DLP651NE 0.65 英寸 1080p 数字微镜器件：解锁高清显示新可能

在当今的显示技术领域，数字微镜器件（DMD）凭借其卓越的性能和广泛的应用前景，成为了众多工程师关注的焦点。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的 DLP651NE 0.65 英寸 1080p 数字微镜器件，看看它究竟有哪些独特之处。

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一、器件概述

DLP651NE 是一款数控微机电系统（MEMS）空间照明调制器（SLM），可用于实现高亮度 1080p 显示系统。它采用了 0.65 英寸对角微镜阵列，拥有 1080p（1920 × 1080）的显示分辨率，微镜间距为 7.6µm，微镜倾斜角为 ±12°（相对于平坦表面），还具备角落照明功能。此外，该器件支持全高清 1080p（高达 240Hz），由 DLPC7530 显示控制器、DLPA100 电源管理和电机驱动器 IC 支持激光荧光、LED、RGB 激光和灯泡运行。其典型应用包括激光电视、智能投影仪和企业投影仪等。

二、引脚配置与功能

DLP651NE 采用 FYP（149）封装，尺寸为 32.2mm x 22.3mm。其引脚功能丰富多样，涵盖了高速差分数据对通道、高速差分时钟、LVDS 数据、LVDS CLK、LVCMOS 输出、模拟测试多路复用器、数字测试多路复用器等多种类型。不同引脚的布线长度也有所不同，这在设计 PCB 时需要特别注意，以确保信号的稳定传输。例如，高速差分数据对通道 A0 的 D_AP(0) 和 D_AN(0) 引脚布线长度分别为 18.09088mm 和 18.0916mm。

三、规格参数

（一）绝对最大额定值

超出“绝对最大额定值”运行可能会对器件造成永久损坏。例如，VDD（LVCMOS 内核逻辑和 LVCMOS 低速接口的电源电压）的范围为 -0.5V 至 2.3V，VDDA（高速串行接口接收器的电源电压）的范围为 -0.3V 至 2.2V 等。在设计电路时，必须严格遵守这些参数，否则可能会影响器件的可靠性、功能和性能，并缩短器件寿命。

（二）存储条件

适用于作为元件或在系统中不运行的 DMD。DMD 贮存温度范围为 -40°C 至 80°C，平均露点温度（非冷凝）应不超过 28°C，在高露点温度范围（28°C 至 36°C）内的累积时间应不超过 24 个月。

（三）ESD 等级

该器件的人体放电模型（HBM）静电放电等级为 ±2000V，充电器件模型（CDM）静电放电等级为 +500V。在处理和安装过程中，必须采取适当的静电防护措施，以避免静电对器件造成损坏。

（四）建议运行条件

在自然通风条件下，有一系列的工作温度范围和电源电压要求。例如，长期工作时的阵列温度应在 10°C 至 40 - 70°C 之间，短期工作（最长 500 个小时）时的阵列温度应在 0°C 至 10°C 之间。同时，对输入共模电压、线路差分阻抗、内部差分端接电阻等也有相应的要求。

（五）热性能信息

有源区域至测试点 1（TP1）的热阻为 0.60°C/W。该 DMD 可以将吸收和耗散的热量传导至封装背面，但冷却系统必须能够将封装保持在建议运行条件中指定的温度范围内。光学系统必须设计为尽量减少处于窗口通光孔隙之外的光能，因为该区域的任何额外热负荷都会显著降低器件的可靠性。

（六）电气特性

在自然通风条件下的工作温度范围内和电源电压下，该器件有一系列的电气特性参数。例如，电源电流方面，IDD（VDD 电源电流）典型值为 800 - 1250mA，IDDA（VDDA 电源电流）典型值为 900 - 1200mA 等；功率耗散方面，PDD（VDD 电源功率耗散）典型值为 1440 - 2437.5mW 等。

（七）开关特性

输出传播时间、压摆率、输出占空比失真等都有相应的规格要求。例如，输出传播时间在不同负载电容下有不同的值，当 CL = 5pF 时，输出传播时间（时钟到 Q，LS_CLK 输入的上升沿到 LS_RDATA 输出）最大值为 11.1ns；当 CL = 10pF 时，最大值为 11.3ns。

（八）时序要求

包括 LVCMOS、低速接口（LSIF）和高速串行接口（HSSI）的上升时间、下降时间、脉冲持续时间、建立时间和保持时间等都有明确的规定。例如，LVCMOS 的上升时间和下降时间（20% 至 80% 基准点）均为 25ns，LSIF 的上升时间和下降时间（20% 至 80% 基准点）均为 450ps 等。

（九）系统安装接口负载

在电气接口和热界面区域施加负载时，有相应的最大负载要求。当在电气接口和热界面区域上施加负载时，要向电气接口区域和热界面区域施加的最大负载均为 111N；当仅在电气接口区域上施加负载时，要向电气接口区域施加的最大负载为 222N，向热界面区域施加的最大负载为 0N。

