基于MEMS的車載激光投影儀設計

圖7. 集成式MAX3601三通道激光二極管驅動器與橋接芯片設計整齊連接，形成高度集成的方案。請參見下文關于橋接芯片設計的討論。

持續監測激光顏色，以確保在較寬溫度范圍內的顏色一致性，以及保證激光條件的安全。也利用顏色傳感器補償日光、陰影或夜間條件下的亮度。由于激光始終對焦，復雜而昂貴的光學器件不會占用光學引擎的寶貴空間。所以，激光投影儀非常適合小型汽車對空間的苛刻要求。由于現在的HUD架構采用7片或更多器件用于呈現顏色，所以該方案所節省的空間就變得尤其寶貴。

橋接技術：一顆橋接芯片支持實時及關鍵處理

傳統激光投影儀中，視頻激光控制器SoC的功率幾乎與主機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。微型投影儀實時執行關鍵任務時僅占一部分處理器帶寬。傳統設計將數據從視頻幀緩存器發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、功耗以及每個關鍵元件的負荷，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)，將數據流流水線化，進行高效率處理。兩個視頻幀緩存器減少為一個。實時任務由橋接芯片負責，不再占用大量系統負荷的中斷，從而減輕SoC負荷，使成本和功耗降低。SoC的GPU處理FIFO-LIFO掃描線反轉的存儲器尋址以及補償MEMS慣性運動。工作負荷得到了平衡。

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器并代之以少數的行緩存器。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格定時;這對于支持HUD應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，同時也檢查主機SoC關斷或使極少的關鍵功能處于工作狀態，以節省系統功耗。

中斷SoC來處理一般的實時任務以及服務可預測的中斷，造成SoC在空閑期間的功耗較高。這非常浪費，因為橋接芯片更適合處理實時任務，因此，可以說橋接芯片將系統效率最大化了。

主機SoC非常適合處理GPU任務，例如縮放、顏色修正、白平衡、反扭曲(以補償風擋玻璃的曲面或飛點架構引起的針墊效應)，以及發送數據以填充橋接芯片的行緩存器。對于具有少數幾行代碼的SoC來說，反轉從左至右和從右至左的存儲器尋址，是一項簡單的任務。該SoC將會預處理數據并將其發送至橋接芯片而無需知道MEMS時序要求。

橋接芯片內置的微型微處理器或狀態機可以處理簡單的輔助任務，使設計者能夠靈活增加自定義功能。

圍繞橋接芯片而構建的四芯片方案形成高度集成、可編程的微型激光投影儀，連接至標準視頻接口，如HDMI和VGA。該方案處理所有投影儀相關的任務。但我們能夠進一步壓縮設計嗎?

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

對于要求更高集成度的應用，例如移動電話和其它小型消費類設備，橋接芯片可與其它功能組合。例如，我們可以設計一種可編程橋接芯片，支持距離檢測、桶形失真補償、反射鏡加速和減速補償，以及亮度、顏色和振動穩定。還希望其具有支持防抖、鋸齒光柵掃描、字節視頻數據對齊、可變分辨率以及亮度控制和功率管理的硬件電路。讓處理器驅動的核心在軟件中運行硬件算法，速度足以刷新幾乎無抖動的圖像。現在，可將之前的四芯片方案縮減為一個芯片(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。

結論

微型激光投影儀正逐漸嵌入至智能手機、平板電腦、筆記本電腦、可穿戴式計算機以及汽車HUD顯示。2013年度有50萬輛以上的汽車配備了HUD，并且，預計在未來5年的增速將達2到20%至30%，因此，OEM要求節省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，將大大減輕主機處理器的負荷，節省空間、功耗、芯片數量，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量外設集成和快速處理器，這樣就能在軟件中執行算法。使用橋接芯片的方式減少了硬件，降低了功耗和復雜度，為實現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架構，這能把功能擴展至3D照相和手勢控制應用。在2014年后期，PC和平板電腦中將配備這些功能，隨后是HUD設備將廣泛應用于汽車中。

不久的將來，駕駛員只需在中控臺前揮一下手，即可調節收音機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計將為更多公司提供快速采用該項技術的途徑，發揮創造性并獲取更大利潤。