Havadaki Renkli OLED Ekran Modülünün Devre Tasarımı
Havadaki görüntüleme modülü, pilotlara önemli bir rol oynayan karakterlerden, grafiklerden ve görüntülerden oluşan çeşitli uçuş sinyalleri ve savaş talimatları sağlar. Havadaki ekran modülleri tam renkli, yüksek tanımlı, yüksek çözünürlüklü, geniş renk gamı ve düşük güç tüketimine doğru gelişiyor. Bu, yerleşik ekran modülünün ekran ortamının değiştirilmesini teşvik eder. Şu anda, LCD havadan görüntülemenin ana akımında ve erken CRT kademeli olarak ortadan kaldırıldı. Ancak sıvı kristalin, uzun yanıt süresi, düşük sıcaklık performansı ve yüksek güç tüketimi gibi eksiklikleri de vardır. OLED teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, performans avantajları giderek daha belirgin hale geliyor ve havadan görüntüleme için belirli bir teknik temele sahip.
Bu kağıt, havadan görüntü modülünün devresini tasarlamak için görüntü ortamı olarak SUMSUNG tarafından üretilen 7,7 inç renkli OLED ekranı kullanır. Ekran çözünürlüğü 1280 × 800, renk derinliği RGB için 8 bit ve MIPI-DSI (4lane) video veri iletimi ve ekranın dahili kayıt değerlerinin iletimi için kullanılır.
1 Ekran modülü işlevsel gereksinimleri
Tablo 1, ekran modülünün ana performans göstergelerini göstermektedir. Ekran ortamı ve ekran çözünürlüğü gereksinimleri nedeniyle, SUMSUNG'un 7,7 inç renkli OLED'i, taramadan sonra ekran ortamı olarak seçilmiştir ve özel güçlendirme işlemleri aracılığıyla, hava ortamını karşılayabilir. Kullanım gereksinimleri. OLED, mevcut tipte kendinden aydınlatmalı bir cihaz olduğundan, görüntülenmesi gereken pikselin içinden geçen akım olacaktır ve ışık yayacaktır. Görüntülenmeyen alan için pikselde akım yoktur ve ışık yaymaz, bu nedenle karanlık bir ortamda OLED'in kontrastı 100.000'e ulaşabilir: 1. Teklifin gerektirdiği 1.000: 1 kontrast oranı tatmin edici aralık içindedir. Doğrulama aşamasında, bu OLED'in parlaklığı test edildi ve maksimum parlaklığı, parlaklık ayarının gereksinimlerini karşılayan 650 cd / m2'ye ulaşabilir. Video arayüzü, iletişim yöntemi ve güç gereksinimleri, analiz ve doğrulama yoluyla elde edilebilir.
2 Genel devre tasarımı
Ekran modülünün fonksiyonel gereksinimlerine göre ilgili devre tasarlanır Devrenin genel fonksiyonel blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir. Esas olarak aşağıdaki devrelerden oluşur: Seri diferansiyel DVI sinyallerinin daha sonraki FPGA işlenmesi için paralel LVTTL sinyallerine dönüştürülmesini tamamlayan DVI sinyal kod çözme devresi; FPGA ile ana bilgisayar arasındaki iletişimi gerçekleştiren RS232 arayüz devresi; FPGA, devrede çekirdek cihazdır, Her bir fonksiyonel devrenin ve OLED ekranının konfigürasyonunu ve kontrolünü, video sinyali toplama ve işleme, karartma algoritmasının gerçekleştirilmesi, iletişim fonksiyonunun gerçekleştirilmesi, OSD fonksiyonu vb.; MIPI kodlama devresi, FPGA'nın video sinyal çıkışını MIPI sinyaline dönüştürür ve OLED ekranı gerçekleştirir Ekran ve parametre yapılandırması; FPGA karartma algoritmasına sahip OLED parlaklık ayar devresi, gündüz ve gece modunda parlaklık ayarını gerçekleştirmek için çıkış negatif voltajı Vneg değerini kontrol eder; EEPROM yongası, gündüz ve gece modunda parlaklık gibi ilgili parametreleri depolamak için kullanılır Maksimum değer ve minimum değer, varsayılan parlaklık değeri, vb .; güç dönüştürme devresi, her bir işlevsel devre ve OLED ekran için kararlı güç kaynağı sağlamak için voltaj yongası aracılığıyla gerekli voltaj değerini üretir.
