探索DLP2021-Q1数字微镜器件：汽车应用的新宠

在汽车电子领域，数字微镜器件（DMD）正发挥着越来越重要的作用。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的DLP2021-Q1 0.2英寸16:9数字微镜器件，看看它有哪些独特的特性和应用。

文件下载：dlp2021-q1.pdf

一、器件特性与应用场景

特性亮点

DLP2021-Q1专为汽车外部照明控制和显示应用而设计，具有诸多出色特性。它符合汽车应用要求，工作温度范围在 -40°C 至 105°C，能适应各种恶劣环境。0.2英寸对角线微镜阵列，微镜间距为 7.6µm，倾斜角为 ±12°（相对于平面），还采用了可减小系统尺寸的侧向照明设计。其输入分辨率为 16:9（588 × 330），是偏振无关型空间光调制器，与 LED 或激光光源兼容，且功耗低至 260mW（最大值），采用气密封装，拥有 80MHz 双倍数据速率（DDR）数字微镜器件（DMD）接口。

应用场景

该器件的应用场景十分广泛，主要包括动态地面投影和车辆内外视频投影。地面投影有助于实现车辆对行人（V2P）通信，例如倒车和车门打开警告，以及协调车辆通信系统和汽车个性化选项。由于其尺寸小且功耗低，采用 DLP2021-Q1 芯片组的投影仪可以安装在车辆的多个位置，如后视镜、车门、尾灯以及前格栅等。

二、器件规格详解

绝对最大额定值和推荐工作条件

在使用器件时，我们必须了解其绝对最大额定值和推荐工作条件。绝对最大额定值规定了器件在不造成永久损坏的情况下所能承受的极限参数，如不同电源电压的范围、输入电压范围、温度二极管的最大电流等。而推荐工作条件则是保证器件正常、稳定工作的参数范围，例如电源电压范围、时钟频率、温度二极管的最大电流等。超出绝对最大额定值可能导致器件损坏，而在推荐工作条件之外但在绝对最大额定值之内，器件可能无法完全正常工作，影响其可靠性、功能性、性能和寿命。

存储条件和 ESD 评级

存储条件方面，该器件的 DMD 存储温度范围为 -40°C 至 125°C。ESD 评级显示，其人体模型（HBM）静电放电为 ±1000V，带电设备模型（CDM）为 ±750V。这提醒我们在存储和处理器件时，要注意避免静电对其造成损坏。

热信息和电气特性

热信息表明，该器件的热阻（有源区域到测试点 1）为 5°C/W。在设计散热系统时，我们需要考虑到这一参数，确保器件在正常工作温度范围内。电气特性方面，涵盖了不同电源的电流和功率消耗、LVCMOS 缓冲器的电压和电流参数、电容等。例如，VDD 电源电流最大为 30mA，总电源功耗最大为 260mW。

时序要求和系统安装接口负载

时序要求规定了各个信号的建立时间、保持时间、脉冲宽度、上升时间和下降时间等参数。这些参数对于确保器件的正常工作至关重要，在设计电路时必须严格遵守。系统安装接口负载方面，热接口区域和电气接口区域有相应的最大负载限制，分别为 70N 和 100N。

微镜阵列特性

微镜阵列的物理特性包括有源列数、行数、微镜间距、有源阵列的宽度和高度等。其光学特性则涉及微镜倾斜角和 DMD 效率等参数。微镜倾斜角在 DMD 着陆状态下为 11° - 13°（标称 12°），DMD 效率在 420nm - 700nm 波长下标称值为 66%。

窗口特性和芯片组组件使用规范

窗口材料为 Corning Eagle XG，在波长 546.1nm 处的折射率为 1.5119。芯片组组件使用规范指出，DLP2021-Q1 DMD 必须与 DLP 产品控制器配合使用，以确保其可靠运行。

三、详细功能描述

功能框图和特性说明

DLP2021-Q1 DMD 由二维的 1 位 CMOS 存储单元阵列组成，每个单元控制一个微镜的状态，微镜可处于 ON（倾斜 +12°）或 OFF（倾斜 -12°）状态。通过合适的投影光学系统，可创建清晰、多彩、生动的数字图像。它采用双倍数据速率（DDR）接口，数据从 DLP 控制器通过该接口加载到每个微镜及其关联的 SRAM 存储单元，信号为低电压 CMOS，标称工作在 1.8V 电平，可降低功耗和开关噪声，使整个微镜阵列的最大更新速率接近 5kHz，能通过脉冲宽度调制（PWM）创建无缝数字图像。

微镜切换控制和电压供应

微镜的切换由 DLP 控制器根据发送到 DMD 镜和 SRAM 控制逻辑的时序信号进行控制。在电源关闭时，DMD 镜会被命令移动到接近平坦（0°）的“停放”状态，以确保长期可靠性。微镜切换需要特定的电压水平，如 VBIAS（16V）、VOFFSET（8.5V）和 VRESET（ -10V）来控制机械切换。

