Перспективная технология автомобильного освещения ISELED

Каким будет автомобильное освещение в будущем? Как не странно, но ответ на этот вопрос можно найти уже сегодня. Не сложно догадаться, что отрасль будет двигаться в сторону увеличения доли светодиодных источников света, а сами сиcтемы освещения станут более интеллектуальными. Эти тенденции хорошо видны на примере технологии ISELED, которая подразумевает создание «умных» светодиодов со встроенным интеллектуальным контроллером
908
В избранное

Каким будет автомобильное освещение в будущем? Как не странно, но ответ на этот вопрос можно найти уже сегодня. Не сложно догадаться, что отрасль будет двигаться в сторону увеличения доли светодиодных источников света, а сами сиcтемы освещения станут более интеллектуальными. Эти тенденции хорошо видны на примере технологии ISELED, которая подразумевает создание «умных» светодиодов со встроенным интеллектуальным контроллером.

Внутреннее автомобильное освещение используется достаточно давно. Изначально его применяли только по прямому назначению – для подсветки салона автомобиля, спидометра и органов панели управления в темное время суток. Однако с течением времени у освещения появилась и декоративная функция. Этому способствовала и «светодиодная» революция, начатая компанией BMW в 90-е годы прошлого века.

По сравнению с лампочками накаливания светодиоды требую дополнительных усилий по организации питания, но вместе с тем, они обеспечивают и множество преимуществ: низкое потребление, малые габариты, низкую стоимость, возможность управления цветом и яркостью и т. д.

В результате в 2000-х годах в автомобилях премиум класса стали появляться не просто светодиоды, а законченные системы освещения с различными световыми эффектами. К сожалению, перенос таких систем в автомобили более низкого ценового диапазона оказывается неоправданным без разрешения множества больших и мелких задач, которые касаются как развития технологий светодиодов, так и совершенствования схемотехники и систем управления, а также создания соответствующего ПО. Ничего удивительного в этом нет – схожие процессы в свое время происходили в сегменте интеллектуального бытового и промышленного освещения, в результате чего был разработан стандарт DALI, а затем и DALI 2. Каким же будет будущее автомобильного освещения? Ответ на этот вопрос можно попытаться найти, рассмотрев новую технологию ISELED.

Итак, что такое ISELED? ISELED – это технология, которая подразумевает существенное увеличение уровня интеллекта систем освещения за счет создания и использования так называемых «умных» или «цифровых» светодиодов. Изначально основателями ISELED стали компания Inova Semiconductors и концерн BMW. Они хотели разработать миниатюрный и простой источник освещения, яркостью и цветом которого можно было бы управлять удаленно с помощью несложного протокола. Как оказалось, решить такую задачу не так-то просто из-за возрастающих требований к системам освещения (рис. 1).

Современное автомобильное освещение невозможно без новых технологий

Рис. 1. Современное автомобильное освещение невозможно без новых технологий

И вот в 2016 году ISELED получила существенный толчок в развитии за счет появления дополнительных участников: Dominant Opto Technologies и OSRAM (производители светодиодов), NXP (производитель системных контроллеров), TE Connectivity (производитель разъемов) и Пфорцхаймский институт прикладных наук (Pforzheim University of Applied Sciences), отвечающий за разработку оптических систем измерений и контроля.

На настоящий момент ISELED предполагает создание каскадируемых источников освещения, построенных на базе «умных» светодиодов (рис.2). Каждый «умный» светодиод содержит три светодиода (от компаний Dominant Opto Technologies или OSRAM) и контроллер INCL100 со встроенным драйвером от Inova. Управление осуществляет системный контроллер FS32, за который отвечала компания NXP.

Модульная система автомобильного освещения с «умными» светодиодами

Рис. 2. Модульная система автомобильного освещения с «умными» светодиодами

Системный контроллер формирует сигналы управления, которые последовательно транслируются светодиодами по дифференциальной шине FlexIO. Несмотря на относительно низкую скорость передачи данных, до 2 Мбит/с, система способна объединять до 4096 светодиодов, параметры которых могут обновляться с видео частотой. Все это стало возможным благодаря минимальной задержке, которую вносит каждый светодиод – всего 2 мкс (4 системных такта).

