拆解基于DLP技术的掌上投影仪

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投影仪,相信大家都不陌生,但是,有多少朋友能知其然又知其所以然呢?按照投影仪不同的工作原理,我们可以大致区分为三种:CRT、LCD以及三种,而本文主要讨论的是基于技术的投影仪方案。

  

技术即数据光处理技术,是德州仪器专有的技术,因可实现优质的投影应用而享誉全球,它支持各种各样的显示器和高级照明控制应用,适用范围包括工业、企业、汽车业和消费类市场,主要的优势包括:

  •   持久精准的色彩
  •   无可比拟的开关速度,支持内置智能功能
  •   低功耗
  •   所有 DLP 芯片均基于成熟的DLP Cinema技术

  

最近,本人拿到了一款基于DLP技术的LED的微投产品——DELL M115HD,可能与大家印象中的投影仪最大的不同就是它的体积了,仅为巴掌般大小,不过,别看它长得袖珍,功能可一点也不含糊。

  

DLP技术的投影仪

 

  

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DELL M115HD投影仪概貌

作为一款便携式的微投,M115HD在接口功能的设计做了一些调整。首先,移除了不便携,也无法支持音频传输的VGA接口,而设计了四个不同的输入接口:

标准HDMI接口,符合1.3标准

24pin通用IO口,可供模拟RGB输入信号使用,同时支持音频输出

MicroSD、U盘存储输入接口

HDMI接口不陌生,是目前非常流行普遍的视频多媒体接口,而U盘与MicroSD卡接口的设计也更符合现代产品的理念,尤其对于投影仪,只需轻松插上这两样存储设备,音视频或者文档图片的投影更为简洁方便,如下图。

  

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通过U盘存储投影图片或视频画面

除此之外,M115HD本身内置扬声器,虽然播放的音质实在不敢恭维,但聊胜于无嘛,况且M115HD同样预留了外置音响设备的接口,这或多或少能给强迫症的朋友一些安慰。

而在M115HD的实际体验中,也发现了一些意料之外的惊喜,比如可以轻松播放1080p的视频,可以支持RMVB的视频格式(这些可在使用手 册中并没有说明),看来在闲暇之余,用于看看电影也会是一个不错的选择,总之,“小而强大”这四个字可算是对它最好的概括。而有关M115HD更多参数可 以参看如何选购合适的影音娱乐投影仪。

拆解DELL M115HD

OK,老规矩,在简单介绍下产品的特点后,本着打破砂锅拆到底的原则,拆产品,知方案。

  

DLP技术的投影仪

 

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DELL M115HD 内部概览1

打开M115HD的后盖,首先呈现在眼前的是泾渭分明的两部分电路,暂且称它们为"主板"跟"小板",两块电路板之间通过FPC连接。取下FPC连接器后可以将两部分电路分开,我们先来看下小板上的电路。

  

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DELL M115HD“小板”电路

结合小板正反两面的电路设计,我们看到了一个国产的多媒体应用解决方案:炬力AM8201+海力士64MB DDR+微芯2GB Flash。

炬力AM8201是一款面向多媒体应用的高 集成度混合信号Soc,400MHz主频,支持H.264、 RMVB、 MPEG1/2/4 以及 VC1等格式的解码,另外,AM8201集成丰富的扩展功能,尤其对USB2.0 OTG、MLC/TLC NAND flash控制器等的支持,我们可以方便的对U盘以及MicroSD卡中的音视频文件直接解码播放。

除此之外,AM8201还带有丰富的外设接口,如DAC/ADC、UART、 I2C、 SPI、 RTC等,值得留意的是,AM8201显示输出的都是模拟信号源,具体见如下的系统框图。

  

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炬力多媒体处理Soc AM8201系统框图

在小板上我们我们还能看到部分的控制电路——按键以及红外线接收器,不过,根据实际电路的观察,显而易见,控制器应该设计在另一块主板上,见下图。

  

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M115HD“主机”部分

对于大多数没有接触过投影仪技术的人来说,第一次见到M115HD主体部分会有点“不知所措”,从表面能看到的是一个裸露在外面的Speaker,散热铝片,风扇以及光学引擎模组,怎么理解?

知识补充:基于技 术的投影仪主要包括两个重要部件:数字微镜器件 (DMD) 和显示控制器芯片,DMD 安装在光学引擎模块中(在上图已经标示出来的光学引擎),采用光学器件和照明来构成投影显示核心。显示控制器安装在电子电路板中的光学模块附近,用于控制 DMD 并执行必要的数据格式化和图像处理,简易的原理如下图所示。

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技术原理框图

了解了一些基于技术的投影仪原理,我们继续拆解就不会显得摸不着边了。先来看看这个光学引擎模块。

  

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光学引擎模组

M115HD 光学引擎模块有三组红绿蓝三色的LED光源输入,用于构成最终成像的五彩斑斓的颜色,如下图则是拆下的构成光学引擎的其中一组蓝色LED

  

