DLP471NE 0.47 英寸全高清數(shù)字微鏡器件：技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在電子顯示領(lǐng)域，數(shù)字微鏡器件（DMD）憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各種顯示系統(tǒng)中。TI 的 DLP471NE 作為一款 0.47 英寸全高清數(shù)字微鏡器件，為高亮全高清顯示系統(tǒng)提供了出色的解決方案。下面我們就來深入了解一下這款器件。

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一、器件概述

DLP471NE 是一款數(shù)控微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）空間照明調(diào)制器（SLM），其核心是 0.47 英寸對角線微鏡陣列。該器件可用于實(shí)現(xiàn)高亮的全高清顯示系統(tǒng)，TI 的 0.47 英寸全高清（1080p）芯片組由 DMD、DLPC7540 顯示控制器以及 DLPA100 電源和電機(jī)驅(qū)動器組成，外形緊湊，為小巧的全高清顯示提供了完整的系統(tǒng)解決方案。

1.1 主要特性

• 高分辨率：具備 1080p（1920 × 1080）的顯示分辨率，能夠呈現(xiàn)清晰細(xì)膩的圖像。
• 微鏡參數(shù)：微鏡間距為 5.4μm，微鏡傾斜角為 ±17°（相對于平坦表面），底部照明設(shè)計(jì)，高速串行接口（HSSI）輸入數(shù)據(jù)總線支持全高清（高達(dá) 240Hz）。
• 生態(tài)系統(tǒng)支持：由 DLPC7540 顯示控制器、DLPA100 電源管理和 DMD 生態(tài)系統(tǒng)提供現(xiàn)成的資源，有助于用戶縮短設(shè)計(jì)周期。電機(jī)驅(qū)動器 IC 支持激光熒光、LED、RGB 激光和燈泡運(yùn)行。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

DLP471NE 主要應(yīng)用于智能投影儀和企業(yè)投影儀等領(lǐng)域。對于厚度受限的應(yīng)用，其底部照明的高傾斜像素設(shè)計(jì)可提高亮度性能，并使系統(tǒng)尺寸更小。

二、引腳配置與功能

2.1 引腳布局

DLP471NE 采用 FYN Package 149 - Pin PGA 封裝，在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，需正確管理引腳功能表中標(biāo)識的信號布局和操作，以確保器件可靠、長期運(yùn)行。具體可參考 TI DLP TRP 數(shù)字微鏡器件的 PCB 設(shè)計(jì)要求應(yīng)用報(bào)告。

2.2 引腳功能

引腳功能涵蓋高速差分?jǐn)?shù)據(jù)對、高速差分時(shí)鐘、LVDS 數(shù)據(jù)和時(shí)鐘、LVCMOS 輸出、模擬和數(shù)字測試多路復(fù)用器、復(fù)位信號、溫度二極管等。每個(gè)引腳都有其特定的輸入輸出類型和功能描述，同時(shí)還給出了相應(yīng)的走線長度要求。例如，D_AP(0) 和 D_AN(0) 是高速差分?jǐn)?shù)據(jù)對車道 A0，走線長度分別為 16.24427mm 和 16.24426mm。

三、規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對最大額定值

器件的絕對最大額定值規(guī)定了其在不同參數(shù)下的極限工作范圍。例如，VDD（LVCMOS 核心邏輯和 LVCMOS 低速接口的電源電壓）的范圍為 -0.5V 至 2.3V，超出這些范圍可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。

3.2 存儲條件

DMD 在作為組件或在系統(tǒng)中不工作時(shí)，其存儲溫度范圍為 -40℃ 至 80℃，平均露點(diǎn)溫度（非冷凝）不超過 28℃，在 28℃ 至 36℃ 的升高露點(diǎn)溫度范圍內(nèi)的累積時(shí)間不超過 24 個(gè)月。

3.3 ESD 評級

該器件的人體模型（HBM）靜電放電評級為 +2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）評級為 +500V。這表明在處理器件時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施，以避免靜電對器件造成損壞。

3.4 推薦工作條件

為了使器件達(dá)到最佳性能，推薦的工作條件包括電源電壓、輸入電壓、時(shí)鐘頻率、環(huán)境溫度等。例如，VDD 的推薦范圍為 1.71V 至 1.95V，HSSI 時(shí)鐘頻率（DCLK）為 1.2GHz 至 1.65GHz，陣列溫度長期運(yùn)行范圍為 10℃ 至 40℃ 至 70℃（根據(jù)具體情況而定）。

