在《从DMD谈起 细看DLP投影机今生与发展》一文,讲述了DLP投影机的结构与工作流程,在本文中将会以图文方式介绍DLP投影机的核心——DMD芯片。
DMD芯片工作原理
在《从DMD谈起 细看DLP投影机今生与发展》一文,讲述了DLP投影机的结构与工作流程,在本文中将会以图文方式介绍DLP投影机的核心——DMD芯片。
微反射镜结构
在DMD芯片,微反射镜是其最小的工作单位,也是影响其性能的关键。微反射镜的体积非常小,但是依然拥有不同于液晶的复杂机械结构——每块微反射镜都有独立的支撑架,并围绕铰接斜轴进行+/-12°进行的偏转。对于微反射镜这种微型机械,传统的机械或是液压控制已无法使用(即使能够使用,也会由于机械磨损而迅速损坏),因此在微反射镜的两角布置了两个电极,通过电压控制控制偏转,获得了高精度的控制能力和无限的偏振寿命。
微反射镜工作示意图
微反射镜是依靠反射光线工作的,其偏转能力是其关键,如上图所示这是一个偏转角度达+/-12°微反射镜的工作示意图,在微反射镜开启状态时(On State,+12°),入射光线(光源)的入射角达到12°,反射角亦达12°(两者相加即是24°),此时光能最大,即为(255,255,255);若微反射镜偏向关闭(Off State,-12°)状态,此时镜头接收到的光线越来越小,到达关闭状态时,亮度最低,即为(0,0,0)。
微反射镜工作侧视图
一块微反射镜仅能提供+/-12°的偏转,但是实际情况却提供72°的工作范围,再考虑到微反射镜是透过电极控制的、可视为能实现无级翻转,进而在单个像素内提供极高的亮度控制范围,最终轻松实现高对比度。
微反射镜工作俯视图
DMD芯片封装结构
与所有半导体一样,DMD芯片亦需要进行封装,以保护脆弱的内核(反射镜)和提供散热条件。BGA(Ball Grid Array,球形栅格阵列封装)、PGA(Pin Grid Array,针状栅格阵列封装、LGA(Land Grid Array,栅格阵列封装)都是一些常见的封装形式,TI在DMD芯片上选择了CPU常用的PGA封装,因此外观上与奔腾3、Althon XP这些CPU非常相似,不过实际上仍存在很大不同。
DMD芯片正面
与CPU不同,位于DMD芯片内核的不是刻蚀电路而是海量的微反射镜,这些微反射镜脆弱的同时又得面向光线,因此在微反射镜表面是覆盖了一整块高透光率、高硬度的光学玻璃作为保护。
DMD芯片背面
DMD芯片散热设计注定是一件麻烦的事情,其工作时自身会把电能转化为热量,同时一部分入射光线亦会转换为热量,要保护微反射镜不怕热量和减少光路扭曲破坏必须进行制冷,可是受到微反射镜工作原理决定,不可能在微反射镜表面贴上散热片,只能把热量传递到背面再进行制冷。从DMD芯片背面图可以看到,大量针脚布局在基板的外围,用于供电与传输信号;芯片中间空旷是微反射镜阵列的背面,辅以加速热量传递的金属片,DMD芯片正是基于这个区域的将热量传递出去的。
DMD芯片安装图
DMD芯片封装完毕,最终要安装到DLP投影机中,为此TI设计了一个非常牢固但亦非常复杂的固定装置,而散热片(Heat Sink)则是位于DMD芯片的后方,热量从DMD芯片背面透过导热贴(Thermal Pad)传递到散热片上。
DMD芯片驱动
Dual CMOS Memory
在文章即将结束之前,简单看一下微反射镜的驱动形式,由于微反射镜是依靠电极控制的,电极则是底层CMOS控制电路和镜片复位信号的二进制状态进行单独控制的,在16个单独的复位块中驱动,可进行全局寻址或一次寻址一个。以下是DLP测试机和DLP1700(DMD芯片)结构图:
DMD芯片测试用结构图
DLP1700结构图
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