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汉振分享 | DLP特征编码图案成像探究(1)—— DMD数据加载
日期:2019年08月29日

DLP是“Digital Light Procession”的缩写,即为数字光处理,这种技术先把影像信号进行数字化,然后再将数字化图片通过光投影出来。它是基于TI(美国德州仪器)开发的数字微镜元件——DMD来完成可视数字信息显示的技术。


DMD是光机械与电子机械元素的一种独特组合, 是一种电子输入、光学输出的微机电系统。当然,DMD不是主动发光器件。DMD全称” Digital Micromirror Device”,即“数字微镜元件”,是一种高反射铝微镜阵列。


DMD是一种微机械电子器件(MEMS的一种),它具有两种稳定的微镜状态——±12°。此状态由运行期间微镜的几何结构和静电特性共同决定。图3非常直观地描述了这两种状态。


按照惯例,正(+)状态朝向照明倾斜并且被称为“开”状态,负( - )状态倾斜远离照明被称为“关闭”状态。从机械角度看,像素是微镜面与经由一个过孔连接到隐藏在下方的扭转铰链组成。


每个微镜下面是一个由双CMOS存储器元件形成的存储器单元,如图4所示。 两个存储器元件的状态总是互补的, 如果一个元素是逻辑1,则另一个元素是逻辑0,反之亦然。 像素存储器单元的状态在微镜的机械位置(正负偏转)中起作用,然而,加载存储器单元不会自动改变微镜的机械状态。


为了将CMOS存储器的状态转换为微镜的机械位置,像素必须接收一个“微镜定时脉冲”。该微镜时钟脉冲瞬间释放微镜,然后根据下面的CMOS存储器的状态重新落位。


DMD是由若干单个像素微镜组成的阵列,阵列尺寸由特定DMD的分辨率确定。 XGA分辨率的DMD对应微镜阵列为1024列X 768行。后文就以该分辨率DMD为例简要介绍其阵列操作。


与微镜一一对应的CMOS存储器阵列有768行,每行长度1024个像素(像素 1 =开,0 =关)。控制器可对每行进行随机寻址或者顺序寻址(自动计数器)。DMD按行加载,即使行中只有一个像素需要更改,也必须加载整行。

行加载是通过16或32位的并行总线完成的。 该数据加载在数据时钟的上升沿和下降沿(称为双数据速率[DDR])。以32位并行总线的XGA 器件为例,该器件需要32个时钟边沿(16个时钟周期)来加载完整行的1024位(16x2x32=1024)。


为了方便操作微镜定时脉冲和快速清除数据,DMD被分成若干“块”(block)。上述DMD被分为16个块,每块48行(16x48=768行)。


前面提到加载CMOS存储器不会立即导致微镜更新其机械状态,为了使加载的存储器改变镜子的机械位置,必须施加“镜像定时脉冲”。这个脉冲是向块施加的,一路微镜定时脉冲分别对应到一个块。

该DMD有16个镜像时钟脉冲输入线,每个块一个,如图8所示。


有四种微镜定时脉冲输入模式,用以确定当微镜定时脉冲发出后哪些块将接收到:


尽管可以通过将所有“0”加载到块中每行来“清除”存储器,但也可以通过发出称为“块清除”的指令函数实现同样的功能。对48行实施加载“0”需要48×16(768)个时钟周期,若是用一个“块清除命令”就可以使DMD将所有“0”加载到指定的块中。对于文中DMD,块清除命令与一行加载操作所花费的时间相同,加载一行数据(16个时钟周期)所花费的时间内,整个块可以通过“块清除”加载“0”。因此,可以在比加载单个块“0”所需更短的时间内清除整个XGA DMD存储器(比使用行加载“0”的速度快48倍,因为一块48行)。

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