千颗座舱氛围灯仅需一颗MCU！OSP总线串起LED和传感器

如今汽车——尤其是电动汽车的架构，已从以前的分布式架构，逐渐向集中式、中央式架构变化。在这一变化过程中，所有功能都从分布式的方式往集中式方向发展，这样的趋势要求功能在局部进行更多的集中。

智能表面就是一个比较典型的例子。所谓智能表面，直观的理解就是隐藏式的电子按键，用来替代原来汽车上传统的机械式按键。之所以发生这样的变化，有多方面的必然性。

智能表面为什么难做？

首先是成本。传统机械按键非常复杂，原材料昂贵，很多模块在组装阶段还要做调整，又会带来额外的成本。而隐藏式电子按键可以把这块成本省下来，在电子屏上实现非常多的按键功能。与机械按键做成什么样最终就是什么样不同，电子实现按键还可以实现功能自定义，所有按键在将来的应用上可以通过后期OTA升级，来实现按键的灵活自定义。

其次，目前的整车内部流行简洁化设计趋势，用户往往希望在不需要使用时把按键尽可能藏起来，不占用宝贵的车内空间。

最后是重量。所有电动汽车的发展都遵循轻量化的规律，尽可能把每个部件做到最轻或用无线化来节省线束重量。轻量化意味着省电，带来的续航时间增长能够缓解电动车用户的里程焦虑。

但实现智能表面的应用没那么容易，看似简单的功能，其实里面包罗万象。

“首先智能表面需要传感器配合，在要用时唤醒，不需要时隐藏。唤醒意味着需要照明的配合，唤醒后要做压力传感，确认有这样的动作；产生动作后要反馈，与机械按键的触感一样，需要给出振动反馈，告诉用户动作已完成。”在日前举行的第11届EEVIA年度中国硬科技媒体论坛暨产业链研创趋势展望研讨会上，艾迈斯欧司朗（ams OSRAM）大中华区及亚太区汽车应用技术总监 白燕恭 以中控智能表面为例子，介绍了公司在车内LED应用的最新方案。

艾迈斯欧司朗大中华区及亚太区汽车应用技术总监 白燕恭

中控屏是车内典型的智能表面应用，里面包含了多种元素。

首先，像素化的LED区域。在未来车内空间中，照明将不再是块状分布，而是点状分布，因为需要在车内空间实现各种灯光效果，例如根据不同的操作、配合不同的应用条件来显示不同的颜色或做像素化控制。

第二，在这样操控区域中，需要各种按键、滑动条、旋扭等，而所有这些操控都需要触控、压力检测等。

最后，由于屏幕亮度不是固定的，也不是简单的明或暗，需要通过周围环境光的亮度来调节。包括在很多场景下，可能需要先灭掉再唤醒。

白燕恭认为，要在极小的空间内把所有功能集合在一起，实现起来非常难——即便是最简单的亮度调节。手机上亮度调节非常快是因为搭载了本地光传感器，但目前车上一般只有一个中央亮度传感器，想实现亮度调节功能，需要先向中央区发起请求，拿到亮度值再调节。当外部环境变化时，这个过程会出现延迟，以致于无法实现快速调节。

将来的汽车应用中，很多功能会从以前分布式的场景，集成到不同域来集中管理，把所有东西都糅合在一起做流畅的配合，有没有更好、更简单的办法？白燕恭把这个问题分解成了光传感器以及光源等几个面。

大家对LED的要求越来越高了

首先是光源部分。如今很多新款车型里都有氛围灯，可实现呼吸、音乐律动等效果。但根据艾迈斯欧司朗从不同客户获得的反馈，用户对氛围灯的点亮还有非常多的需求，主要体现在几个方面：

首先，灯的数量几何倍增长。传统一辆车内的氛围灯大致是10-40颗，但如今车仓内一侧就有80-180颗，随着时间的推移这一数量还有可能翻倍，一辆车内达到1000颗。“现在10颗、20颗有现成的方案，到了几千颗的时候怎么才能组成系统跑起来，并实现灵活调节？” 白燕恭抛出了一个很现实的问题。 

第二，对灯的亮度要求越来越高。过去大家对氛围灯的要求，是在晚上驾驶的时候闪各种效果，因为晚上会比较明显；但现在的要求是在白天也能看到灯光模式的效果，由于白天场景环境光更亮，所以对灯本身的亮度提出了更高要求。

第三，LED要耐高温高压。据介绍，智能表面的终极发展，跟一项名为IME (In-Mold Electronics)的模内电子技术相关。IME属于一次注塑成型技术，经过多年发展已经比较成熟，但想通过一次注塑成型实现智能表面，用压印方式一次把智能表面的所有电子电路印好，对LED本身也提出了更高要求。

最后，灯数量越来越多后，大家对灯还有一个更基本的要求——显色一致性。比如全车内有800颗灯，要求显示绿色，实际上却是这边深绿那边浅绿，这是不能接受的。

智能表面应用中仅仅是关于灯的，就有这么多新的需求冒出来，可见其实现难度不小。“光是想把LED放在具体应用中去实现，除了刚才提到的应用需求，又会出现一些与灯属性相关的问题。” 白燕恭说到。

