汽車內(nei) 的顯示和信息係統非常豐(feng) 富，層出不窮地包圍著我們(men) ，有些信息非常重要，有些則是為(wei) 了舒適性或娛樂(le) ，有的則僅(jin) 僅(jin) 是提供資訊，這很有價(jia) 值，但又非必需。作為(wei) 一名駕駛者，我們(men) 最需要的是關(guan) 於(yu) 汽車工作狀況的關(guan) 鍵數據——並且是實時的。 

    汽車製造商采用各種技術為(wei) 駕駛員提供這類關(guan) 鍵信息，包括分立式LED、儀(yi) 表盤和液晶顯示技術。盡管每輛車的型號不同，但提供信息的方式非常一致，幾乎每個(ge) 乘員都能很快適應不熟悉的車型並從(cong) 中獲取信息。另外，還可利用平視顯示(HUD)係統將這些數據和信息虛擬投影到車輛前方駕駛員的視線內(nei) 。隨著顯示技術的不斷發展，HUD在豪華汽車內(nei) 已非常普及。而隨著成本的降低和尺寸的減小以及性能的提升，這些HUD係統也開始不斷地被中端汽車所采用，並且很快會(hui) 普及到經濟型汽車內(nei) 。 

    最新的HUD技術采用移動MEMS反射鏡和彩色激光，即所謂的微型激光投影儀(yi) 。這些激光投影儀(yi) 具有無限對焦、陽光下清晰可讀、超凡的色彩飽和度以及小尺寸等優(you) 勢，使其成為(wei) 汽車信息娛樂(le) 係統的理想媒介。 

    本文通過剖析汽車領域的現代HUD技術，提出了采用微型激光投影儀(yi) 的新方案。集成式“橋接芯片”解決(jue) 方案采用高性能三通道激光驅動器，相對於(yu) 老式TFT、CRT和DLP技術，其減小了尺寸、降低了成本和設計複雜度，所有這些優(you) 點都得益於(yu) 激光。

    最新HUD技術的核心是一個(ge) 微型激光投影儀(yi) (圖1)，它是一種小型MEMS成像係統，能夠將像素陣列投射至幾乎任意表麵。微型激光投影儀(yi) 沒有采用輻射技術(TFT和CRT)，而是發射一束彩色光繪製圖像、儀(yi) 表和指示燈。光束掃描一個(ge) 類似於(yu) CRT電視的光柵圖。通過三原色的色度和亮度組合，產(chan) 生每個(ge) 像素(見圖1)。 

    利用MAX3601激光驅動器集成的8位DAC，每個(ge) 像素可產(chan) 生24位色彩飽滿的RGB顏色，從(cong) 而產(chan) 生1600萬(wan) 種獨特的顏色。由於(yu) 激光器以截然不同的頻率發射每種顏色，所以顏色鮮豔並且可以“過飽和”，以吸引駕駛者的注意。在樹林或叢(cong) 林環境下，特意使綠色呈現出不同尋常的色彩，以突出顯示。 

    組合光束被送至掃描MEMS反射鏡芯片，後者通過水平掃描產(chan) 生一條掃描線，然後縱向斜線變化，將掃描線組合為(wei) 一個(ge) 顯示麵。產(chan) 生的高清圖像以60Hz的頻率刷新並且始終準確對焦——這是激光技術的另一優(you) 點，尤其對於(yu) 弧形的汽車擋風玻璃。

    在陰極射線管(CRT)中，每條掃描線從(cong) 左側(ce) 開始，采用回掃方法快速返回至每行的起點(圖2)。微型激光投影儀(yi) 憑借現代化數字技術，以正向方式掃描奇數行，以反向方式掃描偶數行(圖3)。

    CRT與(yu) 微型激光投影儀(yi) 技術的另一不同之處是時序變化，這依賴於(yu) 像素在水平掃描線上的位置。因為(wei) 采用MEMS技術，反射鏡必須在每行的開始和末尾加速和減速。由於(yu) MEMS反射鏡慣性的原因，在到達每個(ge) 末端之前變慢，因此強製以恒定像素時鍾發送的像素在末尾“紮堆”。如果不加修正，這種像素紮堆現象會(hui) 表現出從(cong) 左至右的較高的邊沿亮度及坐標失真(圖4)。    修正紮堆現象的方法之一是產(chan) 生虛擬像素，並在掃描線的各個(ge) 段內(nei) 插入子像素。在掃描線的中段，MEMS反射鏡的掃描速率最快，這裏會(hui) 以每個(ge) 虛擬視頻時鍾發送一個(ge) 子像素的速率發射子像素。而在邊沿，則每隔3個(ge) 、4個(ge) 或5個(ge) 時鍾發送一個(ge) 子像素圖5)。 

