基于OLED的圖形發(fā)生器信號(hào)主機(jī)硬件設(shè)計(jì)與研究

甘霞

（武漢學(xué)院，湖北 武漢 430074）

基于OLED的圖形發(fā)生器信號(hào)主機(jī)硬件設(shè)計(jì)與研究

甘霞

（武漢學(xué)院，湖北 武漢 430074）

本文描述了OLED圖形發(fā)生器信號(hào)主機(jī)的硬件實(shí)施方案，該方案通過(guò)對(duì)硬件系統(tǒng)架構(gòu)、硬件模塊間的協(xié)作、模塊的輸入和輸出端口的描述來(lái)明確設(shè)計(jì)方向，同時(shí)為每個(gè)硬件模塊的進(jìn)一步設(shè)計(jì)、硬件集成測(cè)試、售后維護(hù)等工作提供依據(jù)。

圖形發(fā)生器；OLED電源；點(diǎn)燈機(jī)；C ELL面板

1 引言

OLED技術(shù)起源于歐美，但實(shí)現(xiàn)上大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家/地區(qū)主要集中在東亞，如日本、韓國(guó)、中國(guó)大陸和臺(tái)灣地區(qū)等。據(jù)工業(yè)信息化部指出，2015年中國(guó)的液晶面板產(chǎn)能已經(jīng)位居全球第二，僅落后于韓國(guó)，這是中國(guó)液晶面板行業(yè)多年努力的結(jié)果。OLED顯示也有許多優(yōu)點(diǎn)：OLED顯示不需要背光，因此比其它技術(shù)更省電、更??；OLED顯示的響應(yīng)時(shí)間非常快，在觀看的時(shí)候沒(méi)有移動(dòng)模糊的現(xiàn)象；此外，OLED顯示技術(shù)比其它技術(shù)的色彩更豐富。液晶面板產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展支持了國(guó)內(nèi)電視、手機(jī)行業(yè)的發(fā)展。眼下OLED液晶市場(chǎng)開(kāi)始進(jìn)入高速增長(zhǎng)階段，國(guó)內(nèi)各電視品牌開(kāi)始加快推出OLED液晶電視，而手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品也開(kāi)始大規(guī)模引入OLED液晶，技術(shù)領(lǐng)先的日韓臺(tái)企業(yè)正在重新組合，強(qiáng)化研發(fā)投資爭(zhēng)雄。隨著OLED技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)的廠家可以生產(chǎn)出中小尺寸的OLED面板，與之對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備會(huì)有一個(gè)很大的需求量。

傳統(tǒng)的OLED面板檢測(cè)是依靠人工目視，由于人為因素導(dǎo)致誤檢或漏檢不可避免，不合格產(chǎn)品流向市場(chǎng)，給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重后果。人工檢測(cè)的主觀性、速度慢和人工疲勞等原因?qū)е沦|(zhì)量下降，使得人工檢測(cè)無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。所以在未來(lái)的幾年內(nèi)OLED CELL面板檢測(cè)設(shè)備的需求量將會(huì)逐步增大，此檢測(cè)設(shè)備可以將部分不良類型的OLED CELL攔下，最大限度地降低成本，避免浪費(fèi)。本文設(shè)計(jì)了一款OLED圖形發(fā)生器信號(hào)主機(jī)的硬件架構(gòu)，提供多通道、高電壓信號(hào)和高電流電源，用于檢測(cè)CELL面板的好壞。

2 主機(jī)的硬件系統(tǒng)架構(gòu)

基于OLED的圖形發(fā)生器信號(hào)主機(jī)的硬件系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖1所示，整機(jī)系統(tǒng)采用ARM+FPGA的架構(gòu)為核心的方式進(jìn)行各功能模塊擴(kuò)展，整個(gè)圖形發(fā)生器（PG）硬件由“電源模塊”、“系統(tǒng)控制模塊”、“數(shù)據(jù)分發(fā)模塊”、“信號(hào)發(fā)生模塊”、“功率放大模塊”5個(gè)功能模塊組成。其中核心控制板實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)分發(fā)，波形產(chǎn)生板1～6實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生和功率放大，OLED電源生成模塊實(shí)現(xiàn)OLED電源的生成，信號(hào)及電源輸出板實(shí)現(xiàn)信號(hào)和OLED電源的輸出以及功能擴(kuò)展，底板實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源生成、管理和各板卡間信號(hào)互聯(lián)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)框圖

3 主要組成模塊的功能

3.1 OLED電源模塊

(1)電源產(chǎn)生模塊

PG的電源系統(tǒng)采用帶主動(dòng)式PFC（功率因素校正）功能的電源作為基礎(chǔ)供電單元，由于該電源使用了主動(dòng)式PFC技術(shù)，交流輸入電壓需要在90V至264V范圍內(nèi)才可正常工作，交流輸入范圍可滿足110V/220V兩種規(guī)格的供電系統(tǒng)，基礎(chǔ)供電單元為PG提供系統(tǒng)所需的±27V DC電源和+48V DC電源這兩種。如表1系統(tǒng)基礎(chǔ)供電單元輸入和輸出的電壓。

