千顆座艙氛圍燈僅需一顆MCU！OSP總線串起LED和傳感器

如今汽車——尤其是電動汽車的架構，已從以前的分布式架構，逐漸向集中式、中央式架構變化。在這一變化過程中，所有功能都從分布式的方式往集中式方向發展，這樣的趨勢要求功能在局部進行更多的集中。

智能表面就是一個比較典型的例子。所謂智能表面，直觀的理解就是隱藏式的電子按鍵，用來替代原來汽車上傳統的機械式按鍵。之所以發生這樣的變化，有多方面的必然性。

智能表面為什么難做？

首先是成本。傳統機械按鍵非常復雜，原材料昂貴，很多模塊在組裝階段還要做調整，又會帶來額外的成本。而隱藏式電子按鍵可以把這塊成本省下來，在電子屏上實現非常多的按鍵功能。與機械按鍵做成什么樣最終就是什么樣不同，電子實現按鍵還可以實現功能自定義，所有按鍵在將來的應用上可以通過后期OTA升級，來實現按鍵的靈活自定義。

其次，目前的整車內部流行簡潔化設計趨勢，用戶往往希望在不需要使用時把按鍵盡可能藏起來，不占用寶貴的車內空間。

最后是重量。所有電動汽車的發展都遵循輕量化的規律，盡可能把每個部件做到最輕或用無線化來節省線束重量。輕量化意味著省電，帶來的續航時間增長能夠緩解電動車用戶的里程焦慮。

但實現智能表面的應用沒那么容易，看似簡單的功能，其實里面包羅萬象。

“首先智能表面需要傳感器配合，在要用時喚醒，不需要時隱藏。喚醒意味著需要照明的配合，喚醒后要做壓力傳感，確認有這樣的動作；產生動作后要反饋，與機械按鍵的觸感一樣，需要給出振動反饋，告訴用戶動作已完成。”在日前舉行的第11屆EEVIA年度中國硬科技媒體論壇暨產業鏈研創趨勢展望研討會上，艾邁斯歐司朗（ams OSRAM）大中華區及亞太區汽車應用技術總監 白燕恭 以中控智能表面為例子，介紹了公司在車內LED應用的最新方案。

艾邁斯歐司朗大中華區及亞太區汽車應用技術總監 白燕恭

中控屏是車內典型的智能表面應用，里面包含了多種元素。

首先，像素化的LED區域。在未來車內空間中，照明將不再是塊狀分布，而是點狀分布，因為需要在車內空間實現各種燈光效果，例如根據不同的操作、配合不同的應用條件來顯示不同的顏色或做像素化控制。

第二，在這樣操控區域中，需要各種按鍵、滑動條、旋扭等，而所有這些操控都需要觸控、壓力檢測等。

最后，由于屏幕亮度不是固定的，也不是簡單的明或暗，需要通過周圍環境光的亮度來調節。包括在很多場景下，可能需要先滅掉再喚醒。

白燕恭認為，要在極小的空間內把所有功能集合在一起，實現起來非常難——即便是最簡單的亮度調節。手機上亮度調節非常快是因為搭載了本地光傳感器，但目前車上一般只有一個中央亮度傳感器，想實現亮度調節功能，需要先向中央區發起請求，拿到亮度值再調節。當外部環境變化時，這個過程會出現延遲，以致于無法實現快速調節。

將來的汽車應用中，很多功能會從以前分布式的場景，集成到不同域來集中管理，把所有東西都糅合在一起做流暢的配合，有沒有更好、更簡單的辦法？白燕恭把這個問題分解成了光傳感器以及光源等幾個面。

大家對LED的要求越來越高了

首先是光源部分。如今很多新款車型里都有氛圍燈，可實現呼吸、音樂律動等效果。但根據艾邁斯歐司朗從不同客戶獲得的反饋，用戶對氛圍燈的點亮還有非常多的需求，主要體現在幾個方面：

首先，燈的數量幾何倍增長。傳統一輛車內的氛圍燈大致是10-40顆，但如今車倉內一側就有80-180顆，隨著時間的推移這一數量還有可能翻倍，一輛車內達到1000顆。“現在10顆、20顆有現成的方案，到了幾千顆的時候怎么才能組成系統跑起來，并實現靈活調節？” 白燕恭拋出了一個很現實的問題。 

第二，對燈的亮度要求越來越高。過去大家對氛圍燈的要求，是在晚上駕駛的時候閃各種效果，因為晚上會比較明顯；但現在的要求是在白天也能看到燈光模式的效果，由于白天場景環境光更亮，所以對燈本身的亮度提出了更高要求。

第三，LED要耐高溫高壓。據介紹，智能表面的終極發展，跟一項名為IME (In-Mold Electronics)的模內電子技術相關。IME屬于一次注塑成型技術，經過多年發展已經比較成熟，但想通過一次注塑成型實現智能表面，用壓印方式一次把智能表面的所有電子電路印好，對LED本身也提出了更高要求。

最后，燈數量越來越多后，大家對燈還有一個更基本的要求——顯色一致性。比如全車內有800顆燈，要求顯示綠色，實際上卻是這邊深綠那邊淺綠，這是不能接受的。

智能表面應用中僅僅是關于燈的，就有這么多新的需求冒出來，可見其實現難度不小。“光是想把LED放在具體應用中去實現，除了剛才提到的應用需求，又會出現一些與燈屬性相關的問題。” 白燕恭說到。

