顏色的一致性在氛圍燈應(yīng)用中具有極其重要的現(xiàn)實意義，而混光技術(shù)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(zhuǎn)換公式。本文介紹的顏色相關(guān)的信息將以國際照明組織標準CIE1931為基礎(chǔ)。本文就LED混光原理及其在汽車氛圍燈的應(yīng)用做了闡述，并結(jié)合indie英迪芯的氛圍燈專用芯片說明其應(yīng)用要點。

一，混光原理介紹及應(yīng)用

1. 混光原理

燈珠制造廠商在燈珠的數(shù)據(jù)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(shù)，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(shù)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(xiàn)任何有關(guān)亮度及亮度配比的信息，但在實際應(yīng)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(xiàn)不同混光效果，所以為了標定顏色一致性，在實際應(yīng)用中必須對產(chǎn)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(jù)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(shè)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)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(nèi)共同的區(qū)域，這時發(fā)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(yīng)用中直接發(fā)送顏色坐標會有一些實際的問題：

• 顏色發(fā)送方必須很了解當前燈能夠顯示的顏色區(qū)域，否則發(fā)送的顏色坐標很容易會落在三角形區(qū)域外，導(dǎo)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(dǎo)致MCU的處理數(shù)據(jù)的負擔(dān)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(yīng)用中，發(fā)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(qū)分開，可以很方便的構(gòu)圖者用于顏色的調(diào)節(jié)。

• 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(zhuǎn)換的：

RGB和XYZ之間有如下的轉(zhuǎn)換關(guān)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(yīng)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(jié)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(zhuǎn)xyY的運算結(jié)果可以看出，RGB的取值不會導(dǎo)致xy越界的現(xiàn)象發(fā)生，所以用戶只要知道RGB的取值范圍就可以輕松的調(diào)節(jié)顏色。

4. 顏色穩(wěn)定性的其他考慮

1. LED的驅(qū)動方式

LED燈珠的模型為電流模型，所以LED的驅(qū)動方式最好是恒流驅(qū)動，因為不同的驅(qū)動電流對LED的參數(shù)產(chǎn)生影響，如下圖：

電流不同對燈珠的波長會產(chǎn)生從而影響燈珠的坐標參數(shù)，從而導(dǎo)致色差產(chǎn)生

2. 溫度對燈珠的影響

LED燈珠的發(fā)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(jié)對溫度成負溫度系數(shù)，所以直接測量LED PN節(jié)電壓可以根據(jù)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(wěn)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(jīng)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(dǎo)體設(shè)計公司，專注于汽車的混合信號整合芯片設(shè)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(yīng)用于驅(qū)動單顆RGB的Realplum，和應(yīng)用于驅(qū)動多顆RGB的RuGBy。

Realplum內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

Realplum是一款集成了電源、MCU、LED驅(qū)動和LIN收發(fā)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(nèi)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(qū)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(nèi)LDO

7. 硬件過溫過壓保護

RuGBy內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖.

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

1. 32bit ARM Cortex-M0內(nèi)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(qū)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(nèi)buck電路

三，indie英迪芯氛圍燈芯片的競爭優(yōu)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(zhuǎn)換需要更大的計算量

2. 顏色的穩(wěn)定性需要高精度的恒流源驅(qū)動

3. 顏色的穩(wěn)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(shè)計之初就對這些問題作了充分考量，分別在內(nèi)核，存儲空間，恒流源控制精度和LED溫度檢測等方面作了優(yōu)化，對做好混光有很大幫助：

1. Realplum/RuGBy的MCU內(nèi)核是32bit ARM的Cortex-M0，效率達到0.9 DMIPS/MHz，對比與傳統(tǒng)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(yīng)用可能需要做動態(tài)的顏色變換（如音樂律動效果等），其需要支持的顏色數(shù)量更多，這時靠簡單的產(chǎn)線上光學(xué)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(fā)突出。Realplum/RuGBy的內(nèi)核將發(fā)揮重要的計算優(yōu)勢。

2. Realplum/RuGBy的存儲空間為64kB FLASH + 16KB SRAM，業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。在標定顏色數(shù)量上，對于傳統(tǒng)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(tài)計算方式，Realplum/RuGBy也可以容納更多的算法，或者是兩者結(jié)合的方式。另外，對于溫度補償、老化補償?shù)乃惴ǎ琑ealplum/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(qū)動45mA電流，即使采用廉價的光導(dǎo)材料Realplum/RuGBy也能發(fā)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(wěn)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(wěn)定，哪怕PWM再精細也無濟于事。Realplum/RuGBy的設(shè)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(jié)電壓檢測電路，保證檢測PN結(jié)電壓的精度。LED PN結(jié)的壓降與溫度正相關(guān)，但是LED PN結(jié)的壓降很小，微小變化就表現(xiàn)出較大的溫度變化，所以PN結(jié)的壓降檢測精度很重要。Realplum/RuGBy在芯片設(shè)計之初考慮到了這個問題，設(shè)計了專有電路，確保了溫度補償?shù)目尚行浴?/span>同時，結(jié)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(yōu)勢。

汽車未來將會成為家以外的第二個親密私人空間，汽車內(nèi)飾照明已成為不可忽視的設(shè)計元素，氛圍燈正處于市場導(dǎo)入及成長階段，如何將氛圍燈設(shè)計的更好，完美的實現(xiàn)人車互動，需要主機廠，車燈廠，內(nèi)飾廠，材料廠商，控制器、薄膜，導(dǎo)光材料等企業(yè)的共同努力，現(xiàn)艾邦建有汽車氛圍燈微信群，吉利、比亞迪、長城、長安、東風(fēng)、延鋒、睿博光電、廣州新晨、宜蘭汽配、溫州錦成、科思創(chuàng)、庫爾茲、肖特等企業(yè)均已加入，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游的朋友入群探討，共謀進步。

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