3 Ana fonksiyonel devre gerçekleştirme
3.1 DVI kod çözme devre tasarımı
DVI sinyali, yüksek bant genişliği, güçlü parazit önleme yeteneği ve uzun iletim mesafesi özelliklerine sahiptir ve yüksek çözünürlüklü video aktarımı için ana akım bir çözüm haline gelmiştir. DVI bir seri iletim yöntemi kullandığından ve 8/10 kodlamayı benimsediğinden, alıcı uçta videonun kodunu çözmek ve seri sinyali arka uçta işlenmesi kolay olan paralel bir TTL sinyaline dönüştürmek gerekir, özellikle dijital RGB sinyalleri ve yatay senkronizasyon sinyalleri dahil. (HSYNC), alan senkronizasyon sinyali (VSYNC) ve piksel saat sinyali (PCLK).
Bu makale, SIL1161 modelli Silicon Imageın DVI kod çözücü çipini kullanır. Bu çip, video sinyallerinin UXGA çözünürlüğü ve 165 MHz piksel hızı ile kodunun çözülmesini destekleyebilir. Çipin uygulama ortamını genişletmek için, dahili kayıtları IIC arayüzünden geçebilir. Saatin fazını ve sinyalin sürücü kapasitesini ayarlamak için yapılandırın. Ve ekolayzerin değerini ayarlayarak, DVI iletim uzunluğu, parazit önleme yeteneğini geliştirmek için eşleştirilebilir.Ayarlandıktan sonra, maksimum 20 m sinyal iletimini destekleyebilir.
Çipi esnek bir şekilde kontrol etmek için, SIL1161 ve PFGA'nın kontrol arabirimini bağlayın ve yongayı FPGA aracılığıyla en iyi durumda çalışmasını sağlayacak şekilde yapılandırın. SIL1161'in dahili kaydına ait bilgiler Tablo 2'de gösterilmektedir. Çipin 99. pinini (MODE) ve alt 7. pinini (I2C_MODE #) FPGA üzerinden aşağı çekin, böylece çip IIC yapılandırma moduna girer. Ardından parametreleri pin 100 (SCL) ve pin 3 (SDA) ile yapılandırın.
3.2 Parlaklık ayar devresi tasarımı
OLED kendinden aydınlatmalı bir cihaz olduğundan ve ışık yayan parlaklığı, içinden geçen akımla doğrusal olarak orantılı olduğundan, yani akım ne kadar büyükse parlaklık o kadar yüksek olur. Ekran parlaklığını ayarlamak için OLED'in akımını kontrol etmek gerekir. OLED piksel sürücü devresinin özelliklerinden dolayı, OLED akımını etkileyebilecek faktörler esas olarak sürücü tüpünün G kutbuna uygulanan gri voltajı ve D kutbu ile S kutbu arasındaki voltajı içerir. Gri voltajı değiştirerek parlaklığı değiştirmek için akımı ayarlarsanız, OLED ekran görüntüsünün gri seviyesini etkileyecektir.Bu nedenle, OLED ekran gri seviyesini etkilememek için, parlaklık ayarı işlevi sağlanırken, bu makale DS arasındaki voltaj ayarını benimser. Yol. Spesifik uygulama, D kutbunun pozitif voltajını sabitleyerek ve S terminalinin Vneg negatif voltajını ayarlayarak parlaklığı ayarlamaktır.
Parlaklık ayarı için gerekli voltaj aralığı: -3,3 V ~ -6,4 V ve sistemin güç kaynağı voltajı +5 V olduğundan, seçilen voltaj yongası LT3759HMSE'dir. Giriş voltajı aralığı +1,6 V ~ + 42 V, Boost / SEPIC / Ters voltaj dönüştürme işlevi ile. Çıkış voltajının ayarlanabilir işlevini gerçekleştirmek için, voltaj regülasyonunu gerçekleştirmek için geri besleme direncinin direnç değerini değiştirmek için IIC arayüzlü dijital potansiyometre AD5252BRU1 kullanılır. Somut devre prensibi Şekil 2'deki gibi gösterilmiştir.
