改善RGB LED應用于建筑照明過程中信號傳輸問題分析

近年來，隨著全球節能減碳帶動，發光二極管作為建筑物外觀、裝飾照明、情境照明等商業應用已愈加明顯。由于此類照明往往會依據建筑物外觀與不同商業訴求而設計，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、結構輕、易于組裝與運送等優點，因此日益普及應用于租賃市場、舞臺、建筑物領域。

然而，目前以RGB Cluster作為裝飾照明正面臨著如何兼顧效益性與美觀設計的兩難。因為當照明的建筑體外觀范圍擴大，以及照明體設計復雜度提高時，為達較佳的照明效果，就必須搭配較多數量的RGB Cluster與LED驅動器等的組件串接，此不但會影響信號傳輸速度，且當多顆RGB Cluster串接時，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題。

傳輸技術瓶頸待突破

目前，采用RGB Cluster串接的傳輸架構多采用三線或四線傳輸，即除了頻率及數據兩個信號線之外，尚須控制栓鎖及灰階頻率信號線來連接到每個驅動器，但三線或四線傳輸架構會增加防水線材與接口消耗，且更多的接口數將導致傳輸可靠性與穩定性下降，不但無法滿足長距離傳輸需求，反而限制RGB Cluster像素的廣泛應用。至于單線傳輸，除了傳輸線材成本較少，但相對的缺點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、線材、空間、信賴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材，同時兼顧傳輸效能與質量，即是目前RGB LED作為建筑物照明必須突破的方向。

圖1、傳統四線傳輸示意圖

二線傳輸提高信賴/穩定性

如果舍棄栓鎖信號線，以二線方式傳輸則可以利用頻率與數據信號來完成數據栓鎖，其好處較其它多線或單線傳輸為多，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，成本與信賴性也較佳。

但是二線傳輸若以頻率的高位準狀態區間內的數據個數當做封包的起始和結束命令，則頻率與數據每經過一級驅動器，輸入與輸出存在著傳輸延遲，若串接多級Cluster及長距離傳輸將不易控制結束命令，且頻率經過多級傳輸會改變脈寬。因此針對二線傳輸協議，本文將提出智能型傳輸技術方案，進一步解決上述問題。

圖2、二線傳輸示意圖

表1、不同傳輸模式優劣比較表

自動尋址/栓鎖角色吃重

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

圖3、資料封包架構示意圖

圖4、檔頭架構示意圖

封包每經過一級，檔頭的內容運算后傳遞至下一級。傳遞的過程中，文件頭內的地址隨著經過的驅動器數目遞增，以作為下一顆驅動器尋址之用。每一顆串接驅動器內部則自動尋址，此自動尋址方式可將數據正確地寫入驅動器，文件頭內的串接數目不隨經過的驅動器個數改變，但驅動器內部緩存器會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，代表封包已傳遞至串接路徑中的最后一顆驅動器，最后一顆驅動器的影像數據到位后，即會觸發自動栓鎖的功能。驅動器的串接數目是以串接的驅動器顆數以遞減的方式填寫。而地址與串接數目無關，填0。當傳輸的條件惡劣時，檢查碼即可查看文件頭數據的正確性，避免誤寫以取得更可靠的傳輸質量。