掌握区域架构中的下一代汽车照明设计

然而，随着中央计算速度的加快和骨干网向以太网的转移，网络边缘出现了新的挑战，即“边缘”。边缘节点的数量正在增加，如传感器、电机执行器和照明模块，以满足用户对安全性、增强反馈和最终用户体验的期望。

如果这些边缘系统形成数据瓶颈，它可能会削弱区域设计的速度和效率。为了充分释放这种架构的潜力，该行业需要确保车辆功能端点与其中央计算核心一样快速响应的解决方案。

汽车照明的演变角色

区域网络边缘的压力是车辆功能变化的直接结果，其中照明是显著演变的主要领域。汽车照明早已超越了其简单照明的传统角色，成为车辆设计、沟通和安全的关键要素。现代车辆现在需要不仅作为关键反馈机制的照明系统，还需充当社交界面。
 
汽车OEM现在部署了数千个可执行高速动态动画的LED，用于外部信号、品牌塑造和安全警告，以及在车舱内创建无缝的环境照明。此外，这一趋势只会随着众多其他照明部署从静态照明转向主动通信界面而扩大。这一转变已在中国市场开始服务，早期采用者正在利用高分辨率矩阵面板向行人投射符号和文字。
 
为了满足现代车辆的严格功能、美观和安全需求，照明系统必须满足以下核心技术要求：

• 标准功能应用：简单的本地化任务，如车舱内灯光或充电口指示器这类应用，需要具成本效益的可靠控制，无需过多带宽，且能够连接到区域架构中。
• 高动态应用：OEM正越来越多地部署先进的动画外部照明、通信灯光条和需要高速精准同步数千个LED的高分辨率内部显示屏。
• 安全关键性：对于转向灯或自动驾驶状态指示器等特定用例，系统必须遵循严格的功能安全标准，要求ASIL合规，以确保在需要时正确运行。
• 可靠性和稳健性：汽车环境严苛。照明系统必须在电磁干扰（EMI）、温度波动和车辆环境的物理应力下保持一致性能。

高速推动者：MeLiBu® 2.0 与区域性架构

在区域架构中，硬件集成固然重要，但有效的通信和软件设计同样关键。对于区域车辆平台内的高动态照明应用，如发光格栅、动态后灯和全宽仪表板照明，标准的汽车协议显得不足。
 
为了解决这一瓶颈，Melexis 开发了 MeLiBu®（Melexis Light Bus），这是一种针对 LED 驱动 IC 优化的通信协议。最新的演变，MeLiBu® 2.0，专门设计以满足最新的照明需求，包括动态矩阵照明显示和支持高速区域架构。
 
MeLiBu® 2.0 是一种通过 CAN 接口的 UART，利用了 CAN-FD 可靠的差分总线，确保在长区域线束中常见的电器噪声和干扰环境中的抗干扰能力，同时提供 UART 简化的协议处理。与标准 CAN 不同，MeLiBu® 2.0 针对速度进行了优化，支持高达 4 Mbit/s 的带宽。这一速度对于现代区域架构至关重要，因为中央计算机实时控制复杂的照明模式并将其“流式传输”到边缘节点。
 
此外，其高效的数据封装确保大部分可用带宽用于传输实际的照明信息，而不是协议开销，从而使实时、动态照明动画能够在大型多段安装中顺畅运行，无延迟或性能下降。
 
为实现这一点，MeLiBu® 2.0 被设计为通过标准的 10BASE-T1S Ethernet 端点桥无缝连接到区域骨干网，将高速以太网流量直接转换到局域总线。这使得车辆的照明阵列能够像视频屏幕那样进行动画控制，而不是一组静态灯泡，从而实现无延迟或可视伪影的流畅动画。

MeLiBu® 2.0 为现代 OEM 所需的规模而打造。随着车辆在外部和内部集成更多反馈机制，每个区域的节点数量显著增加。MeLiBu® 2.0 支持单条总线上的节点数量高达 251 个，使得在单个接口上可部署超过 4,000 个 RGB LED（或 24,000 个单色 LED）。这种可扩展性确保即使是大型外部矩阵面板或广泛的环境照明条也可以被驱动，而无需分段的子网络或复杂的布线解决方案。
 
向“表面照明”和沟通型 LED 阵列的转变可能是传统架构失败而区域性方法成功的最明显例子。在外部照明中，制造商正从简单的集群转向能够显示符号和文字的高分辨率显示面板。

硬件集成和创建无代码边缘

如果区域架构依赖于 MeLiBu® 2.0 来解决数据瓶颈，那么对汽车设计师来说第二个关键支柱就是管理连接数千个独立 LED 的复杂性。这个挑战需要在 IC 和固件层面进行创新，以确保可靠性、紧凑性和简化的软件管理。
 
