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(jìn)中，數(shù)字微鏡器件（DMD）憑借其獨(dú)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(jì)實(shí)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(jì)要點(diǎn)。

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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(duì)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(duì)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(hào)，包含正負(fù)數(shù)據(jù)引腳，用于傳輸高速數(shù)據(jù)；串行控制和時(shí)鐘引腳則為器件的時(shí)序控制提供支持；SCP 端口用于串行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的配置和監(jiān)控；微鏡復(fù)位控制引腳可對(duì)微鏡進(jìn)行復(fù)位操作，確保其正常工作。

電源引腳功能

運(yùn)行 DMD 需要 VCC、VCCI、VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 等電源，同時(shí)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(hào)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(yùn)行至關(guān)重要。

規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)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(duì)最大額定值運(yùn)行可能會(huì)對(duì)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(shí)，對(duì)輸入電壓、時(shí)鐘頻率、環(huán)境溫度等也有相應(yīng)的限制。

存儲(chǔ)條件

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

ESD 等級(jí)

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(jí)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(shí)現(xiàn)器件的最佳性能，建議在特定的工作條件下運(yùn)行。例如，LVDS 接口的時(shí)鐘頻率應(yīng)在 400MHz 至 430MHz 之間，輸入差分電壓（絕對(duì)值）為 200mV 至 600mV 等。同時(shí)，對(duì)環(huán)境溫度、照明強(qiáng)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(diǎn) 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(yùn)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(shí)為 2.4V，低電平輸出電壓（VoL）在 VCC = 3.45V，IoL = 15mA 時(shí)不超過 0.4V 等。

時(shí)序要求

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

詳細(xì)說明

概述

DLP670RE 是一款電輸入、光輸出的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）空間光調(diào)制器。它由 1 位 CMOS 存儲(chǔ)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(hào)（MBRST），可以單獨(dú)控制微鏡的正偏轉(zhuǎn)角或負(fù)偏轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的調(diào)制。

功能方框圖

進(jìn)入 DMD 的主 LVDS 線路通過通道 A 和 B 進(jìn)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(hào)傳輸和處理路徑。

特性說明

電源接口

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

時(shí)序

在分析輸出時(shí)序時(shí)，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(jì)人員使用 IBIS 或其他仿真工具將時(shí)序基準(zhǔn)負(fù)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(yùn)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(xì)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(xiàng)

為了實(shí)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(jì)參數(shù)之間進(jìn)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(huì)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(jì)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(diǎn)、封裝熱阻、電功率和照明熱負(fù)荷進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)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(gè)微鏡著陸于打開狀態(tài)的時(shí)長（百分比）與同一微鏡著陸于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)長之比。例如，100/0 表示像素在 100% 的時(shí)間內(nèi)處于打開狀態(tài)，0/100 表示像素在 100% 的時(shí)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(shí)間處于非對(duì)稱著陸占空比會(huì)縮短 DMD 的使用壽命。當(dāng) DMD 中的每個(gè)單獨(dú)微鏡的占空比接近 50/50 時(shí)，DMD 微鏡的使用壽命將達(dá)到最大。

與運(yùn)行溫度的關(guān)系

DMD 工作時(shí)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(shí)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?？梢酝ㄟ^考慮每種構(gòu)成原色的顏色強(qiáng)度和顏色周期時(shí)間，使用相應(yīng)的公式來計(jì)算著陸占空比。

應(yīng)用和實(shí)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(jì)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(jī)械部件以及軟件。光源選項(xiàng)包括燈、LED、激光或激光熒光，不同的光源會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和尺寸。

詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

為了確?？煽窟\(yùn)行，DLP670RE DMD 必須始終與 DLPC4430 顯示控制器和 DLPA100 PMIC 驅(qū)動(dòng)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(jī)械部件的光學(xué)模塊或光引擎。

電源要求

DMD 電源要求

運(yùn)行 DMD 需要 VCC、VCCI、VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 等電源，同時(shí)必須連接 VSS。DMD 的上電和下電時(shí)序由 DLPC4430 器件嚴(yán)格控制，必須遵循規(guī)定的電源時(shí)序要求，否則可能會(huì)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(dòng)并穩(wěn)定，且 VBIAS 和 VOFFSET 之間的變化必須處于建議運(yùn)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(dòng)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(yùn)行條件中指定的值。

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器件支持

包括器件命名規(guī)則和器件標(biāo)識(shí)。器件標(biāo)識(shí)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(hào)以及序列號(hào)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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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(jī)械、封裝和可訂購信息

文檔提供了 DLP670RE 的機(jī)械、封裝和訂購信息，包括可訂購的部件編號(hào)、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(píng)級(jí)/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(jì)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(xì)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(jì)和操作規(guī)范，以確保器件的可靠運(yùn)行和系統(tǒng)的最佳性能。同時(shí)，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(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似 DMD 的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。