导言
依据头盔显现器对便携性的要求，要完成微型化和低功耗，将五颜六色时序操控器规划为单片的ASIC是较好的处理方案。本文正是针对运用LCoS（Liquid Crystal on Silicon）微型显现器的HMD，进行其间五颜六色时序操控器的ASIC规划。
五颜六色时序原理
五颜六色时序办法的原理是：首要把每场图画中的红绿蓝信息分离出来，然后在每一场的时刻内分3个子场别离把红绿蓝图画写入显现屏，在每个子场的扫描进程完毕以及液晶反响之后顺次点亮红绿蓝3色光源，然后在一场的时刻内顺次显现红绿蓝3幅图画，运用人眼睛的特性组成五颜六色。
五颜六色时序法的长处是不运用五颜六色滤色片，一个物理像素也便是实践的一个像素，有利于在相同尺度的显现屏上完成更高的分辨率。与空间滤色器的办法比较，运用五颜六色时序的办法使分辨率进步为本来的３倍，即如果在相同的分辨率下，其显现屏尺度仅为本来的1/3。因为五颜六色时序是将每场的信息分3个子场在一场时刻内写入显现屏，这就使场频进步为本来的3倍，相应的，点时钟频率也进步为本来的3倍。减小显现屏的面积也需求进步频率，这是依据单晶硅的高迁移功用而完成的。一起，场频和点时钟频率的进步也给显现器的视频体系规划提出了更高的要求。
LCoS微型显现技能
LCoS微型液晶显现技能是选用与超大规模集成电路兼容的规划和制作办法将硅基显现矩阵和相关驱动电路集成在一起所构成的微型显现芯片。LCoS归于反射式微型液晶显现技能，其结构是在单晶硅衬底上，运用CMOS工艺把显现矩阵和驱动电路集成在一起， LCoS的像素电极是用铝制作的反射镜面，在像素电极下面设置有金属挡光层，能够避免像素驱动晶体管受强光照耀。LCoS的结构示意图如图１所示，液晶层的一侧是具有反射电极的LCoS芯片基板，另一侧是ITO玻璃，中心的液晶层厚度一般为2~3mm。
LCoS器材中光的传达道路相同如图1所示：当光源宣布的光抵达PBS（Polarization Beam Splitter，偏振分光镜）时P极的光透过， S极光被反射抵达铝反射镜，此刻加在铝反射镜电极和ITO电极之间的电压将使S极光转换为P极光，所以被铝反射镜反射的光为P极光，能够透过PBS投射到人的瞳孔（NTE近眼显现）或许大屏幕（投影显现）。
LCoS芯片不只处理了显现矩阵与驱动电路之间的衔接问题，并且与穿透式LCD比较，具有更高的分辨率、光运用功率和更老练的制作技能。
LCoS五颜六色时序操控器的电路规划
整体结构规划
本文所规划的LCoS五颜六色时序操控器ASIC能够驱动分辨率最高为1280×1024的LCoS微型显现屏，其功用是：输入24位的数据信号（R:G：B＝8:8：8）以及时序信号VS、HS、CLK等，将数据信号R、G、B依照必定的数据改换格局别离写入一组存储器的3个区，而一起读另一组存储器，按次序将R、G、B三个子场的数据送入LCoS屏完成五颜六色时序的显现。别的，还要供给LCoS屏所需求的同步信号以及点时钟信号等。要完整地完成该进程，五颜六色时序操控器有必要包含数据改换电路、时序信号发生电路和存储操控电路等3部分。其整体电路框图如图2所示，下面将介绍各部分电路的详细功用和规划。
数据改换电路的规划
因为LCoS屏的数据驱动电路选用了4组移位寄存器，2组从屏的上方写入数据，另2组从屏的下方写入数据，所以需求每次写入4个各8位的像素数据。这种驱动办法使得LCoS屏所需求的点时钟频率降为只选用1组移位寄存器作数据驱动时的1/4。可是因为写入办法的改动，要求对本来每个像素24位（R:G：B=8:8：8）的数据格局进行改换，需求改换为4个像素各32位的R、G、B别离写入LCoS屏。8位移位寄存器的思路很好地完成了数据从24位到32位的改换。
这种移位寄存器的办法完成了R、G、B从8位到32位的改换，还需求别离在每4个时钟周期的第1、2、3个周期取榜首、第二、第三组移位寄存器的数据，而在第4个周期不取数据。为了完成这种取数办法，本文规划了一个能够发生3个标志信号的flag电路，经过3个标志信号来操控取走3组移位寄存器的数据。
时序信号发生电路的规划
时序信号发生电路的主要功用是发生LCoS屏所需求的一些接口时序信号，其结构框图如图3所示。
在这里，经过两个分频电路对CLOCK信号进行适宜的分频，别离发生子场行同步信号S_HS和子场场同步信号S_VS；时钟屏蔽是为了发生点时钟L_CLOCK，使得在没有数据写入的时刻里能够中止点时钟L_CLOCK，然后有用降低了LCoS屏的功耗；点灯操控信号发生部分取得三色LED光源的点灯操控信号RLED、GLED和BLED信号。
存储器操控电路的规划
存储器操控电路的结构框图如图4所示，该部分电路所完成的主要功用是发生21位地址信号、写操控信号W、读操控信号G，能够分为写地址发生器、读地址发生器和读写切换开关3部分。
写地址发生器的中心是一个21位计数器和一个加法器，在五颜六色时序显现存储中，需求将每组存储器分为3个区，别离存储红绿蓝图画数据，每一帧五颜六色图画分解为3帧别离存储。这样每个区需求的存储空间为1280×256＝327680，所以写地址发生电路实践上能够运用一个21位的计数器来发生地址信号并别离与0、327680、655360相加而完成。这样在一帧的时刻之内，别离存储了各一帧的红绿蓝图画。
读地址发生器的功用实践上便是发生一个不断递加的地址信号，这能够经过计数器来完成：依据行同步信号开端发生地址，依据场同步信号开端读取数据。
读写切换是完成实时视频显现的关键所在，在一帧的时刻里，从一组存储器向LCoS显现屏输出图画数据，一起经过数据改换模块往另一组存储器里写图画数据，鄙人一帧时刻里将读写切换过来，这样不断替换进行，不断向显现屏输出接连的视频数据，完成实时显现。
LCoS五颜六色时序操控器的地图规划
本文采纳全定制规划技能进行该电路的地图规划，首要依据0.35mm CMOS工艺树立规范元件库，运用Tanner Research 公司的L-EDIT进行地图的生成和后仿真验证，终究取得了整个LCoS五颜六色时序操控器ASIC的地图。芯片中心部分巨细约为0.4mm×0.5mm，最高作业频率可达100MHz。
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