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基于BBBlack的超性价比DLP解决方案—— TI DLP LightCrafter显示评估模块评测



在本篇文章中,我们将评估 TI DLP LightCrafter显示评估模块与BeagleBone Black配合使用的超性价比DLP技术解决方案,我们将关注它的功能以及用于实现它们的技术。对于LightCrafter,我们将研究光学,数据通信以及示波器的测试数据。通过本篇文章,甚至说,你可以举一反三,不局限于BBBlack,同样还可以使用LightCrafter搭配树莓派、dragonboard 410c等开发板使用。


视频链接:


德州仪器DLP LightCrafter Display 2000 EVM具体型号为DLPDLCR2000EVM,是一款用于演示DLP技术的扩展板,可以无缝配合BeagleBone Black(我将在本文中称之为“BBBlack”)使用,并且通过数字微镜器件和相对高功率的RGB LED提供即时投影功能。


TI宣称LightCrafter可作为医疗,科学和工业应用中投影显示器的可能解决方案。更具体的应用可能是表面可投影接口,抬头显示器,数字标牌以及具有便携式投影仪功能的各种消费者设备,或者说更大胆的提议可以使用LightCrafter技术作为可穿戴设备的投影。


本文介绍的这款640×360像素的投影仪显示器是TI LightCrafter产品系列中价格最低,分辨率最低的评估模块,在项目功能符合预期的情况下,性价比是最好的。下图显示了TI LightCrafter阵容中的各种EVM的价格。


采用DLPDLCR2000EVM的扩展板整个硬件搭建成本会低于其他方案,因为它使用BeagleBone Black作为主机处理器,德州仪器大概也非常愿意看到这种情况,毕竟BBBlack是基于自家的TI Sitara处理器。


如何工作的?
DLP显示通过反射来自微镜的RGB LED光来工作的,镜面通过一系列聚焦光学系统将光线反射到远处的反射表面。在该装置中,镜面沿其对角线旋转12°,下图则是随机旋转的镜面显示出恒定的照明。
下图则是使用频闪RGB LED显示随机旋转的反射镜。

红色,绿色和蓝色LED依次照亮表面,如果镜面在特定颜色的光照射在其上时旋转,它将通过光路将光反射到远处的屏幕。该方法每个像素需要一个镜子,每帧需要三种颜色——图像的红色,绿色和蓝色部分各一个。通过精确控制在开或关状态下所花费的时间来调整像素颜色强度,颜色混合则在人眼内部完成。


如下阵列演示了如何通过更大的镜像阵列形成更大的图像和形状,镜子旋转的实际速度超过了人类感知的极限。




视频的一秒由多个“帧”或静止图像组成,每个帧需要三个不同的镜像阵列细分帧 – 每个帧用于图像的红色,绿色和蓝色部分。


随着阵列数量的增加,数据量迅速增加,这种小型显示器需要大约40 MB/s的最小数据速率。


上面只是某些假设的近似值(例如60Hz时的24位数据),但它明确表明了大多数串行协议都无法实现此类的数据传输,尤其是当显示器尺寸增大时。


数据通信:那该如何决定传输所有这些数据呢?
让我们从BBBlack开始,转向微镜设备。P9.19和P9.20通过I2C为设备提供SCL和SDA数据连接——这允许配置LightCrafter的设置(关,开,反转,翻转,亮度等),实际配置命令根据需要发送。


视频信号源是BBBlack,更具体地说,是Sitara AM335x处理器。Sitara处理器的规格书显示,该器件可以以高达2048 x 2048像素的分辨率输出每像素8位——这远远高于投影机能够显示的分辨率。显示数据通过24条GPIO线(P8.11-P8.17,P8.19和P8.31-P8.46)并行输出,每次一个像素,每个像素由8位红色数据,8位绿色数据和8位蓝色数据组成。


下图是BBBlack上的信号定义,DLPDLCR2000EVM扩展板上的Header P1和P2分别对应于BBBlack Header上的P8和P9。




因此,为了通过该接口发送视频帧,VSync(P8.27)和HSync(P8.29)发送信号转换,并且在非常短暂的延迟之后,24位(即一个像素的数据)开始同时流出24条并行数据线,这将一直持续到达到图像第一行的结尾。然后,Hsync信号再次转换,并发送另一行信息。


对于每一行重复该过程,直到到达显示器的底部,此时发送VSync信号并传送下一帧。


下图显示的是水平同步(通道1,黄色)和一行像素(通道2,青色)的数据流结束。


数据离开BBBlack并前往LightCrafter扩展模块,在那上面遇到DLPC2607,这是一种低功耗数字微镜器件(DMD)显示控制器。(下图为DLPC2607框图)