3.5 熱信息

DMD 設(shè)計(jì)為將吸收和耗散的熱量傳導(dǎo)到封裝背面，冷卻系統(tǒng)必須能夠?qū)?DMD 保持在推薦工作條件規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。總熱負(fù)載主要由有源區(qū)域吸收的入射光決定，光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)盡量減少落在窗口透明孔徑外的光能，以提高器件的可靠性。

3.6 電氣特性

典型的電氣特性包括各電源的電流和功率消耗。例如，IDD（VDD 的電源電流）典型值為 800mA 至 1200mA，PoD（VDD 的電源功率耗散）典型值為 1440mW 至 2437.5mW。

3.7 開關(guān)特性

開關(guān)特性描述了器件在信號切換時(shí)的性能，如輸出傳播延遲、壓擺率和輸出占空比失真等。例如，LS_RDATA 的壓擺率在 20% - 80%、CL < 10pF 時(shí)為 0.5V/ns。

3.8 時(shí)序要求

不同接口（LVCMOS、LSIF、HSSI）的時(shí)序要求包括上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈沖持續(xù)時(shí)間、建立時(shí)間和保持時(shí)間等。例如，HSSI 數(shù)據(jù)的上升時(shí)間從 -A1 到 A1 最小眼高規(guī)格為 50ps 至 115ps。

3.9 系統(tǒng)安裝接口負(fù)載

在不同負(fù)載條件下，對電氣和熱接口區(qū)域施加的最大負(fù)載有明確規(guī)定。例如，當(dāng)負(fù)載同時(shí)施加到電氣和熱接口區(qū)域時(shí)，最大負(fù)載為 111N；當(dāng)僅施加到電氣接口區(qū)域時(shí)，最大負(fù)載為 222N。

3.10 微鏡陣列物理特性

微鏡陣列具有特定的物理參數(shù)，如活動列數(shù)為 1920 個(gè)微鏡，活動行數(shù)為 1080 個(gè)微鏡，微鏡間距為 5.4μm，活動陣列寬度為 10.368mm，活動陣列高度為 5.832mm，活動邊界為每側(cè) 20 個(gè)微鏡的池塘狀微鏡（POM）。

3.11 微鏡陣列光學(xué)特性

微鏡傾斜角在不同器件之間存在一定的變化范圍，最小為 15.6°，標(biāo)稱值為 17°，最大為 18.4°。在圖像性能方面，對活動區(qū)域和 POM 中的亮像素、暗像素、相鄰像素和不穩(wěn)定像素等有相應(yīng)的要求。

3.12 窗口特性

窗口材料為 Corning Eagle XG，在波長 546.1nm 處的折射率為 1.5119，在 420nm 至 680nm 波長范圍內(nèi)，單通透過兩個(gè)表面和玻璃的最小透過率在 0° 至 30° 入射角時(shí)為 97%，30° 至 45° 入射角時(shí)平均為 97%。

3.13 芯片組組件使用規(guī)范

DLP471NE DMD 必須與適用的 DLP 芯片組的其他組件配合使用，包括包含或?qū)崿F(xiàn) TI DMD 控制技術(shù)的組件，以確保其可靠運(yùn)行。

四、詳細(xì)描述

4.1 概述

DMD 是一個(gè) 0.47 英寸對角線的空間光調(diào)制器，由高度反射的鋁微鏡陣列組成，是一個(gè)電輸入、光輸出的微光電機(jī)械系統(tǒng)（MOEMS）。其微鏡的快速切換速度結(jié)合先進(jìn)的 DLP 圖像處理算法，可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 240Hz 的幀速率顯示。電氣接口為低壓差分信號（LVDS），微鏡陣列由二維的 1 位 CMOS 存儲單元組成。

4.2 功能框圖

功能框圖展示了 DMD 與 DLPC7540 顯示控制器、DLPA100 電源管理和電機(jī)驅(qū)動器等組件之間的連接關(guān)系，有助于理解整個(gè)系統(tǒng)的工作原理。

4.3 特性描述

• 電源接口：DMD 需要 1.8V 源、VOFFSET、VRESET 和 VBIAS 四個(gè)直流電壓。在典型配置中，DLPA100 電源管理和電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)生 3.3V，再通過 TI 電壓調(diào)節(jié)器 TPS65145 產(chǎn)生 VOFFSET、VRESET 和 VBIAS。
• 時(shí)序：數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了器件引腳處的時(shí)序，但在進(jìn)行輸出時(shí)序分析時(shí)，需要考慮測試儀引腳電子設(shè)備及其傳輸線效應(yīng)。建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用 IBIS 或其他仿真工具將時(shí)序參考負(fù)載與系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4.4 器件功能模式

DMD 的功能模式由 DLPC7540 顯示控制器控制，具體可參考 DLPC7540 顯示控制器數(shù)據(jù)手冊或聯(lián)系 TI 應(yīng)用工程師。

