Dmd чип что это

Обновлено: 24.01.2025

Первая в мире DMD микросхема или матрица была изобретена не так давно, в 1987 году. Ее создал ученый Ларри Хорнбек, работающий в компании DARPA, для решений различных задач Пентагона. Топ-менеджеры компании по достоинству оценили новую разработку и начали изучение коммерческого применения микросхемы.

Спустя 7 лет после изобретения мир увидел первый DLP-проектор с применением матрицы. Специалисты со всего мира оценили новую технологию как очень перспективную и с того времени DLP вытеснило все прочие технологии на второй план на рынке. Патент на DMD-чип выкупила компания Texas Instruments и до сегодняшнего дня является собственником микросхем, поставляя их мировым производителям.

Устройство микросхемы

Матрица формируется на кремниевом кристалле КМОП-памяти. Она состоит из большого количества микрозеркал из алюминия, которые могут менять свой угол наклона. Таким образом, они могут отражать или поглощать свет, передавая на экран светлые и темные точки.

Стандартная технология использования кремния предполагает формирование матрицы запоминающих элементов. Размеры ее начинаются от 800х600, 1024х768 и больше, где выстраивается два слоя металлизации для соединения. Для ускорения доступа столбцы и строки разбивают на отдельные группы, каждая из которых управляется собственными дешифраторами и демультиплексорами.

В третьем слое металлизации собраны адресные электроды, а также шина смешения, на которой расположены посадочные зоны. Окантовку вокруг поля с микрозеркалами специально зачерняют. Это делается для того, чтобы избежать засветки вокруг экрана проектора, поддерживая высокое качество изображения.

Сам кристалл помещают в корпус с кварцевым стеклом, выполненный из металлокерамики. Для соединения контактных площадок кристалла с выводами корпуса используют проводники из золота. В самом корпусе также устанавливают специальное поле, которое будет отводить тепло от матрицы, защищая ее от перегрева.

В первых прототипах и моделях размер зеркал составлял 16x16 мкм, при этом они могли поворачиваться на угол в 10°. И это уже было достаточно много для того времени. Сегодня же размер зеркал в матрицах зависит от разрешения, а угол отклонения достигает 12°.

Зеркала крепят на торсионные подвесы, обеспечивая долговечность работы матрицы. Повороты зеркал осуществляются при помощи электростатики. Для подвесов используется сверхпрочный металл, который и гарантирует надежность технологии. Как оценивает сама компания Texas Instruments, работать такая микросхема может до 76 000 часов.

Как работает матрица

Состояние каждого пикселя изображения фиксируется в триггерах, специальных ячейках памяти. Именно они влияют на положение зеркал во время трансляции. Это происходит благодаря адресным электродам, которые подключают триггеры к микроструктуре.

Всю работу DMD-матрицы можно разделить на 6 состояний:

Сброс. Микрозеркала притягиваются к электродам через импульс повышенного напряжения. Эта фаза защищает зеркала от “залипания” и предотвращает задержки в работе проектора.
Освобождение. После прохождения импульса микрозеркала выстраиваются в одной плоскости, это состояние называют нейтральным положением.
Дифференциация. На шину смещения передается промежуточное напряжение, которое выстраивает каждое зеркало в нужном положении, в зависимости от ячейки памяти.
Приземление. На шину подается уже другой импульс напряжения, который ускоряет поворот зеркал, притягивая их к нужным электродам под максимальным углом наклона.
Загрузка памяти. Зеркала в этой фазе не двигаются, а на ячейках памяти построчно обновляется информация.
Готовность памяти. Во все триггеры последовательно загружена необходимая информация.

Фазы проходят попеременно, обеспечивая работу матрицы. Отразившись от зеркал, изображение через объектив проецируется на экран. Управление зеркалами осуществляется благодаря изменению напряжения в шине смещения. Оно регулируется микросхемами, которые размещают вне матрицы. Стоит отметить, что все зеркала в комплексе работают максимально синхронно. Это обеспечивает динамику работы матрицы, которая может качественно передавать движение.

