DLP光機驅動板在線測試系統的設計

呂紅芳

（上海電機學院 電氣學院，上海 200240）

0 引言

在數字光學處理（Digital Light Processing，簡稱DLP）系統中，光機（Optic Engine簡稱OE）是將光源、色輪、數字微鏡器件(Digital Micromirror Device，簡稱DMD)、驅動板、鏡頭等集成起來的，其中光機驅動電路板在整個系統中有至關重要的地位，它關系到整個系統的性能和可靠性，但是光機驅動板的制作工藝非常復雜，要求很高，用人工判斷的方法進行故障檢測與診斷越來越困難，有的甚至是不可能的。

為了提高光機驅動電路板的可靠性及生產效率，設計一套DLP光機驅動板在線測試系統是非常必要的，本文通過設計一套在線測試系統來彌補人工維修的不足，設計的在線測試系統能夠幫助維修人員在不必清楚電路板工作原理的情況下，對電路板進行測試，從而能迅速檢測到電路板上的故障，提高工作效率。

在印刷電路板（簡稱PCB）的生產過程中，PCB 的檢測方法主要有人工目檢（Manual Visual Inspection ，簡稱MVI）、自動光學檢測（Automatic Optical Inspection， 簡 稱 AOI）、 自 動 X 射 線 檢測（AXI Automatic X-ray Inspection）、 功 能 檢測（Functional Circuit Test ,簡稱FCT）等多種[1]，但是針對DLP系統來說，無論是AOI還是FCT都無法實現光機驅動電路板關鍵性能的測試，本文針對DLP光機驅動板的特征，結合在線測試系統的需要，設計了一套DLP光機驅動板的在線測試系統，經過對硬件模塊和軟件程序不斷的調試與改進之后，本系統已在實際中得到應用。

1 DLP 光機驅動板在線測試系統的設計思想

在DLP系統中，其核心元件有DMD與DDP1010, DMD為數字微鏡元件，其安裝方式為壓接式，所有的圖像信號最終都要靠DMD反射到屏幕上[2]，DDP1010為DMD的驅動芯片，其圖像處理由32對400MHz的差分信號完成。為了保證在測試過程中信號的完整性，設計了用于壓接DMD的轉接板與針床板，兩者之間利用軟性PCB連接，對于整個系統的處理芯片DDP1010，其內部為ARM9核，為外部提供了I2C接口，故亦可通過I2C總線讀取狀態。

本文設計的測試系統立足于生產實際，主要是用于光機驅動板PCB焊接裝配后的測試，其設計思想為將DMD與驅動板分離，并采用轉接板及針床、夾具與驅動板相連，使系統可正常工作，同時保證驅動板可方便更換；另外將主要的電壓、頻率信號引出至信號處理板并對其進行檢測，信號處理板配合上位機可對系統進行實時監測和控制，并采用計算機安裝DVI接口顯卡，為系統提供信號源，在檢測各種必要信號的情況之后，通過對圖像的評判，來確認PCBA是否合格。

2 信號處理與轉接板的硬件設計

信號處理板是在線測試系統中至關重要的部分，是整個系統數據傳輸和控制的樞紐。不僅可對測試對象驅動板進行檢測和控制，還通過RS232串口將測試對象的電壓、頻率等重要參數送至上位PC機，最終在上位PC機上顯示信號采集和處理的結果。本在線測試系統的信號處理板采用8位單片機ATmega128作為主要處理芯片，其串口可和上位PC機進行數據交換，I2C接口可與驅動板進行通信[3]。

2.1 信號轉接板的硬件設計

信號轉接板的主要用途有：1）用于轉接DMD信號，其信號類型為高頻差分信號和DMD工作所需的電壓及同步信號；2）用于DVI到LVDS的信號轉換[4]。信號轉接板主要包括：視頻轉換模塊、直流電壓轉換模塊和視頻信號傳輸模塊三部分。

2.1.1 視頻轉換模塊

主要用于將DVI格式的信號轉換為LVDS信號，并傳給驅動電路板。在視頻轉換模塊中是通過一個SIL161BCT100芯片(將DVI格式的信號轉換為24位RGB信號 )和一個DS90C385芯片（將24位RGB信號轉換為LVDS格式的信號）來實現信號格式的轉換。