（十）微镜阵列物理特性

有源列数为 1920 个微镜，有源行数为 1080 个微镜，微镜（像素）间距为 7.6um，微镜有源阵列宽度为 14.592mm，微镜有源阵列高度为 8.208mm，微镜有源边框（微镜池 POM）为 14 个微镜数/侧。

（十一）微镜阵列光学特性

器件之间的微镜倾斜角变化、图像性能（如工作区域中的充像素、POM 中的亮像素、工作区域中的暗像素、相邻像素、有源区域中的不稳定像素等）都有相应的规格要求。例如，POM 中的亮像素在灰度 10 屏幕下最大值为 1 个，工作区域中的暗像素在白色屏幕下最大值为 4 个。

（十二）窗口特性

窗口材料标识为 Corning EagleXG，窗口折射率（波长 546.1nm）为 1.5119。

（十三）芯片组元件使用规格

DLP651NE DMD 需要与适用 DLP 芯片组的其他元件（包括那些包含或实现 TI DMD 控制技术的元件）结合使用才能实现可靠运行。

四、详细说明

（一）概述

DMD 是一款 0.65 英寸对角线空间光调制器，包含一个高反射铝微镜阵列，是电子输入、光学输出的微光机电系统（MOEMS）。微镜的快速切换速度与先进的 DLP 图像处理算法相结合，可实现高达 240Hz 的帧速率。电气接口为低压差分信号（LVDS），由 1 位 CMOS 存储单元的二维阵列组成。

（二）功能方框图

通过功能方框图可以清晰地了解器件的内部结构和信号流向，为电路设计和调试提供重要参考。

（三）特性说明

1. 电源接口：该 DMD 需要 4 个直流电压：1.8V 源电压、VOFFSET、VRESET 和 VBIAS。在典型配置中，DLPA100 电源管理和电机驱动器产生 3.3V 电压，并在 DMD 板上将此电压用于产生 1.8V 电压。TI 稳压器 TPS65145 接受 3.3V 输入电压，并输出 VOFFSET、VRESET 和 VBIAS。
2. 时序：数据表指定了器件引脚上的时序，但在分析输出时序时，必须考虑测试仪引脚电子元件及其传输线路影响。TI 建议系统设计人员使用 IBIS 或其他仿真工具将时序基准负载与系统环境相关联。

（四）器件功能模式

DMD 功能模式由 DLPC7530 显示控制器控制，具体可参阅 DLPC7530 显示控制器数据表或联系 TI 应用工程师。

（五）光学接口和系统图像质量注意事项

要实现所需的终端设备光学性能，需要在众多元件和系统设计参数之间进行权衡。例如，TI 建议由照明光学元件的数值孔径定义的光锥角与由投影光学元件的数值孔径定义的光锥角相同，光瞳失准会产生不良伪影，照明溢出会产生伪影等。

（六）微镜阵列温度计算

微镜阵列温度无法直接测量，必须根据封装外部的测量点、封装热阻、电功率和照明热负荷进行分析计算。计算公式为 $T{ARRAY }=T{CERAMIC }+left(Q{ARRAY } × R{ARRAY - TO - CERAMIC }right)$，其中 $Q{ARRAY }=Q{ELECTRICAL }+Q_{ILLUMINATION }$。

（七）微镜功率密度计算

在计算不同波长带内 DMD 上的照明光功率密度时，会使用在 DMD 上测量的总光功率、照明溢出百分比、有源阵列面积以及所需波长带内的光谱与总光谱光功率的比率。相关公式如 $ILL{UV}=left[OP{UV - RATIO } × Q{INCIDENT }right] × 1000mW / W ÷ A{ILL }$ 等。

（八）窗口孔隙照明溢出计算

窗口孔隙关键区域的光学溢出量无法直接测量，对于在阵列上有均匀照明的系统，应使用在 DMD 上测得的总入射光功率以及 DMD 上指定关键区域的总光功率比值来确定光学溢出量。计算公式为 $Q{AP - ILL }=left[Q{INCIDENT } × OP{AP - ILL - RATIO }right]+A{AP - ILL }$。

（九）微镜着陆打开/着陆关闭占空比

1. 定义：微镜着陆开/着陆关占空比表示单个微镜着陆于打开状态的时长（百分比）与同一微镜着陆于关闭状态的时长之比。例如，100/0 表示基准像素在 100% 的时间内处于打开状态，0/100 表示像素在 100% 的时间内处于关闭状态，50/50 表示像素在 50% 的时间内处于打开状态。
2. 与使用寿命的关系：使所有（或部分）DMD 微镜阵列长时间处于非对称着陆占空比会缩短 DMD 的使用寿命。着陆占空比的对称性取决于两个数字（百分比）的接近程度，完全对称的着陆占空比（如 50/50）对器件寿命影响较小。
3. 与运行温度的关系：DMD 工作时的温度和着陆占空比会相互作用，从而影响 DMD 的使用寿命。最大建议阵列温度 - 降额曲线量化了这种关系，曲线上的所有点表示相同的使用寿命，曲线以上的点表示较短的使用寿命，曲线以下的点表示较长的使用寿命。
4. 估算方法：在给定的时间段内，给定像素的着陆占空比取决于该像素显示的图像内容。考虑色彩再现时，需要了解给定像素的每种构成原色（红色、绿色和蓝色）的颜色强度以及每种原色的颜色周期时间。此外，应用的图像处理（如 DLPC7530 控制器内的伽马函数）也会影响着陆占空比。