За более чем четверть века работы над технологиями компанией Texas Instruments сменилось несколько поколений матриц. Каждая новая разработка получает все больше улучшений, значительно повышая характеристики моделей. Компания не планирует останавливаться на достигнутом, и продолжает исследования и разработки, поставляя миру матрицы, которые соответствуют растущим требованиям потребителя.

Технология DLP

Digital Light Processing (DLP) — передовая технология, изобретенная компанией Texas Instruments. Благодаря ей оказалось возможным создавать очень небольшие, очень легкие (3 кг — разве это вес?) и, тем не менее, достаточно мощные (более 1000 ANSI Lm) мультимедиапроекторы.

Краткая история создания

В 1987 году Dr. Larry J. Hornbeck изобрел цифровое мультизеркальное устройство (Digital Micromirror Device или DMD). Это изобретение завершило десятилетние исследования Texas Instruments в области микромеханических деформируемых зеркальных устройств (Deformable Mirror Devices или снова DMD). Суть открытия состояла в отказе от гибких зеркал в пользу матрицы жестких зеркал, имеющих всего два устойчивых положения.

В 1989 году Texas Instruments становится одной из четырех компаний, избранных для реализации «проекторной» части программы U.S. High-Definition Display, финансируемой управлением перспективного планирования научно-исследовательских работ (ARPA).

В мае 1992 года TI демонстрирует первую основанную на DMD систему, поддерживающую современный стандарт разрешения для ARPA.

High-Definition TV (HDTV) версия DMD на основе трех DMD высокого разрешения была показана в феврале 1994 года.

Массовые продажи DMD-чипов началиcь в 1995 году.

Технология DLP

Ключевым элементом мультимедиапроекторов, созданных по технологии DLP, является матрица микроскопических зеркал (DMD-элементов) из алюминиевого сплава, обладающего очень высоким коэффициентом отражения. Каждое зеркало крепится к жесткой подложке, которая через подвижные пластины соединяется с основанием матрицы. Под противоположными углами зеркал размещены электроды, соединенные с ячейками памяти CMOS SRAM. Под действием электрического поля подложка с зеркалом принимает одно из двух положений, отличающихся точно на 20° благодаря ограничителям, расположенным на основании матрицы.

Два этих положения соответствуют отражению поступающего светового потока соответственно в объектив и эффективный светопоглотитель, обеспечивающий надежный отвод тепла и минимальное отражение света.

Шина данных и сама матрица сконструированы так, чтобы обеспечивать до 60 и более кадров изображения в секунду с разрешением 16 миллионов цветов.

Матрица зеркал вместе с CMOS SRAM и составляют DMD-кристалл — основу технологии DLP.

Впечатляют небольшие размеры кристалла. Площадь каждого зеркала матрицы составляет 16 микрон и менее, а расстояние между зеркалами около 1 микрона. Кристалл, да и не один, легко помещается на ладони.

SVGA: 848×600; 508,800 зеркал
XGA: 1024×768 с черной апертурой (межщелевым пространством); 786,432 зеркал
SXGA: 1280×1024; 1,310,720 зеркал

Итак, у нас есть матрица, что мы можем с ней сделать? Ну конечно, осветить ее световым потоком помощнее и поместить на пути одного из направлений отражений зеркал оптическую систему, фокусирующую изображение на экран. На пути другого направления разумным будет поместить светопоглотитель, чтобы ненужный свет не причинял неудобств. Вот мы уже и можем проецировать одноцветные картинки. Но где же цвет? Где яркость?

А вот в этом, похоже, и заключалось изобретение товарища Larry, речь о котором шла в первом абзаце раздела истории создания DLP. Если вы так и не поняли, в чем дело, — приготовьтесь, ибо сейчас с вами может случиться шок :), т. к. это само собой напрашивающееся элегантное и вполне очевидное решение является на сегодня самым передовым и технологичным в области проецирования изображения.

