探索 DLP670RE：0.67 英寸 WUXGA DMD 的卓越性能與應(yīng)用潛力

引言

在顯示技術(shù)的不斷演進中，數(shù)字微鏡器件（DMD）憑借其獨特的優(yōu)勢逐漸成為眾多顯示應(yīng)用的核心組件。TI 的 DLP670RE 0.67 英寸 WUXGA DMD 就是其中的佼佼者，它為企業(yè)投影儀、教育投影儀、數(shù)字標(biāo)牌等眾多領(lǐng)域帶來了高清、明亮且經(jīng)濟實惠的顯示解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款 DMD 的特性、應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計要點。

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DLP670RE 概述

關(guān)鍵特性

DLP670RE 具有一系列令人矚目的特性，使其在顯示市場中脫穎而出。它采用 0.67 英寸微鏡陣列對角線，擁有 WUXGA（1920 × 1200）的高分辨率，微鏡間距為 7.56 微米，微鏡傾斜角為±12°（相對于平面狀態(tài)），還具備角落照明功能。其輸入數(shù)據(jù)總線為 2xLVDS，芯片組包括 DLP670RE DMD、DLPC4430 控制器以及 DLPA100 控制器電源管理和電機驅(qū)動器 IC。

應(yīng)用領(lǐng)域

該器件的應(yīng)用范圍十分廣泛，適用于企業(yè)投影儀、教育投影儀、智能顯示屏、數(shù)字標(biāo)牌等領(lǐng)域。大尺寸微鏡陣列和陶瓷封裝為其在明亮顯示應(yīng)用中提供了出色的熱性能，能夠滿足不同場景下的顯示需求。

引腳配置與功能

引腳功能詳解

DLP670RE 的引腳功能豐富且復(fù)雜，主要包括數(shù)據(jù)總線（A、B）、串行控制、時鐘、串行通信端口（SCP）、微鏡復(fù)位控制、使能和中斷、穩(wěn)壓器監(jiān)控等。其中，數(shù)據(jù)總線采用 DDR 差分信號，包含正負數(shù)據(jù)引腳，用于傳輸高速數(shù)據(jù)；串行控制和時鐘引腳則為器件的時序控制提供支持；SCP 端口用于串行通信，實現(xiàn)對器件的配置和監(jiān)控；微鏡復(fù)位控制引腳可對微鏡進行復(fù)位操作，確保其正常工作。

電源引腳功能

運行 DMD 需要 VCC、VCCI、VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 等電源，同時必須連接 VSS。不同的電源引腳具有不同的功能，例如 VBIAS 為微鏡復(fù)位信號正偏置電平提供電源電壓，VOFFSET 為微鏡地址電極階躍高電壓提供電源電壓等。這些電源的正確配置和供電順序?qū)τ?DMD 的可靠運行至關(guān)重要。

規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

在自然通風(fēng)條件下的工作溫度范圍內(nèi)，超出絕對最大額定值運行可能會對器件造成損壞。例如，VCC 和 VCCI 的電源電壓范圍為 -0.5V 至 4V，VOFFSET 為 -0.5V 至 9V，VBIAS 為 -0.5V 至 17V，VRESET 為 -11V 至 0.5V 等。同時，對輸入電壓、時鐘頻率、環(huán)境溫度等也有相應(yīng)的限制。

存儲條件

DMD 的貯存溫度范圍為 -40°C 至 80°C，平均露點溫度（非冷凝）應(yīng)不超過 28°C，高露點溫度范圍（非冷凝）為 28°C 至 36°C，且在該范圍內(nèi)的累積時間不得超過 24 個月。

ESD 等級

該器件的靜電放電（ESD）人體放電模型（HBM）符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS - 001 標(biāo)準(zhǔn)，等級為 +2000V。這意味著在使用和處理過程中，需要采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施，以避免器件受到靜電損壞。

建議的工作條件

為了實現(xiàn)器件的最佳性能，建議在特定的工作條件下運行。例如，LVDS 接口的時鐘頻率應(yīng)在 400MHz 至 430MHz 之間，輸入差分電壓（絕對值）為 200mV 至 600mV 等。同時，對環(huán)境溫度、照明強度等也有相應(yīng)的要求。

熱性能信息

DLP670RE 的有源陣列至測試點 1（TP1）的熱阻為 0.50°C/W。該器件通過封裝背面將熱量傳導(dǎo)至散熱器，因此散熱器和冷卻系統(tǒng)必須能夠?qū)⒎庋b保持在建議運行條件中指定的溫度范圍內(nèi)，以確保器件的可靠性。

