顏色的一致性在氛圍燈應用中具有極其重要的現實意義，而混光技術歷史悠久，國際照明組織在1931年就制定了混光標準、計算方法及不同色域的轉換公式。本文介紹的顏色相關的信息將以國際照明組織標準CIE1931為基礎。本文就LED混光原理及其在汽車氛圍燈的應用做了闡述，并結合indie英迪芯的氛圍燈專用芯片說明其應用要點。

一，混光原理介紹及應用

1. 混光原理

燈珠制造廠商在燈珠的數據手冊中會提供燈珠的顏色的x,y坐標值用于標識當前燈珠的顏色坐標參數，對于一顆RGB一體的燈珠會標注典型的R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)的坐標。

而RGB三個坐標圍成的三角形即為這三顆燈可以顯示的顏色范圍，從圖中可以看出只用三基色是沒法完成全色域顏色的表達的。

有了三基色的坐標的參數是否就可以完成顏色的準確表達了呢？在顯色的圖譜上只標識了顏色的顯示方式，如圖（1）并沒有體現任何有關亮度及亮度配比的信息，但在實際應用中亮度值是一個不可忽視的因素。一般的常識也可以理解不同亮度的顏色的配比就會出現不同混光效果，所以為了標定顏色一致性，在實際應用中必須對產品做白平衡標定。

2. 白平衡標定

白平衡的標定一般以D65（0.333,0.333）等能量點E作為標準的白平衡點對顏色進行標定

根據CIE xy坐標的混色定義：目標顏色的混色坐標可由混色坐標和其亮度計算得到：

當混光顏色為3色時即紅、綠、藍，并設定好已知的白光點坐標E(0.333,0.333)，即可計算出三個燈的亮度比，調節紅、綠、藍三路顏色的亮度比即可完成目標燈珠的白平衡操作。

3. 顏色轉換

如圖（1）所表示的顏色的絕對坐標，理論上也就是說對于不同的混色源雖然顏色坐標各有不同，但只要是組成三角形內共同的區域，這時發送的顏色坐標在不同的燈上顯示的顏色是相同的；但在實際應用中直接發送顏色坐標會有一些實際的問題：

• 顏色發送方必須很了解當前燈能夠顯示的顏色區域，否則發送的顏色坐標很容易會落在三角形區域外，導致顏色顯示異常。

• 燈控端計算量比較大，顏色計算涉及到眾多的乘除法計算對于普通的如8bit/16bit MCU來說運算量比較大，導致MCU的處理數據的負擔過重。

所以為了降低MCU的運算量或更直觀的顏色控制，一般只在做白平衡時才會使用x,y坐標的顏色控制方式，但對于色差要求比較嚴格的應用中，發送x,y的顏色控制方式就會變成強烈的需求。

一般顏色表達的方式有很多種如RGB，RGBL、HSL(V)、xyY。

• RGB：顏色的表達方式一般如微軟windows的顏色表達方式，RGB中既有顏色的表達也隱含了亮度值。

• RGBL：RGB只表達顏色的信息，L則表達了亮度值

• HSL(V)：色彩(Hue)、飽和度(Saturation)、亮度（Level），此種顏色可以嚴格的把色彩、色彩的純度及亮度嚴格區分開，可以很方便的構圖者用于顏色的調節。

• xyY：顏色的絕對值坐標

目前在氛圍燈上用的最多的RGBL顏色的表達式，所以此處我們以此為例，講解RGBL和xyY之間是如何轉換的：

RGB和XYZ之間有如下的轉換關系：

而此處的Sr，Sg，Sb為白平衡時紅、綠、藍顏色亮度的比例值，又由于：

帶入以上公式即可算出目標x，y的值。

從以上運算公式可以看出，紅綠藍坐標不同，那RGBL對應的x,y值也會有不同，所以RGBL表達的顏色只是相對色；由于RGBL中的RGB只代表顏色配比所以從計算結果中可以看出當RGB值比例相同時顏色是相同的，同時在計算時需要考慮當R、G、B同為0時的特例。

從RGBL轉xyY的運算結果可以看出，RGB的取值不會導致xy越界的現象發生，所以用戶只要知道RGB的取值范圍就可以輕松的調節顏色。

4. 顏色穩定性的其他考慮

1. LED的驅動方式

LED燈珠的模型為電流模型，所以LED的驅動方式最好是恒流驅動，因為不同的驅動電流對LED的參數產生影響，如下圖：

電流不同對燈珠的波長會產生從而影響燈珠的坐標參數，從而導致色差產生

2. 溫度對燈珠的影響

LED燈珠的發光效率隨溫度影響比較大，特別是紅光的衰減在85℃可達40% 如下圖，同時LED燈珠的PN節對溫度成負溫度系數，所以直接測量LED PN節電壓可以根據LED廠家提供的PN和溫度的曲線獲取當前LED的溫度值來用于對光衰的補償。