表1 系統(tǒng)基礎(chǔ)供電單元輸入、輸出電壓

(2)電源生成模塊

OLED電源生成模塊采用獨(dú)立功能模塊的方式設(shè)計(jì)，與系統(tǒng)控制模塊僅采用2對(duì)RS-485總線進(jìn)行通訊，同時(shí)接入同步信號(hào)用以控制電源輸出開(kāi)關(guān)，共輸出2CH的主電源和8CH的子電源。如表2描述了電源生成模塊規(guī)格。

表2 電源生成模塊規(guī)格

3.2 信號(hào)及電源輸出板

OLED點(diǎn)燈機(jī)信號(hào)主機(jī)信號(hào)部分的輸出幅度要求達(dá)到±20V（兼容±40V）的規(guī)格，且輸出誤差值不高于±0.1V，理想誤差值可做到±0.05V以內(nèi)，輸出幅度可達(dá)40Vpp，以0.01V為步進(jìn)來(lái)設(shè)定電壓，帶寬可達(dá)到DC～200KHz，同時(shí)要求輸出波形可任意編輯，對(duì)此需求決定使用ARM+前級(jí)FPGA+后級(jí)FPGA+DAC+PA的架構(gòu)進(jìn)行應(yīng)對(duì)，其中針對(duì)DAC的規(guī)格指標(biāo)進(jìn)行選型時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注輸出信號(hào)建立時(shí)間、帶寬和最小步進(jìn)值。

3.3 核心控制板

核心控制板實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)分發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)PC端以太網(wǎng)接入；外部設(shè)備接入；存儲(chǔ)設(shè)備接入；波形數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)、分發(fā)；輸出信號(hào)的開(kāi)關(guān)控制、參數(shù)調(diào)節(jié)控制；信號(hào)、電源輸出狀態(tài)監(jiān)控等一系列核心功能。其中，ARM為本板的核心功能模塊，提供所有的對(duì)外通訊接口，其中包括10M/ 100M以太網(wǎng)、RS232串口、USB_HOST端口、SD卡端口等主要的通訊端口，除此之外它的主要功能是在PG輸出波形時(shí)將波形數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中取出，經(jīng)過(guò)打包處理后將這些數(shù)據(jù)輸出給Bridge單元，它與Bridge單元以EBI總線的方式傳輸數(shù)據(jù)。Bridge單元由FPGA構(gòu)成，在PG輸出波形時(shí)它通過(guò)EBI總線接收來(lái)自ARM的波形數(shù)據(jù)，然后通過(guò)6組LVDS總線將這些數(shù)據(jù)分發(fā)給6塊功率放大板。

(1)系統(tǒng)控制模塊

系統(tǒng)控制模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整機(jī)的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)與處理，實(shí)現(xiàn)PG各項(xiàng)功能的集中控制。在本項(xiàng)目中，主控制器采用的是ATMEL公司提供的芯片，該芯片集成了運(yùn)行頻率高達(dá)400MHz的處理器以及多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸率超過(guò)100 Mbps的外設(shè)，支持多種存儲(chǔ)器接口。PG的以太網(wǎng)接口通過(guò)外擴(kuò)的以太網(wǎng)網(wǎng)口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口，SD_CARD接口使用芯片內(nèi)置的安全數(shù)字輸入輸出控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)SD_CARD讀寫功能，USB接口使用芯片內(nèi)置的USB_HOST端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，通信接口使用芯片內(nèi)置的通用同步異步收發(fā)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)數(shù)據(jù)分發(fā)模塊

數(shù)據(jù)分發(fā)模塊根據(jù)需求分別通過(guò)低分電壓總線和RS485總線將波形數(shù)據(jù)分發(fā)到6個(gè)信號(hào)發(fā)生模塊和2個(gè)電源發(fā)生模塊中，本模塊中的核心功能單元是通過(guò)16位EBI總線與系統(tǒng)控制模塊實(shí)現(xiàn)高速并行通訊。

3.4 波形產(chǎn)生板

每塊波形產(chǎn)生板都實(shí)現(xiàn)8個(gè)通道的輸出信號(hào)的生成，同時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、低電壓保護(hù)等功能。其功能的具體實(shí)現(xiàn)方法為：用線性穩(wěn)壓器集成電路LM317和LM337作為線性電源將±12V開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為±6V的低噪聲線性電源給本板模擬電路使用，再利用集成電路作為線性電源將+6V轉(zhuǎn)換為+3.3V低噪聲線性電源給數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC使用，最后再將+3.3V開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為+2.5V和+1.2V線性電源為FPGA（一種可編程的芯片）供電。

