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單片彩色LCoS顯示系統的設計實現原理

2008年12月04日 15:39 july

　　硅上液晶顯示(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)技術是CMOS半導體集成電路和液晶顯示相結合的技術。LCoS技術具有如下優勢：

(1)可以利用標準CMOS工藝和成熟的LCD工藝線；

(2)物理尺寸可以做的非常小；

(3)即使像素尺寸非常小，仍可以得到非常高的開口率。

　　由于其技術和制造優勢，LCoS技術有著廣泛的應用前景。由于其尺寸小、功耗低、分辨率高，可以用作移動通訊等設備的顯示屏，如頭盔顯示。目前彩色LCoS顯示系統主要分為單片和三片式系統2種，單片式系統對于三片式系統主要有以下優點：體積小，成本低，易于實現小型化；三片式需要像素校準，而單片式則不需要。本文主要討論單片彩色LCoS顯示系統的設計與實現。

2 顯示原理

　　三片式彩色LCoS顯示系統利用空間混色實現彩色顯示，而單片式彩色LCoS系統只用1片LCoS芯片，分時掃描紅、綠、藍3個子場的圖像，并且在每個子場結束的時，分別將對應顏色的背光燈打開，利用人眼的視覺殘留效應實現彩色顯示。當子場的頻率越高，圖像的閃爍程度就越低。

3 系統總體概述

單片彩色LCoS整個系統的框圖如圖1所示。

　　在整個系統的最前端是1塊以AD9887A為主芯片的圖像源板，該板負責對DVI信號進行解碼，解碼后的信號交由后面的FPGA板進行處理；FPGA板除了對圖像數據進行重組外，還需要產生LCoS驅動板和LCoS芯片所需的時序，FPGA芯片使用Altera的EP1C6，另外板上還有2組6片SRAM作為圖像數據的緩存；LCoS驅動板的任務是進行D／A轉換，驅動LCoS芯片模塊進行顯示，該驅動板包括D／A芯片AD8381和LCoS芯片的電源模塊；LCoS芯片模塊則包括LCoS顯示芯片、LED背光模塊以及光學組件。

4 主要芯片介紹

　　主控板的核心器件FPGA采用Altera公司的EP1C6Q240C8，該器件包括5 980個LE，80 kb的內部SRAM，2個內部PLL，最大可支持185個用戶I／O管腳。經過評估，其豐富的資源可以很好地完成LCoS的主控單元的所有功能，包括：接收前級轉換好的視頻數據，處理后保存到一組RAM中，同時從另一組RAM中讀出處理好的數據送至D／A，并控制D／A轉換，產生LCoS的上屏時序和LED光照系統的控制時序。

　　板載SRAM采用ISSI公司的IS61LV10248，用作圖像數據的緩存，單片容量為1 M×8 b字節。本系統共使用6片這樣的SRAM。分為2組，每組3片，進行乒乓操作。每組SRAM地址線共享，數據線位寬擴展為24 b。

　　本系統D／A轉換采用Analog Device公司的AD8381。該芯片支持高達100 MHz的10 b數字輸入，6路9～18 V電壓的模擬輸出。其典型時序如圖2所示。圖2中DB(0：9)是輸入的數字信號；CLK是采樣時鐘；STSQ表示新的一組數字信號的開始；XFR表示開始一次轉換，其下降沿有效。本系統采用的LCoS芯片為8路模擬輸入，因此這里采用2片AD8381，每1片用到其中的4路。

　　根據圖2中的時序，并考慮到實際情況，具體應用如下：每個周期同時向兩個AD8381的數據口發送一個像素數據，4個周期后進行數據鎖存，由STSQ和XFR這兩個控制信號控制，這樣同時得到8個像素的像素值，而不需要如圖2那樣發送6個數據后再進行一次轉換。輸出的模擬電壓值在下一個鎖存信號的下降沿完成轉換。STSQ和XFR這2個管腳由同一個FPGA管腳驅動即可。在其他管腳中，E／O信號和R／L信號分別用于選擇時鐘信號是上升沿有效還是下降沿有效和像素數據發送順序，這里設計成外部跳線。另一個控制信號INV用來確定圖像數據電壓是正信號還是負信號的，由于液晶的特性，在每幀開始時將其取反。而AD8381的參考電壓VMID和屏的參考電壓VCOM連接在一起，在INV的配合下，實現對屏的交流驅動。

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