探索DLP2021-Q1數(shù)字微鏡器件：汽車應(yīng)用的新寵

在汽車電子領(lǐng)域，數(shù)字微鏡器件（DMD）正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（TI）的DLP2021-Q1 0.2英寸16:9數(shù)字微鏡器件，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用。

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一、器件特性與應(yīng)用場(chǎng)景

特性亮點(diǎn)

DLP2021-Q1專為汽車外部照明控制和顯示應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具有諸多出色特性。它符合汽車應(yīng)用要求，工作溫度范圍在 -40°C 至 105°C，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。0.2英寸對(duì)角線微鏡陣列，微鏡間距為 7.6μm，傾斜角為 ±12°（相對(duì)于平面），還采用了可減小系統(tǒng)尺寸的側(cè)向照明設(shè)計(jì)。其輸入分辨率為 16:9（588 × 330），是偏振無(wú)關(guān)型空間光調(diào)制器，與 LED 或激光光源兼容，且功耗低至 260mW（最大值），采用氣密封裝，擁有 80MHz 雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）數(shù)字微鏡器件（DMD）接口。

應(yīng)用場(chǎng)景

該器件的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，主要包括動(dòng)態(tài)地面投影和車輛內(nèi)外視頻投影。地面投影有助于實(shí)現(xiàn)車輛對(duì)行人（V2P）通信，例如倒車和車門打開警告，以及協(xié)調(diào)車輛通信系統(tǒng)和汽車個(gè)性化選項(xiàng)。由于其尺寸小且功耗低，采用 DLP2021-Q1 芯片組的投影儀可以安裝在車輛的多個(gè)位置，如后視鏡、車門、尾燈以及前格柵等。

二、器件規(guī)格詳解

絕對(duì)最大額定值和推薦工作條件

在使用器件時(shí)，我們必須了解其絕對(duì)最大額定值和推薦工作條件。絕對(duì)最大額定值規(guī)定了器件在不造成永久損壞的情況下所能承受的極限參數(shù)，如不同電源電壓的范圍、輸入電壓范圍、溫度二極管的最大電流等。而推薦工作條件則是保證器件正常、穩(wěn)定工作的參數(shù)范圍，例如電源電壓范圍、時(shí)鐘頻率、溫度二極管的最大電流等。超出絕對(duì)最大額定值可能導(dǎo)致器件損壞，而在推薦工作條件之外但在絕對(duì)最大額定值之內(nèi)，器件可能無(wú)法完全正常工作，影響其可靠性、功能性、性能和壽命。

存儲(chǔ)條件和 ESD 評(píng)級(jí)

存儲(chǔ)條件方面，該器件的 DMD 存儲(chǔ)溫度范圍為 -40°C 至 125°C。ESD 評(píng)級(jí)顯示，其人體模型（HBM）靜電放電為 ±1000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±750V。這提醒我們?cè)诖鎯?chǔ)和處理器件時(shí)，要注意避免靜電對(duì)其造成損壞。

熱信息和電氣特性

熱信息表明，該器件的熱阻（有源區(qū)域到測(cè)試點(diǎn) 1）為 5°C/W。在設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)時(shí)，我們需要考慮到這一參數(shù)，確保器件在正常工作溫度范圍內(nèi)。電氣特性方面，涵蓋了不同電源的電流和功率消耗、LVCMOS 緩沖器的電壓和電流參數(shù)、電容等。例如，VDD 電源電流最大為 30mA，總電源功耗最大為 260mW。

時(shí)序要求和系統(tǒng)安裝接口負(fù)載

時(shí)序要求規(guī)定了各個(gè)信號(hào)的建立時(shí)間、保持時(shí)間、脈沖寬度、上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)。這些參數(shù)對(duì)于確保器件的正常工作至關(guān)重要，在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須嚴(yán)格遵守。系統(tǒng)安裝接口負(fù)載方面，熱接口區(qū)域和電氣接口區(qū)域有相應(yīng)的最大負(fù)載限制，分別為 70N 和 100N。

