù)。邁來芯的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品非常豐富，覆蓋各種資源需求。

如下是邁來芯的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表，也稱LIN lighting系列：

邁來芯靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表

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  MLX81124是邁來芯主推的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，增加了一些實(shí)用的特色。比如支持小于1mA，微秒級(jí)脈寬的診斷電流，不會(huì)造成微光，可以更加精確得測(cè)量LED的PN結(jié)電壓；以及提供了如何分辨LED開路和低邊輸出通道對(duì)GND短路的方法。

艾爾默斯的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列相比前面兩家有點(diǎn)少，但是深受海外客戶的青睞，歐洲份額依然非常高，但是國內(nèi)份額這幾年下降較多。為了更貼近國內(nèi)客戶的需求，做了E521.39的國內(nèi)版本D168.20，也可以基于庫的方式提供提供調(diào)光算法。另外，除了SysROM自帶的基于$BB服務(wù)的LIN Bootloader，也可以提供符合國內(nèi)客戶需求的LIN UDS Bootloader例程。

艾爾默斯針對(duì)靜態(tài)氛圍燈的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表如下：

艾爾默斯靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表

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  E521.31和E521.36是比較老的產(chǎn)品，目前仍有少量客戶在使用。E21.36使用OTP存儲(chǔ)代碼，相比Flash成本更低，但是一旦燒寫代碼，后續(xù)就無法更改。

• E521.39是最新的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，在歐洲市場深受歡迎，國內(nèi)版本的是D168.20，因?yàn)閮r(jià)格相比國產(chǎn)差距不大，也有一些客戶在選用。

泰矽微的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品目前在很多國內(nèi)車廠的推薦名單種，市場份額在快速增長。

如下是泰矽微針對(duì)靜態(tài)氛圍燈的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表：

泰矽微靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品列表

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  TCPL010已導(dǎo)入多個(gè)國內(nèi)車廠，ADC分辨率相比其他幾家有點(diǎn)較低。

• TCPL03x是目前主推的產(chǎn)品，價(jià)格和性能相比上一代有挺大優(yōu)勢(shì)。

除了上述幾個(gè)主要的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品廠家，也有一些新的玩家在進(jìn)入該市場，目前產(chǎn)品種類相對(duì)單一，筆者遇到的幾家產(chǎn)品如下。

其他靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品

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  納芯微的NSUC1500相比上述芯片廠商的產(chǎn)品有兩個(gè)比較特出的特點(diǎn)，一個(gè)是SysROM支持LIN UDS Bootloader，另一個(gè)是硬件上支持LED開短路閾值的設(shè)置。

• 英飛凌的TLD4020風(fēng)格和其他海外廠商類似，都是32KB Flash加上SysROM的配置，如果客戶需要做LIN UDS Bootloader，32K Flash空間有點(diǎn)勉強(qiáng)。TLD4020只有3個(gè)輸出通道，能夠滿足國內(nèi)的靜態(tài)氛圍燈市場需求，海外客戶更多需要4個(gè)輸出通道（驅(qū)動(dòng)RGBW燈珠）。和其他廠商不同的是，TLD4020有圖形化配置工具，可以集成到Keil和IAR中，能夠減少部分軟件工作量。如果TLD4020跟隨電機(jī)SOC（TLE9954）在國內(nèi)市場的激進(jìn)價(jià)格策略，后續(xù)也能占據(jù)一部分市場份額。

• 帝奧微和艾為的靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品暫時(shí)還沒有遇到量產(chǎn)的客戶，并且網(wǎng)上資料較少，這里就不贅述了。

筆者挑選了廠家的幾顆靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，做了簡單的對(duì)比表，如下所示（因?yàn)楦骷业囊?guī)格書參數(shù)指標(biāo)并非完全一致，有不當(dāng)之處歡迎在評(píng)論區(qū)指出）：

