DLP光机驱动板在线测试系统的设计

吕红芳

（上海电机学院 电气学院，上海 200240）

0 引言

在数字光学处理（Digital Light Processing，简称DLP）系统中，光机（Optic Engine简称OE）是将光源、色轮、数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)、驱动板、镜头等集成起来的，其中光机驱动电路板在整个系统中有至关重要的地位，它关系到整个系统的性能和可靠性，但是光机驱动板的制作工艺非常复杂，要求很高，用人工判断的方法进行故障检测与诊断越来越困难，有的甚至是不可能的。

为了提高光机驱动电路板的可靠性及生产效率，设计一套DLP光机驱动板在线测试系统是非常必要的，本文通过设计一套在线测试系统来弥补人工维修的不足，设计的在线测试系统能够帮助维修人员在不必清楚电路板工作原理的情况下，对电路板进行测试，从而能迅速检测到电路板上的故障，提高工作效率。

在印刷电路板（简称PCB）的生产过程中，PCB 的检测方法主要有人工目检（Manual Visual Inspection ，简称MVI）、自动光学检测（Automatic Optical Inspection， 简 称 AOI）、 自 动 X 射 线 检测（AXI Automatic X-ray Inspection）、 功 能 检测（Functional Circuit Test ,简称FCT）等多种[1]，但是针对DLP系统来说，无论是AOI还是FCT都无法实现光机驱动电路板关键性能的测试，本文针对DLP光机驱动板的特征，结合在线测试系统的需要，设计了一套DLP光机驱动板的在线测试系统，经过对硬件模块和软件程序不断的调试与改进之后，本系统已在实际中得到应用。

1 DLP 光机驱动板在线测试系统的设计思想

在DLP系统中，其核心元件有DMD与DDP1010, DMD为数字微镜元件，其安装方式为压接式，所有的图像信号最终都要靠DMD反射到屏幕上[2]，DDP1010为DMD的驱动芯片，其图像处理由32对400MHz的差分信号完成。为了保证在测试过程中信号的完整性，设计了用于压接DMD的转接板与针床板，两者之间利用软性PCB连接，对于整个系统的处理芯片DDP1010，其内部为ARM9核，为外部提供了I2C接口，故亦可通过I2C总线读取状态。

本文设计的测试系统立足于生产实际，主要是用于光机驱动板PCB焊接装配后的测试，其设计思想为将DMD与驱动板分离，并采用转接板及针床、夹具与驱动板相连，使系统可正常工作，同时保证驱动板可方便更换；另外将主要的电压、频率信号引出至信号处理板并对其进行检测，信号处理板配合上位机可对系统进行实时监测和控制，并采用计算机安装DVI接口显卡，为系统提供信号源，在检测各种必要信号的情况之后，通过对图像的评判，来确认PCBA是否合格。

2 信号处理与转接板的硬件设计

信号处理板是在线测试系统中至关重要的部分，是整个系统数据传输和控制的枢纽。不仅可对测试对象驱动板进行检测和控制，还通过RS232串口将测试对象的电压、频率等重要参数送至上位PC机，最终在上位PC机上显示信号采集和处理的结果。本在线测试系统的信号处理板采用8位单片机ATmega128作为主要处理芯片，其串口可和上位PC机进行数据交换，I2C接口可与驱动板进行通信[3]。

2.1 信号转接板的硬件设计

信号转接板的主要用途有：1）用于转接DMD信号，其信号类型为高频差分信号和DMD工作所需的电压及同步信号；2）用于DVI到LVDS的信号转换[4]。信号转接板主要包括：视频转换模块、直流电压转换模块和视频信号传输模块三部分。

2.1.1 视频转换模块

主要用于将DVI格式的信号转换为LVDS信号，并传给驱动电路板。在视频转换模块中是通过一个SIL161BCT100芯片(将DVI格式的信号转换为24位RGB信号 )和一个DS90C385芯片（将24位RGB信号转换为LVDS格式的信号）来实现信号格式的转换。