五、应用和实施

（一）应用信息

DMD 是空间光调制器，可将来自光源的入射光反射到两个方向之一，主要应用于激光电视、智能投影仪和企业投影仪等。DMD 上电和断电时序由 DLPC7530 通过 TPS65145 PMIC 进行严格控制，为确保可靠运行，DLP651NE DMD 必须始终与 DLPC7530 控制器、DLPA100 PMIC/电机驱动器和 TPS65145 PMIC 搭配使用。

（二）典型应用

DLP651NE DMD 与 DLPC7530 数字控制器和电源管理器件相结合，可为明亮、多彩的显示应用提供全面 1080p 分辨率。典型显示系统包括激光荧光体配置和 LED 配置，分别展示了不同的系统方框图。

（三）设计要求

显示系统的核心元件包括光源、照明和投影光学元件的光学引擎、其他电气元件和机械部件以及软件。使用的照明类型和所需的亮度会对整个系统设计和尺寸产生重大影响。

（四）详细设计过程

对于完整的 DLP 系统，需要包含 DLP651NE DMD、相关光源、光学元件和必要机械部件的光学模块或光引擎。为确保可靠运行，DMD 必须始终与 DLPC7530 显示控制器、TPS65145 PMIC 和 DLPA100 搭配使用。可参阅 DMD 电路板参考设计和 DLPC7530 参考设计了解布局和设计建议。

（五）应用曲线

在典型的投影仪应用中，DMD 在屏幕上的光通量取决于投影仪的光学设计。照明光学系统和投影光学系统的效率和总功率决定了投影仪的总光输出。DMD 本质上是一种线性空间光调制器，其效率与光输出成正比。

（六）温度传感器二极管

DMD 具有内置热敏二极管，用于测量微镜阵列外芯片某角的温度。热敏二极管可以与 TMP411 温度传感器连接，软件应用程序可配置 TMP411 以读取 DLP651NE DMD 温度传感器二极管数据，客户可使用这些数据在整体系统设计中整合额外的功能，如调节照明、风扇速度等。

六、电源相关建议

运行 DMD 需要 VSS、VBIAS、VDD、VOFFSET 和 VRESET 等所有电源，DMD 上电和断电时序由 DLP 显示控制器严格控制。必须遵循电源时序要求，否则可能会影响器件的可靠性。例如，从 VoFFSET 上电到 VBIAS 上电的延迟要求为 1 - 2ms，从 VBIAS 和 VRESET 上电并保持稳定到 DMD_EN_ARSTZ 变为高电平的延迟要求为 20us 等。

七、布局

（一）布局指南

DLP651NE DMD 是芯片组的一部分，这些指南旨在帮助设计采用该 DMD 的 PCB 板。建议使用全尺寸或迷你电源平面，接地（VSS）需要实心平面，PCB 的目标阻抗为 50Ω ±10%，使用 10 层堆叠，采用高质量 FR - 4 材料制造 PCB。

（二）阻抗要求

TI 建议 PCB 的所有信号目标阻抗为 50Ω ±10%，但 DMD 高速数据信号和 DMD 低速接口信号的阻抗为 100Ω 差分（50Ω 单端）。

（三）层

每层的层堆叠和覆铜重量有明确规定，如第 1 层为 A 面 – DMD，主要元件，电源迷你平面，覆铜重量为 0.5 盎司（电镀前）等。

（四）布线宽度、间距

除非另有说明，建议所有信号遵循 0.005 英寸/0.015 英寸（布线宽度/间距）设计规则。对于一些特殊信号，如 GND、P3P3V、P1P8V 等，有特定的最小布线宽度和最小布线间距要求。

（五）电源

强烈建议不要在电源平面或电源平面相邻的平面上进行信号布线，要在尽可能多的位置连接所有内部数字接地（GND）平面，将每个元件的电源和接地引脚连接到电源平面和接地平面，每个引脚至少有一个过孔，尽量缩短元件电源引脚和接地引脚的布线长度，避免使用接地平面开槽。

（六）布线长度匹配建议

对于 HSSI 高速 DMD 数据信号和其他时序关键型信号，有建议的信号布线长度匹配要求。要匹配布线长度，使较长的信号以蛇形图案布线，尽可能减少转弯数，确保转角不低于 45 度。

八、器件和文档支持

（一）第三方产品免责声明

TI 发布的与第三方产品或服务有关的信息，不构成对此类产品或服务的认可。

（二）器件支持

包括器件命名规则和器件标识，器件标识包含人类可读的信息和二维矩阵码。

（三）文档支持

相关文档包括 DLPC7530 显示控制器数据表、TPS65145 数据表、DLPA100 电源和电机驱动器数据表等。

（四）接收文档更新通知

可导航至 ti.com 上的器件产品文件夹，点击通知进行注册，即可每周