微鏡陣列特性

微鏡陣列的物理特性包括有源列數(shù)、行數(shù)、微鏡間距、有源陣列的寬度和高度等。其光學(xué)特性則涉及微鏡傾斜角和 DMD 效率等參數(shù)。微鏡傾斜角在 DMD 著陸狀態(tài)下為 11° - 13°（標(biāo)稱 12°），DMD 效率在 420nm - 700nm 波長(zhǎng)下標(biāo)稱值為 66%。

窗口特性和芯片組組件使用規(guī)范

窗口材料為 Corning Eagle XG，在波長(zhǎng) 546.1nm 處的折射率為 1.5119。芯片組組件使用規(guī)范指出，DLP2021-Q1 DMD 必須與 DLP 產(chǎn)品控制器配合使用，以確保其可靠運(yùn)行。

三、詳細(xì)功能描述

功能框圖和特性說(shuō)明

DLP2021-Q1 DMD 由二維的 1 位 CMOS 存儲(chǔ)單元陣列組成，每個(gè)單元控制一個(gè)微鏡的狀態(tài)，微鏡可處于 ON（傾斜 +12°）或 OFF（傾斜 -12°）狀態(tài)。通過(guò)合適的投影光學(xué)系統(tǒng)，可創(chuàng)建清晰、多彩、生動(dòng)的數(shù)字圖像。它采用雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）接口，數(shù)據(jù)從 DLP 控制器通過(guò)該接口加載到每個(gè)微鏡及其關(guān)聯(lián)的 SRAM 存儲(chǔ)單元，信號(hào)為低電壓 CMOS，標(biāo)稱工作在 1.8V 電平，可降低功耗和開關(guān)噪聲，使整個(gè)微鏡陣列的最大更新速率接近 5kHz，能通過(guò)脈沖寬度調(diào)制（PWM）創(chuàng)建無(wú)縫數(shù)字圖像。

微鏡切換控制和電壓供應(yīng)

微鏡的切換由 DLP 控制器根據(jù)發(fā)送到 DMD 鏡和 SRAM 控制邏輯的時(shí)序信號(hào)進(jìn)行控制。在電源關(guān)閉時(shí)，DMD 鏡會(huì)被命令移動(dòng)到接近平坦（0°）的“停放”狀態(tài)，以確保長(zhǎng)期可靠性。微鏡切換需要特定的電壓水平，如 VBIAS（16V）、VOFFSET（8.5V）和 VRESET（ -10V）來(lái)控制機(jī)械切換。

邏輯復(fù)位和溫度傳感二極管

DMD 的復(fù)位由 DLP 產(chǎn)品控制器控制。溫度傳感二極管用于輔助精確測(cè)量 DMD 芯片的溫度，它基于晶體管的基本電流和溫度特性工作。通過(guò)測(cè)量不同電流下二極管的電壓差，可以計(jì)算出晶體管的絕對(duì)溫度。建議主機(jī)控制器根據(jù)允許的溫度規(guī)格和溫度測(cè)量結(jié)果管理 DMD 的停放狀態(tài)。

四、系統(tǒng)光學(xué)考慮因素

數(shù)值孔徑和雜散光控制

在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，照明和投影光學(xué)在 DMD 光學(xué)區(qū)域的數(shù)值孔徑所定義的角度應(yīng)相同，且不應(yīng)超過(guò)標(biāo)稱的器件鏡傾斜角。否則，需要在照明和/或投影光瞳中添加適當(dāng)?shù)目讖?，以阻擋平坦?fàn)顟B(tài)和雜散光通過(guò)投影鏡頭，避免對(duì)比度降低和圖像出現(xiàn)瑕疵。

光瞳匹配

TI 的光學(xué)和圖像質(zhì)量規(guī)格假設(shè)照明光學(xué)的出射光瞳在投影光瞳的入射光瞳中心的兩度范圍內(nèi)。光瞳不匹配可能會(huì)在圖像邊界和/或有效區(qū)域產(chǎn)生明顯的瑕疵，可能需要額外的系統(tǒng)孔徑來(lái)控制，特別是當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑超過(guò)像素傾斜角時(shí)。

照明過(guò)填充和對(duì)準(zhǔn)

照明過(guò)填充會(huì)在投影圖像中產(chǎn)生瑕疵，并可能導(dǎo)致 DMD 出現(xiàn)不良的熱條件。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為盡量減少入射到有效陣列外部和窗口孔徑上的光通量。同時(shí)，要注意照明光和過(guò)填充可能對(duì) DMD 造成的熱影響，參考相關(guān)規(guī)格中的最大允許熱負(fù)載。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