4.5 光學(xué)接口和系統(tǒng)圖像質(zhì)量考慮

• 數(shù)值孔徑和雜散光控制：建議照明光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑定義的光錐角與投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑定義的光錐角相同，且不超過標(biāo)稱的器件微鏡傾斜角，否則可能導(dǎo)致對比度下降和顯示邊界或活動區(qū)域出現(xiàn)不良偽像。
• 光瞳匹配：照明光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳應(yīng)與投影光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳在 2° 范圍內(nèi)標(biāo)稱居中，否則可能需要額外的系統(tǒng)孔徑來控制偽像。
• 照明過填充：設(shè)計(jì)照明光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)限制照射在窗口孔徑上的光通量不超過活動區(qū)域平均通量水平的 10%，以避免窗口孔徑邊緣和其他表面異常產(chǎn)生的偽像。

4.6 微鏡陣列溫度計(jì)算

微鏡陣列溫度無法直接測量，需要通過測量陶瓷溫度、結(jié)合封裝的熱阻以及電氣和照明功率來計(jì)算。計(jì)算公式為 $T{ARRAY }=T{CERAMIIC }+left(Q{ARRAY } × R{ARRAY - TO - CERAMIC }right)$，其中 $Q{ARRAY }=Q{ELECTRICAL }+left(Q_{ILLUMINATION }right)$。

4.7 微鏡功率密度計(jì)算

通過測量 DMD 上的總光功率、照明過填充百分比、活動陣列面積以及不同波長帶的光譜比例，可計(jì)算出不同波長帶的光功率密度。計(jì)算公式為 $ILL{UV}=left[OP{UV - RATIO } × Q{INCIDENT }right] × 1000mW / W ÷ A{ILL}$ 等。

4.8 微鏡著陸/離開占空比

• 定義：微鏡著陸/離開占空比表示單個(gè)微鏡在 ON 狀態(tài)和 OFF 狀態(tài)的停留時(shí)間百分比，兩者之和為 100%。
• 與 DMD 使用壽命的關(guān)系：長時(shí)間使 DMD 微鏡陣列處于不對稱的著陸占空比可能會降低 DMD 的使用壽命，因此了解產(chǎn)品或應(yīng)用的長期平均著陸占空比很重要。
• 與 DMD 工作溫度的關(guān)系：DMD 工作溫度和著陸占空比相互影響 DMD 的使用壽命，推薦工作條件中的降額曲線規(guī)定了給定長期平均著陸占空比下的最大工作溫度。
• 估算方法：在估算著陸占空比時(shí)，需要考慮圖像的灰度值、顏色再現(xiàn)和圖像處。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

DMD 作為空間光調(diào)制器，可將來自照明源的入射光反射到兩個(gè)方向之一，主要方向是進(jìn)入投影或收集光學(xué)元件。典型應(yīng)用包括智能投影儀和企業(yè)投影儀。DMD 的上電和下電順序由 DLPC7540 通過 TPS65145 PMIC 嚴(yán)格控制，為確?？煽窟\(yùn)行，DLP471NE DMD 必須與 DLPC7540 控制器、DLPA100 PMIC/電機(jī)驅(qū)動器和 TPS65145 PMIC 配合使用。

5.2 典型應(yīng)用

以激光熒光照明的典型顯示系統(tǒng)為例，它由 DLP471NE DMD、DLPC7540 顯示控制器、TPS65145 電壓調(diào)節(jié)器和 DLPA100 PMIC 及電機(jī)驅(qū)動器組成。系統(tǒng)的其他核心組件包括照明源、照明和投影光學(xué)引擎、其他電氣和機(jī)械組件以及軟件。照明類型和所需亮度對整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和尺寸有重大影響。

5.3 溫度傳感器二極管

DMD 內(nèi)置了一個(gè)熱二極管，可測量微鏡陣列外芯片一角的溫度。該熱二極管可與 TMP411 溫度傳感器接口，軟件應(yīng)用可配置 TMP411 讀取 DLP471NE DMD 溫度傳感器二極管的數(shù)據(jù)，用戶可利用這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中增加額外功能，如調(diào)節(jié)照明和風(fēng)扇速度等。

六、電源供應(yīng)建議

6.1 電源要求

DMD 正常運(yùn)行需要 $V{ss}$、$V{BIAS}$、$V{DD}$、$V{OFFSET}$ 和 $V_{RESET}$ 等電源。電源的上電和下電順序由 DLP 顯示控制器嚴(yán)格控制，必須遵循電源供應(yīng)順序要求，否則可能影響器件的可靠性。