3.3 MIPI arayüz devresi
MIPI Alliance, büyük avantajları nedeniyle 2003 yılında MIPI protokolünü resmi olarak başlattığından beri, MIPI protokolü mobil endüstride yaygın olarak tanıtıldı ve uygulandı ve işlemciler, büyük kapasiteli veri iletimi, kablosuz iletişim ve ekran ekranları gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanıldı. Uygulamalar. Bu proje için seçilen OLED ekran, MIPI arayüzüdür. MIPI arayüzünün belirli bir protokolü ve kodlama yöntemi olduğundan, dijital video sinyalini MIPI protokol sinyaline dönüştürmek için bir arayüz çipinin kullanılması gerekir. Bu proje Solomon Systechin SSD2828 serisi arayüz yongasını kullanıyor.
SSD2828'in çalışma modunu kontrol etmek için SPI arayüzü aracılığıyla, onu komut moduna (komut modu) veya video moduna (video modu) girecek şekilde yapılandırabilirsiniz. Komut modunda, OLED ekranının dahili kayıtları, güç açma zamanlama kontrolü, tarama yönü ve gama eğrisi gibi fonksiyonların konfigürasyonunu gerçekleştirmek için MIPI arayüzü üzerinden konfigüre edilir; konfigürasyon tamamlandıktan sonra, esas olarak şu anda video görüntü aktarımı için kullanılan video moduna girer. . Video aktarım modunda, OLED kayıt kontrol komutları da gönderebilirsiniz.SSD2828'in kontrolü altında, komutlar görüntü ekranı üzerinde herhangi bir etkiye neden olmamak için videonun boşluk alanına iletilir. SSD2828'in kontrol kısmı FPGA tarafından tamamlanır ve spesifik kontrol süreci FPGA mantık bölümünde detaylı olarak tanıtılmıştır.
3.4 FPGA mantık tasarımı
FPGA, esas olarak dış dünya ile iletişim, video görüntü alma ve işleme, parlaklık ayarı ve OLED kontrolü gibi işlevleri tamamlayan tüm devrenin kontrol çekirdeğidir. Ana iç mantık yapısı Şekil 3'te gösterilmektedir.
Burada esas olarak parlaklık ayar modülünün gerçekleştirilmesini ve MIPI arayüzünün ve OLED kontrol modülünün gerçekleştirilmesini tanıtıyoruz.
3.4.1 Parlaklık ayar modülü
Hava ortamında kullanım gereksinimlerini karşılamak için, ekran modülünün parlaklık ayar aralığı iki bölüme ayrılmıştır: gündüz modu alanı ve gece modu alanı. Ve iki parçanın belirli bir kısma eğrisine karşılık gelmesi gerekir, yani farklı giriş kısma komutlarına göre karşılık gelen parlaklık değerleri üretilir. Bu nedenle öncelikle deneylerle giriş gerilimi Vneg ile parlaklık arasındaki ilişki elde edilir ve ardından haritalama yolu ile çıkış geriliminin gerilim değeri giriş kısma komutuna göre kontrol edilir. Bu haritalama işlemi FPGA içinde tamamlanır ve ardından haritalama sonucuna göre, parlaklık ayar devresinin geri besleme direnci, çıkış voltajını kontrol etme amacına ulaşmak için IIC arayüzü üzerinden kontrol edilir.
Test verilerinin analizi yoluyla, ilgili LUT gerekli karartma eğrisine göre yapılır, böylece giriş 0 ~ 255 karartma seviyeleri farklı dijital potansiyometre değerlerine karşılık gelir. LUT yöntemi, karmaşık bir dönüştürme algoritmasını basit bir uygulama yöntemi ve küçük bir gecikmeyle basit bir arama tablosuna dönüştürebilir. Her bir ekran arasındaki farka uyum sağlamak için, ayarlanabilir minimum, maksimum ve ölçek katsayısı kayıtlarını ofset ayarı olarak ayarlayın, böylece her ekranın parlaklığı gerekli aralıkta olsun. Formül şu şekilde ifade edilir:
Dreg, dijital potansiyometreyi ayarlamak için kullanılan çıkış değeri olduğunda; Dmin minimum değerdir; Dmax maksimum değerdir; K orantılı katsayıdır; DLUT, gündüz ve gece moduna göre iki LUT'a bölünen taramalı tablo verileridir; Lcom ayarlamadır Işık seviyelerinin sayısı, toplam 256 seviyedir.
