존 아키텍처에서 차세대 자동차 조명 설계 마스터하기

그러나 중앙 컴퓨트가 빨라지고 백본이 이더넷으로 전환됨에 따라 네트워크의 주변, 즉 "엣지"에서 새로운 과제가 나타납니다. 센서, 모터 액추에이터, 조명 모듈과 같은 엣지 노드의 수가 사용자의 안전, 향상된 피드백 및 최종 사용자 경험에 대한 기대를 충족시키기 위해 증가하고 있습니다.

이 엣지 시스템들이 데이터 병목 현상을 일으키면, 영역 디자인의 속도와 효율성을 저해할 수 있습니다. 이 아키텍처의 잠재력을 완전히 발휘하려면, 산업계는 차량의 기능적 엔드포인트가 중앙 컴퓨팅 코어만큼 빠르고 반응성이 뛰어나도록 보장하는 솔루션이 필요합니다.

변화하는 자동차 조명의 역할

지역 네트워크 가장자리의 압력은 차량 기능 변화의 직접적인 결과이며, 그 중에서도 조명은 중요한 진화 분야를 대표합니다. 자동차 조명은 단순한 조명 역할을 넘어 차량 디자인, 커뮤니케이션, 안전의 중요한 요소로 발전했습니다. 현대 차량은 이제 중요한 피드백 메커니즘으로서뿐만 아니라 사회적 인터페이스로서도 기능하는 조명 시스템을 요구합니다.
 
자동차 OEM은 외부 신호, 브랜드 및 안전 경고를 위한 고속, 동적 애니메이션이 가능한 수천 개의 LED를 배치하고 캐빈 내부에는 통합된 환경 조명 시스템을 구현합니다. 게다가 이 추세는 정적 조명에서 능동적 커뮤니케이션 표면으로 전환하는 수많은 다른 조명 배치로 확장될 예정입니다. 이러한 변화는 초기 수용자들이 보행자에게 기호 및 텍스트를 투사하기 위해 고해상도 매트릭스 패널을 활용하는 중국 시장에서 이미 서비스에 들어가고 있습니다.
 
현대 차량의 엄격한 기능적, 미적 및 안전 요구 사항을 충족하기 위해 조명 시스템은 다음과 같은 핵심 기술 요구 사항을 만족해야 합니다:

• 표준 기능적 응용: 캐빈 조명이나 충전 포트 표시기와 같은 단순한 국부적 작업은 지나친 대역폭 없이 경제적이고 신뢰성 있는 제어를 요구하며, 지역 아키텍처와 연결할 수 있어야 합니다.
• 고동적 응용: OEM은 점점 더 고속 및 정확성을 요구하는 고급 애니메이션 외부 조명, 커뮤니케이션 라이트 바, 고해상도 내부 디스플레이를 배치하고 있습니다.
• 안전 중요성: 방향 지시등이나 자율 주행 상태 표시등과 같은 특정 사용 사례의 경우, 시스템은 엄격한 기능 안전 표준을 준수하여 필요할 때 정확하게 작동할 수 있도록 ASIL 규정 준수를 요구합니다.
• 신뢰성 및 강인성: 자동차 환경은 혹독합니다. 조명 시스템은 전자기 간섭(EMI), 온도 변동, 차량 환경의 물리적 스트레스를 견디면서 일관된 성능을 유지해야 합니다.

고속 촉진기: MeLiBu® 2.0 및 지역 아키텍처

하드웨어 통합이 지역 아키텍처에 중요하지만, 효과적인 통신과 소프트웨어 설계도 똑같이 중요합니다. 예를 들어 조명 그릴, 동적 후면 램프, 전체 너비 대시보드 조명과 같은 고역동 조명 애플리케이션의 경우, 지역 차량 플랫폼 내에서는 표준 자동차 프로토콜로는 부족합니다.
 
이 병목 현상을 해결하기 위해 Melexis는 LED 드라이버 IC에 최적화된 통신 프로토콜인 MeLiBu® (Melexis Light Bus)를 개발했습니다. 최신 버전인 MeLiBu® 2.0은 동적 매트릭스 조명 디스플레이를 비롯한 최신 조명 요구를 충족하도록 특별히 설계되었으며, 고속 지역 아키텍처를 지원합니다.
 
MeLiBu® 2.0은 UART 오버 CAN 인터페이스로, CAN-FD의 견고한 차동 버스를 활용하여 긴 지역 배선 번들에서 일반적으로 발생하는 전기적 노이즈와 간섭에 대한 강인성을 보장하면서 UART의 단순화된 프로토콜 처리를 제공합니다. 표준 CAN과 달리, MeLiBu® 2.0은 속도에 최적화되어 있으며, 최대 4 Mbit/s의 대역폭을 지원합니다. 이는 중앙 컴퓨터가 복잡한 조명 패턴을 제어하고 이를 실시간으로 엣지 노드에 "스트리밍"하는 현대 지역 아키텍처에서는 중요한 속도입니다.
 