    控製每個(ge) 高速激光像素要求器件能夠將像素快速打開和關(guan) 閉，外加許多高級接口、資源以及功能電路(圖6)。MAX3601 RGB激光驅動器(圖7)能夠在1ns內(nei) 調製像素邊沿，所以非常適合用於(yu) 該應用。由於(yu) 激光具有高容性、感性負載，所以關(guan) 斷激光像素極具挑戰性。利用Maxim獨有的像素關(guan) 斷輔助(Pixel-Off Assist)功能，使得1ns關(guan) 斷邊緣速率成為(wei) 可能。三通道DAC工作在250MHz及以上，確保高清分辨率下的視頻速度。 

    LCD、DLP及其它背光技術在夜間及隧道條件下麵臨(lin) 很大挑戰，背光泄露會(hui) 產(chan) 生陰影或虛影。而激光投影儀(yi) 不存在該問題，因為(wei) 激光采用前照光的方法點亮每個(ge) 像素。由於(yu) 激光投影儀(yi) 逐像素增加照射，除激光偏置電流外，功率始終小於(yu) 100%全開。消隱期間以及像素為(wei) 黑電平時，可關(guan) 斷電源。按照這種方式，對於(yu) 全黑場景，功耗降低至80mW。MAX3601具有倍增DAC，可調製從(cong) 黑暗環境下1流明一直到太陽光下30k流明的光輸出功率。

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

    傳(chuan) 統激光投影儀(yi) 中，視頻激光控製器SoC的功率幾乎與(yu) 主機SoC控製器相同，也具有類似尺寸的視頻幀緩存器，以及GPU功能。微型投影儀(yi) 實時執行關(guan) 鍵任務時僅(jin) 占一部分處理器帶寬。傳(chuan) 統設計將數據從(cong) 視頻幀緩存器發送至微型投影儀(yi) 處理器的幀緩存器，然後逐行解析至MEMS反射鏡，這樣就很繁瑣、沒有效率。

    為(wei) 了消除這種冗餘(yu) 性並再次平衡成本、功耗以及每個(ge) 關(guan) 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(yi) 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(liang) 個(ge) 視頻幀緩存器減少為(wei) 一個(ge) 。實時任務由橋接芯片負責，不再占用大量係統負荷的中斷，從(cong) 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(chu) 器尋址以及補償(chang) MEMS慣性運動。工作負荷得到了平衡。

    理論上是這樣，那麽(me) 從(cong) 哪裏開始呢？我們(men) 首先看一下投影儀(yi) 的SoC功能，然後決(jue) 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(men) 可省去存儲(chu) 器並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(yan) 格定時；這對於(yu) 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(guan) 斷或使極少的關(guan) 鍵功能處於(yu) 工作狀態，以節省係統功耗。

    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(wei) 橋接芯片更適合處理實時任務，因此，可以說橋接芯片將係統效率最大化了。

    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(chang) 風擋玻璃的曲麵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。對於(yu) 具有少數幾行代碼的SoC來說，反轉從(cong) 左至右和從(cong) 右至左的存儲(chu) 器尋址，是一項簡單的任務。該SoC將會(hui) 預處理數據並將其發送至橋接芯片而無需知道MEMS時序要求。

     橋接芯片內(nei) 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(yi) 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(yi) ，連接至標準視頻接口，如HDMI和VGA。該方案處理所有投影儀(yi) 相關(guan) 的任務。但我們(men) 能夠進一步壓縮設計嗎？    對於(yu) 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(yu) 其它功能組合。例如，我們(men) 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(chang) 、反射鏡加速和減速補償(chang) ，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製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(wei) 一個(ge) 芯片(圖9)。

     微型激光投影儀(yi) 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(wan) 輛以上的汽車配備了HUD，並且，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(wei) 核心的HUD微型激光投影儀(yi) 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，降低了功耗和複雜度，為(wei) 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(yi) 將采用飛點架構，這能把功能擴展至3D照相和手勢控製應用。在2014年後期，PC和平板電腦中將配備這些功能，隨後是HUD設備將廣泛應用於(yu) 汽車中。 

    不久的將來，駕駛員隻需在中控台前揮一下手，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觀察前方路麵，確保安全。高度集成的微型激光投影儀(yi) 橋接芯片及參考設計將為(wei) 更多公司提供快速采用該項技術的途徑，發揮創造性並獲取更大利潤。