DLP470NE 0.47 英寸 1080P 数字微镜器件深度解析

在显示技术的发展历程中，数字微镜器件（DMD）一直扮演着至关重要的角色。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的 DLP470NE 0.47 英寸 1080P 数字微镜器件，从它的特性、应用到详细的技术规格，为大家呈现一个全面的技术解析。

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一、特性与应用概述

特性亮点

DLP470NE 拥有诸多令人瞩目的特性。它采用 0.47 英寸对角线微镜阵列，具备全高清/1080P（1920×1080）的高分辨率，微镜间距为 5.4 微米，微镜倾斜度达±17°（相对于平坦表面），底部照明设计也为其增色不少。此外，它采用 2xLVDS 输入数据总线，芯片组包含 DLP470NE DMD、DLPC4420 控制器以及 DLPA100 控制器电源管理和电机驱动器 IC。

广泛应用

该器件的应用场景十分广泛，涵盖全高清（1080P）显示、激光电视、移动智能电视、数字标牌、游戏以及家庭影院等领域。其高分辨率和高亮度的特点，使其能够满足不同场景下的显示需求。

二、技术规格详解

绝对最大额定值

在电源电压方面，Vcc 为 LVCMOS 核心逻辑的电源电压，范围是 -0.5V 至 2.3V；VOFFSET 用于 HVCMOS 和微镜电极，范围是 -0.5V 至 11V；VBIAS 和 VRESET 用于微镜电极，VBIAS 范围是 -0.5V 至 19V，VRESET 范围是 15V 至 -0.3V。同时，VBIAS - VOFFSET 和 VBIAS - VRESET 的电压差绝对值也有相应限制。输入电压方面，其他 LVCMOS 输入引脚的输入电压范围是 -0.5V 至 Vcc + 0.5V，输入差分电压绝对值不超过 500mV，输入差分电流不超过 6.3mA。时钟频率方面，LVDS 接口的 DCLK_C 和 DCLK_D 的时钟频率均不超过 400MHz。环境温度方面，工作温度范围是 0°C 至 90°C，非工作温度范围是 -40°C 至 90°C，窗口边缘与陶瓷测试点 TP1 的绝对温度差不超过 30°C，露点温度在工作和非工作状态下均不超过 81°C。

推荐工作条件

在 LVDS 接口方面，时钟频率最高为 400MHz，输入差分电压绝对值在 150mV 至 440mV 之间，共模电压在 1100mV 至 1300mV 之间，LVDS 电压在 880mV 至 1520mV 之间，LVDS 接收器从 PWRDNZ 恢复所需时间不超过 2000ns，内部差分终端电阻在 80Ω 至 120Ω 之间，线路差分阻抗在 90Ω 至 110Ω 之间。环境方面，阵列长期工作温度在 10°C 至 40°C 至 70°C 之间，短期工作温度（最长 500 小时）在 0°C 至 10°C 之间，窗口工作温度不超过 85°C，窗口边缘与陶瓷测试点 TP1 的绝对温度差不超过 14°C，平均露点温度不超过 28°C，高露点温度范围在 28°C 至 36°C 之间，累计高露点温度时间不超过 24 个月，照明边缘光线角度不超过 55°。固态照明和灯光照明在不同波长下的照明功率也有相应限制。

热信息

DLP470NE FXH 封装 257 引脚的热阻，从有源区域到测试点 1（TP1）为 0.90°C/W。该器件设计将吸收和耗散的热量传导到封装背面，冷却系统需确保封装温度在推荐工作条件范围内。器件的总热负载主要由有源区域吸收的入射光决定，同时窗口孔径吸收的光能和阵列的电能耗散也有一定影响。光学系统应尽量减少落在窗口透明孔径外的光能，以提高器件可靠性。

电气特性

在不同的测试条件下，该器件的输出电压、输入电流、电源电流和电源功耗等都有相应的参数范围。例如，在 Vcc = 1.8V，IoH = -2mA 时，高电平输出电压 VoH 为 0.8xVcc；在 Vcc = 1.95V，loL = 2mA 时，低电平输出电压 VoL 不超过 0.2xVcc。

电容特性

在推荐工作条件下，LVDS 输入电容、非 LVDS 输入电容、温度二极管输入电容和输出电容等都有相应的典型值和范围。例如，LVDS 输入电容在 f = 1MHz 时典型值为 20pF。

时序要求

SCP 和 LVDS 的上升时间、下降时间、时钟周期、脉冲持续时间、建立时间、保持时间和偏斜时间等都有严格的要求。例如，LVDS 的上升和下降摆率在 0.7V/ns 至 1V/ns 之间，时钟周期 DCLK_C 和 DCLK_D 的 LVDS 对均为 2.5ns。