電氣特性

在自然通風(fēng)條件下的工作溫度范圍內(nèi)，該器件具有特定的電氣特性。例如，高電平輸出電壓（VoH）在 VCC = 3V，IoH = -20mA 時為 2.4V，低電平輸出電壓（VoL）在 VCC = 3.45V，IoL = 15mA 時不超過 0.4V 等。

時序要求

在建議運行條件下，對 SCP 接口和 LVDS 接口的上升時間、下降時間、時鐘周期、建立時間、保持時間和偏斜時間等都有嚴(yán)格的要求。例如，LVDS 接口的上升時間和下降時間為 100ps 至 400ps，時鐘脈沖持續(xù)時間為 1.19ns 至 1.25ns 等。

詳細說明

概述

DLP670RE 是一款電輸入、光輸出的微機電系統(tǒng)（MEMS）空間光調(diào)制器。它由 1 位 CMOS 存儲單元的二維陣列組成，通過改變底層 CMOS 尋址電路的地址電壓和微鏡復(fù)位信號（MBRST），可以單獨控制微鏡的正偏轉(zhuǎn)角或負偏轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)對入射光的調(diào)制。

功能方框圖

進入 DMD 的主 LVDS 線路通過通道 A 和 B 進行連接，而這些線路來自 DLPC4430 的通道 C 和 D。通過功能方框圖，我們可以清晰地了解器件內(nèi)部的信號傳輸和處理路徑。

特性說明

電源接口

DMD 需要四個直流電壓輸入信號，即 DMD_P3P3V、VOFFSET、VRESET 和 VBIAS。其中，DMD_P3P3V 信號由 DLPA100 器件的電源和電機驅(qū)動器創(chuàng)建，用于為各種外設(shè)供電；其他信號由 TI PMIC TPS65145 器件創(chuàng)建，用于控制微鏡。

時序

在分析輸出時序時，必須考慮測試儀引腳電子元件及其傳輸線路影響。TI 建議系統(tǒng)設(shè)計人員使用 IBIS 或其他仿真工具將時序基準(zhǔn)負載與系統(tǒng)環(huán)境相關(guān)聯(lián)，以確保器件在不同系統(tǒng)中的穩(wěn)定運行。

器件功能模式

DMD 的功能模式由 DLPC4430 數(shù)字顯示控制器控制。如果您需要了解更多詳細信息，可以聯(lián)系 TI 應(yīng)用工程師。

光學(xué)接口和系統(tǒng)圖像質(zhì)量注意事項

為了實現(xiàn)所需的終端設(shè)備光學(xué)性能，需要在眾多元件和系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)之間進行權(quán)衡。例如，在數(shù)字光圈和雜散光控制方面，照明和投影光學(xué)元件的數(shù)值孔徑所定義的角度不應(yīng)超過標(biāo)稱器件微鏡傾斜角，否則可能會出現(xiàn)不良偽影；光瞳匹配要求照明光學(xué)元件的出射光瞳標(biāo)稱中心位于投影光學(xué)元件的入射光瞳的 2° 范圍內(nèi)；照明溢出應(yīng)控制在有源區(qū)域中平均通量水平的約 10% 以下。

微鏡陣列溫度計算

微鏡陣列溫度無法直接測量，需要根據(jù)封裝外部的測量點、封裝熱阻、電功率和照明熱負荷進行分析計算。計算公式為：$T{ARRAY }=T{CERAMIC }+(Q{ARRAY } × R{ARRAY - TO - CERAMIC })$，其中 $Q{ARRAY }=Q{ELECTRICAL }+Q_{ILLUMINATION }$。通過該公式，我們可以準(zhǔn)確估算微鏡陣列的溫度，確保器件在合適的溫度環(huán)境下工作。

微鏡著陸開或著陸關(guān)占空比

定義

微鏡著陸開或著陸關(guān)占空比表示單個微鏡著陸于打開狀態(tài)的時長（百分比）與同一微鏡著陸于關(guān)閉狀態(tài)的時長之比。例如，100/0 表示像素在 100% 的時間內(nèi)處于打開狀態(tài)，0/100 表示像素在 100% 的時間內(nèi)處于關(guān)閉狀態(tài)。

與使用壽命的關(guān)系

使所有（或部分）DMD 微鏡陣列長時間處于非對稱著陸占空比會縮短 DMD 的使用壽命。當(dāng) DMD 中的每個單獨微鏡的占空比接近 50/50 時，DMD 微鏡的使用壽命將達到最大。

與運行溫度的關(guān)系

DMD 工作時的溫度和著陸占空比相互作用，影響 DMD 的使用壽命。通過圖 6 - 1 所示的降額曲線，可以量化這種相互作用，從而確定給定長期平均著陸占空比下的最高 DMD 工作溫度。

