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，今天系統性的介紹下汽車氛圍燈的驅動方案。

02需求概述

汽車氛圍燈按照架構和功能分為靜態氛圍燈和動態氛圍燈，靜態氛圍燈指的是一個LED驅動芯片控制一顆RGB燈珠或者一個PCB上放一顆RGB燈珠，通過導光條實現簡單線條照明。動態氛圍燈指的是一個LED驅動芯片控制多顆RGB燈珠或者一個PCB上放多顆RGB燈珠，可以實現分區照明。

• 氛圍燈的功能需求如下思維導圖所示：

• 氛圍燈驅動芯片的資源需求如下思維導圖所示：

下面對這些需求進行詳細描述。

03靜態氛圍燈

靜態氛圍燈主要指一個LED驅動芯片控制一顆RGB燈珠或者一個PCB上放一顆RGB燈珠，通過導光條實現簡單線條照明。靜態氛圍燈主流的方案為一顆集成LIN和恒流源驅動的MCU加上RGB燈珠，整個PCB的尺寸非常小，嵌在門板框里。
3.1 需求

靜態氛圍燈的需求主要從整個方案的功能需求和驅動芯片的資源需求進行描述。

3.1.1 功能需求

靜態氛圍燈的功能需求如下：

LIN

• 常規的LIN通信，用于和主機通信。需要提供基于LIN的bootloader，因為PCB尺寸很小，不一定會留出調試接口。有些客戶（特別是海外車廠）還需要LIN自動尋址功能，減少組裝的難度。

• 有時車廠放了方便氛圍燈節點的軟件升級，不希望拆卸零部件，造成器件損傷，會要求氛圍燈節點支持LIN UDS Bootloader，該功能需要MCU的Flash最少64KB，如果還需要A/B分區，那MCU的Flash就需要128KB，同時RAM也需要相應增大。

• 因為不同的RGB燈珠，色域頂點會有偏差，單純的按顏色的RGB混合比例調整占空比方式不適用，需要先標定每個RGB燈珠的色坐標三個頂點，再根據所需點亮顏色的色坐標使用相關的混光算法得到RGB三個通道的占空比，最后進行輸出。

• 因為溫度會影響RGB燈珠的發光強度，所以還需要通過檢測PN結電壓來計算當前燈珠的溫度，再使用溫度補償算法，修改RGB三個通道的占空比。芯片自帶的溫度傳感器精度較差，一般不使用。有些海外客戶對于成本要求沒那么高，會在PCB放置一個NTC電阻用于計算溫度。

• 部分客戶對于氛圍燈的效果有更進一步的需求，需要無極調光。當整車ZCU通過LIN給了無極調光的命令之后，需要氛圍燈節點根據LIN報文傳輸的sRGB坐標信息，進行溫和的顏色變換。

一般車廠提供的LIN報文列表里會預留LED開短路的信號，有些高端的車型需要氛圍燈節點上報診斷信息。同時氛圍燈驅動芯片的硬件一般也會提供供電電壓的過欠壓保護和過溫關斷功能。

3.1.2 芯片資源需求

靜態氛圍燈對于驅動芯片的資源需求如下：

主系統

• 主頻：需要最少16MHz的主頻，當前主流廠商的驅動芯片主頻都在48MHz

• 存儲：Flash需要64KB，如果本身自帶SysROM并且內部集成LIN協議棧、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燈珠的標定數據。

• 需要硬件乘除法器，因為調光里面涉及到很多矩陣運算，純粹靠軟件運算的話，需要MCU主頻比較高。

• 輸出通道一般使用恒流源，20-60mA的驅動能力就足夠使用。恒流源相比恒壓源，對于RGB燈珠的控制更精確，當前主流的方案都是低邊恒流源。國內需要3路的輸出通道，海外客戶因為更多使用RGBW燈珠，所以需要4路輸出通道。

• 輸出通道同時也需要PWM發生器，頻率700Hz，分辨率16-bit，用于實時調整輸出通道的電流。有些場景下，車主會聽到輸出旁路電容的嘯叫，導致有些高端車會要求PWM頻率提高到20KHz，但是這會增加EMC實驗的難度，具體看和車廠溝通的最終要求。

當前靜態氛圍燈基本都是LIN通信，需要滿足LIN 2.2規范。有時為了自帶的bootloader升級速度加快，會需要支持100K波特率的高速LIN，但是高速LIN只局限于升級場景使用，正常整車運行時不會用到。