故障安全设计
 
在高节点数应用中，一个主要关注点是单点故障，即一个组件的故障会导致整个链路失效。许多 LED 驱动电路仍使用基本的菊花链内部总线设计，这意味着芯片电子路径上的物理故障可能会中断后续每个节点的数据传输。
 
Melexis LED 驱动器 IC 通过整合内部总线设计来应对这种集成风险。与传统的菊花链不同，这种架构中的每个 IC 的连接方式确保一个 LED 驱动器的故障不会影响系列中其他节点的功能。对于 OEMs，这种设计直接转化为复杂照明模块的长期可靠性和稳健性，简化诊断和维护策略。
 
为了支持安全关键应用，所有 MeLiBu® 2.0 驱动器也促进了 ASIL B 安全元素的脱离上下文合规性，包括保存在 IC 上的可配置故障安全场景。这确保了警告信号、紧急灯光和其他关键照明功能在困难条件下或部分系统故障时仍然能够正常运作。这些优势延伸到成千上万个 LED 串或矩阵，使 IC 适用于内外部安全关键照明应用。
 
此外，支持免交叉 PCB 布局的 IC，例如 MLX80142 系列，通过利用 PCBl-less 过模，通过注塑成型电子结构（IMSE）等紧凑的制造方法，进一步简化集成。
 
区域架构中无需代码的终端点的力量
 
向软件定义车辆推进依赖于能够由中央系统直接寻址的终端点，这使得边缘设备的硬件简化和标准化变得更重要。虽然 Melexis 继续支持用于高度定制实现的传统闪存可编程 LED 驱动器，该公司还提供了一系列无需代码驱动器。对于许多典型的照明应用，特别是在软件开发投入或内部软件专业知识有限的项目中，这些无需代码的解决方案提供了一条简化且具有成本效益的路径集成到区域架构中。
 
因此，部署区域架构的 OEMs 希望确保智能仅存在于中央超级计算机中，最大限度地减少边缘软件的需求。Melexis 的“无需代码”LED 驱动器符合这种偏好，配备可配置的固件，具有经过验证的应用功能，通过简单的状态变化而非运行定制固件的微控制器（MCUs）实现复杂的照明控制。
 
Melexis “无需代码” 驱动器旨在提供与区域架构一致的多个运营和开发优势：

• 避免软件开发：工程师可以使用直观的图形用户界面（GUI）定义照明序列、校准和诊断，消除了在组件级别进行耗时的固件开发和验证，这对管理与复杂区域系统相关的认证成本至关重要。

• 通过设计实现安全：从边缘移除自定义软件减少了易受攻击的表面，使节点在本质上比传统的闪存配置设备更能抵御网络威胁。
• 解除复杂性耦合：这种架构允许中央控制器完全由软件定义，而节点保持严格的硬件定义，通过与区域控制器的架构理念完全一致来简化整个车辆开发周期。

混合区域网络：LIN和驱动的基本解决方案

虽然 MeLiBu® 2.0 提供了用于照明通信的关键高速接口，但区域架构的现实是它们是需要多种通信标准的混合网络。除了其 MeLiBu® 产品之外，Melexis 还提供了广泛的 LIN LED 驱动器，用于简单、经济高效的部署，如环境光条、简单的阅读灯和充电端口指示灯。
 
为了进一步帮助在集成限制严格的区域架构中部署 LIN，Melexis 提供了诸如 MLX81120 LIN 从属扩展器（通常称为 LIN 网关）等专业解决方案。
 
该设备对于克服 LIN 节点地址数量不足以满足车辆设计功能的限制至关重要。LIN 扩展器允许设计人员在不增加中央区域控制器复杂性的情况下，安全可靠地扩展本地 LIN 总线网络。
 
案例研究：智能充电端口：确保智能操作和系统简化
 
在电动汽车充电端口，这种集成挑战尤为明显，因为众多安全和反馈机制必须通过单一连接点进行操作。

结论：构建软件定义照明的未来

向区域架构的过渡是不可避免的，但其成功依赖于边缘的性能。随着车辆的软件化，需要使边缘硬件变得更快、更智能，并更易于集成。
 
Melexis 提供了这一演变中的缺失环节。通过将 MeLiBu® 2.0 的高速数据能力与 Code-Free 驱动程序的简洁架构和稳健的 LIN 解决方案相结合，OEM 可以解决区域数据瓶颈。这确保了车辆的功能端点与其中央计算机一样敏捷，提供定义下一代移动性的安全、通信和美学特性。