為了維持顏色的一致性，還有很多需要做的事情，比如為了達到某一種顏色的在不同亮度值的穩定性，甚至需要對每一個亮度進行補償，這勢必會消耗MCU大量的資源以及大量的標定時間。為了終端客戶的體驗及經濟性我們還有很多課題需要去探索和嘗試。

二，indie英迪芯氛圍燈芯片Realplum/RuGBy簡介

Indie是一家注冊于美國南加州的無晶圓半導體設計公司，專注于汽車的混合信號整合芯片設計。英迪芯微電子是其在中國江蘇無錫的子公司。

Indie英迪芯當前有兩款汽車氛圍燈專用整合芯片：應用于驅動單顆RGB的Realplum，和應用于驅動多顆RGB的RuGBy。

Realplum內部結構框圖

Realplum是一款集成了電源、MCU、LED驅動和LIN收發器的四合一氛圍燈專用整合芯片，具有強大的性能：

1. 32bit ARM Cortex-M0內核，具有較強的運算能力

2. 64KB FLASH + 16KB SRAM，充足的存儲空間

3. 3路分別最大可達45mA的恒流源LED驅動，步進100uA控制精度

4. 3路獨立的16bit PWM

5. 2路LIN，分別支持LIN master和LIN slave

6. 片內LDO

7. 硬件過溫過壓保護

RuGBy內部結構框圖.

RuGBy同樣是一款集成了電源、MCU、LED驅動和LIN的四合一氛圍燈專用整合芯片，相對于Realplum的區別在于RuGBy支持單芯片驅動18路LED，即單顆RuGBy芯片能同時驅動6顆RGB LED。其性能特點：

1. 32bit ARM Cortex-M0內核，具有較強的運算能力

2. 64KB FLASH + 16KB SRAM，充足的存儲空間

3. 18路分別最大可達30mA的恒流源LED驅動

4. 18路獨立的16bit PWM

5. 2路LIN，分別支持LIN master和LIN slave

6. 片內buck電路

三，indie英迪芯氛圍燈芯片的競爭優勢

如前文所述，LED混光要做好需要解決幾個問題：

1. 混光算法和坐標轉換需要更大的計算量

2. 顏色的穩定性需要高精度的恒流源驅動

3. 顏色的穩定性需要對溫度和老化進行補償

indie英迪芯的Realplum/RuGBy在芯片設計之初就對這些問題作了充分考量，分別在內核，存儲空間，恒流源控制精度和LED溫度檢測等方面作了優化，對做好混光有很大幫助：

1. Realplum/RuGBy的MCU內核是32bit ARM的Cortex-M0，效率達到0.9 DMIPS/MHz，對比與傳統8位/16位單片機其運行效率有明顯提升。這對于RGB混色和色坐標的變換的計算有很大幫助。尤其，新型的應用可能需要做動態的顏色變換（如音樂律動效果等），其需要支持的顏色數量更多，這時靠簡單的產線上光學儀器逐一顏色校準的辦法很可能行不通了，需要自動校準。這時MCU的計算量會越發突出。Realplum/RuGBy的內核將發揮重要的計算優勢。

2. Realplum/RuGBy的存儲空間為64kB FLASH + 16KB SRAM，業內領先。在標定顏色數量上，對于傳統顏色標定方式，Realplum/RuGBy可以存儲更多的顏色坐標；對于新型動態計算方式，Realplum/RuGBy也可以容納更多的算法，或者是兩者結合的方式。另外，對于溫度補償、老化補償的算法，Realplum/RuGBy也有足夠的程序空間。同時，對于在線升級（bootloader），Realplum/RuGBy大存儲空間就顯得更為重要了。

3. Realplum/RuGBy的恒流源最大可以驅動45mA電流，即使采用廉價的光導材料Realplum/RuGBy也能發出足夠的亮度。更為重要的是，這個恒流源控制精度達到100uA一檔，這對于保證穩定混光效果非常重要。電流直接影響顏色，如果恒流源電流不穩定，哪怕PWM再精細也無濟于事。Realplum/RuGBy的設計可以保證其在顏色自動標定的可行性。

4. Realplum/RuGBy有個專有的LED PN結電壓檢測電路，保證檢測PN結電壓的精度。LED PN結的壓降與溫度正相關，但是LED PN結的壓降很小，微小變化就表現出較大的溫度變化，所以PN結的壓降檢測精度很重要。Realplum/RuGBy在芯片設計之初考慮到了這個問題，設計了專有電路，確保了溫度補償的可行性。同時，結合LED的老化曲線，Realplum/RuGBy也能做好LED的老化補償。

以上，是indie英迪芯的氛圍燈專用芯片Realplum/RuGBy在LED混光中的競爭優勢。

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