測量

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

• 另外氛圍燈需要采集的通道比較多，需要配合PWM模塊和定時器模塊進行采樣任務的合理調度。

當前靜態氛圍燈的驅動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。各家的產品介紹下。

3.2.1 英迪芯

筆者認為，英迪芯是當前國內靜態氛圍燈驅動芯片的市場領導者，第一顆產品IND83209應該是第一顆使用ARM內核的靜態氛圍燈驅動芯片，解決了之前其他家產品調試工具貴、調試不方便的問題。同時，英迪芯也是第一家提供混光算法和溫補算法（以庫的形式提供，看不到源碼，提供接口函數）的LIN RGB集成芯片廠商，并和光色科技進行合作，提供客戶從設計到生產全貫通的解決方案，降低了靜態氛圍燈方案的開發難度。

英迪芯針對靜態氛圍燈的驅動產品列表如下，也稱Realplum系列：

英迪芯靜態氛圍燈驅動產品列表

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  IND83212是當前客戶端使用最多的產品，英迪芯正在推動客戶逐步向性價比更高的IND83216轉移。

• IND23224（屬于Rugby系列）是英迪芯在DVN展會重點介紹的產品，主要針對0.5W的氛圍燈，該功率的氛圍燈主要應對高端車上白天開啟氛圍燈的應用場景。

在英迪芯崛起之前，國內靜態氛圍燈的市場份額主要由邁來芯和艾爾默斯占據。邁來芯的靜態氛圍燈驅動產品非常豐富，覆蓋各種資源需求。

如下是邁來芯的靜態氛圍燈驅動產品列表，也稱LIN lighting系列：

邁來芯靜態氛圍燈驅動產品列表

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  MLX81124是邁來芯主推的靜態氛圍燈驅動產品，增加了一些實用的特色。比如支持小于1mA，微秒級脈寬的診斷電流，不會造成微光，可以更加精確得測量LED的PN結電壓；以及提供了如何分辨LED開路和低邊輸出通道對GND短路的方法。

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

艾爾默斯針對靜態氛圍燈的驅動產品列表如下：

艾爾默斯靜態氛圍燈驅動產品列表

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

• E521.39是最新的靜態氛圍燈驅動產品，在歐洲市場深受歡迎，國內版本的是D168.20，因為價格相比國產差距不大，也有一些客戶在選用。

泰矽微的靜態氛圍燈驅動產品目前在很多國內車廠的推薦名單種，市場份額在快速增長。

如下是泰矽微針對靜態氛圍燈的驅動產品列表：

泰矽微靜態氛圍燈驅動產品列表

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  TCPL010已導入多個國內車廠，ADC分辨率相比其他幾家有點較低。

• TCPL03x是目前主推的產品，價格和性能相比上一代有挺大優勢。

除了上述幾個主要的靜態氛圍燈驅動產品廠家，也有一些新的玩家在進入該市場，目前產品種類相對單一，筆者遇到的幾家產品如下。

其他靜態氛圍燈驅動產品

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  納芯微的NSUC1500相比上述芯片廠商的產品有兩個比較特出的特點，一個是SysROM支持LIN UDS Bootloader，另一個是硬件上支持LED開短路閾值的設置。

• 英飛凌的TLD4020風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空間有點勉強。TLD4020只有3個輸出通道，能夠滿足國內的靜態氛圍燈市場需求，海外客戶更多需要4個輸出通道（驅動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SOC（TLE9954）在國內市場的激進價格策略，后續也能占據一部分市場份額。

• 帝奧微和艾為的靜態氛圍燈驅動產品暫時還沒有遇到量產的客戶，并且網上資料較少，這里就不贅述了。

筆者挑選了廠家的幾顆靜態氛圍燈驅動產品，做了簡單的對比表，如下所示（因為各家的規格書參數指標并非完全一致，有不當之處歡迎在評論區指出）：

靜態氛圍燈驅動產品對比
3.4 新方案

靜態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，官方公眾號介紹資料如下鏈接：

code-free相比當前方案，能夠極大壓縮客戶的軟件開發工作量，對芯片內置的固件功能豐富度有非常高的要求，有可能會成為以后的趨勢。

3.4.2 all in one

弘凱近期推出了集成LIN、恒流驅動以及RGB燈珠的all in one方案，該方案因為需要將驅動和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，但是對于靜態氛圍燈的應用來說應該足夠。