系统安装接口负载

热接口区域和电气接口区域的负载有相应的最大限制，分别不超过 12kg 和 25kg，且需均匀分布在指定区域。

微镜阵列特性

微镜阵列的物理特性包括有源列数为 1920，有源行数为 1080，微镜间距为 5.4 微米，有源阵列宽度为 10.368mm，有源阵列高度为 5.832mm，微镜有源边框（顶部/底部）为 80 个微镜/边，微镜有源边框（右侧/左侧）为 84 个微镜/边。光学特性方面，微镜倾斜角度在不同测试条件下有一定的变化范围，图像性能在不同屏幕和区域也有相应的要求，如在活动区域的亮像素、暗像素、相邻像素和不稳定像素数量等都有规定。

窗口特性

窗口材料为康宁 Eagle XG，在 546.1nm 处的折射率为 1.5119，在 420nm 至 680nm 波长范围内，0° - 30° 入射角的最小透过率和 30° - 45° 入射角的平均透过率均为 97%。

三、详细描述与功能解析

概述

DLP470NE DMD 是一款 0.47 英寸对角线的空间光调制器，由高反射铝微镜阵列组成，是电输入、光输出的微机电系统（MEMS），电气接口为低压差分信号（LVDS）。它由二维 1 位 CMOS 存储单元阵列组成，微镜的正负偏转角可通过改变底层 CMOS 寻址电路的地址电压和微镜复位信号（MBRST）单独控制。该器件必须与 DLPC4420 显示控制器和 DLPA100 电源及电机驱动器配合使用，以确保可靠运行。

功能框图

从功能框图可以看出，Channels C 和 D 的引脚细节可参考引脚配置和功能以及 LVDS 接口部分。RESET_CTRL 在需要外部复位信号的应用中使用。

特性描述

电源接口

DMD 需要五个直流电压：DMD_P3P3V、DMD_P1P8V、VOFFSET、VRESET 和 VBIAS。DMD_P3P3V 由 DLPA100 电源和电机驱动器产生，用于在 DMD 板上创建其他四个 DMD 电压，并为各种外设供电；DMD_P1P8V 由 TI PMIC LP38513S 产生，提供 DMD 所需的 VCC 电压；VOFFSET（10V）、VRESET（ - 14V）和 VBIAS（18V）由 TI PMIC TPS65145 产生，用于控制微镜。

时序

数据手册提供了器件引脚处的时序信息。在进行输出时序分析时，需要考虑测试仪引脚电子设备及其传输线效应。系统设计人员可使用 IBIS 或其他仿真工具将时序参考负载与系统环境相关联。

器件功能模式

DMD 的功能模式由 DLPC4420 显示控制器控制，具体可参考 DLPC4420 显示控制器数据手册或咨询 TI 应用工程师。

光学接口与系统图像质量考虑

数值孔径和杂散光控制

照明和投影光学器件在 DMD 光学区域的数值孔径所定义的角度应相同，且不应超过标称器件微镜倾斜角度，否则可能导致对比度下降和出现不良伪像。

光瞳匹配

TI 的光学和图像质量规格假设照明光学器件的出射光瞳在投影光学器件的入射光瞳中心 2° 范围内。光瞳失准可能会在显示边框和活动区域产生不良伪像，可能需要额外的系统孔径来控制。

照明过填充

应设计照明光学系统，限制照射在窗口孔径上的过填充光通量，使其不超过活动区域平均通量水平的约 10%，以避免产生伪像。

微镜阵列温度计算

微镜阵列温度无法直接测量，需通过封装外部测量点、封装热阻、电功率和照明热负载进行解析计算。计算公式为 $T{ARRAY }=T{CERAMIIC }+left(Q{ARRAY } × R{ARRAY-TO-CERAMIC }right)$ ，其中 $Q{ARRAY }=Q{ELECTRICAL }+left(Q_{ILLUMINATION }right)$ 。

微镜功率密度计算

通过总测量光功率、照明过填充百分比、有源阵列面积以及感兴趣波长带的光谱与总光谱光功率的比率，计算不同波长带的照明光功率密度。

微镜着陆/着陆关占空比

定义

微镜着陆/着陆关占空比表示单个微镜处于开启状态的时间百分比与处于关闭状态的时间百分比。

与 DMD 使用寿命的关系

长期使 DMD 微镜阵列（有源阵列）处于不对称着陆占空比状态会降低 DMD 的使用寿命。

与 DMD 工作温度的关系

DMD 工作温度和着陆占空比相互作用影响 DMD 使用寿命，可通过降额曲线来量化这种影响。

估算方法

根据显示的图像内容来估算产品或应用的长期平均着陆占空比，考虑颜色再现时，可使用相应的计算公式。

四、应用与实现

应用信息

TI 的 DLP 技术是一种微机电系统（MEMS）技术，通过数字微镜器件（DMD）调制光。DLP470NE 适用于家庭影院、数字标牌、交互式显示器、低延迟游戏显示器和便携式智能显示器等应用。TI 最新一代芯片组基于 TRP 微镜技术，具有更小的像素间距和更大的倾斜角度，能在更小的外形尺寸下实现更高分辨率和增强的图像处理功能。