2.1.2 直流电压转换模块

主要是进行直流电压转换，向视频转换模块提供电源；直流电压转换模块通过一个LMS1587（低压差线性稳压器）芯片，将5V的电压输入变为3.3V的电压输出。

2.1.3 视频信号传输模块

用于将驱动板上传来的LVDS信号传送至DMD芯片,该模块为一个六层的PCB板和视频接口软线。

2.2 信号处理板的硬件设计

信号处理板采用ATMEL公司的ATmega128为处理芯片。信号处理板通过信号接口接收从信号转接板上采集来的信号——频率及电压信号、逻辑电平信号。这些信号通过探针引入相应接口，经各自相应的信号处理模块处理后，送入板上ATmega128进行处理，ATmega128与上位PC机通过RS232接口通信，实现数据的采集处理和上位机的显示和控制；同时，ATmega128可以通过I2C总线访问驱动板上的寄存器，访问控制由信号处理板上的ATmega128完成。

2.2.1 电压信号

在ATmega128中，内部集成有10bitA/D转换器，可同时进行8路数据采集[3]，在本在线测试系统的设计中，对电压信号的处理，就是通过ATmega128中的数/模转换的输入端口（Port F）直接对8路电压进行采集。电压信号输入通道设置如表1所示。

表1 电压信号输入通道设置

在电压信号处理中，内部A/D选用参考电压为3.3V，测量电压最佳范围为1.5V-2.5V，故测量时对不同电压信号进行分压处理，以免超出最佳范围。对于低于3.3V的电压，只需电容滤波；对于3.3V电压，可能会因为电压波动时，电压值会超出3.3V，采用电阻分压，3.3V分压至1.65V；5V分压至2.0 V进行测量；对DMD电极电压7.5V，利用电阻分压至2.24V，对于12V电压，利用电阻分压至2.1V进行测量。

2.2.2 频率信号

频率测量中，因为频率信号的峰峰值不固定，故而采用三极管组成的共发射极电路使其工作于开关状态，这样，一方面可滤掉频率信号的干扰，另一方面，可调整频率信号的幅度在合适的范围，以便利用ATmega128进行测量。频率信号的采集通道设置如表2所示。

表2 频率信号输入通道设置

3 信号处理板的软件设计

信号处理板的软件设计采用Iccavr 6.27集成开发环境，C语言编程。软件调试利用JTAG调试接口，可实现在线调试。

3.1 电压信号数据采集处理

电压信号均利用ATmega128内部10bitA/D进行采样，参考电压为3.3V，通过ATmega128的输入端口（Port F）直接对8路电压进行采集，采样程序流程图如图1所示。

3.2 频率信号的测量处理

在本在线测试系统的设计中，根据测量频率的情况不同，采用不同的频率测量方法。对于表2中列出要测量的频率通道，具体测量方法如下：

对于通道1-3，即调制脉冲的测量，因为频率比较高，所以采用M[5]法进行测量，利用ATmega128的定时器/计数器2和定时器/计数器3，定时器2产生1/20.032Hz的时间闸门，利用定时器3进行计数，通过串口将计数值返回给上位机，上位机将返回值乘以20.032就可得到实际频率值。

若某一个通道无输入信号，则返回值为0。

对于通道4-8，该类信号由于频率比较低，故采用T法进行测量。测量信号一个周期的长度，用4M晶振8分频后的500KHz信号作为定时器/计数器1的时钟输入。上位机用500000除以返回值即可得到频率实际值，若某一通道无输入信号，则返回值为0。

4 结束语

本文介绍了基于单片机ATmega128的DLP光机驱动板在线测试系统的设计思想，主要介绍了信号处理与转接板电路各测试点的电压、频率等主要信号的转接及实时测量技术，实现了对频率信号和电压信号的采样与处理。采用该信号处理技术设计的在线测试系统，经过不断的测试与改进，系统已经能够可靠地运行，能正确检查DLP

光机驱动电路板的装配与焊接正常与否，可准确定位故障位置，并已应用于DLP光机驱动电路板的检测，对于光机驱动电路板批量生产中电路板的检测，提供了有效的工具。

[1] 任斌, 等. PCB贴片安装缺陷自动光学检测系统关键技术[J]. 东莞理工学院学报, 2009, 16(2).

[2] 杨凤和, 蓝东辉. DLP投影显示中的特殊技术[J]. 电视技术, 2005(4).

[3] 马潮. 高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南(上) [M]. 北京, 北京航空航天大学出版社, 2004.

[4] 张万方, 刘金岭. DVI 在视频显示领域内中的应用[J]. 电脑知识与技术, 2009, 5(5).

[5] 徐成, 刘彦, 李仁发, 甘勇. 一种全同步数字频率测量方法的研究[J]. 电子技术应用, 2004, 30(7).