首先，每家OEM厂家对于灯的色点要求不一样，有的喜欢这样的蓝，有的喜欢那样的绿，因此对LED出厂时的色点校准就有不同要求。

第二，即使是一个厂家供应的灯，在不同的电流驱动、温度、使用时间等条件下，本身的色点、亮度等都会有变化。LED灯在安装后的整个生命周期中，都需要做补偿，并不是说产线上一次校准后续就不用管了。

最后，RGB灯是由不同颜色混出来的，混色时不同的灯放在不同的位置、角度，都会导致最终混色的效果差异巨大。这对灯本身的灵活性提出了要求，放在不同的位置、不同条件下，要有足够的可编程性。

一种省MCU的多LED灯串行总线方案

这又回到刚才白燕恭抛出的问题——如何管理好数据巨大的LED灯？

艾迈斯欧司朗推出了一款产品OSIRE® E3731i，表面上看起来是一款常规的LED灯，但实际上它是一种自带驱动的智能灯。更值得一提的是，它的驱动里采用了一条特殊的OSP总线。“结合上述那么多对灯的要求和需求，我们希望通过这种方式，解决刚才提到的问题。”

据介绍，OSP总线是一条串行总线，上面跑着艾迈斯欧司朗自己开发的、开源的协议。白燕恭表示，对客户来说，采用这种总线架构后，MCU侧不再需要其他的成本，只需要接口就可以接入。“一条差分总线可以带1000个节点，可以理解成1000颗灯。我们以前需要几个甚至几十个驱动去带1000颗灯，现在只需要两根线的一条总线，就可以把这1000颗灯串在一起。”

谈到开发OSP总线的原因，白燕恭表示有几方面。

首先，原生需求来自现在车仓内的灯数量越来越多。艾迈斯欧司朗将OSP协议扩展后，目的是除了灯之外，还能接入更多的传感器。

其次，市面上有一些类似概念的方案，但面对复杂的照明系统，想把所有东西接进来，需要用非常复杂的协议来做应用，也需要更多的维护。“现在其它市面上的方案，相当于把总线里的一些东西变成黑盒子，想用的时候要掏钱付费，再帮你把功能集成进来。” 白燕恭说到，“而我们想做的OSP就是开源的，希望把这套东西免费开放给所有的开发者，而且对整个系统侧要求非常低，只需要你MCU的SPI接口就可以接入。”

至于这个总线在后面怎么应用，把什么东西接进来，艾迈斯欧司朗支持开发者自由发挥，但也会在OSP的条件下扩充生态。“未来不仅是我们自己的产品，包括整个业界所有友商的产品，只要在车里面应用都会逐步支持，建立生态。”他补充道。

据介绍，E3731i这款灯珠自带驱动和温度传感器，在出厂时可以把客户想要的色点、不同亮度条件下的所有温度补偿信息都放到上面。当客户想用这款灯做校准时，针对他要求的色点、亮度、各种条件下的补偿信息都已提前写在芯片里，使用时只需通过OSP总线把相应参数读出来，对相应的灯做补偿即可。

白燕恭表示，通过这样的方式，可以把前面提到的复杂系统在灯的层面先进行简化。

如上图所示，RGBi代表的是E3731i这颗灯珠，通过一条OSP总线最多可以连1000个点。这样的好处是整个系统侧只需要在最左边安排一颗Gateway MCU，除此之外整个系统里不需要多余的MCU，因为所有灯的数据都可以通过总线汇聚到Gateway MCU侧。而以前的方式是，每一路灯都要有一颗MCU，再加上灯的驱动让整个系统非常复杂。

传感器也能接入，大大降低系统集成难度

智能表面的应用，除了灯以外，传感器也是亟待解决的问题之一。既然有了OSP总线，能不能把传感器也接进来？

考虑到现在大多数在车内用传感器都是I2C接口，艾迈斯欧司朗的做法是在现有的方案基础上增加 OSP 转换器（Converter），通过它把I2C协议数据直接转换到OSP协议。如此一来，除了可以把灯接上去，还可以通过转换器把相关传感器接进来。

“没有真正做过设计的人，可能还体会不到这种做法的意义。” 白燕恭设想了一个场景：设计了一款300颗灯的灯板，OEM对灯板的亮度做控制，需要根据周围环境光的亮度来调节。传统做法只能在灯板外侧加一颗MCU，把传感器做好，再把传感器物理上埋在灯板里。而有了OSP总线，就可以直接把已经挂在总线上的任意一颗灯节点去掉，换成OSP Converter，再把传感器通过OSP Converter接到系统中。

据介绍，OSP总线已实现多RGB灯控制，OSP Converter也将很快推向市场。通过这样的方式，艾迈斯欧司朗希望发挥在光源、传感、芯片、光路上的技术优势，通过实现这样一套OSP总线协议，把整个系统集成难度进一步降低，从而提高系统集成性。

如上图所示，基于OSP总线架构，在整车中不同的灯板中，可在橙色部分埋入需要的传感器

结语

再回到最开始提的问题，对于智能表面应用，要把像素化LED、按钮、滑条、传感的控制等这么多功能集成，白燕恭认为最佳答案就是OSP总线。基于这条OSP总线，艾迈斯欧司朗推出了相应的智能RGB LED，以及把传感器接入到OSP总线的转换器。通过这样一整套方案，可以把整个智能表面应用串起来。“当然，这不仅限于智能表面，我相信在车内的应用会有很多场景，从内饰到外饰，只要有传感和照明结合的场景，OSP概念和生态都会给整个产业带来无穷的潜力。”