典型应用

DLP470NE 数字微镜器件（DMD）与 DLPC4420（或 DLPC4430）数字控制器和 DLPA100 电源管理设备结合，可为明亮、多彩的显示应用提供全高清分辨率。

设计要求

DLP470NE 投影系统由 DMD 芯片组组成，包括 DLP470NE、DLPC4420 和 DLPA100。DLP470NE 作为显示系统的核心成像设备，DLPC4420 控制器是 DMD 与系统其他部分的数字接口，DLPA100 电源管理设备为 DMD、控制器和照明功能提供电压调节器。显示系统的其他核心组件包括照明源、光学引擎、其他电气和机械组件以及软件。

详细设计程序

连接 DLPC4420 显示控制器和 DLP470NE DMD 可参考参考设计原理图。完整的 DLP 系统需要包含 DLP470NE DMD、相关照明源、光学元件和必要机械组件的光学模块或光引擎。

应用曲线

使用 LED 照明时，LED 电流与亮度之间存在典型的关系曲线。

DMD 芯片温度传感

DMD 内置热二极管，可测量微镜阵列外芯片一角的温度。热二极管可与 TMP411 温度传感器接口，通过 $I^{2} C$ 接口将数据传输到 DLPC4420 显示控制器，实现温度传感功能。软件应用可配置 TMP411 读取 DMD 温度传感器二极管的数据，用于调整照明、风扇速度等。

五、电源供应与布局建议

电源供应

DMD 运行需要 VSS、VBIAS、VCC、VOFFSET 和 VRESET 等电源，电源的上电和下电顺序由 DLP 显示控制器严格控制。上电时，VCC 必须先启动并稳定，然后再施加 VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 电压，且 VBIAS 和 VOFFSET 之间的电压差必须在规定范围内。下电时，VCC 必须在 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET 放电到规定范围内后再切断。

布局建议

布局指南

DLP470NE DMD 板是高速多层 PCB，主要使用双边缘时钟速率高达 400MHz 的高速数字逻辑处理 DMD LVDS 信号，其余为低速数字 LVTTL 信号。建议使用微型电源平面用于 VOFFSET、VRESET 和 VBIAS，使用实心平面用于 DMD_P3P3V（3.3V）、DMD_P1P8V 和接地。PCB 的目标阻抗为 50Ω ±10%，LVDS 走线为 100Ω ±10% 差分。推荐使用 8 层堆叠。

布局示例

包括各层的名称、铜重量和注释，以及特殊阻抗要求、走线宽度和间距等方面的建议。例如，C 通道和 D 通道的 LVDS 差分对的阻抗为 100Ω ±10% 差分，GND、DMD_P3P3V、DMD_P1P8V 等信号的走线宽度应尽量最大化。

六、设备与文档支持

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其的认可或担保。

设备支持

包括设备命名法和设备标记的相关信息，设备标记包含可读信息和二维矩阵代码，二维矩阵代码包含 DMD 部件编号、序列号的部分信息。

文档支持

提供与 DLP470NE 芯片组组件相关的文档，如 DLPC4430 显示控制器数据手册、DLPC4420 显示控制器数据手册和 DLPA100 电源和电机驱动器数据手册。

接收文档更新通知

可在 ti.com 上的设备产品文件夹中注册接收文档更新通知。

支持资源

TI E2E™ 中文支持论坛是工程师获取解答和设计帮助的重要资源。

商标与静电放电警告

TI E2E™ 和 DLP® 是德州仪器的商标。静电放电（ESD）可能损坏集成电路，应采取适当的预防措施。

术语表

提供 TI 术语表，解释相关术语、首字母缩略词和定义。

修订历史

记录文档的修订历史，包括从不同版本的修订内容，如更新主控制器、添加支持的显示控制器、更新推荐工作条件等。

通过以上对 DLP470NE 的详细解析，相信大家对这款数字微镜器件有了更深入的了解。在实际设计和应用中，我们需要根据具体需求，充分考虑其各项技术规格和特性，以实现最佳的显示效果和系统性能。你在使用 DLP470NE 或其他类似器件时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。