弘凱官方公眾號發布的介紹資料如下鏈接：

04

動態氛圍燈

動態氛圍燈指的是一個LED驅動芯片控制多顆RGB燈珠或者一個PCB上放多顆RGB燈珠，可以實現分區照明以及復雜絢麗的動畫效果。動態氛圍燈的主流方案為一顆驅動芯片驅動幾十至一百顆的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

動態氛圍燈的需求主要從整個方案的功能需求和驅動芯片的資源需求進行描述。

4.1.1 功能需求

動態氛圍燈的功能需求如下：

通信

• 對于可以支持驅動多路RGB的集成芯片，需要LIN或者UART Over CAN通信

• 對于smartLED或者歐司朗的RGBi等all in one方案，需要高速率的ISELED協議或者OSP協議

• 如果需要精確的顏色控制，需要使用混光算法（sRGB坐標）；溫度補償的需求不多，因為一個PCB上RGB燈珠特別多的時候，想要每個RGB燈珠都做精確的溫補比較困難。

• 動態氛圍燈需要更絢麗的效果，所以分區顯示，音樂律動等功能是比較常見的。

• LED開短路的信息需要進行上報。

• 驅動芯片本身需要有過欠壓保護和過溫關斷，有些還需要可配置的熱降額功能。

動態氛圍燈對于驅動芯片的資源需求如下（不包含smartLED）：

主系統

• 主頻：48-72MHz

• 存儲：64-128KB Flash，8-16KB RAM

• 最好有硬件乘除法器

• 恒流源在21-27路左右，每路驅動能力在30-100mA。為了滿足更高的功率，需要內置buck提高效率。

• PWM發生器的頻率在1KHz左右，分辨率16-bit，有些場景需要更高頻率時，可以適當降低分辨率。

• 有時為了單個驅動芯片能夠控制更多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，因為LIN的通信速率在需要控制非常多RGB燈珠時無法滿足要求。

• 通信速率需要2-4Mbit/s

• 12bit的ADC，最好支持差分測量。

• 需要定時器以及其他能夠觸發ADC的模塊進行配合。

當前動態氛圍燈的驅動芯片的主要廠家有邁來芯、歐司朗、英迪芯、泰矽微等。各家的產品介紹下。

4.2.1 邁來芯

目前動態氛圍燈的應用場景中，筆者見到最多的還是邁來芯的方案，如MLX81116、MLX81142等。

邁來芯的動態氛圍燈的產品列表如下，也稱MeLiBu系列：

邁來芯動態氛圍燈產品列表
4.2.2 ISELED聯盟/歐司朗

ISELED聯盟和歐司朗都是做的all in one方案，因為通信接口速率比較高，也可以做動態氛圍燈。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，除了用于動態氛圍燈，有些LED燈珠數較少的ISD方案也在使用。

英迪芯針對動態氛圍燈的產品列表如下：

英迪芯動態氛圍燈產品列表
4.2.4 泰矽微

泰矽微的動態氛圍燈驅動芯片稱為TClux系列，主要針對RGB面光源和流水氛圍燈等應用。

主要的產品系列和功能如下列表：

泰矽微動態氛圍燈產品列表

TClux系列更多信息參考如下官方發布的微信文章：

對于SmartLED這類all in one方案和驅動芯片的方案的對比，泰矽微的分析參考如下官方發布的微信文章：

4.3 當前方案對比

當前方案中未內置buck的驅動芯片對比如下（因為各家的規格書參數指標并非完全一致，有不當之處歡迎在評論區指出）：

動態氛圍燈驅動產品對比

因為smartLED的方案拓撲和驅動芯片不一樣，所以沒有放在一起對比。

4.4 新方案

隨著動態氛圍燈所需的RGB燈珠越來越多，除了傳統的集成驅動的MCU方案之外，有些客戶也會選擇通用MCU加行列掃描式芯片，如TI的LP5860、LP5891等。

05總結

當前靜態氛圍燈方案以集成LIN和恒流源驅動的MCU加上RGB燈珠的架構為主；動態氛圍燈方案除了以專用驅動芯片加多顆RGB燈珠的架構之外，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架構的演變，傳統邊緣節點的軟件會逐步向ZCU集中，靜態氛圍燈和動態氛圍燈也許會向code-free的思路轉移，需要重點考慮如何完善code-free芯片和10base-T1 RCP芯片之間的通信方式和通信協議。

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內容轉載自微信公眾號「 Auto FAE進階之路 」（ID:Auto_FAE ）， 作者：Yingming，原標題：常見的汽車氛圍燈驅動方案介紹

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