逻辑复位和温度传感二极管

DMD 的复位由 DLP 产品控制器控制。温度传感二极管用于辅助精确测量 DMD 芯片的温度，它基于晶体管的基本电流和温度特性工作。通过测量不同电流下二极管的电压差，可以计算出晶体管的绝对温度。建议主机控制器根据允许的温度规格和温度测量结果管理 DMD 的停放状态。

四、系统光学考虑因素

数值孔径和杂散光控制

在设计光学系统时，照明和投影光学在 DMD 光学区域的数值孔径所定义的角度应相同，且不应超过标称的器件镜倾斜角。否则，需要在照明和/或投影光瞳中添加适当的孔径，以阻挡平坦状态和杂散光通过投影镜头，避免对比度降低和图像出现瑕疵。

光瞳匹配

TI 的光学和图像质量规格假设照明光学的出射光瞳在投影光瞳的入射光瞳中心的两度范围内。光瞳不匹配可能会在图像边界和/或有效区域产生明显的瑕疵，可能需要额外的系统孔径来控制，特别是当系统的数值孔径超过像素倾斜角时。

照明过填充和对准

照明过填充会在投影图像中产生瑕疵，并可能导致 DMD 出现不良的热条件。因此，照明光学系统应设计为尽量减少入射到有效阵列外部和窗口孔径上的光通量。同时，要注意照明光和过填充可能对 DMD 造成的热影响，参考相关规格中的最大允许热负载。

五、应用与实现

典型应用案例

以动态地面投影系统为例，视频内容被压缩并存储在外部闪存中。微控制器或其他处理器通过低速 SPI 命令向 DLP 产品控制器指示从外部存储器读取哪些视频内容。控制器解压缩视频数据的每个位平面（416 × 468 分辨率），并在 DMD 上快速连续显示，以创建完整的视频图像。由于 DMD 像素的菱形格式，输出图像的有效分辨率为 588 × 330。控制器还会同步 DMD 位平面数据与 RGB 使能时序，以控制 LED 颜色控制器和驱动电路。

应用任务配置文件考虑

不同的应用可能有不同的任务配置文件，即不同温度下的工作小时数。为了辅助评估，TI 可能会提供汽车 DMD 可靠性寿命估计应用报告。在实际应用中，我们需要根据具体情况考虑这些因素，以确保器件的可靠性和性能。

六、电源供应和布局建议

电源供应顺序要求

电源供应顺序对于 DMD 的可靠运行至关重要。在电源开启时，VCC 必须先启动并稳定，然后再施加 VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 电压。VBIAS 和 VOFFSET 之间的差值必须在 ±8.75V 以内，且在 VCC 稳定在工作电压后，DMD 的 LVCMOS 输入引脚才能驱动为高电平。在电源关闭时，VCC 必须在 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET 放电到接近地电位（4V 以内）后才能停止供电。

布局指南

在 PCB 布局方面，VCC 应至少配备 1 个 2.2µF 和 4 个 0.1µF 的电容器，并均匀分布在 6 个 VCC 引脚之间。对于 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET，每个引脚附近应放置一个 0.1µF、X7R 额定的电容器。此外，DMD 的温度二极管引脚到 TMP411-Q1 的 PCB 走线对噪声敏感，应避免靠近其他走线，以减少噪声耦合。

七、器件支持和文档说明

器件支持

TI 提供了详细的器件支持，包括器件命名法和器件标记。器件标记包含了人类可读信息和二维矩阵代码，其中二维矩阵代码包含 DMD 部件号和批次追溯代码，方便我们进行器件的识别和追溯。

文档支持

相关文档包括 TMP411-Q1 温度传感器的数据表和 DMD 可见光波长光学效率应用报告等。我们可以通过导航至 ti.com 上的器件产品文件夹，点击通知进行注册，以接收文档更新通知。TI E2E™ 中文支持论坛也是获取快速、经过验证的解答和设计帮助的重要资源。

静电放电警告和器件处理

静电放电（ESD）可能会损坏该集成电路，因此我们在处理和安装器件时，必须采取适当的预防措施，避免 ESD 对器件造成损害。同时，由于 DMD 是光学器件，我们要注意避免损坏其玻璃窗口，可参考 DMD 处理应用笔记进行正确操作。

综上所述，DLP2021-Q1 数字微镜器件在汽车应用中具有巨大的潜力。作为电子工程师，我们在设计和应用该器件时，需要充分了解其特性、规格和相关要求，以确保系统的可靠性和性能。大家在实际应用中是否遇到过类似器件的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。