Рассмотрим подробнее все элементы данной системы. Начнем с наиболее интересного – с контроллера INCL100 от Inova (рис. 3).

Интеллектуальный драйвер INCL100 от Inova – основа «умных» светодиодов

Рис. 3. Интеллектуальный драйвер INCL100 от Inova – основа «умных» светодиодов

INCL100 – интеллектуальный интегральный RGB-драйвер, выполненный в малогабаритном 16-выводном корпусном исполнении WETQFN размером 3 x 3 x 0,9 мм. Именно этот драйвер становится прорывным элементом для реализации ISELED. В состав INCL100 входит множество функциональных блоков (рис. 4).

Внутренняя структура INCL100 от Inova

Рис. 4. Внутренняя структура INCL100 от Inova

Коммуникационный интерфейс INCL100 обеспечивает минимальную задержку (2 мкс), при этом возможно последовательное подключение до 4096 «умных» светодиодов. За формирование яркости отвечают два 4-битных ЦАП и три 12-битных ШИМ-генератора. АЦП необходимы для создания постоянного смещения. Температурная коррекция уровня яркости осуществляется с учетом данных, получаемых от встроенного датчика температуры, показания которого измеряются с помощью АЦП.

В составе INCL100 также присутствует генератор 16 МГц, линейный стабилизатор с выходным напряжением 1,5 В и энергонезависимая память (eFuse). В памяти хранятся калибровочные данные и цифровая подпись для выполнения аутентификации.

Стоит отметить, что потребление INCL100 оказывается не таким уж маленьким – не менее 0,9 мА (в режиме Standby). Впрочем, если использовать связку из дискретного контроллера и светодиодов, получиться не меньше, а стоимость и габариты возрастут значительно.

Размеры INCL100 чрезвычайно малы, что определяет и весьма компактные габариты «умных» светодиодов – всего 3 х 4 х 0,6 мм. Сейчас к услугам пользователей предлагается два типа светодиодов:

  • sedd LED 3.0 от Dominant Opto Technologies;
  • Osire E4633i от OSRAM.

Внешний вид «умного» светодиода Osire E4633i от OSRAM

Рис. 5. Внешний вид «умного» светодиода Osire E4633i от OSRAM

Следующим важным компонентом является системный автомобильный контроллер S32, разработкой которого занималась компания NXP.

S32 – семейство 32-битных микроконтроллеров, построенных на базе процессорного ядра ARM Cortex M0+ с максимальной рабочей частотой до 48 МГц. Самые простые представители семейства имеют до 128 кбайт Flash и 16 кбайт ОЗУ и выпускаются в корпусном исполнении QFN32 и LQFP48 (FS32K116), а самые продвинутые имеют на борту до 2 Мбайт flash, 256 кбайт ОЗУ и выпускаются в корпусном исполнении LQFP144 и LQFP176 (FS32K148) (таблица 1). Между собой контроллеры отличаются также и набором периферии.