估算方法

在給定的時間段內(nèi)，給定像素的著陸占空比取決于該像素顯示的圖像內(nèi)容。可以通過考慮每種構(gòu)成原色的顏色強度和顏色周期時間，使用相應(yīng)的公式來計算著陸占空比。

應(yīng)用和實施

應(yīng)用信息

TI 的 DLP 技術(shù)利用數(shù)字微鏡器件（DMD）來調(diào)制光，DLP670RE 憑借其大尺寸微鏡陣列和陶瓷封裝，為明亮顯示應(yīng)用提供了出色的熱性能。其典型應(yīng)用包括家庭影院、數(shù)字標(biāo)牌、交互式顯示器、低延遲游戲顯示器、便攜式智能顯示器等。

典型應(yīng)用

設(shè)計要求

DLP670RE 投影系統(tǒng)使用的芯片組包括 DLP670RE、DLPC4430 和 DLPA100。DLP670RE 作為核心成像器件，DLPC4430 作為數(shù)字接口，DLPA100 提供電源管理。顯示系統(tǒng)還包括光源、照明和投影光學(xué)元件的光學(xué)引擎、其他電氣元件和機械部件以及軟件。光源選項包括燈、LED、激光或激光熒光，不同的光源會影響整個系統(tǒng)的設(shè)計和尺寸。

詳細設(shè)計過程

為了確保可靠運行，DLP670RE DMD 必須始終與 DLPC4430 顯示控制器和 DLPA100 PMIC 驅(qū)動器配合使用。完整的 DLP 系統(tǒng)需要包含 DLP670RE DMD、相關(guān)光源、光學(xué)元件和必要機械部件的光學(xué)模塊或光引擎。

電源要求

DMD 電源要求

運行 DMD 需要 VCC、VCCI、VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 等電源，同時必須連接 VSS。DMD 的上電和下電時序由 DLPC4430 器件嚴(yán)格控制，必須遵循規(guī)定的電源時序要求，否則可能會影響器件的可靠性。

DMD 電源上電程序

在上電期間，VCC 和 VCCI 必須在施加 VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 電壓之前啟動并穩(wěn)定，且 VBIAS 和 VOFFSET 之間的變化必須處于建議運行條件中指定的限值內(nèi)。上電期間的電源壓擺率要符合相關(guān)要求，只有在 VCC 和 VCCI 穩(wěn)定后 LVCMOS 輸入引腳才能被驅(qū)動為高電平。

DMD 電源斷電過程

在斷電期間，必須提供 VCC 和 VCCI，直到 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET 放電至指定的接地限制范圍內(nèi)。同樣，VBIAS 和 VOFFSET 之間的變化要符合要求，斷電期間的電源壓擺率也要滿足相關(guān)條件，LVCMOS 輸入引腳電壓必須小于建議運行條件中指定的值。

器件文檔支持

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器件支持

包括器件命名規(guī)則和器件標(biāo)識。器件標(biāo)識包含可讀信息和二維矩陣碼，其中二維矩陣碼包含 DMD 器件型號以及序列號的相關(guān)信息。

文檔支持

相關(guān)文檔包括 TPS65145、DLPA100、DMD101 等，這些文檔提供了關(guān)于使用 DLP670RE 器件的更多信息。

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商標(biāo)和靜電放電警告

TI E2E? 和 DLP? 是德州儀器的商標(biāo)。靜電放電會損壞集成電路，因此在處理和安裝過程中需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

術(shù)語表

TI 術(shù)語表列出并解釋了相關(guān)術(shù)語、首字母縮略詞和定義，有助于用戶更好地理解文檔內(nèi)容。

機械、封裝和可訂購信息

文檔提供了 DLP670RE 的機械、封裝和訂購信息，包括可訂購的部件編號、狀態(tài)、材料類型、封裝、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、RoHS 合規(guī)性、引腳鍍層/球材料、MSL 評級/峰值回流溫度、工作溫度范圍和部件標(biāo)記等。這些信息是指定器件可用的最新數(shù)據(jù)，如有變更，恕不另行通知。

總結(jié)

DLP670RE 0.67 英寸 WUXGA DMD 以其高分辨率、出色的熱性能和豐富的功能，為顯示應(yīng)用領(lǐng)域帶來了新的解決方案。在設(shè)計和使用過程中，工程師需要充分了解其引腳配置、規(guī)格參數(shù)、詳細說明、應(yīng)用要求和電源要求等方面的內(nèi)容，嚴(yán)格遵循相關(guān)的設(shè)計和操作規(guī)范，以確保器件的可靠運行和系統(tǒng)的最佳性能。同時，合理考慮微鏡著陸占空比和溫度等因素，有助于延長器件的使用壽命。希望本文能為電子工程師在使用 DLP670RE 進行設(shè)計時提供有價值的參考。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似 DMD 的設(shè)計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。