基于MEMS的車載激光投影儀設(shè)計(jì)

圖7. 集成式MAX3601三通道激光二極管驅(qū)動(dòng)器與橋接芯片設(shè)計(jì)整齊連接，形成高度集成的方案。請(qǐng)參見下文關(guān)于橋接芯片設(shè)計(jì)的討論。

持續(xù)監(jiān)測激光顏色，以確保在較寬溫度范圍內(nèi)的顏色一致性，以及保證激光條件的安全。也利用顏色傳感器補(bǔ)償日光、陰影或夜間條件下的亮度。由于激光始終對(duì)焦，復(fù)雜而昂貴的光學(xué)器件不會(huì)占用光學(xué)引擎的寶貴空間。所以，激光投影儀非常適合小型汽車對(duì)空間的苛刻要求。由于現(xiàn)在的HUD架構(gòu)采用7片或更多器件用于呈現(xiàn)顏色，所以該方案所節(jié)省的空間就變得尤其寶貴。

橋接技術(shù)：一顆橋接芯片支持實(shí)時(shí)及關(guān)鍵處理

傳統(tǒng)激光投影儀中，視頻激光控制器SoC的功率幾乎與主機(jī)SoC控制器相同，也具有類似尺寸的視頻幀緩存器，以及GPU功能。微型投影儀實(shí)時(shí)執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)時(shí)僅占一部分處理器帶寬。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)從視頻幀緩存器發(fā)送至微型投影儀處理器的幀緩存器，然后逐行解析至MEMS反射鏡，這樣就很繁瑣、沒有效率。

為了消除這種冗余性并再次平衡成本、功耗以及每個(gè)關(guān)鍵元件的負(fù)荷，橋接芯片提供了合理的折衷方式。

微型激光投影儀通過使用橋接芯片(圖8)，將數(shù)據(jù)流流水線化，進(jìn)行高效率處理。兩個(gè)視頻幀緩存器減少為一個(gè)。實(shí)時(shí)任務(wù)由橋接芯片負(fù)責(zé)，不再占用大量系統(tǒng)負(fù)荷的中斷，從而減輕SoC負(fù)荷，使成本和功耗降低。SoC的GPU處理FIFO-LIFO掃描線反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)器尋址以及補(bǔ)償MEMS慣性運(yùn)動(dòng)。工作負(fù)荷得到了平衡。

理論上是這樣，那么從哪里開始呢?我們首先看一下投影儀的SoC功能，然后決定如何封裝這些功能。主機(jī)SoC處理器和視頻處理器均具有6MB幀緩存器，所以我們可省去存儲(chǔ)器并代之以少數(shù)的行緩存器。這要求在高速視頻輸入和MEMS反射鏡的較慢的行速率之間做嚴(yán)格定時(shí);這對(duì)于支持HUD應(yīng)用所需的不同分辨率尤其重要。橋接芯片確保行緩存器始終滿載，同時(shí)也檢查主機(jī)SoC關(guān)斷或使極少的關(guān)鍵功能處于工作狀態(tài)，以節(jié)省系統(tǒng)功耗。

中斷SoC來處理一般的實(shí)時(shí)任務(wù)以及服務(wù)可預(yù)測的中斷，造成SoC在空閑期間的功耗較高。這非常浪費(fèi)，因?yàn)闃蚪有酒m合處理實(shí)時(shí)任務(wù)，因此，可以說橋接芯片將系統(tǒng)效率最大化了。

主機(jī)SoC非常適合處理GPU任務(wù)，例如縮放、顏色修正、白平衡、反扭曲(以補(bǔ)償風(fēng)擋玻璃的曲面或飛點(diǎn)架構(gòu)引起的針墊效應(yīng))，以及發(fā)送數(shù)據(jù)以填充橋接芯片的行緩存器。對(duì)于具有少數(shù)幾行代碼的SoC來說，反轉(zhuǎn)從左至右和從右至左的存儲(chǔ)器尋址，是一項(xiàng)簡單的任務(wù)。該SoC將會(huì)預(yù)處理數(shù)據(jù)并將其發(fā)送至橋接芯片而無需知道MEMS時(shí)序要求。

橋接芯片內(nèi)置的微型微處理器或狀態(tài)機(jī)可以處理簡單的輔助任務(wù)，使設(shè)計(jì)者能夠靈活增加自定義功能。

圍繞橋接芯片而構(gòu)建的四芯片方案形成高度集成、可編程的微型激光投影儀，連接至標(biāo)準(zhǔn)視頻接口，如HDMI和VGA。該方案處理所有投影儀相關(guān)的任務(wù)。但我們能夠進(jìn)一步壓縮設(shè)計(jì)嗎?

圖8. 四芯片微型激光投影儀方案可采用橋接芯片實(shí)現(xiàn)，但集成度更高的方案則更好。

對(duì)于要求更高集成度的應(yīng)用，例如移動(dòng)電話和其它小型消費(fèi)類設(shè)備，橋接芯片可與其它功能組合。例如，我們可以設(shè)計(jì)一種可編程橋接芯片，支持距離檢測、桶形失真補(bǔ)償、反射鏡加速和減速補(bǔ)償，以及亮度、顏色和振動(dòng)穩(wěn)定。還希望其具有支持防抖、鋸齒光柵掃描、字節(jié)視頻數(shù)據(jù)對(duì)齊、可變分辨率以及亮度控制和功率管理的硬件電路。讓處理器驅(qū)動(dòng)的核心在軟件中運(yùn)行硬件算法，速度足以刷新幾乎無抖動(dòng)的圖像。現(xiàn)在，可將之前的四芯片方案縮減為一個(gè)芯片(圖9)。

圖9. 新一代高度集成橋接芯片縮減為單片式微型激光投影儀方案。

結(jié)論

微型激光投影儀正逐漸嵌入至智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、可穿戴式計(jì)算機(jī)以及汽車HUD顯示。2013年度有50萬輛以上的汽車配備了HUD，并且，預(yù)計(jì)在未來5年的增速將達(dá)2到20%至30%，因此，OEM要求節(jié)省HUD空間和成本是完全可以理解的。高度集成橋接芯片，如圖8和圖9所示的方案，將大大減輕主機(jī)處理器的負(fù)荷，節(jié)省空間、功耗、芯片數(shù)量，以及所需的處理資源。

以CPU為核心的HUD微型激光投影儀橋接芯片方案支持高質(zhì)量外設(shè)集成和快速處理器，這樣就能在軟件中執(zhí)行算法。使用橋接芯片的方式減少了硬件，降低了功耗和復(fù)雜度，為實(shí)現(xiàn)HUD的新思路、新方法提供了靈活性。

未來，微型激光投影儀將采用飛點(diǎn)架構(gòu)，這能把功能擴(kuò)展至3D照相和手勢控制應(yīng)用。在2014年后期，PC和平板電腦中將配備這些功能，隨后是HUD設(shè)備將廣泛應(yīng)用于汽車中。

不久的將來，駕駛員只需在中控臺(tái)前揮一下手，即可調(diào)節(jié)收音機(jī)音量或切換至不同頻道;雙眼將通過激光HUD觀察前方路面，確保安全。高度集成的微型激光投影儀橋接芯片及參考設(shè)計(jì)將為更多公司提供快速采用該項(xiàng)技術(shù)的途徑，發(fā)揮創(chuàng)造性并獲取更大利潤。