首先，每家OEM廠家對于燈的色點要求不一樣，有的喜歡這樣的藍，有的喜歡那樣的綠，因此對LED出廠時的色點校準就有不同要求。

第二，即使是一個廠家供應的燈，在不同的電流驅動、溫度、使用時間等條件下，本身的色點、亮度等都會有變化。LED燈在安裝后的整個生命周期中，都需要做補償，并不是說產線上一次校準后續就不用管了。

最后，RGB燈是由不同顏色混出來的，混色時不同的燈放在不同的位置、角度，都會導致最終混色的效果差異巨大。這對燈本身的靈活性提出了要求，放在不同的位置、不同條件下，要有足夠的可編程性。

一種省MCU的多LED燈串行總線方案

這又回到剛才白燕恭拋出的問題——如何管理好數據巨大的LED燈？

艾邁斯歐司朗推出了一款產品OSIRE® E3731i，表面上看起來是一款常規的LED燈，但實際上它是一種自帶驅動的智能燈。更值得一提的是，它的驅動里采用了一條特殊的OSP總線。“結合上述那么多對燈的要求和需求，我們希望通過這種方式，解決剛才提到的問題。”

據介紹，OSP總線是一條串行總線，上面跑著艾邁斯歐司朗自己開發的、開源的協議。白燕恭表示，對客戶來說，采用這種總線架構后，MCU側不再需要其他的成本，只需要接口就可以接入。“一條差分總線可以帶1000個節點，可以理解成1000顆燈。我們以前需要幾個甚至幾十個驅動去帶1000顆燈，現在只需要兩根線的一條總線，就可以把這1000顆燈串在一起。”

談到開發OSP總線的原因，白燕恭表示有幾方面。

首先，原生需求來自現在車倉內的燈數量越來越多。艾邁斯歐司朗將OSP協議擴展后，目的是除了燈之外，還能接入更多的傳感器。

其次，市面上有一些類似概念的方案，但面對復雜的照明系統，想把所有東西接進來，需要用非常復雜的協議來做應用，也需要更多的維護。“現在其它市面上的方案，相當于把總線里的一些東西變成黑盒子，想用的時候要掏錢付費，再幫你把功能集成進來。” 白燕恭說到，“而我們想做的OSP就是開源的，希望把這套東西免費開放給所有的開發者，而且對整個系統側要求非常低，只需要你MCU的SPI接口就可以接入。”

至于這個總線在后面怎么應用，把什么東西接進來，艾邁斯歐司朗支持開發者自由發揮，但也會在OSP的條件下擴充生態。“未來不僅是我們自己的產品，包括整個業界所有友商的產品，只要在車里面應用都會逐步支持，建立生態。”他補充道。

據介紹，E3731i這款燈珠自帶驅動和溫度傳感器，在出廠時可以把客戶想要的色點、不同亮度條件下的所有溫度補償信息都放到上面。當客戶想用這款燈做校準時，針對他要求的色點、亮度、各種條件下的補償信息都已提前寫在芯片里，使用時只需通過OSP總線把相應參數讀出來，對相應的燈做補償即可。

白燕恭表示，通過這樣的方式，可以把前面提到的復雜系統在燈的層面先進行簡化。

如上圖所示，RGBi代表的是E3731i這顆燈珠，通過一條OSP總線最多可以連1000個點。這樣的好處是整個系統側只需要在最左邊安排一顆Gateway MCU，除此之外整個系統里不需要多余的MCU，因為所有燈的數據都可以通過總線匯聚到Gateway MCU側。而以前的方式是，每一路燈都要有一顆MCU，再加上燈的驅動讓整個系統非常復雜。

傳感器也能接入，大大降低系統集成難度

智能表面的應用，除了燈以外，傳感器也是亟待解決的問題之一。既然有了OSP總線，能不能把傳感器也接進來？

考慮到現在大多數在車內用傳感器都是I2C接口，艾邁斯歐司朗的做法是在現有的方案基礎上增加 OSP 轉換器（Converter），通過它把I2C協議數據直接轉換到OSP協議。如此一來，除了可以把燈接上去，還可以通過轉換器把相關傳感器接進來。

“沒有真正做過設計的人，可能還體會不到這種做法的意義。” 白燕恭設想了一個場景：設計了一款300顆燈的燈板，OEM對燈板的亮度做控制，需要根據周圍環境光的亮度來調節。傳統做法只能在燈板外側加一顆MCU，把傳感器做好，再把傳感器物理上埋在燈板里。而有了OSP總線，就可以直接把已經掛在總線上的任意一顆燈節點去掉，換成OSP Converter，再把傳感器通過OSP Converter接到系統中。

據介紹，OSP總線已實現多RGB燈控制，OSP Converter也將很快推向市場。通過這樣的方式，艾邁斯歐司朗希望發揮在光源、傳感、芯片、光路上的技術優勢，通過實現這樣一套OSP總線協議，把整個系統集成難度進一步降低，從而提高系統集成性。

如上圖所示，基于OSP總線架構，在整車中不同的燈板中，可在橙色部分埋入需要的傳感器

結語

再回到最開始提的問題，對于智能表面應用，要把像素化LED、按鈕、滑條、傳感的控制等這么多功能集成，白燕恭認為最佳答案就是OSP總線。基于這條OSP總線，艾邁斯歐司朗推出了相應的智能RGB LED，以及把傳感器接入到OSP總線的轉換器。通過這樣一整套方案，可以把整個智能表面應用串起來。“當然，這不僅限于智能表面，我相信在車內的應用會有很多場景，從內飾到外飾，只要有傳感和照明結合的場景，OSP概念和生態都會給整個產業帶來無窮的潛力。”