本文以SUMSUNG公司生产的7.7英寸彩色OLED显示屏为显示介质，进行机载显示模块的电路设计。此屏分辨率为1 280×800，颜色深度为RGB各8 bit，采取MIPI-DSI（4lane）进行视频数据传输和屏内部寄存器数值的传送。
1 显示模块功能哀求
表1为显示模块的紧张性能指标，由于对显示介质以及显示分辨率的哀求，经由筛选终极选择了SUMSUNG公司的7.7英寸彩色OLED作为显示介质，并通过特定的加固处理，使其知足机载环境的利用哀求。由于OLED是电流型自发光器件，在须要显示的像素才会有电流利过而发光，对付不显示的区域，像素没有电流利过，不发光，以是在黑环境下，OLED的比拟度能达到100 000:1，对付招标哀求的1 000:1的比拟度哀求在知足的范围之内。在验证阶段对此款OLED的亮度进行了测试，其最大亮度能够达到650 cd/m2，知足亮度调节的哀求。对付视频接口、通信办法、电源哀求，通过剖析以及验证都能够实现。
2 电路整体设计
根据显示模块的功能哀求，对干系电路进行设计，电路的总体功能框图如图1所示。紧张由以下电路组成：DVI旗子暗记解码电路，完成串行差分DVI旗子暗记向并行LVTTL旗子暗记的转化，以便后续FPGA的处理；RS232接口电路，实现FPGA和上位机的通信；FPGA是电路中的核心器件，实现各功能电路和OLED屏的配置和掌握、视频旗子暗记采集处理、调光算法的实现、通信功能的实现、OSD功能等；MIPI编码电路将FPGA输出的视频旗子暗记转化为MIPI旗子暗记， 进行OLED屏的显示和参数的配置；OLED亮度调节电路，合营FPGA的调光算法，掌握输出的负电压Vneg的值，来实现昼夜模式下亮度的调节；EEPROM芯片用于存储干系的参数，如昼夜模式下亮度的最大值和最小值、默认亮度值等；电源转化电路通过电压芯片天生须要的电压值，给各功能电路和OLED屏稳定的供电电源。
3 紧张功能电路实现
3.1 DVI解码电路设计
DVI旗子暗记具有带宽高、抗滋扰能力强、传输间隔远的特点，已经成为了一种高分辨率视频传输的主流方案。由于DVI采取的是串行传输办法，并采取8/10编码，因此在吸收端要进行视频解码，将串行旗子暗记转化为后端易于处理的并行TTL旗子暗记，紧张包括数字RGB旗子暗记、行同步旗子暗记（HSYNC）、场同步旗子暗记（VSYNC）和像素时钟旗子暗记（PCLK）。
本文采取的是Silicon Image的型号为SIL1161的DVI解码芯片，它最大能够支持UXGA分辨率、像素时钟为165 MHz的视频旗子暗记的解码，并且为了扩展芯片的运用环境，其内部的寄存器可以通过IIC接口进行配置以调度时钟的相位及旗子暗记的驱动能力。并且能够通过调节均衡器的数值，来实现DVI传输长度的匹配，以提升其抗滋扰能力，经由设置，最大能够支持20 m旗子暗记的传输。
为了灵巧地对芯片进行掌握，将SIL1161的掌握接口和PFGA相连，通过FPGA对芯片进行配置，以使其事情在最佳状态。SIL1161的内部寄存器的信息如表2所示。通过FPGA将芯片的第99脚(MODE)和低7脚(I2C_MODE#)拉低，使芯片进入IIC配置模式。然后通过第100脚(SCL)和第3脚(SDA)进行参数配置。
3.2 亮度调节电路设计
由于OLED为自发光器件，且其发光亮度与流过个中的电流呈线性比例关系，也即电流越大，亮度越高。为了显示亮度的调节，就要对OLED的电流进行掌握。由于OLED的像素驱动电路的特点，能够影响OLED电流的成分紧张有加在驱动管G极的灰度电压和D极、S极之间的电压。如果通过改变灰度电压的办法调节电流改变亮度，会影响到OLED显示图像的灰阶层次，以是，为了不影响OLED显示灰阶，同时实现亮度调节功能，本文采取的是调节DS之间的电压的办法。详细的实现为，通过固定D极的正电压，调节S真个负电压Vneg的大小来调节亮度。
由于亮度调节须要的电压范围为：-3.3 V~-6.4 V，而系统的供电电压为+5 V，因此选用的电压芯片为LT3759HMSE。其输入电压范围为+1.6 V~+42 V，具有Boost/SEPIC/Inverting电压转化功能。为了实现输出电压可调节的功能，采取具有IIC接口的数字电位器AD5252BRU1来改变反馈电阻的阻值，以实现电压的调节。详细的电路事理如图2所示。
3.3 MIPI接口电路
从2003年MIPI同盟正式推出MIPI协议以来，由于MIPI协议的巨大上风，已经在移动家傍边得到了广泛的推广和运用，在处理器、大容量数据传输、无线通信、显示屏等家傍边得到广泛的运用。本项目选用的OLED显示屏便是MIPI接口。由于MIPI接口具有特定的协议和编码办法，须要采取接口芯片将数字视频旗子暗记转化为MIPI协议旗子暗记。本项目采取的是晶门科技的SSD2828系列接口芯片。
