基于MEMS的车载激光投影仪设计

图7. 集成式MAX3601三通道激光二极管驱动器与桥接芯片设计整齐连接，形成高度集成的方案。请参见下文关于桥接芯片设计的讨论。

持续监测激光颜色，以确保在较宽温度范围内的颜色一致性，以及保证激光条件的安全。也利用颜色传感器补偿日光、阴影或夜间条件下的亮度。由于激光始终对焦，复杂而昂贵的光学器件不会占用光学引擎的宝贵空间。所以，激光投影仪非常适合小型汽车对空间的苛刻要求。由于现在的HUD架构采用7片或更多器件用于呈现颜色，所以该方案所节省的空间就变得尤其宝贵。

桥接技术：一颗桥接芯片支持实时及关键处理

传统激光投影仪中，视频激光控制器SoC的功率几乎与主机SoC控制器相同，也具有类似尺寸的视频帧缓存器，以及GPU功能。微型投影仪实时执行关键任务时仅占一部分处理器带宽。传统设计将数据从视频帧缓存器发送至微型投影仪处理器的帧缓存器，然后逐行解析至MEMS反射镜，这样就很繁琐、没有效率。

为了消除这种冗余性并再次平衡成本、功耗以及每个关键元件的负荷，桥接芯片提供了合理的折衷方式。

微型激光投影仪通过使用桥接芯片(图8)，将数据流流水线化，进行高效率处理。两个视频帧缓存器减少为一个。实时任务由桥接芯片负责，不再占用大量系统负荷的中断，从而减轻SoC负荷，使成本和功耗降低。SoC的GPU处理FIFO-LIFO扫描线反转的存储器寻址以及补偿MEMS惯性运动。工作负荷得到了平衡。

理论上是这样，那么从哪里开始呢?我们首先看一下投影仪的SoC功能，然后决定如何封装这些功能。主机SoC处理器和视频处理器均具有6MB帧缓存器，所以我们可省去存储器并代之以少数的行缓存器。这要求在高速视频输入和MEMS反射镜的较慢的行速率之间做严格定时;这对于支持HUD应用所需的不同分辨率尤其重要。桥接芯片确保行缓存器始终满载，同时也检查主机SoC关断或使极少的关键功能处于工作状态，以节省系统功耗。

中断SoC来处理一般的实时任务以及服务可预测的中断，造成SoC在空闲期间的功耗较高。这非常浪费，因为桥接芯片更适合处理实时任务，因此，可以说桥接芯片将系统效率最大化了。

主机SoC非常适合处理GPU任务，例如缩放、颜色修正、白平衡、反扭曲(以补偿风挡玻璃的曲面或飞点架构引起的针垫效应)，以及发送数据以填充桥接芯片的行缓存器。对于具有少数几行代码的SoC来说，反转从左至右和从右至左的存储器寻址，是一项简单的任务。该SoC将会预处理数据并将其发送至桥接芯片而无需知道MEMS时序要求。

桥接芯片内置的微型微处理器或状态机可以处理简单的辅助任务，使设计者能够灵活增加自定义功能。

围绕桥接芯片而构建的四芯片方案形成高度集成、可编程的微型激光投影仪，连接至标准视频接口，如HDMI和VGA。该方案处理所有投影仪相关的任务。但我们能够进一步压缩设计吗?

图8. 四芯片微型激光投影仪方案可采用桥接芯片实现，但集成度更高的方案则更好。

对于要求更高集成度的应用，例如移动电话和其它小型消费类设备，桥接芯片可与其它功能组合。例如，我们可以设计一种可编程桥接芯片，支持距离检测、桶形失真补偿、反射镜加速和减速补偿，以及亮度、颜色和振动稳定。还希望其具有支持防抖、锯齿光栅扫描、字节视频数据对齐、可变分辨率以及亮度控制和功率管理的硬件电路。让处理器驱动的核心在软件中运行硬件算法，速度足以刷新几乎无抖动的图像。现在，可将之前的四芯片方案缩减为一个芯片(图9)。

图9. 新一代高度集成桥接芯片缩减为单片式微型激光投影仪方案。

结论

微型激光投影仪正逐渐嵌入至智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴式计算机以及汽车HUD显示。2013年度有50万辆以上的汽车配备了HUD，并且，预计在未来5年的增速将达2到20%至30%，因此，OEM要求节省HUD空间和成本是完全可以理解的。高度集成桥接芯片，如图8和图9所示的方案，将大大减轻主机处理器的负荷，节省空间、功耗、芯片数量，以及所需的处理资源。

以CPU为核心的HUD微型激光投影仪桥接芯片方案支持高质量外设集成和快速处理器，这样就能在软件中执行算法。使用桥接芯片的方式减少了硬件，降低了功耗和复杂度，为实现HUD的新思路、新方法提供了灵活性。

未来，微型激光投影仪将采用飞点架构，这能把功能扩展至3D照相和手势控制应用。在2014年后期，PC和平板电脑中将配备这些功能，随后是HUD设备将广泛应用于汽车中。

不久的将来，驾驶员只需在中控台前挥一下手，即可调节收音机音量或切换至不同频道;双眼将通过激光HUD观察前方路面，确保安全。高度集成的微型激光投影仪桥接芯片及参考设计将为更多公司提供快速采用该项技术的途径，发挥创造性并获取更大利润。