Вспомните детский фокус с вращающимся фонариком, свет от которого в некоторый момент сливается и превращается в светящийся круг. Эта шутка нашего зрения и позволяет окончательно отказаться от аналоговых систем построения изображения в пользу полностью цифровых. Ведь даже цифровые мониторы на последнем этапе имеют аналоговую природу.

Но что произойдет, если мы заставим зеркало с большой частотой переключаться из одного положения в другое? Если пренебречь временем переключения зеркала (а благодаря его микроскопическим размерам этим временем вполне можно пренебречь), то видимая яркость упадет не иначе как в два раза. Изменяя отношение времени, в течение которого зеркало находится в одном и другом положении, мы легко можем изменять и видимую яркость изображения. А так как частота циклов очень и очень большая, никакого видимого мерцания не будет и в помине. Эврика. Хотя ничего особенного, это всё давно известно :)

Ну, а теперь последний штрих. Если скорость переключения достаточно высока, то на пути светового потока мы можем последовательно помещать светофильтры и тем самым создавать цветное изображение.

Вот, собственно, и вся технология. Дальнейшее ее эволюционное развитие мы проследим на примере устройства мультимедиапроекторов.

Устройство DLP-проекторов

Texas Instruments не занимается производством DLP-проекторов, этим занимается множество других компаний, таких, как 3M, ACER, PROXIMA, PLUS, ASK PROXIMA, OPTOMA CORP., DAVIS, LIESEGANG, INFOCUS, VIEWSONIC, SHARP, COMPAQ, NEC, KODAK, TOSHIBA, LIESEGANG и др. Большинство выпускаемых проекторов относятся к портативным, обладающим массой от 1,3 до 8 кг и мощностью до 2000 ANSI lumens. Проекторы делятся на три типа.

Одноматричный проектор

Самый простой тип, который мы уже описали, это — одноматричный проектор, где между источником света и матрицей помещается вращающийся диск с цветными светофильтрами — синим, зеленым и красным. Частота вращения диска определяет привычную нам частоту кадров.

Изображение формируется поочередно каждым из основных цветов, в результате получается обычное полноцветное изображение.

Все, или почти все портативные проекторы построены по одноматричному типу.

Дальнейшим развитием этого типа проекторов стало введение четвертого, прозрачного светофильтра, позволяющего ощутимо увеличить яркость изображения.

Трехматричный проектор

Самым сложным типом проекторов является трехматричный проектор, где свет расщепляется на три цветовых потока и отражается сразу от трех матриц. Такой проектор имеет самый чистый цвет и частоту кадров, не ограниченную скоростью вращения диска, как у одноматричных проекторов.

Точное соответствие отраженного потока от каждой матрицы (сведение) обеспечивается с помощью призмы, как вы можете видеть на рисунке.

Двухматричный проектор

Промежуточным типом проекторов является двухматричный проектор. В данном случае свет расщепляется на два потока: красный отражается от одной DMD-матрицы, а синий и зеленый — от другой. Светофильтр, соответственно, удаляет из спектра синюю либо зеленую составляющие поочередно.

Двухматричный проектор обеспечивает промежуточное качество изображения по сравнению с одноматричным и трехматричным типом.

Сравнение LCD и DLP-проекторов

Есть ли недостатки у технологии DLP?

Но теория теорией, а на практике еще есть над чем поработать. Основной недостаток заключается в несовершенстве технологии и как следствие — проблеме залипания зеркал.

Дело в том, что при таких микроскопических размерах мелкие детали норовят «слипнуться», и зеркало с основанием тому не исключение.

Несмотря на приложенные компанией Texas Instruments усилия по изобретению новых материалов, уменьшающих прилипание микрозеркал, такая проблема существует, как мы увидели при тестировании мультимедиапроектора Infocus LP340. Но, должен заметить, жить она особо не мешает.

Другая проблема не так очевидна и заключается в оптимальном подборе режимов переключения зеркал. У каждой компании, производящей DLP-проекторы, на этот счет свое мнение.

Ну и последнее. Несмотря на минимальное время переключения зеркал из одного положения в другое, едва заметный шлейф на экране этот процесс оставляет. Эдакий бесплатный antialiasing.