또한, 효율적인 데이터 패키징을 통해 가용 대역폭의 대부분이 프로토콜 오버헤드가 아닌 실제 조명 정보를 전송하는 데 사용되도록 하여, 대형 멀티 세그먼트 설치에서 실시간 동적 조명 애니메이션이 지연이나 성능 저하 없이 원활하게 실행되도록 합니다.
 
이를 용이하게 하기 위해 MeLiBu® 2.0은 표준 10BASE-T1S 이더넷 엔드포인트 브릿지를 통해 지역 백본에 원활하게 연결되도록 설계되어, 고속 이더넷 트래픽을 로컬 버스로 직접 변환합니다. 이로 인해 차량의 조명 배열이 정적인 전구 집합보다 비디오 화면처럼 애니메이션 제어를 가질 수 있어 지연이나 시각적 아티팩트 없이 유동적인 애니메이션을 가능하게 합니다.

MeLiBu® 2.0는 현대 OEM이 요구하는 규모를 위해 설계되었습니다. 차량이 외부 및 내부에 더 많은 피드백 메커니즘을 통합함에 따라 각 구역당 노드의 수가 크게 증가합니다. MeLiBu® 2.0는 단일 버스에서 최대 251개의 노드를 지원하여 단일 인터페이스에서 4,000개 이상의 RGB LED(또는 24,000개의 단색 LED)를 배치할 수 있습니다. 이러한 확장성은 단편화된 서브 네트워크나 복잡한 배선 우회 작업이 필요 없이 거대한 외부 매트릭스 패널이나 광범위한 무드등 스트립을 구동할 수 있도록 보장합니다.
 
"표면 조명" 및 통신 LED 배열로의 전환은 전통적 아키텍처의 실패와 존알 접근의 성공을 가장 명확하게 보여주는 예일 것입니다. 외부 조명에서 제조업체들은 단순한 클러스터에서 심볼과 텍스트를 표시할 수 있는 고해상도 디스플레이 패널로 이동하고 있습니다.

하드웨어 통합 및 코드 없는 엣지 생성

만약 Zonal 아키텍처가 데이터 병목 현상을 해결하기 위해 MeLiBu® 2.0에 의존한다면, 자동차 디자이너들이 고려해야 할 두 번째 중요한 요소는 수천 개의 개별 LED를 연결하는 과정에서 발생하는 복잡성을 관리하는 것입니다. 이러한 과제는 IC와 펌웨어 수준에서의 혁신을 요구하여 신뢰성, 컴팩트함, 단순화된 소프트웨어 관리가 보장되어야 합니다.
 
불완전 작동 방지 설계
 
고노드 수 응용 분야에서 주요 관심사는 단일 지점 장애로, 하나의 구성 요소가 오작동하면 전체 체인이 다운될 수 있습니다. 많은 LED 드라이버 회로는 여전히 IC의 기본 직렬 연결 내부 버스 설계를 사용하고 있어, 칩의 전자 경로에서 물리적 고장이 발생하면 모든 후속 노드로의 데이터 흐름이 중단될 수 있습니다.
 
Melexis LED 드라이버 IC는 내부 버스 설계를 통합하여 이러한 통합 위험을 해결합니다. 전통적인 직렬 연결과 달리, 이 아키텍처의 각 IC는 하나의 LED 드라이버의 고장이 시리즈 내 다른 노드의 기능을 저해하지 않도록 연결됩니다. OEM에 있어 이러한 설계는 복잡한 조명 모듈에서 진단 및 유지 보수 전략을 단순화하고 장기적인 신뢰성과 견고함을 직접적으로 제공합니다.
 
안전 중요 응용 분야를 지원하기 위해, 모든 MeLiBu® 2.0 드라이버는 ASIL B Safety Element out of Context (SEooC) 규정 준수와 IC에 직접 저장된 구성 가능한 불완전 작동 방지 시나리오도 지원합니다. 이를 통해 경고 신호, 비상 조명 및 기타 중요한 조명 기능이 어려운 상황이나 시스템의 일부 장애 시에도 계속 작동하도록 보장합니다. 이러한 이점은 수천 개의 LED로 이루어진 스트링이나 매트릭스 전반에 걸쳐 확장되어, IC를 실내 및 실외 안전 중요 조명 응용 분야 모두에 적합하게 만듭니다.
 
더욱이, MLX80142 시리즈와 같은 크로스프리 PCB 레이아웃을 지원하는 IC는 Injection Molded Structural Electronics (IMSE)와 같은 컴팩트 제조 방법을 통한 PCB-less 오버몰딩으로 초소형 디자인을 수용하여 통합을 더욱 간소화합니다.
 
