改善RGB LED应用于建筑照明过程中信号传输问题分析

近年来，随着全球节能减碳带动，发光二极管作为建筑物外观、装饰照明、情境照明等商业应用已愈加明显。由于此类照明往往会依据建筑物外观与不同商业诉求而设计，多采用由红、绿、蓝三色LED所构成的像素丛集作为照明单位，以制造多样性的光影变化效果，并对不同照明体形状进行串接，构成LED窗帘幕、条状屏幕等。这些照明结构具备不妨碍视线、结构轻、易于组装与运送等优点，因此日益普及应用于租赁市场、舞台、建筑物领域。

然而，目前以RGB Cluster作为装饰照明正面临着如何兼顾效益性与美观设计的两难。因为当照明的建筑体外观范围扩大，以及照明体设计复杂度提高时，为达较佳的照明效果，就必须搭配较多数量的RGB Cluster与LED驱动器等的组件串接，此不但会影响信号传输速度，且当多颗RGB Cluster串接时，如何正确的传送数据，乃是RGB LED应用于建筑物照明所须考虑的问题。

传输技术瓶颈待突破

目前，采用RGB Cluster串接的传输架构多采用三线或四线传输，即除了频率及数据两个信号线之外，尚须控制栓锁及灰阶频率信号线来连接到每个驱动器，但三线或四线传输架构会增加防水线材与接口消耗，且更多的接口数将导致传输可靠性与稳定性下降，不但无法满足长距离传输需求，反而限制RGB Cluster像素的广泛应用。至于单线传输，除了传输线材成本较少，但相对的缺点为需要较复杂的电路与电路成本达到所要求的传输稳定性，且传输频率受限在一定的范围之内，串接颗数与传输距离也有限制。因此，就商业照明应用而言，传输信号的选择即是一连串传输效能、传输距离、成本、线材、空间、信赖性等不同要求的权衡与取舍。如何在成本控制得宜下采用较少线材，同时兼顾传输效能与质量，即是目前RGB LED作为建筑物照明必须突破的方向。

图1、传统四线传输示意图

二线传输提高信赖/稳定性

如果舍弃栓锁信号线，以二线方式传输则可以利用频率与数据信号来完成数据栓锁，其好处较其它多线或单线传输为多，包括传送速率与特定条件下的串接RGB Cluster颗数可达三百颗以上的水平，成本与信赖性也较佳。

但是二线传输若以频率的高位准状态区间内的数据个数当做封包的起始和结束命令，则频率与数据每经过一级驱动器，输入与输出存在着传输延迟，若串接多级Cluster及长距离传输将不易控制结束命令，且频率经过多级传输会改变脉宽。因此针对二线传输协议，本文将提出智能型传输技术方案，进一步解决上述问题。

图2、二线传输示意图

表1、不同传输模式优劣比较表

自动寻址/栓锁角色吃重

所谓智能型传输技术主要包括数据传输时的自动寻址与自动栓锁，以及脉宽波度的反相位等，透过上述方式来提高串行数据传输的信赖性与稳定性。一个完整的数据封包架构如图3所示，包括前置时间、档头及数据，控制器仅须于档头区段设定数据类型的命令、地址、串接驱动器数目及检查码。

图3、资料封包架构示意图

图4、档头架构示意图

封包每经过一级，档头的内容运算后传递至下一级。传递的过程中，文件头内的地址随着经过的驱动器数目递增，以作为下一颗驱动器寻址之用。每一颗串接驱动器内部则自动寻址，此自动寻址方式可将数据正确地写入驱动器，文件头内的串接数目不随经过的驱动器个数改变，但驱动器内部缓存器会存放串接数目与地址做逻辑运算后的参数。当文件头的地址与此参数一致时，代表封包已传递至串接路径中的最后一颗驱动器，最后一颗驱动器的影像数据到位后，即会触发自动栓锁的功能。驱动器的串接数目是以串接的驱动器颗数以递减的方式填写。而地址与串接数目无关，填0。当传输的条件恶劣时，检查码即可查看文件头数据的正确性，避免误写以取得更可靠的传输质量。