Таблица 1. Общие характеристики семейства 32-битных микроконтроллеров FS32

Наименование

Flash

Корпус

Диапазон рабочих температур

Особенности

FS32K116LIT0VFMT/R

128 кбайт

32QFN

-40...105°C

48MHz + DMA + FlexIO + ISELED

FS32K116LIT0VLFT/R

128 кбайт

48LQFP

-40...105°C

48MHz + DMA + FlexIO + ISELED

FS32K118LIT0VLFT/R

256 кбайт

48LQFP

-40...105°C

48MHz + DMA + FlexIO + ISELED

FS32K142UIT0VLHT/R

256 кбайт

64LQFP

-40...105°C

112MHz + DMA + FlexIO + ISELED

FS32K144UIT0VLHT/R

512 кбайт

64LQFP

-40...105°C

112MHz + DMA + FlexIO + ISELED

FS32K144ULT0VLHT/R

512 кбайт

64LQFP

-40...105°C

112MHz + DMA + FlexIO + ISELED + CAN FD + CSEc

FS32K146UIT0VLLT/R

1Мбайт

100LQFP

-40...105°C

112MHz +DMA + FlexIO + ISELED

FS32K146ULT0VLLT/R

1Мбайт

100LQFP

-40...105°C

112MHz + DMA + FlexIO + ISELED + CAN FD + CSEc

FS32K148UIT0VLQT/R

2Мбайт

144LQFP

-40...105°C

112MHz + DMA + FlexIO + ISELED

FS32K148UGT0VLQT/R

2Мбайт

144LQFP

-40...105°C

112MHz + DMA + FlexIO + ISELED + ENET + CSEc + CAN FD

Для работы с S32 компания NXP предлагает два ключевых бесплатных программных продукта:

  • ISELED Driver – драйвер для работы с периферией и системой ISELED;
  • S32 Design Studio IDE – компилятор и отладчик на базе.

Кроме того, пользователи могут использовать и IDE и библиотеки от сторонних производителей (Cosmic, IAR и т.д.).

Для отладки ISELED-приложений пользователям предлагается отладочный набор ISELED_ADK, который включает (рис. 6):

  • S32K144EVB-Q100 – плату контроллера совместимую с ArduinoUNO;
  • плату светодиодов ISELED;
  • плату источника питания (размещается на S32K144EVB-Q100);
  • кабель Micro-USB;
  • источник питания 12 В;
  • демонстрационную программу LucieCreator со сроком бесплатного использования 90 дней.

ISELED_ADK имеет два варианта исполнения:

  • ISELED_ADK_D с платой светодиодов от Dominant Opto Technologies;
  • ISELED_ADK_O с платой светодиодов от OSRAM.

Отладочный набор ISELED_ADK включает три платы: плату управляющего контроллера, плату питания и плату светодиодов

Рис. 6. Отладочный набор ISELED_ADK включает три платы: плату управляющего контроллера, плату питания и плату светодиодов

Структурная схема плат из набора ISELED_ADK представлена на рис. 7. Так как источник питания 12 В и плата DC/DC-преобразователя 5 В идут в комплекте, то для работы пользователю дополнительно ничего не потребуется.

Структура плат, входящих в состав отладочного набора ISELED_ADK

Рис. 7. Структура плат, входящих в состав отладочного набора ISELED_ADK

В качестве заключения можно перечислить преимущества, которые дает система ISELED:

  • Значительное расширение функционала системы освещение;
  • Ускорение процесса и унификация разработки;
  • Минимизация количества соединительных проводов. В частности, для передачи информации нужна только одна дифференциальная пара, так как система использует встроенное тактирование;
  • Обеспечение высокой стойкости к внешним шумам, благодаря дифференциальной передаче данных, что крайне важно для автомобильных приложений;
  • Снижение уровня потребления. Системный контроллер освобождается от формирования постоянных сигналов управления, при статическом освещении все «накладные» расходы берут на себя встроенные контроллеры INCL100;
  • Уменьшение уровня генерируемых помех;
  • Возможность осуществления контроля целостности сигналов с помощью CRC;
  • Возможность двунаправленного обмена для получения диагностической информации.
Производитель: NXP SEMICONDUCTORS
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
S32K144EVB-Q100X
S32K144EVB-Q100X
NXP SEMICONDUCTORS
Арт.: 2283245 ИНФО PDF
Поиск
предложений
S32K144EVB: S32K144 Evaluation Board
S32K144EVB-Q100X
-
Поиск
предложений
S32K144EVB-Q100
S32K144EVB-Q100
NXP SEMICONDUCTORS
Арт.: 2722609 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EVAL BOARD, 32BIT CORTEX-M4F MCU
S32K144EVB-Q100
-
Поиск
предложений
FS32K144HAT0MLHT
FS32K144HAT0MLHT
NXP SEMICONDUCTORS
Арт.: 3036396 ИНФО PDF
Поиск
предложений
ARM® Cortex®-M4F S32K Microcontroller IC 32-Bit 80MHz 512KB (512K x 8) FLASH 64-LQFP (10x10)
FS32K144HAT0MLHT
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()