FPGA通過(guò)低壓差分信號(hào)總線接收來(lái)自核心控制板的波形數(shù)據(jù)，并且將完整的波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SRAM中，在輸出波形時(shí)將數(shù)據(jù)從SRAM中取出來(lái)實(shí)時(shí)打入DAC中；在信號(hào)轉(zhuǎn)換器中將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓輸出到功率放大器中；功率放大器將接收到的模擬小信號(hào)放大并且輸出。

(1)信號(hào)發(fā)生模塊

信號(hào)發(fā)生模塊根據(jù)需求接收來(lái)自數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的數(shù)據(jù)并且可以輸出任意波形的電壓信號(hào)，該模塊核心功能單元可以實(shí)現(xiàn)8個(gè)信號(hào)輸出端口同時(shí)輸出128階的復(fù)雜波形數(shù)據(jù)，DAC在接收到這些數(shù)據(jù)之后將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電流量信號(hào)，然后通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路將電流量轉(zhuǎn)換成電壓量信號(hào)后送給后級(jí)的功率放大模塊進(jìn)行放大。

(2)功率放大模塊

在本設(shè)計(jì)中，功率放大器組為核心技術(shù)單元，采用半分立式設(shè)計(jì)，整個(gè)信號(hào)鏈路由放大級(jí)、預(yù)推級(jí)、推動(dòng)級(jí)以及功率放大這4部分組成，如圖2所示。

圖2 功率放大器原理框圖

針對(duì)上圖所示，根據(jù)框圖特點(diǎn)，該放大器可支持最大200V電源，支持外擴(kuò)功率放大三極管進(jìn)行功率放大。

4 OLED CELLTEST檢測(cè)流程

OLED點(diǎn)燈機(jī)信號(hào)主機(jī)是可提供多通道、高電壓信號(hào)和高電流電源的信號(hào)發(fā)生器，在針對(duì)OLED CELL面板生產(chǎn)工序中，可檢測(cè)CELL面板是否存在VLINE、HLINE、DOT、亮度衰減等不良異常。在整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)中，OLED點(diǎn)燈機(jī)信號(hào)主機(jī)為OLED CELLTEST提供檢測(cè)所需的信號(hào)源和電源，當(dāng)CELL面板有缺陷時(shí)，可通過(guò)人工視覺(jué)識(shí)別方式或自動(dòng)光檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行缺陷判別。圖3簡(jiǎn)要描述了OLED CELL TEST檢測(cè)流程：當(dāng)檢測(cè)開(kāi)始時(shí)，操作員首先應(yīng)該掃描ID code二維碼，當(dāng)掃描完成之后，CIM電腦會(huì)記錄當(dāng)前待測(cè)CELL面板的相關(guān)信息，隨后進(jìn)入OLED CELL點(diǎn)燈機(jī)點(diǎn)燈測(cè)試操作，點(diǎn)燈結(jié)束后，操作員根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在CIM系統(tǒng)中進(jìn)行等級(jí)評(píng)判，評(píng)判完成后，將檢測(cè)的結(jié)果分類存放在OLED CELL面板中，然后重新開(kāi)始新一輪測(cè)試工作。

圖3 OLED CELLTEST檢測(cè)流程

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著OLED使用范圍的增大，目前對(duì)其產(chǎn)品的檢測(cè)技術(shù)要求也越來(lái)越高。關(guān)于OLED檢測(cè)信號(hào)機(jī)的開(kāi)發(fā)目前已有的研究結(jié)果較少，我們需要在現(xiàn)有的條件下以最快的速度研究和開(kāi)發(fā)出一款檢測(cè)功能更精確的主機(jī)，我們將通過(guò)研究新的功能模塊來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化此檢測(cè)系統(tǒng)的性能。

[1]萬(wàn)博泉．以創(chuàng)新技術(shù)推動(dòng)中國(guó)OLED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[C]．2009．

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The Design and Research of Signal Host Hardware Based on the OLED Graphics Generator

Gan Xia
(Wuhan College,Wuhan 430074,Hubei)

This article describes the design of the OLED graphics generator signal host from the hardware system architecture, the collaboration of hardware modules,the input and output modules.It provides the basis for further design of every hardware module,hardware integration test,and after-sales maintenance work.

graphics generator;OLED power;pattern generator;CELL panel

TP391.41

A

1008-6609(2016)12-0032-03

甘霞（1982-），女，湖北荊州人，碩士，講師，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理。

2014年度中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)武漢學(xué)院院級(jí)教學(xué)研究改革項(xiàng)目《面向區(qū)域產(chǎn)業(yè)的軟件工程專業(yè)教學(xué)模式改革與實(shí)踐》，項(xiàng)目編號(hào)：JY 201409。