靜態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品對(duì)比
3.4 新方案

靜態(tài)氛圍燈除了上述集成LIN和恒流通道的集成MCU之外，還有一些新方向。

3.4.1 code-free

邁來芯近期推出了code-free的MLX80124，官方公眾號(hào)介紹資料如下鏈接：

code-free相比當(dāng)前方案，能夠極大壓縮客戶的軟件開發(fā)工作量，對(duì)芯片內(nèi)置的固件功能豐富度有非常高的要求，有可能會(huì)成為以后的趨勢(shì)。

3.4.2 all in one

弘凱近期推出了集成LIN、恒流驅(qū)動(dòng)以及RGB燈珠的all in one方案，該方案因?yàn)樾枰獙Ⅱ?qū)動(dòng)和RGB燈珠合封在一起，所以工藝難度較大，相比之前的ISELED方案和歐司朗的RGBi方案，通信速率太低，但是對(duì)于靜態(tài)氛圍燈的應(yīng)用來說應(yīng)該足夠。

弘凱官方公眾號(hào)發(fā)布的介紹資料如下鏈接：

04

動(dòng)態(tài)氛圍燈

動(dòng)態(tài)氛圍燈指的是一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)芯片控制多顆RGB燈珠或者一個(gè)PCB上放多顆RGB燈珠，可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)照明以及復(fù)雜絢麗的動(dòng)畫效果。動(dòng)態(tài)氛圍燈的主流方案為一顆驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)幾十至一百顆的RGB燈珠，或者使用RGBi這種通信速率極高的all in one芯片，一般用在面光源、格柵燈等場合。

4.1 需求

動(dòng)態(tài)氛圍燈的需求主要從整個(gè)方案的功能需求和驅(qū)動(dòng)芯片的資源需求進(jìn)行描述。

4.1.1 功能需求

動(dòng)態(tài)氛圍燈的功能需求如下：

通信

• 對(duì)于可以支持驅(qū)動(dòng)多路RGB的集成芯片，需要LIN或者UART Over CAN通信

• 對(duì)于smartLED或者歐司朗的RGBi等all in one方案，需要高速率的ISELED協(xié)議或者OSP協(xié)議

• 如果需要精確的顏色控制，需要使用混光算法（sRGB坐標(biāo)）；溫度補(bǔ)償?shù)男枨蟛欢啵驗(yàn)橐粋€(gè)PCB上RGB燈珠特別多的時(shí)候，想要每個(gè)RGB燈珠都做精確的溫補(bǔ)比較困難。

• 動(dòng)態(tài)氛圍燈需要更絢麗的效果，所以分區(qū)顯示，音樂律動(dòng)等功能是比較常見的。

• LED開短路的信息需要進(jìn)行上報(bào)。

• 驅(qū)動(dòng)芯片本身需要有過欠壓保護(hù)和過溫關(guān)斷，有些還需要可配置的熱降額功能。

動(dòng)態(tài)氛圍燈對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片的資源需求如下（不包含smartLED）：

主系統(tǒng)

• 主頻：48-72MHz

• 存儲(chǔ)：64-128KB Flash，8-16KB RAM

• 最好有硬件乘除法器

• 恒流源在21-27路左右，每路驅(qū)動(dòng)能力在30-100mA。為了滿足更高的功率，需要內(nèi)置buck提高效率。

• PWM發(fā)生器的頻率在1KHz左右，分辨率16-bit，有些場景需要更高頻率時(shí)，可以適當(dāng)降低分辨率。

• 有時(shí)為了單個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片能夠控制更多RGB，需要有額外的GPIO做行切換，配合恒流源做行列掃。