2.1.2 直流電壓轉換模塊

主要是進行直流電壓轉換，向視頻轉換模塊提供電源；直流電壓轉換模塊通過一個LMS1587（低壓差線性穩壓器）芯片，將5V的電壓輸入變為3.3V的電壓輸出。

2.1.3 視頻信號傳輸模塊

用于將驅動板上傳來的LVDS信號傳送至DMD芯片,該模塊為一個六層的PCB板和視頻接口軟線。

2.2 信號處理板的硬件設計

信號處理板采用ATMEL公司的ATmega128為處理芯片。信號處理板通過信號接口接收從信號轉接板上采集來的信號——頻率及電壓信號、邏輯電平信號。這些信號通過探針引入相應接口，經各自相應的信號處理模塊處理后，送入板上ATmega128進行處理，ATmega128與上位PC機通過RS232接口通信，實現數據的采集處理和上位機的顯示和控制；同時，ATmega128可以通過I2C總線訪問驅動板上的寄存器，訪問控制由信號處理板上的ATmega128完成。

2.2.1 電壓信號

在ATmega128中，內部集成有10bitA/D轉換器，可同時進行8路數據采集[3]，在本在線測試系統的設計中，對電壓信號的處理，就是通過ATmega128中的數/模轉換的輸入端口（Port F）直接對8路電壓進行采集。電壓信號輸入通道設置如表1所示。

表1 電壓信號輸入通道設置

在電壓信號處理中，內部A/D選用參考電壓為3.3V，測量電壓最佳范圍為1.5V-2.5V，故測量時對不同電壓信號進行分壓處理，以免超出最佳范圍。對于低于3.3V的電壓，只需電容濾波；對于3.3V電壓，可能會因為電壓波動時，電壓值會超出3.3V，采用電阻分壓，3.3V分壓至1.65V；5V分壓至2.0 V進行測量；對DMD電極電壓7.5V，利用電阻分壓至2.24V，對于12V電壓，利用電阻分壓至2.1V進行測量。

2.2.2 頻率信號

頻率測量中，因為頻率信號的峰峰值不固定，故而采用三極管組成的共發射極電路使其工作于開關狀態，這樣，一方面可濾掉頻率信號的干擾，另一方面，可調整頻率信號的幅度在合適的范圍，以便利用ATmega128進行測量。頻率信號的采集通道設置如表2所示。

表2 頻率信號輸入通道設置

3 信號處理板的軟件設計

信號處理板的軟件設計采用Iccavr 6.27集成開發環境，C語言編程。軟件調試利用JTAG調試接口，可實現在線調試。

3.1 電壓信號數據采集處理

電壓信號均利用ATmega128內部10bitA/D進行采樣，參考電壓為3.3V，通過ATmega128的輸入端口（Port F）直接對8路電壓進行采集，采樣程序流程圖如圖1所示。

3.2 頻率信號的測量處理

在本在線測試系統的設計中，根據測量頻率的情況不同，采用不同的頻率測量方法。對于表2中列出要測量的頻率通道，具體測量方法如下：

對于通道1-3，即調制脈沖的測量，因為頻率比較高，所以采用M[5]法進行測量，利用ATmega128的定時器/計數器2和定時器/計數器3，定時器2產生1/20.032Hz的時間閘門，利用定時器3進行計數，通過串口將計數值返回給上位機，上位機將返回值乘以20.032就可得到實際頻率值。

若某一個通道無輸入信號，則返回值為0。

對于通道4-8，該類信號由于頻率比較低，故采用T法進行測量。測量信號一個周期的長度，用4M晶振8分頻后的500KHz信號作為定時器/計數器1的時鐘輸入。上位機用500000除以返回值即可得到頻率實際值，若某一通道無輸入信號，則返回值為0。

4 結束語

本文介紹了基于單片機ATmega128的DLP光機驅動板在線測試系統的設計思想，主要介紹了信號處理與轉接板電路各測試點的電壓、頻率等主要信號的轉接及實時測量技術，實現了對頻率信號和電壓信號的采樣與處理。采用該信號處理技術設計的在線測試系統，經過不斷的測試與改進，系統已經能夠可靠地運行，能正確檢查DLP

光機驅動電路板的裝配與焊接正常與否，可準確定位故障位置，并已應用于DLP光機驅動電路板的檢測，對于光機驅動電路板批量生產中電路板的檢測，提供了有效的工具。

[1] 任斌, 等. PCB貼片安裝缺陷自動光學檢測系統關鍵技術[J]. 東莞理工學院學報, 2009, 16(2).

[2] 楊鳳和, 藍東輝. DLP投影顯示中的特殊技術[J]. 電視技術, 2005(4).

[3] 馬潮. 高檔8位單片機ATmega128原理與開發應用指南(上) [M]. 北京, 北京航空航天大學出版社, 2004.

[4] 張萬方, 劉金嶺. DVI 在視頻顯示領域內中的應用[J]. 電腦知識與技術, 2009, 5(5).

[5] 徐成, 劉彥, 李仁發, 甘勇. 一種全同步數字頻率測量方法的研究[J]. 電子技術應用, 2004, 30(7).