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蓝色LED电路

红色LED以及绿色LED光源输入分别在光学引擎另一侧,并且在LED模组背部都有设计散热片,由此可知,投影仪设备的主要热量来源于这三组LED。

  

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红色LED电路

  

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光学引擎内部镜片组结构

再来看下光学引擎模块上一个最重要的组件——数字微镜器件 (DMD),DMD看上去像一块”小型PCB板“,信号经由板上的裸铜焊点引出,通过另一块带有接口的PCB板与主板的信号相连,如下图。

  

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  0.45英寸 WXGA DMD器件

对于光学模组,全球有Ti 芯 片组专门的光学引擎模组生产商提供全套服务,如中国的红蝶、iView、OnGine、华安光电,台湾的APAC、旭智科技,韩国的Digital Optics、Sekonix、UneedElectro Inc等,不需要开发者投入更多的心力在这上面,而更专注于产品控制部分的电路设计。

接下来我们再来看下取下光学引擎模组后的M115HD主板。从与小板相连的FPC处可以观测到从小板上过来的信号主要是”流向“晨星半导体的MST7286以及微芯半导体的PIC24FJ32G。

  

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  M115HD主板电路

这里有必要解释下,晨星半导体(Mstar)MST7286是一颗电视讯号解码芯片,可以支持NTSC,PAL和SECAM等的电视信号解码, 并且支持一路HDMI和多路CVBS,S-video,而从小板上的电路设计我们已经知道,其FPC排线过来的信号包括了解码后的模拟电视信号源以及按 键、红外接收器的控制信号,MST7286这里的作用是将模拟信号源转成数字信号,而Microchip的16位单片机则担任控制按键以及红外接收器电路 的角色。

 

再来看主板的背面,也是这个基于技术投影仪核心部件Ti 光处理芯片C6401所在。

  

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Ti DLPC6401数据处理芯片

DLPC6401(DLPC6401数据手册)控制器特点:

  •   基于ARM926微处理器 ,149.33MHz 主频、集成 64Mb 帧存储器、32KB内部RAM
  •   提供一个 30 位输入像素接口
  •   提供一个单通道、基于低压差分信令 (LVDS) 的平板显示 (FPD-Link) 兼容输入接口
  •   支持 45 至 120Hz 帧速率
  •   完全支持 Diamond 0.45英寸 WXGA、高速,双倍数据速率数字微镜器件 (DMD) 接口
  •   可编程脉宽调制 (PWM) 和捕捉定时器
  •   两个 I2C 端口、两个通用异步收发器 (UART) 端口(只用于调试)
  •   专用发光二级管 (LED) PWM 发生器 、外部存储器支持
  •   屏幕显示 (OSD)、初始屏幕显示支持 、集成型时钟生成电路
  •   图像处理:针对标准、宽和黑边缘的自动锁 、1D 梯形失真校正、可编程后期色彩校正 (Degamma)

在文章前半部分,我们已经了解了什么是DLP技术以及基于DLP技术投影仪的基本构造,而我们此时看到的Ti DLPC6401数据处理芯片正是基于DLP技术的显示控制器,主要用于控制0.45英寸 WXGA DMD器件。

在M115HD中,DLPC6401芯片处理来自MST7286的数字输入图像并且将数据转换为 DMD 所需要的位平面格式。然后针对每个像素微镜,DMD 使用二元脉宽调制 (PWM) 来将光源反射至屏幕。 观看者的眼睛将这个光源聚合在一起,就形成了鲜艳且清晰的图像。DLP6401在系统控制中的主要作用为:

  •   DMD电源和复位驱动器控制
  •   DMD水平和垂直显示图像抖动
  •   在实际产品的设计中,DLPC6401 器件提供用户电子器件和 DMD 之间的方便接口,如
  •   边沿自适应反交错、照度控制
  •   DMD 所要求的数据重新格式化
  •   一个针对 DMD 帧数据的64Mb 内部 DRAM

这样可以让产品设计的更为小巧袖珍(如此时拆解的M115HD),并且可以在较小电路板空间内获得高图像质量,从而实现低成本的“袖珍”投影仪 方案,鱼和熊掌你都可以同时兼顾。当然,DLPC6401的应用远不仅此而已,可以涵盖移动电影院、移动游戏、企业用投影仪、机顶盒、笔记本附件以及可佩 戴显示器等应用。

经过工程师多次拆解、组装M115HD投影仪后,我们能大致绘制出其简易的硬件原理框图如下,有兴趣了解Ti DLP技术的朋友更可以访问爱板网的评测文章TI DLP Lightcrafter开发模块评测(一)、(二)。

  

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  DELL M115HD投影仪简要硬件原理框图

最后小结一下,相比目前炒得炙手可热的智能家居、可穿戴设备等产品,基于DLP技术的投影仪无疑显得比较可靠、实际,无论是对产品性能的提升、亦或是功耗都有不小的进步,换句话说,这才是真正能改变世界的产品。

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