改善RGB LED應用于建筑照明過(guò)程中信號傳輸問(wèn)題分析

近年來(lái)，隨著(zhù)全球節能減碳帶動(dòng)，發(fā)光二極管作為建筑物外觀(guān)、裝飾照明、情境照明等商業(yè)應用已愈加明顯。由于此類(lèi)照明往往會(huì )依據建筑物外觀(guān)與不同商業(yè)訴求而設計，多采用由紅、綠、藍三色LED所構成的像素叢集作為照明單位，以制造多樣性的光影變化效果，并對不同照明體形狀進(jìn)行串接，構成LED窗簾幕、條狀屏幕等。這些照明結構具備不妨礙視線(xiàn)、結構輕、易于組裝與運送等優(yōu)點(diǎn)，因此日益普及應用于租賃市場(chǎng)、舞臺、建筑物領(lǐng)域。

然而，目前以RGB Cluster作為裝飾照明正面臨著(zhù)如何兼顧效益性與美觀(guān)設計的兩難。因為當照明的建筑體外觀(guān)范圍擴大，以及照明體設計復雜度提高時(shí)，為達較佳的照明效果，就必須搭配較多數量的RGB Cluster與LED驅動(dòng)器等的組件串接，此不但會(huì )影響信號傳輸速度，且當多顆RGB Cluster串接時(shí)，如何正確的傳送數據，乃是RGB LED應用于建筑物照明所須考慮的問(wèn)題。

傳輸技術(shù)瓶頸待突破

目前，采用RGB Cluster串接的傳輸架構多采用三線(xiàn)或四線(xiàn)傳輸，即除了頻率及數據兩個(gè)信號線(xiàn)之外，尚須控制栓鎖及灰階頻率信號線(xiàn)來(lái)連接到每個(gè)驅動(dòng)器，但三線(xiàn)或四線(xiàn)傳輸架構會(huì )增加防水線(xiàn)材與接口消耗，且更多的接口數將導致傳輸可靠性與穩定性下降，不但無(wú)法滿(mǎn)足長(cháng)距離傳輸需求，反而限制RGB Cluster像素的廣泛應用。至于單線(xiàn)傳輸，除了傳輸線(xiàn)材成本較少，但相對的缺點(diǎn)為需要較復雜的電路與電路成本達到所要求的傳輸穩定性，且傳輸頻率受限在一定的范圍之內，串接顆數與傳輸距離也有限制。因此，就商業(yè)照明應用而言，傳輸信號的選擇即是一連串傳輸效能、傳輸距離、成本、線(xiàn)材、空間、信賴(lài)性等不同要求的權衡與取舍。如何在成本控制得宜下采用較少線(xiàn)材，同時(shí)兼顧傳輸效能與質(zhì)量，即是目前RGB LED作為建筑物照明必須突破的方向。

圖1、傳統四線(xiàn)傳輸示意圖

二線(xiàn)傳輸提高信賴(lài)/穩定性

如果舍棄栓鎖信號線(xiàn)，以二線(xiàn)方式傳輸則可以利用頻率與數據信號來(lái)完成數據栓鎖，其好處較其它多線(xiàn)或單線(xiàn)傳輸為多，包括傳送速率與特定條件下的串接RGB Cluster顆數可達三百顆以上的水平，成本與信賴(lài)性也較佳。

但是二線(xiàn)傳輸若以頻率的高位準狀態(tài)區間內的數據個(gè)數當做封包的起始和結束命令，則頻率與數據每經(jīng)過(guò)一級驅動(dòng)器，輸入與輸出存在著(zhù)傳輸延遲，若串接多級Cluster及長(cháng)距離傳輸將不易控制結束命令，且頻率經(jīng)過(guò)多級傳輸會(huì )改變脈寬。因此針對二線(xiàn)傳輸協(xié)議，本文將提出智能型傳輸技術(shù)方案，進(jìn)一步解決上述問(wèn)題。

圖2、二線(xiàn)傳輸示意圖

表1、不同傳輸模式優(yōu)劣比較表

自動(dòng)尋址/栓鎖角色吃重

所謂智能型傳輸技術(shù)主要包括數據傳輸時(shí)的自動(dòng)尋址與自動(dòng)栓鎖，以及脈寬波度的反相位等，透過(guò)上述方式來(lái)提高串行數據傳輸的信賴(lài)性與穩定性。一個(gè)完整的數據封包架構如圖3所示，包括前置時(shí)間、檔頭及數據，控制器僅須于檔頭區段設定數據類(lèi)型的命令、地址、串接驅動(dòng)器數目及檢查碼。

圖3、資料封包架構示意圖

圖4、檔頭架構示意圖

封包每經(jīng)過(guò)一級，檔頭的內容運算后傳遞至下一級。傳遞的過(guò)程中，文件頭內的地址隨著(zhù)經(jīng)過(guò)的驅動(dòng)器數目遞增，以作為下一顆驅動(dòng)器尋址之用。每一顆串接驅動(dòng)器內部則自動(dòng)尋址，此自動(dòng)尋址方式可將數據正確地寫(xiě)入驅動(dòng)器，文件頭內的串接數目不隨經(jīng)過(guò)的驅動(dòng)器個(gè)數改變，但驅動(dòng)器內部緩存器會(huì )存放串接數目與地址做邏輯運算后的參數。當文件頭的地址與此參數一致時(shí)，代表封包已傳遞至串接路徑中的最后一顆驅動(dòng)器，最后一顆驅動(dòng)器的影像數據到位后，即會(huì )觸發(fā)自動(dòng)栓鎖的功能。驅動(dòng)器的串接數目是以串接的驅動(dòng)器顆數以遞減的方式填寫(xiě)。而地址與串接數目無(wú)關(guān)，填0。當傳輸的條件惡劣時(shí)，檢查碼即可查看文件頭數據的正確性，避免誤寫(xiě)以取得更可靠的傳輸質(zhì)量。