6.2 上電和下電過程

• 上電過程：$V{DD}$ 必須先啟動并穩(wěn)定，然后再施加 $V{OFFSET}$、$V{BIAS}$ 和 $V{RESET}$ 電壓。$V{BIAS}$ 應(yīng)在 $V{OFFSET}$ 上電后延遲 1 - 2ms 上電，$V{BIAS}$ 和 $V{RESET}$ 上電穩(wěn)定 20μs 后，DMD_EN_ARSTZ 才能拉高。
• 下電過程：$V{OFFSET}$、$V{BIAS}$ 和 $V{RESET}$ 下電 50μs 后，$V{DD}$ 和 $V_{DDA}$ 才能下電。

七、布局設(shè)計(jì)

7.1 布局指南

DLP471NE DMD 所在的芯片組由 DLPC7540 顯示控制器、TPS65145 PMIC 和 DLPA100 電源及電機(jī)控制器控制。建議使用全功率或迷你功率平面來提供 $V{OFFSET}$、$V{RESET}$ 和 $V{BIAS}$，使用實(shí)心接地平面（$V{SS}$）。PCB 的目標(biāo)阻抗為 50Ω ±10%，推薦采用 10 層疊層結(jié)構(gòu)，并使用高質(zhì)量的 FR - 4 材料制造 PCB。

7.2 阻抗要求

大多數(shù)信號的 PCB 目標(biāo)阻抗為 50Ω ±10%，但 DMD 高速數(shù)據(jù)信號和 DMD 低速接口信號的阻抗為 100Ω 差分（50Ω 單端）。

7.3 層疊結(jié)構(gòu)

詳細(xì)規(guī)定了 10 層 PCB 的層疊結(jié)構(gòu)和每層的銅重量，每層都有其特定的功能，如信號層用于高速信號傳輸，接地層為信號層提供參考，電源層用于提供不同的電源電壓。

7.4 走線寬度和間距

除特殊要求外，建議所有信號遵循 0.005”/0.015”（走線寬度/間距）的設(shè)計(jì)規(guī)則。對于一些關(guān)鍵信號，如 GND、$V{DD}$、$V{DDA}$、$V{OFFSET}$、$V{RESET}$ 和 $V_{BIAS}$，有特定的最小走線寬度和間距要求，并可能需要創(chuàng)建迷你平面。

7.5 電源布局

應(yīng)避免在功率平面或與功率平面相鄰的平面上進(jìn)行信號布線，若必須布線，信號不得跨越功率平面的分割，以防止 EMI 并保持信號完整性。所有內(nèi)部數(shù)字接地（GND）平面應(yīng)盡可能多地連接，組件的電源和接地引腳應(yīng)通過至少一個(gè)過孔連接到電源和接地平面，盡量減少組件電源和接地引腳的走線長度。

7.6 走線長度匹配建議

對于高速信號，如 HSSI 信號，應(yīng)匹配走線長度，采用蛇形走線模式，盡量減少轉(zhuǎn)彎次數(shù)，轉(zhuǎn)彎角度不小于 45 度。同時(shí)，要盡量減少層間變化和過孔數(shù)量，當(dāng)需要層間變化時(shí)，應(yīng)在信號過孔周圍放置 GND 過孔以提供信號返回路徑。

八、器件和文檔支持

8.1 第三方產(chǎn)品免責(zé)聲明

TI 發(fā)布的與第三方產(chǎn)品或服務(wù)有關(guān)的信息不構(gòu)成對其適用性或保修的認(rèn)可。

8.2 器件支持

• 器件命名：介紹了器件的命名規(guī)則和標(biāo)記方式，包括人類可讀信息和二維矩陣代碼，矩陣代碼包含 DMD 部件號和序列號的部分信息。
• 靜電放電警告：靜電放電（ESD）可能會損壞集成電路，建議采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施處理所有集成電路，否則可能導(dǎo)致器件性能降級或故障。

8.3 文檔支持

提供了與 DMD 相關(guān)的文檔，如 DLPC7540 顯示控制器數(shù)據(jù)手冊、TPS65145 數(shù)據(jù)手冊和 DLPA100 電源和電機(jī)驅(qū)動器數(shù)據(jù)手冊。用戶可通過在 ti.com 上注冊接收文檔更新通知。

8.4 支持資源

TI E2E? 中文支持論壇是工程師獲取快速、經(jīng)過驗(yàn)證的解答和設(shè)計(jì)幫助的重要資源，但鏈接內(nèi)容由貢獻(xiàn)者“按原樣”提供，不構(gòu)成 TI 技術(shù)規(guī)范。

九、修訂歷史

文檔記錄了從不同版本修訂過程中的變化，如添加 DLP 產(chǎn)品第三方搜索工具鏈接