通过SPI接口掌握SSD2828的事情模式，可以配置其进入命令模式(command mode)或者视频模式(video mode)。在命令模式下，通过MIPI接口对OLED屏内部寄存器进行配置，实现对上电时序的掌握、扫描方向、gamma曲线等功能的配置；配置完成后进入视频模式，此时紧张用于视频图像的传输。在视频传输模式下，也可以发送OLED寄存器掌握命令，在SSD2828的掌握下，在视频的消隐区将命令进行传输，从而对显示画面不造成任何的影响。SSD2828的掌握部分由FPGA完成，详细的掌握过程在FPGA逻辑部分详细先容。
3.4 FPGA逻辑设计
FPGA是全体电路的掌握核心，紧张完成对外界的通信、视频图像的采集和处理、亮度调节的实现、对OLED的掌握等功能。紧张的内部逻辑构造如图3所示。
在这里，紧张先容亮度调节模块的实现以及MIPI接口和OLED掌握模块的实现。
3.4.1 亮度调节模块
为了知足机载环境下的利用哀求，显示模块的亮度调节范围被分为昼模式区域和夜模区域两个部分。并且两部分须要对应到一定的调光曲线，也即根据不同的输入调光命令，产生相应的亮度值。以是，首先通过实验的办法，得到输入的电压Vneg和亮度之间的关系，然后通过映射的办法，根据输入的调光命令，掌握输出电压的电压值。这个映射过程在FPGA内部完成，然后根据映射结果，通过IIC接口掌握亮度调节电路的反馈电阻，以达到掌握输出电压的目的。
通过对测试数据的剖析，根据哀求的调光曲线制作对应的LUT，使得输入0~255级调光级数都对应不同的数字电位器数值。采取LUT的办法能够将繁芜的转化算法变为大略的查找表，实现办法大略，延迟小。为了适应每块屏之间的差异，设置了可调节的最小值、最大值以及比例系数寄存器作为偏移量调节，使得每一块屏的亮度都在哀求的范围之内。公式表示为：
个中Dreg为输出的用于设置数字电位器的数值；Dmin为最小值；Dmax为最大值；K为比例系数；DLUT为查找表数据，根据昼夜模式的不同，分为两个LUT；Lcom为调光级数，共256级。
以上的寄存器都可以通过界面设置，使亮度值达到哀求的范围。所有终极设置的寄存器值都被存储到外部的EEPROM中，在FPGA上电的时候被读出。
3.4.2 MIPI和OLED掌握模块
此模块紧张通过SPI接口对SSD2828进行配置，以实现对OLED的掌握和视频的显示功能。此模块可以分为两层：底层的SPI模块以及上层的掌握模块。模块如图4所示。个中SPI 模块实现数据的SPI传输，上层模块是一个状态机，掌握须要传输的数据以及其顺序。
通过掌握SSD2828的内部寄存器实现对芯片的配置，使其进入须要的事情模式。通过向寄存器Generic Packet Drop Register 发送地址和数据，可以实现对OLED屏内的寄存器的配置。其在SSD2828芯片中的地址为0xBF。MIPI发送数据掌握模块的实现，采取状态机的办法。全体模块的状态流转如图5所示。
4 显示模块测试结果
根据以上电路设计，完成电路板调试和FPGA代码调试，实现了OLED的正常显示。制作成OLED显示模块的实物如图6所示。
为了验证模组的功能和性能，搭建实验测试平台。平台由旗子暗记发生器、稳压电源、测试台FPM520等构成。紧张测试数据如表3所示。
从表3的测试数据可以知，彩色OLED模组的各项性能参数和协议哀求的参数相匹配，知足哀求。而且在重量、比拟度、功耗等指标上，OLED显示模组比同尺寸的LCD显示模组要优胜很多，也极大地突出了OLED的上风。
5 结论
本文根据彩色OLED模组的功能哀求，设计了此模组的驱动电路。详细先容了电路的整体设计方案以及各个详细电路的实现办法，并且对FPGA内部的紧张功能模块——亮度掌握模块和MIPI掌握模块的显示办法进行了详细的先容。末了，对全体OLED显示模组的性能进行了测试，测试结果表明各项性能均知足协议哀求。并且其在重量、比拟度、功耗指标上有明显的上风，知足了机载显示模组向轻型化、低功耗、高显示质量的发展哀求。本文设计为彩色OLED在机载显示器的运用起到了一定的佐证浸染。
参考文献
[1] 张雷，吴中原，胡俊涛，等.一种OLED显示器参数温度自适应设计[J].光电工程，2011，3(2)：127-131.
[2] 韩彤霞.基于FPGA的视频解码芯片I2C总线配置[J].微打算机信息，2009，25(12-2)：13-14.
[3] KAMATH P.MIPI将彻底改变移动产品设计办法[J].集成电路运用，2012(2)：1-2.
[4] 熊文彬.基于FPGA的OLED显示系统[D]. 成都：电子科技大学，2011.
作者信息:
陈文明1，2
(1.中航华东光电有限公司，安徽 芜湖241002；2.特种显示技能国家工程实验室，安徽 芜湖241002）