• 通信接口推薦UART Over CAN，因?yàn)長IN的通信速率在需要控制非常多RGB燈珠時(shí)無法滿足要求。

• 通信速率需要2-4Mbit/s

• 12bit的ADC，最好支持差分測(cè)量。

• 需要定時(shí)器以及其他能夠觸發(fā)ADC的模塊進(jìn)行配合。

當(dāng)前動(dòng)態(tài)氛圍燈的驅(qū)動(dòng)芯片的主要廠家有邁來芯、歐司朗、英迪芯、泰矽微等。各家的產(chǎn)品介紹下。

4.2.1 邁來芯

目前動(dòng)態(tài)氛圍燈的應(yīng)用場景中，筆者見到最多的還是邁來芯的方案，如MLX81116、MLX81142等。

邁來芯的動(dòng)態(tài)氛圍燈的產(chǎn)品列表如下，也稱MeLiBu系列：

邁來芯動(dòng)態(tài)氛圍燈產(chǎn)品列表
4.2.2 ISELED聯(lián)盟/歐司朗

ISELED聯(lián)盟和歐司朗都是做的all in one方案，因?yàn)橥ㄐ沤涌谒俾时容^高，也可以做動(dòng)態(tài)氛圍燈。筆者之前介紹過這兩種方案，鏈接如下：

4.2.3 英迪芯

英迪芯的IND83220目前見到不少客戶在使用，除了用于動(dòng)態(tài)氛圍燈，有些LED燈珠數(shù)較少的ISD方案也在使用。

英迪芯針對(duì)動(dòng)態(tài)氛圍燈的產(chǎn)品列表如下：

英迪芯動(dòng)態(tài)氛圍燈產(chǎn)品列表
4.2.4 泰矽微

泰矽微的動(dòng)態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)芯片稱為TClux系列，主要針對(duì)RGB面光源和流水氛圍燈等應(yīng)用。

主要的產(chǎn)品系列和功能如下列表：

泰矽微動(dòng)態(tài)氛圍燈產(chǎn)品列表

TClux系列更多信息參考如下官方發(fā)布的微信文章：

對(duì)于SmartLED這類all in one方案和驅(qū)動(dòng)芯片的方案的對(duì)比，泰矽微的分析參考如下官方發(fā)布的微信文章：

4.3 當(dāng)前方案對(duì)比

當(dāng)前方案中未內(nèi)置buck的驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)比如下（因?yàn)楦骷业囊?guī)格書參數(shù)指標(biāo)并非完全一致，有不當(dāng)之處歡迎在評(píng)論區(qū)指出）：

動(dòng)態(tài)氛圍燈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品對(duì)比

因?yàn)閟martLED的方案拓?fù)浜万?qū)動(dòng)芯片不一樣，所以沒有放在一起對(duì)比。

4.4 新方案

隨著動(dòng)態(tài)氛圍燈所需的RGB燈珠越來越多，除了傳統(tǒng)的集成驅(qū)動(dòng)的MCU方案之外，有些客戶也會(huì)選擇通用MCU加行列掃描式芯片，如TI的LP5860、LP5891等。

05總結(jié)

當(dāng)前靜態(tài)氛圍燈方案以集成LIN和恒流源驅(qū)動(dòng)的MCU加上RGB燈珠的架構(gòu)為主；動(dòng)態(tài)氛圍燈方案除了以專用驅(qū)動(dòng)芯片加多顆RGB燈珠的架構(gòu)之外，smartLED這種all in one也有不少客戶選擇。

隨著10base-T1興起，以及整車EE架構(gòu)的演變，傳統(tǒng)邊緣節(jié)點(diǎn)的軟件會(huì)逐步向ZCU集中，靜態(tài)氛圍燈和動(dòng)態(tài)氛圍燈也許會(huì)向code-free的思路轉(zhuǎn)移，需要重點(diǎn)考慮如何完善code-free芯片和10base-T1 RCP芯片之間的通信方式和通信協(xié)議。

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內(nèi)容轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「 Auto FAE進(jìn)階之路 」（ID:Auto_FAE ）， 作者：Yingming，原標(biāo)題：常見的汽車氛圍燈驅(qū)動(dòng)方案介紹

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