Zonal 아키텍처에서 코드 프리 엔드포인트의 힘
 
소프트웨어 정의 차량으로의 이동은 에지가 아닌 중앙 시스템에서 직접 주소화될 수 있는 엔드포인트에 의존하며, 이는 에지에서 간소화되고 표준화된 하드웨어의 중요성을 더욱 높입니다. Melexis가 여전히 높은 맞춤형 응용을 위한 전통적인 플래시 프로그래머블 LED 드라이버를 지원하는 동안, 회사는 코드 프리 드라이버도 제공합니다. 소프트웨어 개발 노력이나 내부 소프트웨어 전문 지식이 제한된 프로젝트의 경우 특히, 많은 일반 조명 응용 분야에서는 이러한 코드 프리 솔루션이 zonal 아키텍처 내에서 통합할 수 있는 단순하고 비용 효과적인 경로를 제공합니다.
 
결과적으로, Zonal 아키텍처를 배포하는 OEM은 소프트웨어가 에지가 아닌 중앙 슈퍼컴퓨터에만 위치하도록 보장하려 하며, 이는 Melexis의 “코드 프리” LED 드라이버를 통해 이루어집니다. 이 드라이버는 검증된 응용 기능을 갖춘 구성 가능한 펌웨어가 탑재되어 있어, 사용자 정의 펌웨어를 실행하는 마이크로컨트롤러(MCUs)가 아닌 간단한 상태 변화를 통해 정교한 조명 제어를 가능하게 합니다.
 
Melexis “코드 프리” 드라이버는 zonal 아키텍처와 관련된 여러 운영 및 개발상의 이점을 제공합니다:

• 소프트웨어 개발 회피: 엔지니어는 직관적인 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 사용하여 조명 시퀀스, 보정 및 진단을 정의할 수 있으며, 이는 구성 요소 수준에서 소요되는 시간 소모적인 펌웨어 개발 및 검증을 제거하여 복잡한 zonal 시스템과 관련된 자격 비용을 관리하는 데 중요합니다.

• Security by Design: 에지에서 사용자 지정 소프트웨어를 제거하면 취약한 공격 표면이 줄어들어 노드가 전통적인 플래시 구성 장치보다 사이버 위협에 대해 본질적으로 더 강력해집니다.
• Decoupling Complexity: 이 아키텍처는 중앙 제어 장치가 완전히 소프트웨어로 정의될 수 있도록 하며, 노드는 철저히 하드웨어로 정의되어 하드웨어 기능을 영역 제어 장치의 아키텍처 철학에 정확히 맞춤으로써 전체 차량 개발 주기를 간소화합니다.

하이브리드 지역 네트워크: LIN 및 구동을 위한 필수 솔루션

MeLiBu® 2.0이 조명 통신을 위한 중요한 고속 인터페이스를 제공하는 동안, 영역 아키텍처의 현실은 여러 통신 표준을 필요로 하는 하이브리드 네트워크라는 것입니다. MeLiBu® 제품 외에도, Melexis는 주변 조명 스트립, 단순한 독서등 및 충전 포트 표시기와 같은 간단하고 비용 효율적인 배치를 위한 다양한 LIN LED 드라이버를 제공합니다.
 
통합 제약이 심각한 영역 아키텍처에서 LIN 배포를 추가로 지원하기 위해, Melexis는 MLX81120 LIN Slave Extender (종종 LIN 게이트웨이라고 불림)와 같은 전문 솔루션을 제공합니다.
 
이 장치는 차량의 설계된 기능에 LIN 노드 주소가 불충분할 경우의 한계를 극복하는 데 중요합니다. LIN 익스텐더는 디자이너가 중앙 영역 컨트롤러에 복잡성을 추가하지 않고도 로컬 LIN 버스 네트워크를 안전하고 신뢰성 있게 확장할 수 있도록 합니다.
 
사례 연구: 스마트 충전 포트: 지능적 운영 및 시스템 단순성 보장
 
이런 통합 문제는 특히 전기차 충전 포트에서 분명히 드러나는데, 이는 단일 연결 지점을 통해 수많은 안전 및 피드백 메커니즘이 작동해야 하기 때문입니다.

결론: 소프트웨어 정의 조명의 미래 구축

영역 아키텍처로의 전환은 불가피하지만, 그 성공은 엣지의 성능에 달려 있습니다. 차량이 소프트웨어로 정의됨에 따라, 가장자리의 하드웨어는 더 빠르고, 더 똑똑하고, 통합이 더 쉬워져야 합니다.
 
Melexis는 이 진화의 결핍된 연결고리를 제공합니다. MeLiBu® 2.0의 고속 데이터 기능을 Code-Free 드라이버의 아키텍처 단순성과 강력한 LIN 솔루션과 결합함으로써, OEM은 영역 데이터 병목현상을 해결할 수 있습니다. 이는 차량의 기능적 종단점이 중앙 컴퓨터만큼 기민해져, 차세대 모빌리티를 정의하는 안전성, 통신 및 미적 기능을 제공함을 보장합니다.