DLPC2607能够解析几种流行的并行数据格式:YCrCb666,YCrCb888,RGB565,RGB666,在这种情况下,RGB888(其中数字表示每像素位数,字母表示色彩空间)。


DLPC2607可以处理像素数据,以便反转,旋转,更改分辨率,更改刷新率等,数据来回移动靠外部存储器IC。


从那里,DLPC2607直接与DLPA1000和DLP2000数字微镜器件(DMD)通信,DLPC2607将原始图像信息转换为镜像状态和占空比信息,并将其发送到DMD,同时将选通序列信息传送到DLPA1000(用于RGB LED)。


在测试设备的过程中发现了大量的信号线振铃,因此想了解更多细节,下面通过示波器进行实际测试。


测试设备
在Header P8上,引脚27和29对应于垂直和水平同步信号——定期定时信号,应该非常容易捕获,先从这里开始测试。


这两个信号的问题在于它们具有非常不同的周期。垂直同步信号发生在水平同步信号发生数百次之后。另外,水平同步信号的逻辑低时间比垂直同步的逻辑低时间短几个数量级。所以不幸的是,不能在同一个屏幕上显示它们。


如果你仔细观察下面的图像,你会看到VSync信号上的一些过冲和振铃——一个3.3V信号上的1V最大峰峰值幅度; 这表示信号线欠阻尼。如果你仔细观察,你会在VSync信号上看到与HSync脉冲相对应的伪像。


下面显示的是从BBBlack到LightCrafter的水平(青色,通道2)和垂直(黄色,通道1)同步脉冲,注意在逻辑高电平期间的伪像和垂直同步脉冲的奇数形状——该舍入实际上是在接下来的两个图像中可见的振铃。


下图是来自BBB的水平(青色,通道2)和垂直(黄色,通道1)同步脉冲,该图像显示了水平同步脉冲的逻辑低和逻辑高转换之后的振铃。


最后,下面是垂直同步信号的上升沿。在逻辑低至逻辑高转换之后,可以看到大量振铃。另外,在逻辑低和逻辑高状态期间,对应于水平同步的噪声伪像是可见的。


显然目前电路的工作状况不错,但是噪音和振铃似乎有点过多。我无法在LCD控制器数据表中找到VSync引脚的一些细节情况,但BBBlack基于Sitara AM335x。Sitara处理器(第34页)的数据表显示同步信号的缓冲强度为6 mA,这是我能发现的有关Sitara处理器或DLPC2607同步线的唯一信息。


振铃是非常有意义的,可以让工程师看到从板子上输出的主电源在进入到电源调节器前的一些现象,如下图所示的垂直同步脉冲(通道1,黄色)与主电源输入(通道2,青色),过度的振铃会对主主电源线造成轻微干扰。


设备重置阈值
那么这里面发生了什么?由于BBBlack设计为一个多功能的设备,也算是单板计算机吧,而P9.27信号也并非专用于VSync,因此BBBlack工程师不知道用户会将哪种设备连接到BBBlack,也许LightCrafter的工程师注意到了这个问题,但他可能他认为这还没严重到需要重新调整电路板的合理性。


但是那个电源输入线振铃给了我一个想法:什么样的电力线振铃可以导致设备复位?所以我故意扰乱了5V DC输入。结果是瞬时和可重复的,幅度略高于数字转换引起的纹波的干扰会导致器件执行上电复位。


(下图显示电源纹波(通道1,黄色)会导致EVM复位)


接下来的问题是,为什么这种高频和相对低幅度的电源纹波会对器件产生影响呢?有没有一种简单的方法来防止这个问题?


输入电压接近5V,电路板上的功率调节包括两个配置为1.8V和1.0V的TPS62260降压转换器,以及一个配置为2.5V的单个TPS71501低压差(LDO)线性稳压器,该板采用DLPA1000 ASIC来控制RGB LED,我不确定LDO是否会受影响,但可以确信的是其中一个降压转换器或ASIC会受到纹波的干扰,导致欠压状况。


结论


DLPDLCR2000EVM是一款了解有关数字微镜显示器及相关控制电路的超性价比解决方案,配合BBBlack可以无缝进行多功能的测试和相关demo的演示。由于这是一个评估板,评测也只是单方面,希望大神们能分享更多的内容,我更期望看到各种各样的测试,让我能够探测并更好地理解电路板上的信号。


END




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