Развитие технологии

Помимо введения прозрачного светофильтра постоянно ведутся работы по уменьшению межзеркального пространства и площади столбика, крепящего зеркало к подложке (черная точка посередине элемента изображения).
Путем разбиения матрицы на отдельные блоки и расширения шины данных увеличивается частота переключения зеркал.
Ведутся работы по увеличению количества зеркал и уменьшению размера матрицы.
Постоянно повышается мощность и контрастность светового потока. В настоящее время уже существуют трехматричные проекторы мощностью свыше 10000 ANSI Lm и контрастностью более 1000:1, нашедшие свое применение в ультрасовременных кинотеатрах, использующих цифровые носители.
Технология DLP полностью готова заменить CRT-технологию показа изображения в домашних кинотеатрах.

Заключение

Это далеко не все, что можно было бы рассказать о технологии DLP, например, мы не затронули тему использования DMD-матриц в печати. Но мы подождем, пока компания Texas Instruments не подтвердит информацию, доступную из других источников, дабы не подсунуть вам «липу». Надеюсь, этого небольшого рассказа вполне достаточно, чтобы получить пусть не самое полное, но достаточное представление о технологии и не мучать продавцов расспросами о преимуществе DLP-проекторов над другими.

Технология развития DMD чипа и DLP проекторов

Крохотные зеркальца построены на CMOS клетке как "качели". Электростатические силы позволяют сваливаться "качелям" в указанном направлении. Если клетка ослабевает, зеркало отражает, свет лампы наталкивается на зеркала и направляется либо в поглатитель света, либо к объективу проекции, где возникает соответствующая точка изображения . Электроды получателя заботятся о том, чтобы зеркало точно позиционировалось. Это происходит с невообразимой скоростью- 10 микросекунд за движение.

По техническим причинам невозможно в течение длительного периода держать зеркало при сохранении одного цвета части изображения.
Зеркала, следовательно, в определенной частоте смещаются со своего поста. Это может иногда вызывать мерцающий пиксель.
На доске тысячи маленьких зеркал. Количество уровней зависит от разрешения чипа. Таким образом, чип с разрешением 1024 x 768, например, количеством 786 432 отдельных зеркал или HDTV чип с разрешением 1280 х 720 пикселей общей сложностью 921 600 отдельных зеркал. Каждое из этих зеркал размером около 13,7 мкм (13,7 тысячных долей миллиметра) с углом наклона от + / - 10 ° до + / - 12.

Видео сигнал осуществляется с помощью ASICS (Application Specific Integrated Circuit) на чипе передачи DMD. Чем быстрее передача, тем лучше качество изображения. Чип с DDR (Double Data Rate ") работают со скоростью передачи 7,6 Гбайт / с. Новые чипы с LVDS (Low Voltage Differential Signaling) достигают скорость до 12,8 ГБ / с. Чем быстрее чип может переключить зеркала в два положениях, тем больше глубина цвета и частота обновления.

В следующей таблице представлен обзор наиболее часто используемых DMD чипов от Texas Instruments.

Поколение.

Существуют различные системы - одна, двух или трех DMD чиповые.
3-чиповые DLP, до сих пор, являются довольно сложным типом проекторов , цена на 3 DLP проекторы от € 20 000 для домашней проекции, а для цифровой проекции в кинотеатры стоимость, как правило, даже больше чем 100 000 €

1-чиповые DLP проекторы.

Это - 1DMD-чип, цветовое колесо с использованием трех основных цветов: красный, зеленый и синий (для создания цвета). Это цветное колесо освещается лампой проектора и вращается около 3600 раз в секунду. При таком вращении цвет колеса получает 256 различных оттенков серого.
256 х 256 х 256 около 16,7 миллионов цветов.
Схема 1-чипового DLP проектора.
1 чиповые DMD проекторы часто используют цветное колесо W RGB и для избавления эффекта радуги
используется 2-RGB цветное колесо.