Yukarıdaki kayıtlar, parlaklık değerinin gerekli aralığa ulaşmasını sağlamak için arayüz aracılığıyla ayarlanabilir. Tüm son ayar kayıt değerleri harici EEPROM'da saklanır ve FPGA açıldığında okunur.
3.4.2 MIPI ve OLED kontrol modülü
Bu modül, OLED'in kontrolünü ve video görüntüsünü gerçekleştirmek için SSD2828'i temel olarak SPI arabirimi üzerinden yapılandırır. Bu modül iki katmana ayrılabilir: alt SPI modülü ve üst kontrol modülü. Modül Şekil 4'te gösterilmektedir. SPI modülü, SPI veri iletimini uygular ve üst modül, iletilecek verileri ve sırasını kontrol eden bir durum makinesidir.
SSD2828'in dahili kayıtlarını kontrol ederek, çip, gerekli çalışma moduna girecek şekilde yapılandırılabilir. Adres ve verileri Generic Packet Drop Register'a göndererek, OLED ekranındaki register yapılandırması gerçekleştirilebilir. SSD2828 çipindeki adresi 0xBF'dir. MIPI gönderen veri kontrol modülünün gerçekleştirilmesi, bir durum makinesini benimser. Tüm modülün durum akışı Şekil 5'te gösterilmektedir.
4 Modül test sonuçlarını görüntüle
Yukarıdaki devre tasarımına göre, devre kartı hata ayıklama ve FPGA kod hata ayıklama işlemi tamamlanır ve OLED'in normal görüntüsü gerçekleştirilir. OLED ekran modülüne dönüştürülen gerçek ürün Şekil 6'da gösterilmektedir.
Modülün işlevini ve performansını doğrulamak için deneysel bir test platformu oluşturulmuştur. Platform, sinyal üreteci, stabilize güç kaynağı, test tezgahı FPM520 vb. İçerir. Ana test verileri Tablo 3'te gösterilmektedir.
Tablo 3'teki test verilerinden, renkli OLED modülünün performans parametrelerinin protokolün gerektirdiği parametrelerle eşleştiği ve gereksinimleri karşıladığı görülebilir. Ve ağırlık, kontrast, güç tüketimi ve diğer göstergeler açısından OLED ekran modülleri, aynı boyuttaki LCD ekran modüllerinden çok daha iyidir ve bu da OLED'in avantajlarını büyük ölçüde vurgular.
5. Sonuç
Bu yazıda renkli OLED modülünün fonksiyonel gereksinimlerine göre bu modülün sürüş devresi tasarlanmıştır. Devrenin genel tasarımı ve her bir özel devrenin gerçekleştirilmesi ayrıntılı olarak tanıtıldı ve FPGA içindeki ana işlevsel modüllerin - parlaklık kontrol modülü ve MIPI kontrol modülünün görüntüleme yöntemleri özel olarak tanıtıldı. Son olarak, tüm OLED ekran modülünün performansı test edildi ve test sonuçları, her bir performansın protokol gereksinimlerini karşıladığını gösterdi. Ayrıca, hafiflik, düşük güç tüketimi ve yüksek görüntü kalitesi için havada bulunan ekran modüllerinin geliştirme gereksinimlerini karşılayan ağırlık, kontrast ve güç tüketimi göstergelerinde bariz avantajları vardır. Bu makalenin tasarımı, renkli OLED'in havadan ekranlarda uygulanmasında belirli bir destekleyici rol oynamıştır.
Referanslar
Zhang Lei, Wu Huaxia, Hu Juntao, vb. Bir OLED ekran parametresi sıcaklık uyarlamalı tasarım Optoelektronik Mühendisliği, 2011, 3 (2): 127-131.
Han Hongxia, FPGA tabanlı video kod çözme çipi I2C veriyolu yapılandırması Mikrobilgisayar bilgileri, 2009, 25 (12-2): 13-14.
KAMATH P.MIPI mobil ürünlerin tasarımını tamamen değiştirecek Entegre devre uygulamaları, 2012 (2): 1-2.
Xiong Wenbin. FPGA tabanlı OLED ekran sistemi Chengdu: Çin Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2011.
yazar bilgileri:
Chen Wenming 1, 2
(1. AVIC East China Optoelectronics Co., Ltd., Wuhu 241002, Anhui; 2. Ulusal Özel Görüntü Teknolojisi Mühendislik Laboratuvarı, Wuhu 241002, Anhui)
