單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)原理

1 引言

　　硅上液晶顯示(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)技術(shù)是CMOS半導體集成電路和液晶顯示相結(jié)合的技術(shù)。LCoS技術(shù)具有如下優(yōu)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�。�

(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(shù)和制造優(yōu)勢，LCoS技術(shù)有著廣泛的應(yīng)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(shè)備的顯示屏，如頭盔顯示。目前彩色LCoS顯示系統(tǒng)主要分為單片和三片式系統(tǒng)2種，單片式系統(tǒng)對于三片式系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點：體積小，成本低，易于實現(xiàn)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(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

2 顯示原理

　　三片式彩色LCoS顯示系統(tǒng)利用空間混色實現(xiàn)彩色顯示，而單片式彩色LCoS系統(tǒng)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(jié)束的時，分別將對應(yīng)顏色的背光燈打開，利用人眼的視覺殘留效應(yīng)實現(xiàn)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(tǒng)總體概述

單片彩色LCoS整個系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

　　在整個系統(tǒng)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(shù)據(jù)進行重組外，還需要產(chǎn)生LCoS驅(qū)動板和LCoS芯片所需的時序，F(xiàn)PGA芯片使用Altera的EP1C6，另外板上還有2組6片SRAM作為圖像數(shù)據(jù)的緩存；LCoS驅(qū)動板的任務(wù)是進行D／A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動LCoS芯片模塊進行顯示，該驅(qū)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(nèi)部SRAM，2個內(nèi)部PLL，最大可支持185個用戶I／O管腳。經(jīng)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(zhuǎn)換好的視頻數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)送至D／A，并控制D／A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生LCoS的上屏時序和LED光照系統(tǒng)的控制時序。

　　板載SRAM采用ISSI公司的IS61LV10248，用作圖像數(shù)據(jù)的緩存，單片容量為1 M×8 b字節(jié)。本系統(tǒng)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(shù)據(jù)線位寬擴展為24 b。

　　本系統(tǒng)D／A轉(zhuǎn)換采用Analog Device公司的AD8381。該芯片支持高達100 MHz的10 b數(shù)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(shù)字信號；CLK是采樣時鐘；STSQ表示新的一組數(shù)字信號的開始；XFR表示開始一次轉(zhuǎn)換，其下降沿有效。本系統(tǒng)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(jù)圖2中的時序，并考慮到實際情況，具體應(yīng)用如下：每個周期同時向兩個AD8381的數(shù)據(jù)口發(fā)送一個像素數(shù)據(jù)，4個周期后進行數(shù)據(jù)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(fā)送6個數(shù)據(jù)后再進行一次轉(zhuǎn)換。輸出的模擬電壓值在下一個鎖存信號的下降沿完成轉(zhuǎn)換。STSQ和XFR這2個管腳由同一個FPGA管腳驅(qū)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(shù)據(jù)發(fā)送順序，這里設(shè)計成外部跳線。另一個控制信號INV用來確定圖像數(shù)據(jù)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(xiàn)對屏的交流驅(qū)動。