典型應(yīng)用案例

以動(dòng)態(tài)地面投影系統(tǒng)為例，視頻內(nèi)容被壓縮并存儲(chǔ)在外部閃存中。微控制器或其他處理器通過(guò)低速 SPI 命令向 DLP 產(chǎn)品控制器指示從外部存儲(chǔ)器讀取哪些視頻內(nèi)容?？刂破鹘鈮嚎s視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)位平面（416 × 468 分辨率），并在 DMD 上快速連續(xù)顯示，以創(chuàng)建完整的視頻圖像。由于 DMD 像素的菱形格式，輸出圖像的有效分辨率為 588 × 330?？刂破鬟€會(huì)同步 DMD 位平面數(shù)據(jù)與 RGB 使能時(shí)序，以控制 LED 顏色控制器和驅(qū)動(dòng)電路。

應(yīng)用任務(wù)配置文件考慮

不同的應(yīng)用可能有不同的任務(wù)配置文件，即不同溫度下的工作小時(shí)數(shù)。為了輔助評(píng)估，TI 可能會(huì)提供汽車 DMD 可靠性壽命估計(jì)應(yīng)用報(bào)告。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體情況考慮這些因素，以確保器件的可靠性和性能。

六、電源供應(yīng)和布局建議

電源供應(yīng)順序要求

電源供應(yīng)順序?qū)τ?DMD 的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。在電源開啟時(shí)，VCC 必須先啟動(dòng)并穩(wěn)定，然后再施加 VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 電壓。VBIAS 和 VOFFSET 之間的差值必須在 ±8.75V 以內(nèi)，且在 VCC 穩(wěn)定在工作電壓后，DMD 的 LVCMOS 輸入引腳才能驅(qū)動(dòng)為高電平。在電源關(guān)閉時(shí)，VCC 必須在 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET 放電到接近地電位（4V 以內(nèi)）后才能停止供電。

布局指南

在 PCB 布局方面，VCC 應(yīng)至少配備 1 個(gè) 2.2μF 和 4 個(gè) 0.1μF 的電容器，并均勻分布在 6 個(gè) VCC 引腳之間。對(duì)于 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET，每個(gè)引腳附近應(yīng)放置一個(gè) 0.1μF、X7R 額定的電容器。此外，DMD 的溫度二極管引腳到 TMP411-Q1 的 PCB 走線對(duì)噪聲敏感，應(yīng)避免靠近其他走線，以減少噪聲耦合。

七、器件支持和文檔說(shuō)明

器件支持

TI 提供了詳細(xì)的器件支持，包括器件命名法和器件標(biāo)記。器件標(biāo)記包含了人類可讀信息和二維矩陣代碼，其中二維矩陣代碼包含 DMD 部件號(hào)和批次追溯代碼，方便我們進(jìn)行器件的識(shí)別和追溯。

文檔支持

相關(guān)文檔包括 TMP411-Q1 溫度傳感器的數(shù)據(jù)表和 DMD 可見光波長(zhǎng)光學(xué)效率應(yīng)用報(bào)告等。我們可以通過(guò)導(dǎo)航至 ti.com 上的器件產(chǎn)品文件夾，點(diǎn)擊通知進(jìn)行注冊(cè)，以接收文檔更新通知。TI E2E? 中文支持論壇也是獲取快速、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解答和設(shè)計(jì)幫助的重要資源。

靜電放電警告和器件處理

靜電放電（ESD）可能會(huì)損壞該集成電路，因此我們?cè)谔幚砗桶惭b器件時(shí)，必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，避免 ESD 對(duì)器件造成損害。同時(shí)，由于 DMD 是光學(xué)器件，我們要注意避免損壞其玻璃窗口，可參考 DMD 處理應(yīng)用筆記進(jìn)行正確操作。

綜上所述，DLP2021-Q1 數(shù)字微鏡器件在汽車應(yīng)用中具有巨大的潛力。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和應(yīng)用該器件時(shí)，需要充分了解其特性、規(guī)格和相關(guān)要求，以確保系統(tǒng)的可靠性和性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似器件的設(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。