2 чиповые DLP проекторы.
В 2-чиповых проекторах, в цвете колеса используются пурпурный и желтый. Цветовое колесо работает как фильтр. Свет поступает через цветовое колесо в призму и распадается на два DMD чипа, красный чип и зеленый с синим. Это имеет смысл, потому что красный-DMD чип даст 300% и зеленый-синий-DMD-чип 50% яркости. Система работает так, что теперь при прохождение потока света через колесо яркость не теряется.

3-чиповые DLP проекторы.

Ниже приводится краткая информация о наиболее традиционных колесах цвета.

RGB круг. колесо цвета RGB
часто используется в кино проекторах
для дома, потому что в отличие от
цвета RGB колеса W можно достичь
более высокой контрастности.
Яркость при этом пострадает .

7-ми сегментное цветное колесо.
При добавление зелёного цвета
мы получаем заметный эффект
сглаживания.

Спиральный фильтр(SCR).
При использовании такого
колеса эффект радуги может
быть благополучно забыт -
все три цвета сочетаются
в проекторе.

Замена матрицы (DMD чипа) p/n 8060-6039B в DLP проекторе

Если на вашем DLP проекторе появились полосы / звездное небо — то эта статья для вас :)
Возникает такая неисправность из-за частичного выхода из строя DMD-чипа — массива микроскопических подвижных зеркал, сформированных в матрицу. Эта матрица устанавливается перед выходным объективом проектора, и занимается избирательным отражением лучей света проекторной лампы (который предварительно пропускается через разноцветный вращающийся диск-светофильтр).

Итак, MDM-чип p/n 8060-6039B применяется в большом количестве DLP проекторов разных производителей.
Мой список (наверняка неполный):
BENQ MS502 — сегодняшний пациент, BENQ MP515, MP515ST, MP610, MP612ST, MS510, MS513, MP615P, MS524, MS614, MS504
LG BS254, BS274, BS275
OPTOMA ES526, ES522, DS326, PRO150S
NEC NP110, NP115, VE282B
VIEWSONIC PJD5112, PJD5132
SANYO PDG-DSU30
INFOCUS IN102, IN2112
DELL 1210S
TOSHIBA TDP-S23
ACER X1161

Упаковка посылки выше всяких похвал: пупырка, внутри картонная коробка, внутри ложе из «пенки», в котором лежит запаянный антистатик-пакетик с героем обзора:

Сам DMD — чип упакован в керамический корпус, с лицевой стороны термостойкое стекло, с тыльной нанесен термоинтерфейс толщиной 1,5 мм под защитной пленкой:

Далее частично покажу разборку именно BENQ MS502 (другие проекторы будут отличаться).
Выкручивается болт на правом торце над выхлопной вент. решеткой.

Выкручиваются все на панели входов

Выкручиваются саморезы со стороны днища (фото делать не стал там все видно)

Снимается декоративная панель на верхней части корпуса, защелки по направлению стрелок

Под ней находится единственный болт, фиксирующий верхнюю крышку.

Далее снимаются шлейфы и выкручивается основная плата (main) вместе с металлической несущей рамкой (фото делать не стал)

Выкручиваются три самореза, фиксирующие шахту с радиатором и платой переходником.

Вместе с шахтой вынимается правая часть с мотором и блоком лампы (они в корпусе не фиксируется).
Выкручиваются 4 подпружиненных болта фиксации радиатора и переходной платы с DMD-чипом (сверху видна контактная гребенка)

Вид сбоку (над платой радиатор, под платой шахта, болты проходят насквозь и имеют фаску под центровку платы.

Радиатор снимается вместе с платой. После демонтажа защитите от пыли места указанные желтыми стрелками.
Сам чип центруется по двум шпенькам в углублении шахты (синие стрелки)

Кладем плату лицом к себе, открываем замок

Снимаем старую матрицу

Снимаем термоинтерфейс с новой матрицы, сравниваем — приехало то что надо ;)

Увлажняю теплосъемник оригинальной МХ-2 (если есть МХ-4 — мажьте ее)

Сборка идет в обратном порядке.
Включаю, проверяю картинку — все ок.

Читайте также: